Glucocerebrosidasa

La β-glucocerebrosidasa (también llamada β-glucosidasa ácida , D -glucosil-N-acilesfingosina glucohidrolasa o GCase ) es una enzima con actividad glucosilceramidasa ( EC 3.2.1.45 ) que escinde por hidrólisis el enlace β-glucosídico del glucocerebrósido , un intermediario del metabolismo de los glucolípidos que es abundante en las membranas celulares (particularmente en las células de la piel). ^{[ 5 ]} Se localiza en el lisosoma , donde permanece asociada a la membrana lisosomal. ^{[ 6 ]} La β-glucocerebrosidasa tiene 497 aminoácidos de longitud y una masa molecular de 59.700 Da .

La β-glucocerebrosidasa es un miembro de la familia 30 de las glicósido hidrolasas y consta de tres dominios distintos (I-III). ^{[ 7 ]}

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  Representación tridimensional en PyMol de la glucocerebrosidasa con tres dominios resaltados.
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  Representación tridimensional en PyMol de la glucocerebrosidasa con los residuos catalíticos resaltados.

El dominio I (residuos 1–27 y 383–414) forma una lámina β antiparalela de tres hebras. Este dominio contiene dos puentes disulfuro necesarios para el correcto plegamiento, así como un residuo glicosilado (Asn19) requerido para la actividad catalítica in vivo. El dominio II (residuos 30–75 y 431–497) consta de dos láminas β que se asemejan a un pliegue de inmunoglobulina . El dominio III (residuos 76–381 y 416–430) es homólogo a un barril TIM y es un dominio altamente conservado entre las glicósido hidrolasas . ^{[ 8 ]} El dominio III alberga el sitio activo, que se une al sustrato glucocerebrósido en estrecha proximidad a los residuos catalíticos E340 y E235. Los dominios I y III están estrechamente asociados, mientras que los dominios II y III están unidos por un conector desordenado. ^{[ 7 ]}

Las estructuras cristalinas indican que la β-glucocerebrosidasa se une a la porción de glucosa y al enlace O-glicosídico adyacente del glucocerebrósido . Las dos cadenas alifáticas del glucocerebrósido pueden permanecer asociadas a la bicapa lisosomal o interactuar con la proteína activadora Saposina C. ^{[ 7 ]}

De forma similar a otras glicósido hidrolasas, el mecanismo de hidrólisis del glucocerebrósido por la β-glucocerebrosidasa implica una catálisis ácido-base por dos residuos de ácido glutámico (E340 y E235) y se desarrolla en dos etapas. En la primera etapa, E340 realiza un ataque nucleofílico al carbono del enlace O-glicosídico para desplazar la porción de esfingosina , que es protonada simultáneamente por E235 al liberarse del sitio activo. En la segunda etapa, la glucosa se hidroliza del residuo E340 para regenerar la enzima activa. ^{[ 7 ] [ 9 ]}

La β-glucocerebrosidasa presenta su máxima actividad a pH 5,5, el pH del compartimento lisosomal. ^{[ 10 ]} Dentro del lisosoma, permanece asociada a la membrana, donde se une a su sustrato, el glucocerebrósido (GluCer), y lo degrada. Para su máxima actividad catalítica, requiere la proteína activadora Saposina C, así como lípidos con carga negativa. ^{[ 11 ] [ 12 ]} Se desconoce la función de la Saposina C; sin embargo, se ha demostrado que se une tanto a la membrana lisosomal como a las fracciones lipídicas del GluCer, por lo que podría reclutar el GluCer al sitio activo de la enzima. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

La β-glucocerebrosidasa es inhibida de forma específica e irreversible por el análogo de glucosa Conduritol B epóxido. El Conduritol B epóxido se une al sitio activo de la GCase, donde la enzima escinde su anillo epóxido , formando un enlace covalente permanente entre la enzima y el inhibidor. ^{[ 15 ]}

Inicialmente, se pensó que la GCase era una de las pocas enzimas lisosomales que no seguía la vía de la manosa-6-fosfato para el transporte al lisosoma . ^{[ 16 ]} Un estudio en fibroblastos de la enfermedad de células I (en la que la fosfotransferasa que coloca manosa 6-fosfato en las proteínas para dirigirlas al lisosoma es defectuosa) mostró que la GCase se dirigía al lisosoma independientemente de la vía de M6P. ^{[ 17 ]} Se demostró que el transportador lisosomal y la proteína de membrana integral LIMP-2 (proteína de membrana integral lisosomal 2) se unía a la GCase y facilitaba el transporte al lisosoma, demostrando un mecanismo para el transporte lisosomal independiente de M6P. Esta conclusión se puso en duda cuando una estructura cristalina de la GCase en complejo con LIMP-2 mostró una fracción de manosa 6-fosfato en LIMP-2, lo que sugiere que el complejo también puede seguir la vía tradicional de manosa-6-fosfato . ^{[ 18 ]}

Las mutaciones en el gen de la glucocerebrosidasa causan la enfermedad de Gaucher , una enfermedad de almacenamiento lisosomal caracterizada por una acumulación de glucocerebrósidos en los macrófagos que infiltran muchos órganos vitales. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

Las mutaciones en el gen de la glucocerebrosidasa también están asociadas con la enfermedad de Parkinson . ^{[ 21 ] [ 22 ]}

Un pseudogén relacionado se encuentra aproximadamente a 12 kb corriente abajo de este gen en el cromosoma 1. El empalme alternativo da como resultado múltiples variantes de transcripción que codifican la misma proteína. ^{[ 23 ]}

La alglucerasa (Ceredase) era una versión de la glucocerebrosidasa que se obtenía del tejido placentario humano y luego se modificaba con enzimas. ^{[ 24 ]} Fue aprobada por la FDA en 1991 ^{[ 25 ]} pero se retiró del mercado ^{[ 26 ] [ 27 ]} debido a la aprobación de fármacos similares elaborados con tecnología de ADN recombinante en lugar de obtenerse del tejido. Los fármacos producidos mediante tecnología recombinante no presentan riesgo de transmisión de enfermedades a partir del tejido utilizado en la obtención y su fabricación es menos costosa. ^{[ 24 ]}

Las glucocerebrosidasas recombinantes utilizadas como fármacos incluyen: ^{[ 28 ]}

• Imiglucerasa (Cerezyme) ^{[ 24 ]}
• Velaglucerasa (Vpriv) ^{[ 24 ]}
• Taliglucerasa alfa (Elelyso) ^{[ 29 ]}

• Enzimas estrechamente relacionadas
  • GBA2 : β-glucosidasa ácida (ácido biliar), también EC 3.2.1.45
  • GBA3 : β-glucosidasa ácida (citosólica), EC 3.2.1.21

• Entrada de GeneReviews/NCBI/UW/NIH sobre la enfermedad de Gaucher
• Glucocerebrosidasa en los Encabezamientos de Materias Médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
• Proteopedia Ácido-beta-glucosidasa