La GMP reductasa EC 1.7.1.7 ( Guanosina 5'-monofosfato oxidorreductasa ) es una enzima que cataliza la desaminación reductiva irreversible y dependiente de NADPH de GMP en IMP . [1]
NADPH + guanosina 5-fosfato = NADP + + inosina 5-fosfato + NH 3
Al convertir los nucleótidos de guanosina en nucleótidos de inosina, que sirven como precursores de los nucleótidos de adenosina (A) y G, ayuda a mantener el equilibrio intracelular de los nucleótidos A y G. [2] El GMP puede descomponerse (catabolizarse) por otras enzimas, pero el GMPR cataliza la única ruta reconocida para convertir el GMP en AMP (indirectamente, a través del intermediario IMP). [3] Mientras que la conversión de GMP en IMP involucra una sola enzima, GMPR, la conversión de IMP en GMP involucra dos enzimas. Primero, la inosina monofosfato deshidrogenasa (IMPDH) cataliza la conversión de IMP en XMP; luego, la GMP sintetasa (GMPS) cataliza la conversión de XMP en GMP. Estas dos vías están reguladas inversamente, y las condiciones que favorecen la expresión de IMPDH disminuyen la expresión de GMPR. [3] En las células melanocíticas, la expresión del gen de la GMP reductasa puede estar regulada por MITF . [4] Es activado por GTP e inhibido por xantosina 5'-monofosfato (XMP). [5]
La secuencia de aminoácidos que compone la GMP reductasa es similar en todos los organismos. En los seres humanos, existen hGMPR1 y hGMPR2, dos GMP reductasas que difieren en su secuencia de aminoácidos (el 90% de la secuencia está conservada) pero que tienen la misma función en general. Aunque hGMPR1 y hGMPR2 no tienen una secuencia de aminoácidos idéntica, tienen propiedades cinéticas similares y ambas utilizan NADPH como coenzima para su reacción catalizada. [6] Además de los eritrocitos humanos, se ha aislado GMPR de E. coli y de roedores. [7]
Se obtuvo una estructura cristalina de hGMPR2, y el modelo muestra que hGMPR2 es un homotetrámero que consiste en una mezcla de hélices alfa y láminas beta (paralelas y antiparalelas). Cada monómero interactúa con cada uno de los demás en sus bordes, lo que permite la estabilización de la estructura del tetrámero. En la superficie de cada monómero, hay moléculas de fosfato que existen sin ninguna interacción con otras subunidades. Los monómeros se enumeran como monómero A, B, C y D. Los monómeros A y B constan de 338 residuos, un GMP y dos iones sulfato. El monómero C es similar, y consta de 327 residuos, una molécula de GMP y dos iones sulfato. El monómero D, sin embargo, no contiene una molécula de GMP y solo consta de 317 residuos y dos iones sulfato. Las hélices alfa y las láminas beta se unen para formar un núcleo de barril de 8 hebras, en el que contiene varios residuos hidrófobos que permiten la estabilización del núcleo. La estructura también contiene enlaces disulfuro entre Cys68 y Cys95, que no se conservan en la mayoría de los GMPR, pero se propone que son importantes para estabilizar toda la estructura del tetrámero. [6]
La reacción general consta de dos pasos: un paso de desaminación, en el que se libera amoníaco de la guanosina y se forma un intermediario covalente enzima-GXP (E-XMP*), seguido de un paso de transferencia de hidruro, en el que E-XMP* se reduce con un hidruro de NADPH, liberando IMP. [8] La inosina monofosfato deshidrogenasa (IMPDH) y la GMPR tienen mecanismos catalíticos similares pero dinámicas estructurales diferentes. [3]
La versión de rata del GMPR se expresa en el tejido adiposo pardo (BAT) cuando ciertas condiciones desencadenan su respuesta y está presente principalmente en el riñón, así como en el músculo cardíaco y esquelético. Una de estas condiciones incluye la estimulación por frío. Cuando el organismo se expone al frío, la expresión del ARN del GMPR puede aumentar hasta un máximo de 30 veces, lo que permite la producción de calor. Una hipótesis para que esto ocurra es que la conversión de GMP a IMP aumenta potencialmente el adenilosuccinato (precursor del AMP), lo que permite la producción de un segundo mensajero, el AMPc. Este mensajero es importante para la producción de calor del BAT. [7]
Se ha descubierto que el GMPR y sus productos aumentan en la enfermedad de Alzheimer . El gen GMPR codifica la proteína GMPR1 (enzima GMP reductasa) que cataliza la reacción para convertir GMP en IMP. El IMP también se puede convertir en AMP y adenosina (A). La presencia de la adenosina puede unirse a los receptores A1/A2 (importantes para la mediación de la fosforilación de Tau), lo que en última instancia da como resultado un aumento de la expresión de la enfermedad de Alzheimer. Esto se debe a que la enfermedad de Alzheimer se debe a los ovillos de neurofilamentos (NFT) que se forman dentro de las neuronas, y la fosforilación de tau es una de las razones por las que se forman los ovillos. La activación de los receptores de adenosina aumenta el enredo de los neurofilamentos, por lo que las condiciones de los pacientes con enfermedad de Alzheimer empeorarán. Al realizar pruebas para detectar posibles inhibidores de GMPR1, se puede ayudar a eliminar la fosforilación de Tau. [9]
El GMPR también está involucrado en el cáncer de piel, el melanoma. En los pacientes con melanoma, la expresión del GMPR se reduce. Un papel importante que desempeña el GMPR en el melanoma es que reduce las Rho-GTPasas y evita que las células del melanoma formen invadopodios, descompongan la matriz extracelular y crezcan como tumores. Esto lo hace utilizando o esencialmente disminuyendo la cantidad de GTP disponible. Esto disminuye el suministro de guanosina disponible y, por lo tanto, disminuye el potencial de tener una propiedad invasiva. Al disminuir las cantidades de GMPR, aumenta la probabilidad de invasión y de que se produzcan síntomas de melanoma. Por lo tanto, el GMPR es necesario para suprimir la invasión del melanoma. [10]
El GMPR también desempeña un papel en la leucemia. Se ha descubierto que en los casos en que las células de leucemia promielocítica se diferencian en monocitos, la expresión del GMPR ha aumentado mucho. Por lo tanto, el gen del GMPR también puede ser un objetivo potencial para el tratamiento de la leucemia. [11]