Articulo de referencia

proteína disulfuro isomerasa

La proteína disulfuro isomerasa ( EC 5.3.4.1 ), o PDI, es una enzima del retículo endoplasmático (RE) en eucariotas y del periplasma de bacterias que cataliza la formación y rup...

La proteína disulfuro isomerasa ( EC 5.3.4.1 ), o PDI, es una enzima del retículo endoplasmático (RE) en eucariotas y del periplasma de bacterias que cataliza la formación y ruptura de enlaces disulfuro entre residuos de cisteína dentro de las proteínas a medida que se pliegan. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Esto permite que las proteínas encuentren rápidamente la disposición correcta de los enlaces disulfuro en su estado completamente plegado, y por lo tanto la enzima actúa para catalizar el plegamiento de proteínas .

Estructura

La proteína disulfuro-isomerasa tiene dos dominios catalíticos similares a la tiorredoxina (sitios activos), cada uno con el motivo canónico CGHC, y dos dominios no catalíticos. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] Esta estructura es similar a la de las enzimas responsables del plegamiento oxidativo en el espacio intermembrana de las mitocondrias; un ejemplo de esto es la importación y ensamblaje del IMS mitocondrial (Mia40), que tiene 2 dominios catalíticos que contienen un CX 9 C, similar al dominio CGHC de PDI. [ 7 ] La DsbA bacteriana , responsable del plegamiento oxidativo, también tiene un dominio CXXC de tiorredoxina. [ 8 ]

Estructura primaria de la proteína disulfuro isomerasa con secuencia de dominios

Función

Plegamiento de proteínas

La PDI muestra propiedades de oxidorreductasa e isomerasa , las cuales dependen del tipo de sustrato que se une a la proteína disulfuro-isomerasa y de los cambios en el estado redox de esta enzima. [ 4 ] Estas actividades permiten el plegamiento oxidativo de las proteínas. El plegamiento oxidativo implica la oxidación de los residuos de cisteína reducidos de las proteínas nacientes; tras la oxidación de estos residuos, se forman puentes disulfuro, lo que estabiliza las proteínas y permite la formación de estructuras nativas (es decir, estructuras terciarias y cuaternarias). [ 4 ] En consonancia con esto, los iones de zinc se unen a la PDIA1 de forma dependiente del estado redox: tanto las formas reducidas como las oxidadas se unen al Zn²⁺, pero con estequiometrías distintas, lo que produce efectos pronunciados en la estabilidad conformacional (incluidos cambios en las transiciones de desnaturalización térmica) e inhibe la actividad tiol-reductasa de la enzima reducida. [ 9 ]

Mecanismo y vía de plegamiento oxidativo regular

La PDI es específicamente responsable del plegamiento de proteínas en el RE. [ 6 ] En una proteína desplegada, un residuo de cisteína forma un disulfuro mixto con un residuo de cisteína en un sitio activo (motivo CGHC) de la proteína disulfuro-isomerasa. Un segundo residuo de cisteína forma entonces un puente disulfuro estable dentro del sustrato , dejando los dos residuos de cisteína del sitio activo de la proteína disulfuro-isomerasa en un estado reducido. [ 4 ]

PDIA1

Posteriormente, la PDI puede regenerarse a su forma oxidada en el retículo endoplasmático mediante la transferencia de electrones a proteínas reoxidantes como la ER oxidorreductina 1 (Ero 1), VKOR (vitamina K epóxido reductasa), glutatión peroxidasa (Gpx7/8) y PrxIV (peroxirredoxina IV). [ 4 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 6 ] Se cree que Ero1 es la principal proteína reoxidante de la PDI, y la vía de reoxidación de la PDI para Ero1 se comprende mejor que la de otras proteínas. [ 11 ] Ero1 acepta electrones de la PDI y los dona a moléculas de oxígeno en el RE, lo que conduce a la formación de peróxido de hidrógeno. [ 11 ]

Mecanismo de proteínas mal plegadas

La forma reducida (ditiol) de la proteína disulfuro-isomerasa es capaz de catalizar la reducción de un puente disulfuro mal formado de un sustrato mediante actividad reductasa o actividad isomerasa. [ 12 ] En el método reductasa, un enlace disulfuro del sustrato mal plegado se convierte en un par de residuos de cisteína reducidos mediante la transferencia de electrones del glutatión y NADPH. Posteriormente, se produce el plegamiento normal con la formación oxidativa de enlaces disulfuro entre los pares correctos de residuos de cisteína del sustrato, lo que da lugar a una proteína correctamente plegada. En el método isomerasa, se cataliza el reordenamiento intramolecular de los grupos funcionales del sustrato cerca del extremo N de cada sitio activo. [ 4 ] Por lo tanto, la proteína disulfuro-isomerasa es capaz de catalizar la modificación postraduccional de intercambio de disulfuro .

Señalización redox

En los cloroplastos del alga unicelular Chlamydomonas reinhardtii, la proteína disulfuro-isomerasa RB60 actúa como un componente sensor redox de un complejo proteico de unión a ARNm implicado en la fotorregulación de la traducción de psbA, el ARN que codifica la proteína central D1 del fotosistema II . También se ha sugerido que la proteína disulfuro-isomerasa desempeña un papel en la formación de enlaces disulfuro reguladores en los cloroplastos. [ 13 ]

Otras funciones

Sistema inmunitario

Protein disulfide-isomerase helps load antigenic peptides into MHC class I molecules. These molecules (MHC I) are related to the peptide presentation by antigen-presenting cells in the immune response.

Protein disulfide-isomerase has been found to be involved in the breaking of bonds on the HIVgp120 protein during HIV infection of CD4 positive cells, and is required for HIV infection of lymphocytes and monocytes.[14] Some studies have shown it to be available for HIV infection on the surface of the cell clustered around the CD4 protein. Yet conflicting studies have shown that it is not available on the cell surface, but instead is found in significant amounts in the blood plasma.

Chaperone activity

Another major function of protein disulfide-isomerase relates to its activity as a chaperone; its b' domain aids in the binding of misfolded protein for subsequent degradation.[4] This is regulated by three ER membrane proteins, Protein Kinase RNA-like endoplasmic reticulum kinase (PERK), inositol-requiring kinase 1 (IRE1), and activating transcription factor 6 (ATF6).[4][15] They respond to high levels of misfolded proteins in the ER through intracellular signaling cascades that can activate PDI's chaperone activity.[4] These signals can also inactivate translation of these misfolded proteins, because the cascade travels from the ER to the nucleus.[4]

Activity assays

Insulin turbidity assay: protein disulfide-isomerase breaks the two disulfide bonds between two insulin (a and b) chains that results in precipitation of b chain. This precipitation can be monitored at 650 nm, which is indirectly used to monitor protein disulfide-isomerase activity.[16] Sensitivity of this assay is in micromolar range.

ScRNase assay: protein disulfide-isomerase converts scrambled (inactive) RNase into native (active) RNase that further acts on its substrate.[17] The sensitivity is in micromolar range.

Ensayo Di-E-GSSG : Este es el ensayo fluorométrico que puede detectar cantidades picomolares de proteína disulfuro isomerasa y, por lo tanto, es el ensayo más sensible hasta la fecha para detectar la actividad de la proteína disulfuro isomerasa. [ 18 ] El Di-E-GSSG tiene dos moléculas de eosina unidas al glutatión oxidado (GSSG). La proximidad de las moléculas de eosina provoca la extinción de su fluorescencia. Sin embargo, tras la ruptura del enlace disulfuro por la proteína disulfuro isomerasa, la fluorescencia aumenta 70 veces.

Estrés e inhibición

Efectos del estrés nitrosativo

La desregulación redox conduce a un aumento del estrés nitrosativo en el retículo endoplasmático. Estos cambios adversos en el entorno celular normal de las células susceptibles, como las neuronas, provocan la disfunción de las enzimas que contienen tiol. [ 15 ] Más específicamente, la proteína disulfuro isomerasa ya no puede corregir las proteínas mal plegadas una vez que su grupo tiol en su sitio activo tiene un grupo de monóxido de nitrógeno unido a él; como resultado, se produce una acumulación de proteínas mal plegadas en las neuronas, lo que se ha asociado con el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson. [ 4 ] [ 15 ]

Inhibición

Debido al papel de la proteína disulfuro isomerasa en diversas enfermedades, se han desarrollado inhibidores de moléculas pequeñas de esta enzima. Estas moléculas pueden actuar sobre el sitio activo de la proteína disulfuro isomerasa de forma irreversible [ 19 ] o reversible [ 20 ] .

Se ha demostrado que la actividad de la proteína disulfuro-isomerasa es inhibida por el vino tinto y el jugo de uva, lo que podría ser la explicación de la paradoja francesa . [ 21 ]

Miembros

Los genes humanos que codifican isomerasas de disulfuro de proteínas incluyen: [ 3 ] [ 22 ] [ 23 ]

Referencias

  1. Wilkinson B, Gilbert HF (junio de 2004). "Proteína disulfuro isomerasa". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics . 1699 ( 1–2 ): 35–44 . doi : 10.1016/j.bbapap.2004.02.017 . PMID 15158710 . 
  2. Gruber CW, Cemazar M, Heras B, Martin JL, Craik DJ (agosto de 2006). "Proteína disulfuro isomerasa: la estructura del plegamiento oxidativo". Trends in Biochemical Sciences . 31 (8): 455– 64. doi : 10.1016/j.tibs.2006.06.001 . PMID 16815710 . 
  3. ^ Galligan JJ, Petersen DR (julio de 2012). "La familia de genes de la proteína disulfuro isomerasa humana" . Genómica humana . 6 (1) 6.doi : 10.1186 /1479-7364-6-6 . PMC 3500226 . PMID 23245351 .  
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Perri ER, Thomas CJ, Parakh S, Spencer DM, Atkin JD (2016). " La respuesta a proteínas desplegadas y el papel de la proteína disulfuro isomerasa en la neurodegeneración" . Frontiers in Cell and Developmental Biology . 3 : 80. doi : 10.3389/fcell.2015.00080 . PMC 4705227. PMID 26779479 .  
  5. Bechtel TJ, Weerapana E (marzo de 2017). " De la estructura al redox: los diversos roles funcionales de los disulfuros y sus implicaciones en las enfermedades" . Proteomics . 17 (6) 1600391. doi : 10.1002/pmic.201600391 . PMC 5367942. PMID 28044432 .  
  6. 1 2 3 Soares Moretti AI, Martins Laurindo FR (marzo de 2017). "Isomerasas de disulfuro de proteínas: conexiones redox dentro y fuera del retículo endoplasmático". Archives of Biochemistry and Biophysics . The Chemistry of Redox Signaling. 617 : 106–119 . doi : 10.1016/j.abb.2016.11.007 . PMID 27889386 . 
  7. Erdogan AJ, Riemer J (enero de 2017). "Transferencia de disulfuro mitocondrial y sus sustratos: mecanismos en la salud y la enfermedad". Cell and Tissue Research . 367 (1): 59– 72. doi : 10.1007/s00441-016-2481-z . PMID 27543052. S2CID 35346837 .  
  8. Hu SH, Peek JA, Rattigan E, Taylor RK, Martin JL (April 1997). "Structure of TcpG, the DsbA protein folding catalyst from Vibrio cholerae". Journal of Molecular Biology. 268 (1): 137–46. doi:10.1006/jmbi.1997.0940. PMID 9149147.
  9. Moretti AI, Baksheeva VE, Roman AY, De Bessa TC, Devred F, Kovacic H, Tsvetkov PO (2024). "Exploring the Influence of Zinc Ions on the Conformational Stability and Activity of Protein Disulfide Isomerase". International Journal of Molecular Sciences. 25 (4): 2095. doi:10.3390/ijms25042095. PMC 10889200. PMID 38396772.
  10. Manganas P, MacPherson L, Tokatlidis K (January 2017). "Oxidative protein biogenesis and redox regulation in the mitochondrial intermembrane space". Cell and Tissue Research. 367 (1): 43–57. doi:10.1007/s00441-016-2488-5. PMC 5203823. PMID 27632163.
  11. 123Oka OB, Yeoh HY, Bulleid NJ (July 2015). "Thiol-disulfide exchange between the PDI family of oxidoreductases negates the requirement for an oxidase or reductase for each enzyme". The Biochemical Journal. 469 (2): 279–88. doi:10.1042/bj20141423. PMC 4613490. PMID 25989104.
  12. Hatahet F, Ruddock LW (October 2007). "Substrate recognition by the protein disulfide isomerases". The FEBS Journal. 274 (20): 5223–34. doi:10.1111/j.1742-4658.2007.06058.x. PMID 17892489. S2CID 9455925.
  13. Wittenberg G, Danon A (2008). "Disulfide bond formation in chloroplasts". Plant Science. 175 (4): 459–466. doi:10.1016/j.plantsci.2008.05.011.
  14. Ryser HJ, Flückiger R (agosto de 2005). "Avances en la focalización de la entrada del VIH-1". Drug Discovery Today . 10 (16): 1085– 94. doi : 10.1016/S1359-6446(05)03550-6 . PMID 16182193 . 
  15. 1 2 3 McBean GJ, López MG, Wallner FK (junio de 2017). " Terapias basadas en redox en enfermedades neurodegenerativas" . British Journal of Pharmacology . 174 (12): 1750– 1770. doi : 10.1111/bph.13551 . PMC 5446580. PMID 27477685 .  
  16. Lundström J, Holmgren A (junio de 1990). "La proteína disulfuro isomerasa es un sustrato de la tiorredoxina reductasa y tiene actividad similar a la tiorredoxina" . The Journal of Biological Chemistry . 265 (16): 9114–20 . doi : 10.1016/S0021-9258(19)38819-2 . PMID 2188973 . 
  17. Lyles MM, Gilbert HF (enero de 1991). "Catálisis del plegamiento oxidativo de la ribonucleasa A por la proteína disulfuro isomerasa: dependencia de la velocidad de la composición del tampón redox". Biochemistry . 30 (3): 613–9 . doi : 10.1021/bi00217a004 . PMID 1988050 . 
  18. Raturi A, Mutus B (julio de 2007). "Caracterización del estado redox y la actividad reductasa de la proteína disulfuro isomerasa en diferentes entornos redox mediante un ensayo fluorescente sensible". Free Radical Biology & Medicine . 43 (1): 62–70 . doi : 10.1016/j.freeradbiomed.2007.03.025 . PMID 17561094 . 
  19. Hoffstrom BG, Kaplan A, Letso R, Schmid RS, Turmel GJ, Lo DC, Stockwell BR (diciembre de 2010). " Los inhibidores de la proteína disulfuro isomerasa suprimen la apoptosis inducida por proteínas mal plegadas" . Nature Chemical Biology . 6 (12): 900– 6. doi : 10.1038/nchembio.467 . PMC 3018711. PMID 21079601 .  
  20. Kaplan A, Gaschler MM, Dunn DE, Colligan R, Brown LM, Palmer AG, Lo DC, Stockwell BR (abril de 2015). "La oxidación de la proteína disulfuro isomerasa inducida por moléculas pequeñas es neuroprotectora" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 112 (17): E2245-52. Bibcode : 2015PNAS..112E2245K . doi : 10.1073/pnas.1500439112 . PMC 4418888. PMID 25848045 .  
  21. Galinski CN, Zwicker JI, Kennedy DR (enero de 2016). "Revisando la base mecanicista de la paradoja francesa: el vino tinto inhibe la actividad de la proteína disulfuro isomerasa in vitro" . Thrombosis Research . 137 : 169–173 . doi : 10.1016/j.thromres.2015.11.003 . PMC 4706467. PMID 26585763 .  
  22. Ellgaard L, Ruddock LW (enero de 2005). "La familia de la proteína disulfuro isomerasa humana: interacciones con el sustrato y propiedades funcionales" . EMBO Reports . 6 (1): 28–32 . doi : 10.1038/sj.embor.7400311 (inactivo el 3 de diciembre de 2025). PMC 1299221. PMID 15643448 .  {{cite journal}}: CS1 maint: DOI inactivo desde diciembre de 2025 ( enlace )
  23. Appenzeller-Herzog C, Ellgaard L (abril de 2008). "La familia PDI humana: versatilidad empaquetada en un solo pliegue" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research . 1783 (4): 535– 48. doi : 10.1016/j.bbamcr.2007.11.010 . PMID 18093543 .