Presentación del sustrato

La proteína precursora amiloide (APP) es escindida por las secretasas beta y gamma para producir un péptido de 40-42 aminoácidos responsable de las placas amiloides asociadas con la enfermedad de Alzheimer . Las enzimas secretasas están reguladas por la presentación del sustrato. ^{[ 4 ]} El sustrato APP es palmitoilado y se mueve dentro y fuera de las balsas lipídicas GM1 en respuesta al colesterol de los astrocitos. El colesterol entregado por la apolipoproteína E (ApoE) impulsa a la APP a asociarse con las balsas lipídicas GM1. Cuando el colesterol es bajo, la proteína se dirige a la región desordenada y es escindida por la secretasa alfa para producir un producto no amilogénico. Las enzimas no parecen responder al colesterol, solo el sustrato se mueve.

La hidrofobicidad impulsa la partición de moléculas. En la célula, esto da lugar a la compartimentalización dentro de la célula y dentro de las membranas celulares . En el caso de las balsas lipídicas, la palmitoilación regula la afinidad de la balsa por la mayoría de las proteínas integrales de la balsa. ^{[ 5 ]} La regulación de las balsas está regulada por la señalización del colesterol y la biología espacial.

( PLD2 ) es un ejemplo bien definido de una enzima activada por la presentación del sustrato. ^{[ 6 ]} La enzima se palmitoila, lo que provoca su transporte a los dominios lipídicos GM1 o " balsas lipídicas ". El sustrato de la fosfolipasa D es la fosfatidilcolina (PC), que es insaturada y se encuentra en baja abundancia en las balsas lipídicas. La PC se localiza en la región desordenada de la célula junto con el lípido poliinsaturado fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato ( PIP2 ). La PLD2 tiene un dominio de unión a PIP2 . Cuando aumenta la concentración de PIP2 en la membrana, la PLD2 abandona los dominios GM1 y se asocia con los dominios PIP2, donde obtiene acceso a su sustrato PC y comienza la catálisis basada en la presentación del sustrato. Presumiblemente, la enzima es capaz de catalizar una reacción en una balsa lipídica, pero carece de un sustrato para su actividad.

( ADAM17 ), también llamado TACE, se secuestra en balsas lipídicas lejos de su sustrato, el factor de necrosis tumoral unido a la membrana (mTNF). ^{[ 7 ]} El colesterol hace que el mTNF se agrupe con ADAM17 en balsas lipídicas y libere TNF soluble (sTNF), que es una citocina inflamatoria .

Las tirosina quinasas receptoras (RTK) son receptores de la superficie celular que se unen a diversos factores de crecimiento polipeptídicos, citocinas y hormonas. La activación de las RTK se produce por palmitoilación y dimerización, un proceso facilitado por el colesterol en las balsas lipídicas. ^{[ 8 ] [ 9 ]} Una vez dimerizado, el receptor sufre autofosforilación , lo que desencadena una cascada de fosforilación posterior. Este es un caso específico en el que el sustrato y la enzima son la misma molécula.

La proteína quinasa C (PKC) es una clase de enzimas que fosforilan proteínas. Sus sustratos se encuentran típicamente en la superficie de la membrana, donde la enzima es reclutada por el lípido diacilglicerol. Por lo tanto, una parte de la activación de la PKC se produce mediante la presentación del sustrato, es decir, mediante su localización junto con el sustrato en la membrana.

( Furina ) (célula productora, replicación). Cuando las células se cargan de colesterol, la furina se dirige a las balsas lipídicas GM1, donde se localiza con la proteína de la espícula palmitoilada del SARS-CoV-2 y la prepara para la entrada viral. ^{[ 10 ]}

( ACE2 ) (célula diana, entrada viral), el receptor para SARS-CoV-2 ACE2 transporta SARS-CoV-2 a balsas lipídicas GM1 donde es endocitado y expuesto a la catepsina para su escisión y fusión celular óptima. ^{[ 11 ] [ 12 ]} En niveles bajos de colesterol, ACE2 transporta el virus a TMPRSS2 que también lo escinde y permite la entrada viral, pero a través de un mecanismo de superficie putativo que es mucho menos eficiente. Se cree que la sensibilidad de ACE2 al colesterol contribuye a síntomas menos graves de COVID-19 en niños.

El secuestro es el proceso de desplazamiento de una molécula hacia una balsa lipídica. Dentro de la membrana plasmática, el secuestro se produce principalmente por el empaquetamiento de lípidos saturados con colesterol o por la separación de fases a distancias muy pequeñas (< 100  nm). A nivel macroscópico, los orgánulos y las vesículas pueden limitar el acceso de una enzima a su sustrato.

El secuestro puede aumentar o disminuir la concentración de una proteína cerca de su sustrato. Cuando el sustrato se encuentra dentro de una balsa lipídica, el secuestro provoca un aumento en la concentración de la proteína cerca del sustrato. Por el contrario, si el sustrato se excluye de una balsa lipídica, el secuestro reduce la interacción entre la proteína y el sustrato, como se observa en el caso de PLD2.

El sustrato de la enzima puede desplazarse. Este desplazamiento suele deberse a la alteración de la localización mediada por palmitato o al tráfico de orgánulos . En el caso de las proteínas palmitoiladas que se unen a PIP2, el aumento de la concentración de PIP2 favorece el desplazamiento de la enzima desde las balsas lipídicas hacia PIP2. El PIP2 es principalmente poliinsaturado, lo que provoca que el lípido se localice lejos de las balsas lipídicas y permite que el PIP2 se oponga a la localización mediada por palmitato. ^{[ 13 ]}

El colesterol y los ácidos grasos poliinsaturados (AGPI) regulan la formación de balsas lipídicas, y por lo tanto, la función biológica de estas. Cuando aumentan los lípidos saturados y el colesterol en la membrana, las balsas lipídicas aumentan su afinidad por las proteínas palmitoiladas. ^{[ 14 ]} Los AGPI tienen el efecto contrario: fluidifican la membrana.

Los PUFA también pueden aumentar la concentración de lípidos de señalización. El ácido araquidónico, un PUFA muy común en el cerebro, se incorpora a PC y PIP2. ^{[ 15 ]} El araquidonil PC es un sustrato preferido de PLD, lo que probablemente aumenta la cantidad de PA en una célula. La regulación de la función de las balsas lipídicas por el colesterol regula eficazmente la presentación del sustrato y las numerosas proteínas palmitoiladas que utilizan la presentación del sustrato como mecanismo de activación. Si bien es especulativo, el profundo efecto del colesterol y los PUFA en la salud humana probablemente se deba a la regulación fisiológica de la función de las balsas lipídicas en las células.

La fuerza mecánica (cizallamiento o hinchazón) puede alterar de forma independiente el empaquetamiento y la afinidad resultante del palmitato a las balsas lipídicas. Esta alteración también provoca que PLD2 favorezca el transporte a los dominios PIP2. ^{[ 16 ]} El canal iónico mecanosensible TREK-1 se libera de las balsas lipídicas dependientes del colesterol en respuesta a la fuerza mecánica. Esto tiene el efecto de atenuar el dolor. ^{[ 17 ]}

La anestesia mediada por membrana emplea la presentación de sustrato. Los anestésicos generales propofol y los anestésicos inhalados xenón , cloroformo , isoflurano y éter dietílico alteran la función de las balsas lipídicas y la localización de PLD2 mediada por palmitato en las balsas lipídicas. ^{[ 18 ] [ 19 ]} La activación de PLD activa entonces los canales TREK-1. La activación de PLD2 mediada por membrana podría transferirse a un homólogo insensible a los anestésicos, TRAAK, haciendo que el canal sea sensible a los anestésicos.