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Fosfolipasa C

Sitios de escisión de las fosfolipasas . Las enzimas fosfolipasa C cortan justo antes del fosfato unido a la porción R 3 . La fosfolipasa C ( PLC ) es una clase de enzimas asoci...

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Sitios de escisión de las fosfolipasas . Las enzimas fosfolipasa C cortan justo antes del fosfato unido a la porción R 3 .

La fosfolipasa C ( PLC ) es una clase de enzimas asociadas a la membrana que hidrolizan fosfolípidos justo antes del grupo fosfato (véase la figura). Generalmente se considera sinónimo de las formas humanas de esta enzima, que desempeñan un papel importante en la fisiología de las células eucariotas , en particular en las vías de transducción de señales . La función de la fosfolipasa C en la transducción de señales es la hidrólisis del fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP₂ ) en diacilglicerol (DAG) e inositol 1,4,5-trisfosfato (IP₃ ) , que actúan como segundos mensajeros . Los activadores de cada PLC varían, pero suelen incluir subunidades de proteína G heterotriméricas , tirosina quinasas , pequeñas proteínas G , Ca²⁺ y fosfolípidos. [ 1 ]

Existen trece tipos de fosfolipasa C de mamíferos, clasificados en seis isotipos (β, γ, δ, ε, ζ, η) según su estructura. Cada PLC ejerce controles únicos y superpuestos sobre su expresión y distribución subcelular. Sin embargo, la PLC no se limita a los mamíferos, sino que también está presente en bacterias y Chromadorea.

Variantes

Variantes de mamíferos

La gran cantidad de funciones que ejerce la reacción de la PLC requiere que esté estrictamente regulada y que sea capaz de responder a múltiples estímulos extra e intracelulares con la cinética adecuada. Esta necesidad ha guiado la evolución de seis isotipos de PLC en animales, cada uno con un modo de regulación distinto. El pre-ARNm de la PLC también puede estar sujeto a empalme diferencial, de modo que un mamífero puede tener hasta 30 enzimas PLC. [ 2 ]

Variantes bacterianas

La mayoría de las variantes bacterianas de la fosfolipasa C se clasifican en uno de cuatro grupos de proteínas estructuralmente relacionadas. Las fosfolipasas C tóxicas son capaces de interactuar con las membranas de las células eucariotas e hidrolizar la fosfatidilcolina y la esfingomielina, lo que provoca la lisis celular. [ 3 ]

Cromadorea

La clase Chromadorea también utiliza la enzima fosfolipasa C para regular la liberación de calcio. Esta enzima libera inositol 1,4,5-trifosfato (IP3) , que activa una vía de señalización implicada en la ovulación, es decir, el desplazamiento del ovocito hacia la espermateca. Este gen participa en diversas actividades, como el control de la GTPasa, la degradación de ciertas moléculas y la unión a pequeñas GTPasas. Ayuda a combatir bacterias y a regular el movimiento de proteínas en las células. Se encuentra en el sistema excretor, los intestinos, los nervios y los órganos reproductores. La expresión de la enzima en la espermateca está controlada por los factores de transcripción FOS-1 y JUN-1. [ 4 ]

Estructura enzimática

Comparación del dominio C2 de la PI-PLC de mamíferos en rojo y el dominio similar a C2 de Bacillus cereus en cian.

En los mamíferos, las PLC comparten una estructura central conservada y difieren en otros dominios específicos de cada familia. La enzima central incluye un barril de triosafosfato isomerasa (TIM) dividido , un dominio de homología de pleckstrina (PH) , cuatro dominios EF-mano en tándem y un dominio C2 . [ 1 ] El barril TIM contiene el sitio activo, todos los residuos catalíticos y un sitio de unión de Ca²⁺ . Posee una inserción autoinhibitoria que interrumpe su actividad, denominada enlazador XY. Se ha demostrado que el enlazador XY ocluye el sitio activo y, al eliminarlo, la PLC se activa. [ 5 ]

Se han aislado y secuenciado los nucleótidos de los genes que codifican la alfa-toxina ( Clostridium perfringens ) , la PLC de Bacillus cereus (BC-PLC) y las PLC de Clostridium bifermentans y Listeria monocytogenes . Las secuencias presentan una homología significativa, de aproximadamente 250 residuos, en el extremo N-terminal. La alfa-toxina tiene 120 residuos adicionales en el extremo C-terminal. Se ha descrito que el extremo C-terminal de la alfa-toxina es un dominio "similar a C2", en referencia al dominio C2 presente en eucariotas que participa en la transducción de señales y que se encuentra en la fosfolipasa C de fosfoinosítidos de mamíferos . [ 6 ]

Mecanismo enzimático

Reacción general catalizada por la fosfolipasa C

La reacción catalizada primaria de la PLC ocurre sobre un sustrato insoluble en una interfase lípido-agua. Los residuos en el sitio activo se conservan en todos los isotipos de PLC. En animales, la PLC cataliza selectivamente la hidrólisis del fosfolípido fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP₂ ) en el lado del glicerol del enlace fosfodiéster. Se forma un intermedio débilmente unido a la enzima, el inositol 1,2-fosfodiéster cíclico, y se libera diacilglicerol (DAG) . El intermedio se hidroliza luego a inositol 1,4,5-trisfosfato (IP₃ ) . [ 7 ] Por lo tanto, los dos productos finales son DAG e IP₃ . La catálisis ácido-base requiere dos residuos de histidina conservados y se necesita un ion Ca²⁺ para la hidrólisis de PIP₂ . Se ha observado que el Ca 2+ del sitio activo se coordina con cuatro residuos ácidos y si alguno de estos residuos está mutado, se necesita una mayor concentración de Ca 2+ para la catálisis. [ 8 ]

Vía de señalización

La fosfolipasa C específica de fosfoinosítidos (PLC) desempeña un papel fundamental en los procesos de señalización celular. Cuando las células reciben señales como hormonas o factores de crecimiento, la PLC degrada una molécula llamada PIP2 para producir nuevas moléculas de señalización. El PIP2 es un tipo de molécula presente en las membranas celulares. Cuando las células reciben ciertas señales del exterior, una enzima llamada PLC degrada el PIP2 en moléculas más pequeñas, que luego transmiten mensajes dentro de la célula. Los distintos tipos de PLC se activan de manera diferente, lo que contribuye a la capacidad de las células para responder a su entorno. [ 9 ]

Regulación

Activación

Los receptores que activan esta vía son principalmente receptores acoplados a proteínas G acoplados a la subunidad G αq , entre los que se incluyen:

Otros activadores menores, además de G αq , son:

Inhibición

  • Molécula pequeña U73122: aminoesteroide, presunto inhibidor de PLC. [ 12 ] [ 13 ] Sin embargo, se ha cuestionado la especificidad de U73122. [ 14 ] Se ha informado que U73122 activa la actividad fosfolipasa de PLC purificadas. [ 15 ]
  • Edelfosina : agente antineoplásico similar a los lípidos (ET-18-OCH3) [ 16 ]
  • Autoinhibición del conector XY en células de mamíferos: Se propone que el conector XY consiste en largas secuencias de aminoácidos ácidos que forman áreas densas de carga negativa. Estas áreas podrían ser repelidas por la membrana cargada negativamente tras la unión de la PLC a los lípidos de la membrana. Se cree que la combinación de repulsión y restricciones estéricas aleja el conector XY del sitio activo y alivia la autoinhibición. [ 1 ]
  • Los compuestos que contienen el esqueleto del ácido morfolinobenzoico pertenecen a una clase de inhibidores de PLC específicos de fosfatidilcolina con propiedades farmacológicas. [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]
  • o -fenantrolina: compuesto orgánico heterocíclico, conocido por inhibir las metaloenzimas de zinc [ 20 ]
  • EDTA: molécula que quelata los iones Zn 2+ e inactiva eficazmente la PLC, conocida por inhibir las metaloenzimas de zinc [ 21 ].

Función biológica

Escisión de PIP 2 a DAG e IP 3 mediada por PLC

La PLC escinde el fosfolípido fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP₂ ) en diacilglicerol (DAG) e inositol 1,4,5-trisfosfato (IP₃ ) . Por lo tanto, la PLC tiene un profundo impacto en el agotamiento de PIP₂ , que actúa como un anclaje de membrana o regulador alostérico y un agonista para muchos canales iónicos regulados por lípidos . [ 22 ] [ 23 ] El PIP₂ también actúa como sustrato para la síntesis del lípido menos común fosfatidilinositol 3,4,5-trisfosfato (PIP₃ ) , que es responsable de la señalización en múltiples reacciones. [ 24 ] Por consiguiente, el agotamiento de PIP₂ por la reacción de la PLC es fundamental para la regulación de las concentraciones locales de PIP₃ tanto en la membrana plasmática como en la membrana nuclear.

Los dos productos de la reacción catalizada por PLC, DAG e IP3 , son importantes segundos mensajeros que controlan diversos procesos celulares y son sustratos para la síntesis de otras moléculas de señalización importantes. Cuando se escinde el PIP2 , el DAG permanece unido a la membrana y el IP3 se libera como una estructura soluble en el citosol . El IP3 se difunde a través del citosol para unirse a los receptores de IP3 , en particular a los canales de calcio en el retículo endoplasmático liso (RE). Esto provoca un aumento de la concentración citosólica de calcio, lo que causa una cascada de cambios y actividad intracelulares. [ 25 ] Además, el calcio y el DAG actúan conjuntamente para activar la proteína quinasa C , que fosforila otras moléculas, lo que conduce a una alteración de la actividad celular. [ 25 ] Los efectos finales incluyen el gusto, la promoción de tumores, así como la exocitosis de vesículas, la producción de superóxido por la NADPH oxidasa y la activación de JNK . [ 25 ] [ 26 ]

Tanto el DAG como el IP3 son sustratos para la síntesis de moléculas reguladoras. El DAG es el sustrato para la síntesis de ácido fosfatídico , una molécula reguladora. El IP3 es el sustrato limitante de la velocidad para la síntesis de polifosfatos de inositol, que estimulan múltiples quinasas de proteínas, la transcripción y el procesamiento del ARNm. [ 27 ] Por lo tanto, la regulación de la actividad de la PLC es vital para la coordinación y regulación de otras enzimas de vías que son fundamentales para el control de la fisiología celular.

Además, la fosfolipasa C desempeña un papel importante en la vía de la inflamación. La unión de agonistas como la trombina , la epinefrina o el colágeno a los receptores de la superficie plaquetaria puede desencadenar la activación de la fosfolipasa C para catalizar la liberación de ácido araquidónico a partir de dos fosfolípidos de membrana principales: el fosfatidilinositol y la fosfatidilcolina . El ácido araquidónico puede entonces incorporarse a la vía de la ciclooxigenasa (produciendo prostaglandinas (PGE1, PGE2, PGF2), prostaciclinas (PGI2) o tromboxanos (TXA2)) y a la vía de la lipoxigenasa (produciendo leucotrienos (LTB4, LTC4, LTD4, LTE4)). [ 28 ]

La variante bacteriana Clostridium perfringens tipo A produce alfa-toxina. La toxina tiene actividad de fosfolipasa C y causa hemólisis , letalidad y dermonecrosis. A altas concentraciones, la alfa-toxina induce una degradación masiva de fosfatidilcolina y esfingomielina , produciendo diacilglicerol y ceramida , respectivamente. Estas moléculas participan luego en vías de transducción de señales. [ 6 ] Se ha informado que la toxina activa la cascada del ácido araquidónico en la aorta aislada de rata. [ 29 ] La contracción inducida por la toxina se relacionó con la generación de tromboxano A 2 a partir del ácido araquidónico. Por lo tanto, es probable que la PLC bacteriana imite las acciones de la PLC endógena en las membranas de las células eucariotas.

Véase también

Referencias

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