En enzimología , una alfa-tubulina N-acetiltransferasa ( EC 2.3.1.108) es una enzima codificada por el gen ATAT1.
Esta enzima pertenece a la familia de las transferasas , específicamente aquellas aciltransferasas que transfieren grupos distintos de los grupos aminoacilo. El nombre sistemático de esta clase de enzimas es acetil-CoA:[alfa-tubulina]-L-lisina N6-acetiltransferasa . Otros nombres de uso común incluyen alfa-tubulina acetilasa , αTAT , ATAT1, TAT, alfa-TAT, alfa-tubulina acetiltransferasa , tubulina N-acetiltransferasa , acetil-CoA:alfa-tubulina-L-lisina N-acetiltransferasa y acetil-CoA:[alfa-tubulina]-L-lisina 6-N-acetiltransferasa .
Esta proteína tiene una longitud de 421 aminoácidos, entre los que destaca la Glutamina número 58 (Gln o Q), que es crucial para la actividad catalítica.
La proteína ATAT1 tiene 8 hélices α , 10 cadenas β y una vuelta. Sin embargo, solo la mitad de la proteína tiene una conformación secundaria definida. El resto de esta proteína está intrínsecamente desordenada.
ATAT1 no es una proteína modular ya que sólo tiene un dominio localizado desde el primer aminoácido hasta el ciento noventa.
Cabe destacar dos regiones importantes de ATAT1 (124-137 y 160-269), pues es aquí donde se encuentran los puntos de unión con el Acetil-coA . [1]
Recientemente, estudios que describen la estructura cristalina de ATAT1 sugieren que los residuos 196 a 236 de ATAT1 humano (donde se encuentran las lisinas acetiladas K210 y K221) están desordenados y no contribuyen significativamente a la actividad catalítica. Por el contrario, los residuos acetilados K56 y K146 están dentro del dominio catalítico (hélices α1 y α3, respectivamente) y cerca del sitio de unión de Acetil CoA, lo que sugiere que estos residuos podrían actuar como un intermediario para la transferencia del grupo acetilo . Sin embargo, se necesitan más datos estructurales con mutantes de autoacetilación para comprender completamente este mecanismo y probar la posibilidad de cambios conformacionales causados por la autoacetilación de ATAT1. [2]
ATAT1 contiene una cavidad superficial conservada cerca del sitio activo compuesta principalmente de residuos hidrófobos y básicos, que probablemente complementan el bucle ácido que contiene la α-tubulina K40. El sitio activo de la proteína contiene varios residuos conservados que podrían funcionar como bases generales en la reacción: glutamina 58 (Q58), cisteína (C120) y ácido aspártico 157 (D157). [3]
ATAT1 presenta siete isoformas diferentes debido al splicing alternativo, proceso que consiste en la combinación de exones al final del proceso de transcripción. En consecuencia, a partir de un único gen se puede producir más de un ARN mensajero. [4] [5]
Las diferentes isoformas son:
La isoforma 1 se conoce como secuencia canónica, lo que significa que los cambios en las demás isoformas estarán relacionados con esta secuencia particular de aminoácidos.
La isoforma 2 es diferente de la isoforma 1, ya que falta la secuencia de los aminoácidos 1-12 y la secuencia del aminoácido 13 al 36 está cargada de la siguiente manera: MWLTWPFCFLTITLREEGVCHLES
Es bastante similar a la secuencia canónica, la única diferencia es que la secuencia de aminoácidos en la posición 195-218 (RPPAPSLRATRHSRAAAVDPTPAA) está sustituida por prolina (P).
La isoforma 4 es diferente a la secuencia canónica, ya que la secuencia de aminoácidos 323-333 de la cadena canónica (RGTPPGLVAQS) ha sido sustituida por una secuencia diferente (SSLPRSEESRY). Además, falta la secuencia de aminoácidos 334-421.
En este caso, la isoforma 5 difiere de la secuencia canónica ya que se ha eliminado la secuencia de aminoácidos 324-421.
La isoforma 6 es probablemente la que más difiere de la secuencia canónica. La secuencia de aminoácidos 195-218 (RPPAPSLRATRHSRAAAVDPTPAA) está sustituida por prolina (P), al igual que en la isoforma 3; la secuencia 323-333 (RGTPPGLVAQS) está sustituida por (SSLPRSEESRY) y la secuencia de aminoácidos 334-421 está ausente, al igual que en la isoforma 4.
La diferencia entre la isoforma 7 y la secuencia canónica es que la secuencia de aminoácidos en las posiciones 195-218 (RPPAPSLRATRHSRAAAVDPTPAA) ha sido cambiada por prolina (P) y también falta la secuencia 334-421. [6]
Los microtúbulos son polímeros tubulares altamente dinámicos ensamblados a partir de protofilamentos de dímeros de α/β- tubulina , y son esenciales para el transporte intracelular , la organización arquitectónica, la división celular , la morfogénesis celular y la producción de fuerza en las células eucariotas . Existe una modulación constante del equilibrio entre las subpoblaciones de microtúbulos dinámicos de vida corta y las subpoblaciones de microtúbulos estables de vida larga en la célula. [7] [8]
Aunque los microtúbulos suelen funcionar como polímeros dinámicos, para algunas funciones específicas requieren mayor estabilidad. La acetilación es utilizada por la célula como marcador de estos microtúbulos estables.
La ATAT1 acetila específicamente la 'Lys-40' en la tubulina alfa en el lado luminal de los microtúbulos. Esta es la única modificación postraduccional conocida en el lumen de los microtúbulos, pero aún se desconoce cómo accede la enzima al lumen. [8]
Los dos sustratos de esta enzima son acetil-CoA y α-tubulina-L-lisina.
A pesar de su similitud con otras enzimas acetilantes, cataliza exclusivamente la reacción de acetilación de la tubulina. [9]
Esta catálisis ocurre cuando la molécula de Acetil-CoA unida a la enzima transfiere su grupo acetilo a la lisina.
Esta es la reacción catalizada por ATAT1:
Acetil-CoA + [alfa-tubulina]-L-lisina CoA + [alfa-tubulina]-N 6 -acetil-L-lisina
Varios experimentos concluyeron que la acetilación es más eficiente en sustratos de microtúbulos que en dímeros de α/β-tubulina libres. Esto se debe a que una vez que ATAT1 se encuentra en el lumen de los microtúbulos, se difunde libremente y tiene una alta concentración de sustrato efectivo. [10] [11]
ATAT1 tiene un papel importante en la formación del hipocampo , ya que se ha descubierto que los ratones que carecen de ATAT1 poseen una acetilación deficiente de la tubulina y una protuberancia en el giro dentado . [12]
Se ha demostrado que la acetilación de tubulina por ATAT1 aumenta con la exposición de las células a la radiación UV, así como a sustancias químicas, como el H 2 O 2 o el NaCl. [13]
La acetilación de la tubulina es una de las vías de señalización para la actividad de la Na + y K + -ATPasa. [14]
Se ha observado que mediante experimentos de microscopía de fuerza de tracción, la depleción de ATAT1 resultó en una menor producción de fuerza de tracción en sustratos de 40 kPa. Por el contrario, la sobreexpresión de GFP-ATAT1 aumentó las energías y fuerzas de tracción, y también rescató el efecto observado en la supresión de ATAT1 cuando los astrocitos se sembraron en 40 kPa. [15]
La acetilación de tubulina también está involucrada en la regulación de la autofagia . Es necesaria para la fusión de los autofagosomas con los lisosomas. Cuando hay una privación de nutrientes, la hiperacetilación de tubulina inducida por la inanición es necesaria para la activación de la autofagia. Esta es una vía que se activa cuando la célula está bajo estrés. [16] [17]
La α-tubulina es un objetivo del complejo Elongator y en la regulación de su acetilación subyace la maduración de las neuronas de proyección cortical. [18]
La acetilación de los microtúbulos es necesaria para el funcionamiento normal del flagelo de los espermatozoides . La supresión de ATAT1 en ratones provoca una disminución de la motilidad de los espermatozoides y la infertilidad masculina. [19]
Los microtúbulos estables intervienen en los procesos de migración celular. Estos microtúbulos necesitan su acetilación. Por ello, la enzima ATAT1 es importante en la migración celular. [19]
La ATAT1 es muy importante en el desarrollo embrionario del pez cebra . Algunos autores consideran que también puede ser crítica en el desarrollo embrionario de los mamíferos. [12]
La ATAT 1 desempeña un papel importante en la formación de los cilios. Actualmente se está estudiando si la ciliogénesis puede tener un efecto en el desarrollo de la lateralidad en el homo sapiens. Además, la alfa-tubulina N-acetiltransferasa también es esencial para garantizar que el ensamblaje primario de cilios pueda funcionar en un estado de cinética normal. [11]
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En 2010 se descubrió la existencia de una α-tubulina N-acetiltransferasa, no sólo en Tetrahymena y Caenorhabditis elegans , sino también en mamíferos . Además, dos grupos de investigación generaron ratones knock-out para ATAT1 , lo que ocasionó ratones con falta de acetilación en muchos tejidos. Sin embargo, su distribución intracelular aún no estaba clara.
Para descubrir la localización intracelular de la α-tubulina N-acetiltransferasa y algunas de sus funciones, se utilizó una técnica de microscopía, llamada inmunohistoquímica , que permite la diferenciación de diversas moléculas en una célula mediante el uso de un anticuerpo y su reacción con un antígeno específico (en este caso, se utilizó un anticuerpo llamado anticuerpo anti-ATAT1).
En este estudio, se observó ATAT1 en muchos tejidos y los científicos descubrieron y pudieron suponer algunas de sus funciones. Este último estudio permitió revelar la distribución intracelular de ATAT1 en células ciliadas de algunos tejidos.
Se sabe que ATAT1 se encuentra en:
Se localiza principalmente en la región apical de las células epiteliales , pero su función sigue siendo un enigma.
La señal inmunopositiva causada por el anticuerpo anti-ATAT1 se observó en las células epiteliales del conducto colector medular .
La α-tubulina N-acetiltransferasa se encuentra principalmente en las células fotorreceptoras . Además, se cree que ATAT1 está asociada no solo con los cilios conectores y los axonemas del segmento externo (OS), sino también con todo el segmento interno (IS) y todo el segmento externo (OS). Por lo tanto, podría desempeñar un papel importante en el transporte intracilial de proteínas señalizadoras durante la señalización de detección de luz en las células fotorreceptoras.
En los testículos, el anticuerpo se observó en los espermatocitos y las espermátidas, pero no en los espermatozoides. En los espermatocitos, también se observó que ATAT1 se encontraba alrededor del aparato de Golgi, lo que indica que esta proteína podría desempeñar un papel importante en la espermatogénesis.
Aunque todavía no está clara la función de ATAT1, también se ha encontrado en otros tejidos como el tercer ventrículo cerebral, pero se desconoce su función específica. No obstante, se considera que tiene un papel importante en el desarrollo neuronal.
La alfa-tubulina N-acetiltransferasa se encuentra en varias partes de la célula, como en el citoesqueleto, el citoplasma o la membrana recubierta de clatrina. Esto está estrechamente relacionado con una de sus principales funciones, que es la catálisis de la acetilación de los microtúbulos. [6]
ATAT1 podría sufrir un proceso conocido como mutagénesis, según el cual se produce una mutación genética. Esto puede ocurrir de forma espontánea o, por el contrario, por la acción de mutágenos. Es posible clasificar los diferentes resultados de la mutagénesis en función de cuáles de los 421 aminoácidos hayan sido modificados.
Si se sustituye la glutamina (Q), que ocupa la posición 58 en la secuencia de aminoácidos, por alanina (A), se producirá una pérdida de la actividad de la acetiltransferasa. La consecuencia de una mutación en la que se sustituye la isoleucina (I), situada en el lugar 64, por alanina (A), es una fuerte reducción de la actividad de la acetiltransferasa.
Además, existen una serie de mutaciones que provocan una reducción de la actividad de la proteína. Éstas son:
En algunos casos, esta reducción de actividad es aún más fuerte, como en las siguientes mutaciones:
Existen algunas mutaciones que conducen a un aumento de actividad como:
Existen algunos casos en los que la mutación del gen podría provocar una reducción de la acetilación de los microtúbulos, como por ejemplo:
Sin embargo, no siempre una mutación debida a la sustitución de un aminoácido por otro tiene un efecto determinado sobre la actividad de la proteína. Existen algunos ejemplos en los que una mutación no produce una variación significativa del efecto catalítico de la proteína. Estos son:
ATAT1 sufre modificaciones postraduccionales, que son cambios en la proteína después de que ha sido traducida por los ribosomas. [21] Los aminoácidos generalmente afectados por estas modificaciones son los que se encuentran en la posición 46, 146, 233, 244, 272, 276, 315. El principal efecto de estas modificaciones es un aumento en la acetilación de la tubulina. [22]
Los estudios de eliminación de enzimas de ratones han revelado nuevas posibles funciones biológicas y, por lo tanto, también algunas enfermedades asociadas.
Por ejemplo, los niveles anormales de acetilación están estrechamente relacionados con trastornos neurológicos , cáncer , enfermedades cardíacas y otras enfermedades.
Para algunas de estas enfermedades una posible solución es un incremento de la enzima ATAT1. Para otras, es necesario un inhibidor de esta enzima para alcanzar el nivel correcto de acetilación.
Patológicamente, la acetilación de tubulina podría estar relacionada con varios trastornos neurológicos, [18] como:
Sin embargo, todavía se está investigando si estos trastornos son causados directamente por un nivel anormal de acetilación realizado por ATAT1.
Sin embargo, parece que la única enfermedad asociada que se puede afirmar que está causada por una disminución de la acetilación causada por ATAT1 es la lesión axonal.
Un aumento de la acetilación de la tubulina realizado por ATAT1 puede desempeñar un papel importante en:
También se ha demostrado ligeramente que un aumento de la acetilación realizada por la α-tubulina N-acetiltransferasa podría facilitar la entrada del virus en la célula.
