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ADNasa activada por caspasa

La DNasa activada por caspasa ( CAD ) o subunidad beta del factor de fragmentación del ADN es una proteína que en humanos está codificada por el gen DFFB . [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] Des...

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La DNasa activada por caspasa ( CAD ) o subunidad beta del factor de fragmentación del ADN es una proteína que en humanos está codificada por el gen DFFB . [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] Destruye el ADN durante la apoptosis y promueve la diferenciación celular. Generalmente es un monómero inactivo inhibido por ICAD. Este se escinde antes de la dimerización.

Función

La apoptosis es un proceso de autodestrucción celular que elimina células tóxicas o inútiles durante el desarrollo de los mamíferos y otros procesos vitales. El proceso apoptótico se acompaña de la contracción y fragmentación de células y núcleos, así como de la degradación del ADN cromosómico en unidades nucleosomales. El factor de fragmentación del ADN (DFF) es una proteína heterodimérica compuesta por subunidades de 40 kD (DFFB) y 45 kD ( DFFA ). DFFA es el sustrato de la caspasa-3 y desencadena la fragmentación del ADN durante la apoptosis. El DFF se activa cuando la caspasa-3 escinde DFFA. Los fragmentos escindidos de DFFA se disocian de DFFB, el componente activo del DFF. Se ha descubierto que DFFB desencadena tanto la fragmentación del ADN como la condensación de la cromatina durante la apoptosis. Se han identificado múltiples variantes de transcripción con empalme alternativo que codifican isoformas distintas para este gen; sin embargo, no se ha determinado la validez biológica de algunas variantes. [ 7 ]

Formularios CAD e ICAD

A pesar de que este gen está presente en todas las células, la proteína que codifica solo se expresa en diversos tejidos y tipos de células, incluyendo el páncreas, el corazón, el colon, los leucocitos, la próstata, el ovario, la placenta, el riñón, el bazo y el timo. [ 8 ]

También se conoce como nucleasa activada por caspasa (CPAN), factor de fragmentación de ADN 40 (DFF-40), DFF2 y DFFB. Además, otras nomenclaturas han surgido de la combinación de estas anteriores. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

Estructura

Este heterodímero es una endonucleasa [ 9 ] [ 12 ] [ 13 ] con un alto contenido de residuos de cisteína . [ 11 ] Permanece inactivo en células en crecimiento cuando se asocia con su inhibidor (ICAD, subunidad de 45 kDa del factor de fragmentación del ADN, DFFA o DFF45), lo que da como resultado un complejo ICAD-CAD. [ 8 ] [ 9 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] Su disociación permite que DFF40 se oligomerice para formar un gran complejo funcional, que, por sí mismo, es una DNasa activa. [ 11 ] [ 12 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]

Subunidad DFF40 o CAD

Tiene un peso molecular de 40 kDa. Además, contiene tres dominios que conforman un monómero de CAD: C1 o CAD N-terminal; C2, que consta de tres cadenas α separadas; y, por último, C3, que es el más grande y funcionalmente el más importante. La combinación de los aminoácidos de C3 da lugar a 5 hélices α, 4 láminas β y un bucle en el extremo C-terminal catalítico que interactúan entre sí. Por lo tanto, se produce una cavidad (sitio activo) donde puede alojarse el ADN, aunque existe otra región de unión responsable de un complejo de ADN estable durante su fragmentación. [ 8 ] [ 14 ] [ 18 ]

Subunidad DFF45 o ICAD

DFFA está codificado por ARNm cifrados alternativamente que originan dos formas distintas: corta (ICAD-S) y larga (ICAD-L), que actúan como una chaperona específica asegurando el correcto plegamiento de CAD [ 10 ] [ 11 ] [ 17 ] Además, contiene dos residuos de ácido aspártico (Asp117 y Asp224) donde se identifica CAD y, en consecuencia, permanece unido hasta que la Caspasa-3 escinde esta unión. [ 10 ] [ 14 ]

Proceso de activación

Como es habitual en las células en crecimiento no apoptóticas, la DNasa activada por caspasas se mantiene bajo control e inactivada en el citoplasma gracias a su asociación con el inhibidor, el inhibidor de la DNasa activada por caspasas (ICAD), también conocido como factor de fragmentación del ADN de 45 kDa (DFF45).

ICAD is encoded by alternatively spliced mRNAs, which generate long (ICAD-L) and short (ICAD-S) forms of ICAD. Therefore, ICAD has a dual function; it acts as a CAD inhibitor and also as a chaperone for CAD synthesis, assisting in the correct assembly of the protein.[19]

ICAD has two caspase recognition sites at Asp117 and Asp224. CAD release from ICAD inhibition is achieved by cleavage of ICAD at these Asp residues by caspase-3.[20]

Caspase-3 is activated in the apoptotic cell.[9] Caspase-3 activation is a cell requirement during the early stages of skeletal myoblast differentiation. Its catalytic site involves the sulfohydryl group of Cys-285 and the imidazole ring of His-237. The caspase-3 His-237 stabilizes the target Aspartate, causing the break of the association of ICAD and CAD, leaving the endonuclease CAD active, allowing it to degrade chromosomal DNA.

Once the inhibitor is released, and for the CAD monomers to function properly, they must come together to form a functional dimer with vertical symmetry.

Interactions

DFFB has been shown to interact with DFFA.[21][22]

Cell differentiation

Caspase 3 is responsible for cellular differentiation, although it is unclear how this kind of protein can promote cell apoptosis. Caspase signals resulting from the activation of nuclease CAD indicate that the cell differentiation is due to a CAD modification in chromatin structure.

CAD leads to the initiation of DNA strand breakage, which occurs during terminal differentiation of some cells, such as skeletal muscle cells. The targeting of the p21 promoter is responsible for inducing cell differentiation, which is promoted by modifying the nuclear DNA microenvironment. [23]

Cell diversity originates from cell differentiation, which is attributed to the activation of specific transcription factors. It also depends on the activity of a protein or a common signal. The factor that seems to induce more cell differentiation is caspase-3 protease.[24] This was identified as the penultimate stage of the apoptosis pathway.

Some studies have shown that this differentiation is due to the presence of many CAD kinase substrates. Referring to the example of skeletal cells, their differentiation is associated with the cleavage of the kinase MST1.[25]

Además, se ha observado que la CAD participa en la formación del genoma, cuyas roturas de ADN ocurren durante las primeras etapas de la diferenciación celular. Asimismo, la caspasa 3 induce roturas de ADN en el promotor del factor p21, y esta rotura de la cadena está relacionada con la expresión del gen p21.

muerte celular por apoptosis

La proteína caspasa DNasa es una endonucleasa involucrada en el proceso de apoptosis celular que facilita la ruptura del ADN. [ 26 ] La muerte celular por apoptosis es un proceso ejecutado por proteasas de cisteína [ 27 ] que permite a los animales mantener su homeostasis , también regulada por otros mecanismos como el crecimiento y la diferenciación celular. Esta respuesta biológica se caracteriza por la degradación del ADN cromosómico en pequeños fragmentos dentro del núcleo de la célula. [ 28 ] Después de muchas investigaciones y estudios, fue posible asegurar que la DNasa activada por caspasa es la principal responsable de esta destrucción debido a una larga lista de estímulos.

Uno de los experimentos realizados por los investigadores para validar la teoría consistió en introducir una forma mutada de la proteína tanto en células humanas TF-1 como en células Jurkat , que previamente habían respondido a la forma habitual (no mutada) de la endonucleasa y habían muerto por apoptosis. Como resultado, estas células murieron, teniendo en cuenta esta modificación genética, pero no mostraron fragmentación del ADN. Esta fue la evidencia clave para probar que la forma CAD está implicada en esta parte del proceso, ya que sin su contribución, la fragmentación no se habría producido. [ 29 ]

Posteriormente, se descubrió que la forma en que esta proteína induce la ruptura del ADN se explica por sus formas CAD e ICAD, que facilitan tanto la entrada como la salida del núcleo de la célula. [ 28 ]

Referencias

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Lecturas adicionales

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