La D-aminoácido oxidasa ( DAAO ; también OXDA o DAMOX ) es una enzima cuya función a nivel molecular es oxidar los D-aminoácidos a los correspondientes α-cetoácidos , produciendo amoníaco y peróxido de hidrógeno . Esto produce una serie de efectos fisiológicos en varios sistemas, especialmente en el cerebro. La enzima es más activa hacia los D-aminoácidos neutros y no activa hacia los D-aminoácidos ácidos. Uno de sus objetivos más importantes en los mamíferos es la D-serina en el sistema nervioso central . Al dirigirse a este y otros D-aminoácidos en los vertebrados , la DAAO es importante en la desintoxicación . El papel en los microorganismos es ligeramente diferente, descomponiendo los D-aminoácidos para generar energía. [1]
La DAAO se expresa en una amplia gama de especies, desde levaduras hasta humanos. [1] No está presente en plantas ni en bacterias, que en su lugar utilizan la D-aminoácido deshidrogenasa . La DAAO en humanos es un gen candidato de susceptibilidad [2] y junto con G72 puede desempeñar un papel en los mecanismos glutamatérgicos de la esquizofrenia . [3] La DAAO también desempeña un papel en los avances biotecnológicos y médicos. La risperidona y el benzoato de sodio son inhibidores de la DAAO.
La D-aminoácido oxidasa es diferente de la diamino oxidasa , a las que a veces se las denomina DAO .
En 1935, Hans Adolf Krebs descubrió la D-aminoácido oxidasa después de un experimento con homogeneizados de riñón porcino y aminoácidos. Poco después, Warburg y Christian observaron que la oxidasa tenía un cofactor FAD, lo que la convirtió en la segunda flavoenzima descubierta. En los años siguientes, otros científicos desarrollaron y mejoraron el procedimiento de purificación de una D-aminoácido oxidasa porcina. [4]
En 1983 se descubrieron inhibidores de la oxidasa. En 2006 se publicó la estructura tridimensional de la oxidasa. Actualmente se está investigando la relación entre la actividad de la D-aminoácido oxidasa humana (hDAAO) y la esquizofrenia. [4]
Aunque la D-aminoácido oxidasa difiere en cierta medida entre varios organismos , la estructura es básicamente la misma en la mayoría de los eucariotas , excluyendo las plantas. Esta enzima es una flavoproteína que pertenece a la familia de las oxidorreductasas dependientes de FAD y actúa sobre el grupo CH-NH2 de donantes de D-aminoácidos con oxígeno como aceptor. También se considera una enzima peroxisomal que contiene FAD como cofactor. [1] Cada monómero de DAO tiene un dominio de unión a FAD (FBD) que contiene un pliegue de Rossmann y un dominio de unión al sustrato (SBD) que también forma una interfaz con el otro monómero de la proteína. [1] La DAO existe como un dímero , y cada monómero contiene tanto un FBD como un SBD. Cada monómero está compuesto de 347 aminoácidos en la DAO humana, aunque entre otros eucariotas la proteína puede tener una longitud de 345 a 368 aminoácidos. [1] En la DAO humana, los dos monómeros están conectados de forma cabeza con cabeza. [5] La DAO de otros organismos, como la levadura, puede estar presente como dímeros de cabeza a cola. [5] El gen hDAAO se encuentra en el cromosoma 12 y contiene 11 exones. [1]
La DAO es capaz de reducir el oxígeno rápidamente y, cuando se reduce, puede estabilizar la semiquinona roja aniónica y es capaz de formar un enlace covalente con los sulfitos . Todas estas son propiedades típicas asociadas con las flavoproteínas . [1] La DAAO humana tiene propiedades ligeramente diferentes a las de otras moléculas de DAAO, incluida una capacidad más débil para unirse a FAD y una velocidad de reacción reducida para algunas moléculas, como la flavina . [1]
La DAO actúa en el cerebro para oxidar aminoácidos D específicos utilizando la región FAD (región del dinucleótido de flavina y adenina) y se cree comúnmente que se produce en el rombencéfalo, aunque también hay nueva evidencia de la expresión de DAO en el prosencéfalo . [6] Sin embargo, la DAO presente en el prosencéfalo parece estar inactiva, lo que provoca especulaciones sobre el tema de la función de la DAO en el prosencéfalo en contraposición al rombencéfalo , donde la función es más conocida. [6] El consenso es que la DAO se produce y es activa en las células gliales, más específicamente en los astrocitos cerebelosos de tipo 1 y tipo 2, [1] y se ha demostrado que el aminoácido D-serina que produce la DAO en estas células aumenta la actividad del receptor NMDA sináptico . [1]
Hay evidencia que muestra que la esquizofrenia, como fenómeno neuronal, está asociada con una función hiper e hipoglutamatérgica, mediada por los receptores NMDA. [7] La disfunción de los receptores NMDA, y la señalización hipoglutamatérgica correspondiente, produce una sobreestimulación de los receptores ionotrópicos y conduce a la excitotoxicidad. [8]
Se ha demostrado que la disminución de la actividad de DAO conduce a un aumento de la actividad de NMDA en el hipotálamo . [1] La inhibición de DAO conduce al aumento de los niveles de D-serina que actúan como agonistas en el NMDAR. [8]
Un estudio confirmó el aumento de la actividad de NMDA y mostró un aumento de la actividad de DAO en el cerebelo de sujetos esquizofrénicos. [6] El trasfondo genético de la participación de DAO en la esquizofrenia es muy debatido y no se ha encontrado evidencia contundente de que los genes DAO estén fuertemente vinculados con la esquizofrenia. Sin embargo, el gen G72, que supuestamente codifica el activador de la D-aminoácido oxidasa, puede estar involucrado en el desarrollo de la esquizofrenia. [6]
La proteína fagot [9] y pLG72 son las proteínas conocidas actualmente que interactúan físicamente y modulan la DAAO humana. [5] plG72 es el producto del gen G72 específico de los primates, y se observaron niveles más altos de ambos en pacientes con esquizofrenia. Se observó que la interacción de plG72 con hDAAO causaba una inactivación dependiente del tiempo con la oxidasa. [10] Se cree que esto se debe a que la unión de plG72 limita la cantidad de enzima que es catalíticamente competente, y puede ser anulada por el cofactor o cualquier ligando del sitio activo. La estructura de plG72 no está completamente determinada, por lo que la interacción física específica con hDAAO tampoco se entiende completamente. Los experimentos con la proteína fagot y hDAAO han dado como resultado una disminución en la actividad enzimática similar a plG72. Los investigadores sospechan que la proteína fagot previene el agotamiento de D-serina, particularmente en la neurona presináptica . [5]
Además, los investigadores se centraron en compuestos que podrían actuar como inhibidores de hDAAO. Se ha observado in vitro/in vivo que más de 500 compuestos diferentes actúan como inhibidores de la oxidasa y la mayoría de ellos lo hacen por inhibición competitiva . Todos estos compuestos tienen dos porciones principales similares. [5] La primera porción es la porción planar que interactúa con el sitio activo de hDAAO. La estructura química del sitio planar está formada por uno o dos anillos fusionados y debe tener un grupo carboxílico cargado negativamente. La segunda porción es la cadena de sustrato , que puede participar en la zona activa o entrada de la enzima. Además, los diferentes compuestos se dividen en múltiples categorías (clásico, nuevo, segunda generación, tercera generación) dependiendo de las estructuras químicas. Un ejemplo de compuesto es el benzoato , que es un inhibidor clásico. El grupo carboxílico del benzoato interactúa con Arg238 y el aromático interactúa con Tyr224 en la zona activa de la oxidasa. [5]
La D-aminoácido oxidasa se utiliza en biotecnología principalmente para producir antibióticos llamados cefalosporinas . El uso de la D-aminoácido oxidasa para la creación de antibióticos es una producción patentada de antibióticos y comenzó en 1970. Originalmente, la D-aminoácido oxidasa utilizada en este proceso se extraía del riñón de un cerdo y se le dio el nombre de pkDAAO. La pkDAAO es muy inestable a lo largo de los procesos de síntesis de antibióticos y, por lo tanto, dio un bajo rendimiento de antibióticos. A través de la investigación continua, se descubrió una forma más exitosa de D-aminoácido oxidasa a partir de una especie de levadura llamada Rhodotorula gracilis y, por lo tanto, se denominó RgDAAO. RgDAAO se utiliza ahora como la D-aminoácido oxidasa primaria utilizada en antibióticos de cefalosporina porque la inmovilización en resinas de intercambio iónico comerciales crea un sistema más estable que produce cantidades mucho mayores de antibióticos. [11]
La D-aminoácido oxidasa reacciona con los D-aminoácidos y puede utilizarse para detectar la cantidad de D-aminoácidos en los alimentos para actuar como un biosensor . Esto es importante debido a los efectos que los D-aminoácidos en el isómero D o enantiómeros múltiples presentes en los alimentos tienen sobre el valor nutricional. Cuanto más isómero D o enantiómeros múltiples haya en los alimentos, menor será el valor nutricional del alimento, por lo que el uso de la D-aminoácido oxidasa para detectarlos permite un aumento en la selección de alimentos nutricionalmente valiosos. [12] No hay evidencia que demuestre que los D-aminoácidos sean tóxicos, pero plantea muchas posibles preocupaciones sobre si algunos alimentos son tóxicos.
La RgDAAO se utiliza en un proceso llamado terapia con profármacos enzimáticos dirigidos por genes (GDEPT) para tratar tumores en pacientes con cáncer. Este tratamiento utiliza RgDAAO como enzima y D-alanina como sustrato para crear una especie reactiva de oxígeno H2O2 como producto . El H2O2 penetra a través de las células tumorales y daña los biopolímeros . El daño causado por el H2O2 crea un metabolito citotóxico a partir de un profármaco no tóxico dentro de las células tumorales, que luego crea una sustancia tóxica solo en esas células. [11] Este proceso es beneficioso para los pacientes con cáncer, porque este tratamiento es tóxico solo para las células tumorales, mientras que la quimioterapia es tóxica para todas las células del cuerpo del paciente. La D-aminoácido oxidasa también desempeña un papel en la producción de ácido 4-metiltio-2-oxobutírico (MTOBA), que se utiliza como un fármaco contra el cáncer que induce la apoptosis de las células cancerosas. [12]
La D-aminoácido oxidasa se utiliza en tratamientos terapéuticos como la regulación de hormonas, la regulación de la hipertensión , el tratamiento de la esquizofrenia, el tratamiento de trastornos psiquiátricos y cognitivos y la posible reducción del dolor. Cambiar la cantidad de transportadores de D-aminoácido oxidasa con el uso de medicamentos tiene efectos terapéuticos sobre la esquizofrenia. [13] La D-aminoácido oxidasa regula el D-aspartato, que regula la secreción de melatonina , prolactina , testosterona , hormona luteinizante y hormona del crecimiento . Al regular la D-aminoácido oxidasa, el D-aspartato también puede regularse y controlar la secreción hormonal. El aumento de la actividad de la D-aminoácido oxidasa se ha correlacionado con trastornos psiquiátricos y cognitivos, por lo que la reducción de la D-aminoácido oxidasa puede tener efectos terapéuticos sobre estos trastornos. La D-aminoácido oxidasa ayuda a producir L-6-hidroxinorleucina, que luego genera Omapatrilat . El omapatrilato inhibe la enzima convertidora de angiotensina y la endopeptidasa neutra y reduce eficazmente la hipertensión. La D-aminoácido oxidasa también puede tener un efecto sobre los estímulos dolorosos, pero aún no está confirmado. [12]
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI inactivo a partir de marzo de 2024 ( enlace )