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lanosterol sintasa

La lanosterol sintasa ( EC 5.4.99.7 ) es una enzima oxidoescualeno ciclasa (OSC) que convierte el ( S )-2,3-oxidoescualeno en un catión protosterol y finalmente en lanosterol . ...

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La lanosterol sintasa ( EC 5.4.99.7 ) es una enzima oxidoescualeno ciclasa (OSC) que convierte el ( S )-2,3-oxidoescualeno en un catión protosterol y finalmente en lanosterol . [ 5 ] El lanosterol es un intermediario clave de cuatro anillos en la biosíntesis del colesterol . [ 6 ] [ 7 ] En humanos, la lanosterol sintasa está codificada por el gen LSS . [ 8 ] [ 9 ]

En eucariotas , la lanosterol sintasa es una proteína monotópica integral asociada al lado citosólico del retículo endoplasmático . [ 10 ] Algunas evidencias sugieren que la enzima es una proteína soluble, no unida a la membrana, en los pocos procariotas que la producen. [ 11 ]

Debido al papel de la enzima en la biosíntesis del colesterol , existe interés en los inhibidores de la lanosterol sintasa como posibles fármacos reductores del colesterol, para complementar las estatinas existentes . [ 12 ]

Estructura

La lanosterol sintasa es una proteína monomérica de dos dominios [ 10 ] compuesta por dos dominios de barril (α/α) conectados y tres estructuras β más pequeñas . El sitio activo de la enzima se encuentra en el centro de la proteína, cerrado por un canal estrecho. El paso del sustrato ( S )-2,3-epoxiescualeno a través del canal requiere un cambio en la conformación de la proteína . En eucariotas , una superficie hidrofóbica (6% del área superficial total de la enzima) es la región de unión a la membrana del RE . [ 12 ]

La enzima contiene cinco regiones de huella dactilar que contienen motivos Gln - Trp , los cuales también están presentes en la enzima bacteriana altamente análoga escualeno-hopeno ciclasa . [ 12 ] Los residuos de estas regiones de huella dactilar contienen cadenas laterales apiladas que se cree que contribuyen a la estabilidad de la enzima durante las reacciones de ciclación altamente exergónicas catalizadas por la enzima. [ 13 ]

Función

Síntesis de lanosterol

La lanosterol sintasa cataliza la conversión de ( S )-2,3-epoxiescualeno a lanosterol , un intermediario clave de cuatro anillos en la biosíntesis del colesterol . [ 6 ] [ 7 ] Por lo tanto, a su vez proporciona el precursor de estrógenos , andrógenos , progestágenos , glucocorticoides , mineralocorticoides y neuroesteroides . En eucariotas, la enzima está unida al lado citosólico de la membrana del retículo endoplasmático . [ 10 ] Si bien la síntesis de colesterol se asocia principalmente con eucariotas , se han encontrado pocos procariotas que expresen la lanosterol sintasa; se ha encontrado como una proteína soluble en Methylococcus capsulatus . [ 11 ]

Síntesis de epoxilanosterol

La lanosterol sintasa también cataliza la ciclación del 2,3;22,23-diepoxiescualeno a 24( S ),25-epoxilanosterol, [ 14 ] que posteriormente se convierte en 24( S ),25-epoxicolesterol. [ 15 ] Dado que la afinidad de la enzima por este segundo sustrato es mayor que por el monoepoxi( S )-2,3-epoxiescualeno, bajo inhibición parcial, la conversión del 2,3;22,23-diepoxiescualeno a 24( S ),25-epoxilanosterol se ve favorecida sobre la síntesis de lanosterol . [ 16 ] Esto tiene relevancia para la prevención y el tratamiento de enfermedades.

Mecanismo

Perfil completo.
Figura 1: Mecanismo de la lanosterol sintasa. Los intermedios carbocatiónicos discretos muestran la naturaleza no concertada del mecanismo.

Aunque se han obtenido algunos datos sobre el mecanismo mediante el uso de inhibidores suicidas , estudios de mutagénesis y modelado por homología , todavía no se comprende completamente cómo la enzima cataliza la formación de lanosterol . [ 12 ]

Apertura del anillo

Antes de la obtención de la estructura cristalina por rayos X de la proteína , se utilizó mutagénesis dirigida para determinar los residuos clave para la actividad catalítica de la enzima. Se determinó que un residuo de ácido aspártico (D455) y dos residuos de histidina (H146 y H234) eran esenciales para la función enzimática. Corey et al. plantearon la hipótesis de que el ácido aspártico actúa protonando el anillo epóxido del sustrato , aumentando así su susceptibilidad al ataque intramolecular por el doble enlace más cercano , y que H146 posiblemente intensifica la capacidad donadora de protones del ácido aspártico mediante enlaces de hidrógeno . [ 17 ] Tras la obtención de la estructura cristalina por rayos X de la enzima, se confirmó el papel de D455 como donador de protones al epóxido del sustrato, aunque se encontró que D455 se estabiliza con mayor probabilidad mediante enlaces de hidrógeno con dos residuos de cisteína (C456 y C533) que con la histidina sugerida anteriormente. [ 12 ]

Formación de anillos

La protonación del epóxido activa el sustrato, desencadenando una cascada de reacciones de formación de anillos. Se forman cuatro anillos en total (A a D), produciendo la cadena principal del colesterol . [ 12 ] Aunque en el pasado se había considerado la idea de una formación concertada de los cuatro anillos, los estudios cinéticos con análogos de ( S )-2,3-oxidoescualeno mostraron que la formación del producto se logra a través de intermedios carbocatiónicos discretos (véase la Figura 1 ). El aislamiento de productos monocíclicos y bicíclicos de mutantes de la lanosterol sintasa ha debilitado aún más la hipótesis de un mecanismo concertado. [ 18 ] [ 19 ] Sin embargo, la evidencia sugiere que la apertura del anillo de epóxido y la formación del anillo A son concertadas. [ 20 ]

Importancia clínica

Inhibidores enzimáticos como fármacos para reducir el colesterol

Ha aumentado el interés en los inhibidores de la lanosterol sintasa como fármacos para reducir el colesterol en sangre y tratar la aterosclerosis . Las estatinas, fármacos ampliamente utilizados actualmente para reducir el colesterol LDL (lipoproteína de baja densidad), actúan inhibiendo la actividad de la HMG-CoA reductasa . [ 6 ] Dado que esta enzima cataliza la formación de precursores mucho antes del ( S )-2,3-epoxiescualeno y el colesterol, las estatinas pueden influir negativamente en las cantidades de intermediarios necesarios para otras vías biosintéticas (por ejemplo, la síntesis de isoprenoides y la coenzima Q ). Por lo tanto, la lanosterol sintasa, que está más estrechamente relacionada con la biosíntesis del colesterol que la HMG-CoA reductasa , es una diana farmacológica atractiva. [ 21 ]

Se cree que los inhibidores de la lanosterol sintasa reducen el colesterol LDL y VLDL mediante un mecanismo de control dual. Estudios en los que se inhibe parcialmente la lanosterol sintasa han demostrado tanto una disminución directa en la formación de lanosterol como una disminución en la actividad de la HMG-CoA reductasa . Se cree que el oxiesterol 24( S ),25-epoxilanosterol, que se forma preferentemente sobre el lanosterol durante la inhibición parcial de la lanosterol sintasa, es responsable de esta inhibición de la actividad de la HMG-CoA reductasa . [ 22 ]

Evolución

Se cree que las oxidoescualeno ciclasas (OSC, la clase a la que pertenece la lanosterol ciclasa) evolucionaron a partir de la escualeno-hopeno ciclasa bacteriana (SHC), que participa en la formación de hopanoides . Los árboles filogenéticos construidos a partir de las secuencias de aminoácidos de las OSC en diversos organismos sugieren un único ancestro común y que la vía de síntesis evolucionó solo una vez. [ 23 ] El descubrimiento de esteranos , incluido el colestano, en esquistos de 2700 millones de años de antigüedad del cratón de Pilbara , Australia , sugiere que los eucariotas con OSC y maquinaria esteroide compleja estuvieron presentes en los inicios de la historia de la Tierra. [ 24 ]

Referencias

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  2. 1 2 3 GRCm38: Versión 89 de Ensembl: ENSMUSG00000033105 – Ensembl , mayo de 2017
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Lecturas adicionales

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