EGLN1

La prolil hidroxilasa 2 del factor inducible por hipoxia (HIF-PH2), o proteína 2 que contiene el dominio de prolil hidroxilasa (PHD2), es una enzima codificada por el gen EGLN1 . También se conoce como homólogo 1 de Egl nine . ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} PHD2 es una hidroxilasa dependiente de α-cetoglutarato/2-oxoglutarato , una superfamilia de proteínas que contienen hierro no hemo. En humanos, PHD2 es una de las tres isoformas de la prolina dioxigenasa del factor inducible por hipoxia , que también se conoce como HIF prolil-hidroxilasa .

HIF-1α es un factor de transcripción ubicuo, sintetizado constitutivamente, responsable de la regulación positiva de la expresión de genes implicados en la respuesta celular a la hipoxia . Estos productos génicos pueden incluir proteínas como enzimas glucolíticas y factores de crecimiento angiogénicos . ^{[ 9 ]} En normoxia, las subunidades alfa de HIF se marcan para la vía de degradación ubiquitina-proteasoma mediante la hidroxilación de prolina -564 y prolina -402 por PHD2. La hidroxilación de prolina es fundamental para promover la unión de pVHL a HIF, lo que dirige a HIF hacia la poliubiquitinación. ^{[ 8 ]}

PHD2 es una enzima de 46 kDa que consta de un dominio N-terminal homólogo a los dominios de dedo de zinc MYND y un dominio C-terminal homólogo a las dioxigenasas de 2-oxoglutarato . El dominio catalítico consta de un núcleo de doble hélice β estabilizado por tres hélices α empaquetadas a lo largo de la lámina β principal. ^{[ 10 ]} El sitio activo, que se encuentra en el bolsillo entre las láminas β, quelata el hierro(II) mediante la coordinación de histidina y aspartato. El 2-oxoglutarato también desplaza una molécula de agua para unirse al hierro. ^{[ 11 ]} El sitio activo está revestido por residuos hidrofóbicos , posiblemente porque dichos residuos son menos susceptibles al daño oxidativo potencial por especies reactivas que se filtran del centro de hierro. ^{[ 10 ]}

PHD2 cataliza la hidroxilación de dos sitios en HIF-α, que se denominan dominio de degradación dependiente de oxígeno N-terminal (residuos 395-413, NODD) y dominio de degradación dependiente de oxígeno C-terminal (residuos 556-574, CODD). ^{[ 12 ] [ 13 ]} Estos dos sustratos de HIF generalmente se representan por péptidos de 19 aminoácidos en experimentos in vitro . ^{[ 14 ]} La cristalografía de rayos X y la espectroscopia de RMN mostraron que ambos péptidos se unen al mismo sitio de unión en PHD2, en una hendidura en la superficie de PHD2. ^{[ 11 ] [ 15 ]} Se indicó un mecanismo de ajuste inducido a partir de la estructura, en la que los residuos 237-254 adoptan una conformación de bucle cerrado, mientras que en la estructura sin CODD o NODD, los mismos residuos adoptaron una conformación abierta similar a un dedo. ^{[ 11 ] [ 15 ]} Este cambio conformacional fue confirmado por espectroscopia de RMN, ^{[ 15 ]} cristalografía de rayos X ^{[ 11 ] [ 15 ]} y cálculos de dinámica molecular. ^{[ 16 ]} Un estudio reciente encontró un segundo sitio de unión de péptidos en PHD2, aunque la unión del péptido a este sitio alternativo no pareció afectar la actividad catalítica de la enzima. ^{[ 17 ]} Se requieren más estudios para comprender completamente la importancia biológica de este segundo sitio de unión de péptidos.

La enzima tiene una alta afinidad por el hierro(II) y el 2-oxoglutarato (también conocido como α-cetoglutarato) , y forma un complejo de larga duración con estos factores. ^{[ 18 ]} Se ha propuesto que las concentraciones de cosustrato y hierro preparan a las hidroxilasas HIF para responder a una "ventana hipóxica" apropiada para un tipo celular o tejido en particular. ^{[ 19 ]} Los estudios han revelado que PHD2 tiene una K _M para el dioxígeno ligeramente superior a su concentración atmosférica, y se cree que PHD2 es el sensor más importante del estado de oxígeno de la célula. ^{[ 20 ]}

La enzima incorpora un átomo de oxígeno del dioxígeno al producto hidroxilado y un átomo de oxígeno al coproducto succinato . ^{[ 21 ]} Sus interacciones con HIF-1α dependen de una región de bucle móvil que ayuda a rodear el sitio de hidroxilación y a estabilizar la unión tanto del hierro como del 2-oxiglutarato. ^{[ 11 ]} También se propuso un mecanismo de regulación por retroalimentación que implica el desplazamiento de HIF-1α por HIF-1α hidroxilado cuando el 2-oxoglutarato es limitante. ^{[ 22 ]}

PHD2 es el principal regulador de los niveles de HIF-1α en estado estacionario en la célula. La inhibición de PHD2 mostró un aumento en los niveles de HIF-1α en condiciones de normoxia, así como un incremento en la acumulación nuclear de HIF-1α y en la transcripción dependiente de HIF. La acumulación de HIF-1α en estado estacionario dependía de la cantidad de silenciamiento de PHD inducido por siRNA en células HeLa y en diversas líneas celulares humanas. ^{[ 8 ]}

Sin embargo, aunque parecería que PHD2 regula negativamente HIF-1α y, por lo tanto, también la tumorigénesis, se han sugerido funciones paradójicas de PHD2 en la proliferación tumoral . Por ejemplo, un estudio en animales mostró una reducción tumoral en ratones deficientes en PHD2 mediante la activación de la señalización antiproliferativa de TGF-β . ^{[ 23 ]} Otros modelos in vivo mostraron actividad supresora de tumores para PHD2 en cáncer de páncreas y cáncer de hígado . ^{[ 24 ] [ 25 ]} Un estudio de 121 pacientes humanos reveló que PHD2 es un fuerte marcador pronóstico en cáncer gástrico , con pacientes PHD2-negativos que tuvieron una supervivencia más corta en comparación con los pacientes PHD2-positivos. ^{[ 26 ]}

Estudios recientes de asociación de genoma completo han sugerido que EGLN1 puede estar involucrado en el fenotipo de hematocrito bajo que exhibe la población tibetana y, por lo tanto, que EGLN1 puede desempeñar un papel en la adaptación hereditaria de esta población para vivir a gran altitud. ^{[ 27 ]}

El importante papel de HIF como mediador homeostático implica a PHD2 como un objetivo terapéutico para una variedad de trastornos relacionados con la angiogénesis, la eritropoyesis y la proliferación celular. Ha habido interés tanto en potenciar como en inhibir la actividad de PHD2. ^{[ 9 ]} Por ejemplo, la inhibición de HIF-1α por metilselenocisteína (MSC) condujo a la inhibición del crecimiento tumoral en el carcinoma de células renales de manera dependiente de PHD. Se cree que este fenómeno depende de la estabilización de PHD, pero los detalles mecanísticos de este proceso aún no se han investigado. ^{[ 28 ]} Por otro lado, los cribados de quelantes de moléculas pequeñas han revelado que las hidroxipironas y las hidroxipiridonas son inhibidores potenciales de PHD2. ^{[ 29 ]} Recientemente, se descubrió que los dihidropirazoles, una molécula pequeña basada en triazol, es un potente inhibidor de PHD2 que es activo tanto in vitro como in vivo . ^{[ 30 ]} También se han desarrollado péptidos análogos del sustrato para exhibir selectividad inhibitoria para PHD2 sobre el factor inhibidor de HIF (FIH), para el cual algunos otros inhibidores de PHD muestran especificidad superpuesta. ^{[ 31 ]} Los gasotransmisores incluidos el monóxido de carbono ^{[ 32 ]} y el óxido nítrico ^{[ 33 ] [ 34 ]} también son inhibidores de PHD2 al competir con el oxígeno molecular por la unión en el ion Fe(II) del sitio activo.

Además, PHD2 tiene un gran potencial como objetivo terapéutico para las afecciones isquémicas. ^{[ 35 ]} La isquemia, caracterizada por la reducción del flujo sanguíneo y el suministro de oxígeno, puede provocar daños y disfunción tisular graves. ^{[ 36 ]} La modulación de la actividad de PHD2 en condiciones isquémicas puede mejorar la supervivencia y recuperación tisular al estabilizar HIF-1α , que a su vez activa genes que facilitan las respuestas adaptativas a la hipoxia. Esto incluye la promoción de la angiogénesis, la eritropoyesis y la reprogramación metabólica, cruciales para la supervivencia celular en condiciones de privación de oxígeno. ^{[ 37 ] [ 38 ]} Estudios preclínicos han sugerido que la inhibición de PHD2 puede reducir el daño tisular en modelos de infarto de miocardio e isquemia cerebral , proporcionando una base para futuras estrategias terapéuticas dirigidas a minimizar las consecuencias de los eventos isquémicos agudos. ^{[ 39 ]} La investigación en curso continúa explorando la eficacia y seguridad de los inhibidores de PHD2 en diversos escenarios isquémicos, con el potencial de extender estos hallazgos a aplicaciones clínicas.

• Resumen de toda la información estructural disponible en el PDB para UniProt : Q9GZT9 (homólogo 1 de Egl nine) en el PDBe-KB .