La CTP (citidina trifosfato) sintetasa cataliza el último paso comprometido en la biosíntesis de nucleótidos de pirimidina: [3]
ATP + UTP + glutamina → ADP + P i + CTP + glutamato
Es la enzima limitante de la velocidad para la síntesis de nucleótidos de citosina tanto de la vía de novo como de recuperación de uridina. [4]
La reacción se produce mediante la fosforilación de UTP dependiente de ATP en el átomo de 4 oxígeno, lo que hace que el átomo de 4 carbonos sea electrófilo y vulnerable a la reacción con amoníaco. [5] La fuente del grupo amino en CTP es la glutamina , que se hidroliza en un dominio de glutamina amidotransferasa para producir amoníaco. Luego se canaliza a través del interior de la enzima hasta el dominio sintetasa. [6] [7] Aquí, el amoníaco reacciona con el intermedio 4-fosforil UTP. [8]
La CTP sintasa activa existe como una enzima homotetramérica. En concentraciones bajas de enzima y en ausencia de ATP y UTP, la CTP sintasa existe como monómero inactivo. A medida que aumenta la concentración de la enzima, primero se polimeriza formando un dímero (como la forma que se muestra a la izquierda) y, en presencia de ATP y UTP, forma un tetrámero. [5] [9]
La enzima contiene dos dominios principales, responsables de la actividad aminotransferasa y sintasa, respectivamente. Los dominios de amidotransferasa están ubicados lejos de las interfaces del tetrámero y no se ven afectados por el estado oligomérico. El sitio de unión a ATP y el sitio de unión a CTP en el dominio sintasa se encuentran en la interfaz del tetrámero. Es por esta razón que para la tetramerización se requieren ATP y UTP. [10]
Regulación
La CTP sintasa está regulada con precisión por las concentraciones intracelulares de CTP y UTP, y se ha observado que tanto hCTPS1 como hCTPS2 son máximamente activos en concentraciones fisiológicas de ATP, GTP y glutamina. [11]
Se ha demostrado que la actividad de la isoenzima CTPS1 humana se inhibe mediante fosforilación. [12] Un ejemplo importante de esto es la fosforilación del residuo Ser-571 por la glucógeno sintasa quinasa 3 (GSK3) en respuesta a condiciones séricas bajas. [13] Además, se ha observado que Ser568 está fosforilado por la caseína quinasa 1, inhibiendo la actividad de la CTP sintasa. [11]
CTP también está sujeto a diversas formas de regulación alostérica . El GTP actúa como un activador alostérico que promueve fuertemente la hidrólisis de la glutamina, pero también inhibe la formación de CTP dependiente de glutamina en altas concentraciones. [14] Esto actúa para equilibrar las cantidades relativas de nucleótidos de purina y pirimidina . El producto de reacción CTP también sirve como inhibidor alostérico. El sitio de unión del trifosfato se superpone con el de UTP, pero el resto nucleósido de CTP se une en un bolsillo alternativo opuesto al sitio de unión de UTP. [15]
Se ha demostrado que los niveles de CTP sintasa dependen de los niveles del factor de transcripción Myc . A su vez, la actividad CTP sintasa es necesaria para los fenotipos relacionados con Myc. [dieciséis]
También se ha observado que el análogo de glutamina DON actúa como un inhibidor irreversible y se ha utilizado como agente anticancerígeno. [17]
Filamentos
Se ha informado que la CTP sintasa forma filamentos en varios organismos diferentes. Estos incluyen bacterias ( C. crescentus ), [18] levaduras ( S. cerevisiae ), [19] moscas de la fruta ( D. melanogaster ) [20] y células humanas. [21] Estas estructuras filamentosas han sido denominadas bastones y anillos citoplasmáticos, [22] citoophidia (del griego "cyto" que significa célula y "ophidium" que significa serpiente, debido a la morfología de las estructuras) o simplemente filamentos de CTP sintasa. Se ha demostrado que la filamentación regula a la baja o al alza la actividad de la CTP sintasa dependiendo de la especie. [23] [24] [25] [26] [27] En Drosophila , solo una de las isoformas de CTP sintasa forma el filamento. [28] Desde el descubrimiento de este nuevo modo de regulación enzimática en la CTP sintasa, se ha demostrado que muchas otras enzimas exhiben características similares, lo que sugiere que esta es una estrategia importante y bien conservada para la regulación enzimática. [29] La CTP sintasa sigue siendo una enzima modelo para el estudio de la formación de filamentos.
Significación clínica
La actividad CTP sintasa regulada positivamente se ha observado ampliamente en tumores humanos y de roedores. [30] La evidencia de modelos de moscas [16] y células cancerosas humanas [31] sugiere que el crecimiento celular dependiente de Myc puede ser más susceptible a la supresión de la actividad de la CTP-sintasa.
Se ha observado que las mutaciones en la CTP sintasa confieren resistencia a fármacos citotóxicos como el arabinósido de citosina (ara-C) en un modelo de leucemia con células de ovario de hámster chino (CHO), aunque tales mutaciones no se encontraron en pacientes humanos con resistencia a ara-C. [32]
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Otras lecturas
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