deshidrogenasa retiniana

En enzimología , la retinal deshidrogenasa , también conocida como retinaldehído deshidrogenasa ( RALDH ), cataliza la reacción química que convierte el retinal en ácido retinoico. Esta enzima pertenece a la familia de las oxidorreductasas , específicamente a la clase que actúa sobre grupos donadores aldehído u oxo con nicotinamida adenina dinucleótido (NAD ⁺ ) o nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADP ⁺ ) como grupos aceptores, siendo su nombre sistemático retinal:NAD ⁺ oxidorreductasa . Esta enzima participa en el metabolismo del retinol . El esquema general de la reacción catalizada por esta enzima es:

de retina

+ NAD ⁺

 

 

H ₂ O

H ⁺

H ₂ O

H ⁺

 

ácido retinoico

+ NADH

 

La retinal deshidrogenasa es un tetrámero de unidades idénticas, que consiste en un dímero de dímeros. ^{[ 1 ]} Los monómeros de retinal deshidrogenasa están compuestos por tres dominios: un dominio de unión a nucleótidos , un dominio de tetramerización y un dominio catalítico. El dímero puede representarse como una "X", con los dímeros formando mitades superior e inferior que se entrecruzan. Curiosamente, el dominio de unión a nucleótidos de la retinal deshidrogenasa contiene 5 hebras β en lugar de las 6 habituales en el pliegue de Rossmann . ^{[ 2 ]} Esto parece estar conservado en muchas aldehído deshidrogenasas. Los dominios de tetramerización se sitúan ecuatorialmente a lo largo de la "X" y las regiones de unión a nucleótidos aparecen en los extremos de la "X". Cerca del dominio de tetramerización se encuentra un túnel de 12 Å de profundidad que permite al sustrato acceder a las regiones catalíticas clave. ^{[ 1 ]} Se ha descubierto que los residuos cercanos al extremo C-terminal del dominio catalítico confieren especificidad en otras aldehído deshidrogenasas. Una cisteína catalítica es común a muchas aldehído deshidrogenasas , la cual se encontró presente en ALDH1A2 (también conocida como RALDH2), una de las retinal deshidrogenasas cuya estructura se ha resuelto. ^{[ 1 ] [ 3 ] [ 4 ]}

Las retinal deshidrogenasas son un subconjunto de una familia más grande llamada aldehído deshidrogenasas . En particular, se sabe que las tres enzimas de la subfamilia ALDH1A, ALDH1A1 (también conocida como RALDH1), ALDH1A2 (también conocida como RALDH2) y ALDH1A3 (también conocida como RALDH3), actúan preferentemente sobre el retinal. Si bien se han encontrado al menos 19 variedades diferentes de aldehído deshidrogenasas en humanos, muchas de ellas (como ALDH2 ) muestran poca afinidad por el retinal. ^{[ 5 ]} El tamaño del túnel de entrada al sitio activo de la enzima parece proporcionar la especificidad observada en ALDH1A1 para el retinal como sustrato. El diámetro accesible al disolvente del túnel de entrada es de 150 ų ^en ALDH1A1, por lo que el retinal, relativamente grande, puede acomodarse, mientras que el diámetro accesible al disolvente en ALDH2 es de solo 20 ų, ^lo que limita la accesibilidad al retinal pero acomoda ampliamente el acetaldehído. ^{[ 6 ]}

El mecanismo propuesto de la retinal deshidrogenasa comienza con un residuo de cisteína clave en el sitio activo que ataca al grupo aldehído del retinal para formar un intermedio tiohemiacetal. ^{[ 3 ]} Luego, la enzima facilita un desplazamiento de hidruro para formar NADH y un intermedio tioéster . Se ha demostrado que este desplazamiento de hidruro es estereoespecífico en un subconjunto (clase 3) de retinal deshidrogenasas. ^{[ 7 ]} El intermedio tioéster es atacado por una molécula de agua, que se vuelve más nucleofílica por un residuo de glutamato que se encuentra cerca del sitio activo. ^{[ 8 ]} Ha habido cierto debate sobre si el residuo de glutamato cerca del sitio activo actúa como una base general durante la reacción o si es más limitado y simplemente desprotona la cisteína catalítica para hacerla más nucleofílica. ^{[ 8 ]} Los estudios cinéticos han respaldado este mecanismo al mostrar que la reacción sigue una ruta secuencial ordenada con la unión de NAD ⁺ primero, seguida de la unión de retinal, la degradación catalítica de retinal a ácido retinoico, la liberación de ácido retinoico y, finalmente, la liberación de NADH. ^{[ 9 ]}

Algunas de las estrategias para regular las deshidrogenasas retinianas ahora se están volviendo más claras después de que la regulación in vivo permaneciera misteriosa durante algún tiempo, aunque gran parte de la investigación actual sobre regulación se ha centrado en la modulación de la expresión génica en lugar de la regulación directa de proteínas. ^{[ 6 ]} Las células dendríticas en el intestino ayudan a modular la tolerancia inmunitaria a través de la actividad de la deshidrogenasa retiniana; la expresión en estas células puede estar impulsada por un receptor de TNF , 4-1-BB . ^{[ 10 ]} También se demostró que la expresión de cierta deshidrogenasa retiniana que se encuentra en humanos, la deshidrogenasa/reductasa de cadena corta retiniana (retSDR1), está aumentada por las proteínas supresoras de tumores p53 y p63, lo que sugiere que retSDR1 puede tener actividades de prevención de tumores. ^{[ 11 ]} La expresión de los genes de los tipos 1 y 2 de deshidrogenasa retiniana se ve mejorada por la adición de colesterol o derivados del colesterol. ^{[ 12 ]} El disulfiram es un fármaco utilizado para regular artificialmente la actividad de la aldehído deshidrogenasa en pacientes con alcoholismo al inhibir la actividad de las aldehído deshidrogenasas, aunque no es específico de la retinal deshidrogenasa. ^{[ 13 ]} También se ha descubierto que otras moléculas exógenas inhiben la actividad de la retinal deshidrogenasa, incluyendo nitrofen , ácido 4-bifenilcarboxílico , bisdiamina y SB-210661. ^{[ 14 ]}

La retinal deshidrogenasa desempeña un papel clave en la biosíntesis del ácido retinoico, que a su vez actúa en las vías de señalización celular. El ácido retinoico se distingue de otras moléculas de señalización celular en que se difunde en el núcleo y se une directamente a genes diana a través de receptores de ácido retinoico . ^{[ 15 ]} Esta vía de señalización del ácido retinoico también parece ser exclusiva de los cordados , como sugiere la presencia de retinal deshidrogenasas exclusivamente en cordados. ^{[ 16 ]} La señalización del ácido retinoico parece controlar procesos de desarrollo como la neurogénesis , la cardiogénesis , el desarrollo de las yemas de las extremidades anteriores , el desarrollo del intestino anterior y el desarrollo del ojo . La señalización del ácido retinoico también es importante para el mantenimiento del tipo celular neuronal y epitelial adulto . ^{[ 17 ]} El ácido retinoico se genera en los organismos oxidando primero el retinol ( vitamina A ) a retinal con una alcohol deshidrogenasa . Luego, una retinal deshidrogenasa oxida el retinal a ácido retinoico. La producción de ácido retinoico a partir de la vitamina A debe controlarse rigurosamente, ya que los niveles elevados de ácido retinoico y vitamina A pueden provocar efectos tóxicos, mientras que la deficiencia de vitamina A conlleva sus propios problemas en el desarrollo. ^{[ 18 ] [ 19 ]} Esto proporciona una justificación para muchas de las estrategias de regulación transcripcional analizadas anteriormente.

Existen diferentes isoformas de retinal deshidrogenasa y desempeñan un papel clave en el desarrollo, ya que los tipos se expresan diferencialmente dentro de un embrión en desarrollo . La enzima retinal deshidrogenasa tipo 2 (ALDH1A2 o RALDH2) cataliza gran parte de la formación de ácido retinoico durante el desarrollo, pero no toda. ALDH1A2 es crucial para el desarrollo a mitad de la gestación y ayuda a impulsar el desarrollo neural, cardíaco, pulmonar y de las extremidades anteriores; también es responsable de todo el desarrollo de ácido retinoico durante ciertos períodos de la mitad de la gestación. ^{[ 20 ]} Más adelante en el desarrollo, la retinal deshidrogenasa tipo 1 (ALDH1A1 o RALDH1) comienza su actividad en la fosa dorsal de la retina y la retinal deshidrogenasa tipo 3 (ALDH1A3 o RALDH3) se activa en la fosa olfativa , la retina ventral y el tracto urinario . La eliminación del gen ALDH1A2 es fatal en ratones durante el desarrollo, ya que el cerebro no puede desarrollarse normalmente. ^{[ 21 ]} La eliminación del gen ALDH1A3 es fatal al nacer en ratones, ya que los conductos nasales no se desarrollan adecuadamente y, en cambio, se bloquean. ^{[ 22 ]} La eliminación del gen ALDH1A1 no es fatal y, curiosamente, se ha demostrado que protege contra la obesidad inducida por la dieta en ratones de manera independiente de los retinoides . ^{[ 23 ]}