CTP sintetasa

La CTP sintasa es una enzima ( EC 6.3.4.2 ) involucrada en la biosíntesis de pirimidinas que interconvierte UTP y CTP . ^{[ 1 ] [ 2 ]}

La CTP (citidina trifosfato) sintetasa cataliza el último paso comprometido en la biosíntesis de nucleótidos de pirimidina: ^{[ 3 ]}

ATP + UTP + glutamina → ADP + Pi ₊ CTP + glutamato

Es la enzima limitante de la velocidad para la síntesis de nucleótidos de citosina tanto de la vía de novo como de la vía de recuperación de uridina. ^{[ 4 ]}

La reacción procede mediante la fosforilación dependiente de ATP del UTP en el átomo de oxígeno 4, lo que hace que el carbono 4 sea electrófilo y vulnerable a la reacción con amoníaco. ^{[ 5 ]} La fuente del grupo amino en el CTP es la glutamina , que se hidroliza en un dominio de glutamina amidotransferasa para producir amoníaco. Este se canaliza a través del interior de la enzima hasta el dominio de la sintetasa. ^{[ 6 ] [ 7 ]} Aquí, el amoníaco reacciona con el UTP 4-fosforilado intermedio. ^{[ 8 ]}

En los seres humanos existen dos isoenzimas con actividad de CTP sintasa, codificadas por los siguientes genes:

• CTPS – CTP sintasa 1
• CTPS2 – CTP sintasa 2

La CTP sintasa activa existe como una enzima homotetramérica. A bajas concentraciones de enzima y en ausencia de ATP y UTP, la CTP sintasa existe como un monómero inactivo. A medida que aumenta la concentración de enzima, se polimeriza primero en un dímero (como la forma que se muestra a la izquierda) y, en presencia de ATP y UTP, forma un tetrámero. ^{[ 5 ] [ 9 ]}

La enzima contiene dos dominios principales, responsables de la actividad aminotransferasa y sintasa, respectivamente. Los dominios amidotransferasa se encuentran alejados de las interfaces del tetrámero y no se ven afectados por el estado oligomérico. El sitio de unión de ATP y el sitio de unión de CTP en el dominio sintasa se encuentran en la interfaz del tetrámero. Por esta razón, el ATP y el UTP son necesarios para la tetramerización. ^{[ 10 ]}

La CTP sintasa está regulada con precisión por las concentraciones intracelulares de CTP y UTP, y se ha observado que tanto la hCTPS1 como la hCTPS2 son máximamente activas a concentraciones fisiológicas de ATP, GTP y glutamina. ^{[ 11 ]}

Se ha demostrado que la actividad de la isoenzima CTPS1 humana se inhibe por fosforilación. ^{[ 12 ]} Un ejemplo importante de esto es la fosforilación del residuo Ser-571 por la glucógeno sintasa quinasa 3 (GSK3) en respuesta a condiciones de bajo suero. ^{[ 13 ]} Además, se ha observado que la Ser568 es fosforilada por la caseína quinasa 1, lo que inhibe la actividad de la CTP sintasa. ^{[ 11 ]}

El CTP también está sujeto a diversas formas de regulación alostérica . El GTP actúa como un activador alostérico que promueve fuertemente la hidrólisis de la glutamina, pero también inhibe la formación de CTP dependiente de glutamina a altas concentraciones. ^{[ 14 ]} Esto actúa para equilibrar las cantidades relativas de nucleótidos de purina y pirimidina . El producto de la reacción, el CTP, también actúa como un inhibidor alostérico. El sitio de unión del trifosfato se superpone con el del UTP, pero la porción nucleosídica del CTP se une en un bolsillo alternativo opuesto al sitio de unión del UTP. ^{[ 15 ]}

Se ha demostrado que los niveles de CTP sintasa dependen de los niveles del factor de transcripción Myc . A su vez, la actividad de la CTP sintasa es necesaria para los fenotipos relacionados con Myc. ^{[ 16 ]}

También se ha observado que el análogo de la glutamina DON actúa como un inhibidor irreversible y se ha utilizado como agente anticancerígeno. ^{[ 17 ]}

Se ha informado que la CTP sintasa forma filamentos en varios organismos diferentes. Estos incluyen bacterias ( C. crescentus ), ^{[ 18 ]} levaduras ( S. cerevisiae ), ^{[ 19 ]} moscas de la fruta ( D. melanogaster ) ^{[ 20 ]} y células humanas. ^{[ 21 ]} Estas estructuras filamentosas se han denominado bastones y anillos citoplasmáticos, ^{[ 22 ]} citoofidios (del griego "cyto" que significa célula y "ophidium" que significa serpiente, debido a la morfología de las estructuras) o simplemente filamentos de CTP sintasa. Se ha demostrado que la filamentación regula negativamente o positivamente la actividad de la CTP sintasa dependiendo de la especie. ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]} En Drosophila , solo una de las isoformas de la CTP sintasa forma el filamento. ^{[ 28 ]} Desde el descubrimiento de este novedoso modo de regulación enzimática en la CTP sintasa, se ha demostrado que otras enzimas presentan características similares, lo que sugiere que se trata de una estrategia importante y bien conservada para la regulación enzimática. ^{[ 29 ]} La CTP sintasa sigue siendo una enzima modelo para el estudio de la formación de filamentos.

Se ha observado ampliamente una mayor actividad de la CTP sintasa en tumores humanos y de roedores. ^{[ 30 ]} La evidencia de modelos de moscas ^{[ 16 ]} y células cancerosas humanas ^{[ 31 ]} sugiere que el crecimiento celular dependiente de Myc puede ser más susceptible a la supresión de la actividad de la CTP-sintasa.

Se ha observado que las mutaciones en la CTP sintasa confieren resistencia a fármacos citotóxicos como la citarabina (ara-C) en un modelo de leucemia de células de ovario de hámster chino (CHO), aunque no se encontraron tales mutaciones en pacientes humanos con resistencia a la ara-C. ^{[ 32 ]}

• Biosíntesis de pirimidinas

• CTP+sintetasa en los Encabezamientos de Materias Médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.