La molécula TAH , también conocida como N-acetil-L-aspartil-L-glutamato peptidasa I (NAALADasa I), peptidasa NAAG o antígeno de membrana específico de la próstata ( PSMA ), es una enzima que en los humanos está codificada por la FOLH1 ( folato hidrolasa ). 1 ) gen . [5] El GCPII humano contiene 750 aminoácidos y pesa aproximadamente 84 kDa. [6]
GCPII es una metaloenzima de zinc que reside en las membranas. La mayor parte de la enzima reside en el espacio extracelular. GCPII es una glicoproteína de membrana de clase II . Cataliza la hidrólisis de N-acetilaspartilglutamato (NAAG) a glutamato y N-acetilaspartato (NAA) según el esquema de reacción de la derecha. [7] [8]
Los neurocientíficos utilizan principalmente el término NAALADasa en sus estudios, mientras que los que estudian el metabolismo del folato utilizan la folato hidrolasa y los que estudian el cáncer de próstata o la oncología, PSMA. Todos se refieren a la misma proteína glutamato carboxipeptidasa II.
GCPII se expresa principalmente en cuatro tejidos del cuerpo, incluido el epitelio de la próstata, los túbulos proximales del riñón, el borde en cepillo yeyunal del intestino delgado y los ganglios del sistema nervioso. [6] [9] [10]
De hecho, la clonación inicial del ADNc que codifica el gen que expresa PSMA se logró con ARN de una línea celular de tumor de próstata, LNCaP. El PSMA se detectó por primera vez en la línea celular LNCaP utilizando el anticuerpo monoclonal murino 7E11-C5.3 (también conocido con el nombre capromab ), generado a partir de células de bazo murino tratadas con membranas celulares LNCaP. Sin embargo, 7E11-C5.3 se dirige exclusivamente a un epítopo intracelular de PSMA, por lo que solo se une a células muertas o moribundas. [11] [12] El PSMA comparte homología con el receptor de transferrina y sufre endocitosis, pero no se ha identificado el ligando para inducir la internalización. [13] Se descubrió que el PSMA era la misma proteína de membrana en el intestino delgado responsable de la eliminación de los glutamatos unidos a gamma del folato poligammaglutamato. Esto permite la liberación de ácido fólico, que luego puede transportarse al cuerpo para utilizarlo como vitamina. Esto resultó en la designación genómica clonada de PSMA como FOLH1 para folato hidrolasa. [14]
Los tres dominios de la porción extracelular de GCPII (los dominios proteasa, apical y C-terminal) colaboran en el reconocimiento del sustrato. [8] El dominio de proteasa es una hoja β mixta central de siete cadenas. La lámina β está flanqueada por 10 hélices α. El dominio apical está ubicado entre la primera y la segunda hebra de la lámina β central del dominio de proteasa. El dominio C-terminal es un haz de cuatro hélices arriba-abajo-arriba-abajo. [8] Los dominios apical, proteasa y C-terminal crean un bolsillo que facilita la unión del sustrato. [15] : 14
El bolsillo central tiene aproximadamente 2 nanómetros de profundidad y se abre desde el espacio extracelular hasta el sitio activo. [8] Este sitio activo contiene dos iones de zinc. Durante la inhibición, cada uno actúa como ligando de un oxígeno en 2-PMPA o fosfato. También hay un ion calcio coordinado en GCPII, lejos del sitio activo. Se ha propuesto que el calcio mantiene unidos los dominios proteasa y apical. [8] Además, el GCPII humano tiene diez sitios de glicosilación potencial , y muchos de estos sitios (incluidos algunos alejados del dominio catalítico) afectan la capacidad del GCPII para hidrolizar NAAG. [6]
El gen FOLH1 humano está ubicado en el locus 11p11.12 del cromosoma 11. El gen tiene 4110 pares de bases de longitud y está compuesto por 22 exones. La proteína codificada es miembro de la familia de peptidasas M28. También se han identificado ortólogos del gen FOLH1 humano en otros mamíferos, incluido el 7 D3; 7 locus de 48,51 cM en ratones. [16] El gen FOLH1 tiene múltiples sitios de inicio potenciales y formas de empalme, lo que da lugar a diferencias en la estructura, localización y actividad de la carboxipeptidasa de la proteína de membrana según el tejido original. [6] [17]
"La hidrólisis de NAAG por GCPII obedece a la cinética de Michaelis-Menten" . [15] Hlouchková et al. (2007) determinaron que la constante de Michaelis ( K m ) para NAAG era 1,2*10 −6 ± 0,5*10 −6 M y el número de rotación ( k cat ) era 1,1 ± 0,2 s −1 . [18]
El PSMA humano se expresa altamente en la próstata, aproximadamente cien veces más que en la mayoría de los demás tejidos. En algunos cánceres de próstata, el PSMA es el segundo producto genético con mayor regulación positiva, con un aumento de 8 a 12 veces con respecto a los niveles en las células de la próstata no cancerosas. [19] Debido a esta alta expresión, el PSMA se está desarrollando como un biomarcador potencial para la terapia y la obtención de imágenes de algunos cánceres. [20] En el cáncer de próstata humano, los tumores de mayor expresión se asocian con un tiempo de progresión más rápido y un mayor porcentaje de pacientes que sufren recaídas. [21] [22] Los estudios in vitro que utilizaron líneas celulares de cáncer de próstata y mama con niveles reducidos de PSMA mostraron una disminución significativa en la proliferación, migración, invasión, adhesión y supervivencia de las células. [23]
El PSMA es el objetivo de varios agentes de imágenes de medicina nuclear para el cáncer de próstata. La expresión de PSMA se puede obtener imágenes con PSMA de galio-68 o PSMA de flúor-18 para tomografía por emisión de positrones . [24] [25] [26] [27] Utiliza una pequeña molécula radiomarcada que se une con alta afinidad al dominio extracelular del receptor PSMA. Anteriormente, se utilizaba un anticuerpo dirigido al dominio intracelular ( indio-111 capromabpentido, comercializado como Prostascint), [28] aunque la tasa de detección era baja.
En 2020, se publicaron los resultados de un ensayo aleatorizado de fase 3 ("estudio ProPSMA") [29] que comparaba la PET/TC con PSMA con galio-68 con imágenes estándar (TC y gammagrafía ósea). Este estudio de 300 pacientes realizado en 10 centros de estudio demostró una precisión superior de la PET/CT con PSMA (92 % frente a 65 %), mayor cambio significativo en el tratamiento (28 % frente a 15 %), menos hallazgos de imágenes equívocos/inciertos (7 % frente a 23 % ) y menor exposición a la radiación (10 mSv frente a 19 mSv). El estudio concluye que PSMA PET/CT es un sustituto adecuado de las imágenes convencionales, ya que proporciona una precisión superior a los resultados combinados de la TC y la exploración ósea. Esta nueva tecnología fue aprobada por la FDA el 1 de diciembre de 2020. [30] Una molécula pequeña de modalidad dual que emite positrones ( 18 F) y fluorescente se dirige al PSMA y se probó en humanos. La molécula encontró la ubicación del cáncer de próstata primario y metastásico mediante PET , eliminación del cáncer guiada por fluorescencia y detecta células cancerosas individuales en los márgenes del tejido. [31]
Un sistema indicador de origen humano, genético, emisor de positrones y fluorescente (HD-GPF) utiliza una proteína humana, PSMA y no inmunogénica, y una pequeña molécula que emite positrones ( 18 F) y fluorescente para PET de modalidad dual y Imágenes de fluorescencia de células modificadas con genoma, por ejemplo, cáncer , CRISPR/Cas9 o células T CAR , en un ratón completo. [32]
El PSMA también se puede utilizar como objetivo de tratamiento en radioterapia con fuente abierta . El lutecio-177 es un emisor beta que se puede combinar con moléculas dirigidas a PSMA para administrar tratamiento a los tumores de próstata. [33] Un estudio prospectivo de fase II demostró una respuesta (definida por la reducción del PSA del 50 % o más) en el 64 % de los hombres. [34] Los efectos secundarios comunes incluyen sequedad de boca, fatiga seca, náuseas, ojos secos y trombocitopenia (reducción de plaquetas). Un ensayo aleatorizado de seguimiento de fase II, el ensayo ANZUP TheraP, comparó la terapia con radionúclidos Lu-177 PSMA-617 con la quimioterapia con cabazitaxel, demostrando tasas de respuesta superiores, menor toxicidad y mejores resultados informados por los pacientes con Lu-177 PSMA ( PMID 33581798). Los resultados del ensayo aleatorizado VISION fueron positivos con una reducción del 40% en la mortalidad y un aumento de 5 meses en la supervivencia. Ensayo VISIÓN fase III . [35] [36]
Para quienes estudian enfermedades de base neuronal, NAAG es uno de los tres neurotransmisores más frecuentes que se encuentran en el sistema nervioso central [37] y cuando cataliza la reacción para producir glutamato, también produce otro neurotransmisor. [8] El glutamato es un neurotransmisor excitador común y abundante en el sistema nervioso central; sin embargo, si hay demasiada transmisión de glutamato, esto puede matar o al menos dañar las neuronas y se ha implicado en muchas enfermedades y trastornos neurológicos [37], por lo que el equilibrio al que contribuye la NAAG peptidasa es bastante importante.
Se ha demostrado que GCPII aumenta directa y indirectamente la concentración de glutamato en el espacio extracelular. [37] GCPII escinde directamente NAAG en NAA y glutamato. [7] [8] Se ha demostrado que NAAG, en altas concentraciones, inhibe indirectamente la liberación de neurotransmisores, como GABA y glutamato. Lo hace mediante la interacción y la activación de los mGluR presinápticos del grupo II. [37] Por lo tanto, en presencia de NAAG peptidasa, la concentración de NAAG se mantiene bajo control y el glutamato y el GABA, entre otros neurotransmisores, no se inhiben.
Los investigadores han podido demostrar que los inhibidores eficaces y selectivos de GCPII pueden disminuir los niveles de glutamato en el cerebro e incluso brindar protección contra la apoptosis o degradación de las neuronas cerebrales en muchos modelos animales de accidente cerebrovascular, esclerosis lateral amiotrófica y dolor neuropático. [8] Se cree que esta inhibición de estas NAAG peptidasas, a veces denominadas NP, proporciona esta protección contra la apoptosis o degradación de las neuronas cerebrales al elevar las concentraciones de NAAG dentro de la sinapsis de las neuronas. [37] NAAG luego reduce la liberación de glutamato mientras estimula la liberación de algunos factores tróficos de las células gliales en el sistema nervioso central, lo que resulta en la protección contra la apoptosis o degradación de las neuronas cerebrales. [37] Es importante señalar, sin embargo, que estos inhibidores de NP no parecen tener ningún efecto sobre la función normal del glutamato. [37] La inhibición de NP es capaz de mejorar la regulación natural en lugar de activar o inhibir receptores que alterarían este proceso. [37] La investigación también ha demostrado que los inhibidores de NP basados en moléculas pequeñas son beneficiosos en modelos animales que son relevantes para las enfermedades neurodegenerativas. [37] Algunas aplicaciones específicas de esta investigación incluyen dolor neuropático e inflamatorio, lesión cerebral traumática, accidente cerebrovascular isquémico, esquizofrenia, neuropatía diabética, esclerosis lateral amiotrófica y adicción a las drogas. [37] Investigaciones anteriores han encontrado que los medicamentos que pueden reducir la transmisión de glutamato pueden aliviar el dolor neuropático, aunque los efectos secundarios resultantes han limitado gran parte de sus aplicaciones clínicas. [38] Por lo tanto, parece que, dado que el GCPII se recluta exclusivamente con el fin de proporcionar una fuente de glutamato en condiciones hiperglutamatérgicas y excitotóxicas, esta podría ser una alternativa para evitar estos efectos secundarios. [38] Más resultados de investigaciones han demostrado que la hidrólisis de NAAG se altera en la esquizofrenia, y han demostrado que regiones anatómicas específicas del cerebro pueden incluso mostrar anomalías discretas en la síntesis de GCP II, por lo que las NP también pueden ser terapéuticas para pacientes que padecen esquizofrenia. [39] Un obstáculo importante en el uso de muchos de los potentes inhibidores de GCPII que se han preparado hasta la fecha son los compuestos típicamente altamente polares, lo que causa problemas porque no atraviesan fácilmente la barrera hematoencefálica. [40]
El glutamato es el "neurotransmisor excitador primario en el sistema nervioso humano", [37] que participa en una multitud de funciones cerebrales. Se sabe que la sobreestimulación y activación de los receptores de glutamato, así como las “alteraciones en los mecanismos celulares que protegen contra las consecuencias adversas de la activación fisiológica del receptor de glutamato” [40] causan daño neuronal y muerte, que se han asociado con múltiples enfermedades neurológicas. [37]
Debido a la variedad de funciones y presencia del glutamato, ha sido difícil crear fármacos glutamatérgicos que no afecten negativamente otras funciones necesarias y causen efectos secundarios no deseados. [41] La inhibición de la peptidasa NAAG ha ofrecido la posibilidad de dirigirse a fármacos específicos.
Desde su promesa para una posible terapia de enfermedades neurológicas y para la selección de fármacos específicos, los inhibidores de la peptidasa NAAG se han creado y estudiado ampliamente. Algunos ejemplos de moléculas pequeñas son los siguientes: [37]
El dolor causado por una lesión del SNC o del SNP se ha asociado con un aumento de la concentración de glutamato. La inhibición de NAAG redujo la presencia de glutamato y, por tanto, podría disminuir el dolor. [37] (Neale JH et al., 2005). Nagel et al. [41] utilizaron el inhibidor 2-PMPA para mostrar el efecto analgésico de las inhibiciones de la peptidasa NAAG. Este estudio siguió a uno realizado por Chen et al., [42] que mostró resultados similares. [41]
Las lesiones graves en la cabeza (SHI) y las lesiones cerebrales traumáticas (TBI) están muy extendidas y tienen un impacto tremendo. “Son la principal causa de muerte en niños y adultos jóvenes (<25 años) y representan una cuarta parte de todas las muertes en el grupo de edad de cinco a 15 años”. [43] Después del impacto inicial, los niveles de glutamato aumentan y causan daño excitotóxico en un proceso que ha sido bien caracterizado. [37] Con su capacidad para reducir los niveles de glutamato, la inhibición de NAAG se ha mostrado prometedora en la prevención del daño neurológico asociado con SHI y TBI.
Según la Asociación Nacional de Accidentes Cerebrovasculares, [44] el accidente cerebrovascular es la tercera causa de muerte y la principal causa de discapacidad en adultos. Se cree que los niveles de glutamato causan daño isquémico subyacente durante un accidente cerebrovascular y, por lo tanto, la inhibición de NAAG podría disminuir este daño. [37]
La esquizofrenia es un trastorno mental que afecta al 1% de las personas en todo el mundo. [45] Puede ser modelado por PCP en animales de laboratorio, y se ha demostrado que los agonistas de mGluR han reducido los efectos del fármaco. NAAG es uno de esos agonistas de mGluR. Por tanto, la inhibición de la enzima que reduce la concentración de NAAG, la NAAG peptidasa, podría proporcionar un tratamiento práctico para la reducción de los síntomas esquizofrénicos. [37]
La diabetes puede provocar daños en los nervios, provocando pérdida de sensibilidad, dolor o, si hay nervios autónomos asociados, daños en los sistemas circulatorio, reproductivo o digestivo, entre otros. Se dice que más del 60% de los pacientes diabéticos tienen algún tipo de neuropatía, [37] sin embargo, la gravedad varía dramáticamente. La neuropatía no sólo causa daños y perjuicios directamente, sino que también puede provocar indirectamente problemas como ulceraciones diabéticas, que a su vez pueden provocar amputaciones. De hecho, más de la mitad de todas las amputaciones de miembros inferiores en los Estados Unidos son de pacientes con diabetes. [46]
Mediante el uso del inhibidor de la peptidasa NAAG 2-PMPA, se inhibió la escisión de NAAG y, con ella, se programó la muerte celular neuronal de los DRG en presencia de niveles elevados de glucosa. [47] Los investigadores han propuesto que la causa de esto es la actividad agonista de NAAG en mGluR3. Además, NAAG también “evitó la inhibición del crecimiento de neuritas inducida por la glucosa” (Berent-Spillson, et al. 2004). En general, esto hace que la inhibición de GCPIII sea un objetivo modelo claro para combatir la neuropatía diabética.
La esquizofrenia, como se describió anteriormente, normalmente se modela en el laboratorio mediante un modelo animal de PCP. Como se demostró que la inhibición de GCPIII posiblemente limita el comportamiento esquizofrénico en este modelo, [37] esto sugiere que la inhibición de GCPIII, por lo tanto, reduce el efecto de la PCP. Además, se ha demostrado cada vez con mayor evidencia que la acción de recompensa de muchas drogas (cocaína, PCP, alcohol, nicotina, etc.) está relacionada con los niveles de glutamato, sobre los cuales NAAG y GCPIII pueden tener algún efecto regulador. [37]
En resumen, los hallazgos de múltiples estudios de fármacos concluyen que: [37]
La inhibición de NAAG también se ha estudiado como tratamiento contra el cáncer de próstata, la ELA y otras enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Huntington. [37]
