Gen codificador de proteínas en la especie Homo sapiens.
La gamma-butirobetaína dioxigenasa (también conocida como BBOX , GBBH o γ-butirobetaína hidroxilasa ) es una enzima que en los humanos está codificada por el gen BBOX1 . [5] [6] La gamma-butirobetaína dioxigenasa cataliza la formación de L-carnitina a partir de gamma-butirobetaína, el último paso en la vía de biosíntesis de L-carnitina . [7] La carnitina es esencial para el transporte de ácidos grasos activados a través de la membrana mitocondrial durante la beta oxidación mitocondrial . [6] En los seres humanos, la gamma-butirobetaína dioxigenasa se puede encontrar en el riñón (alto), el hígado (moderado) y el cerebro (muy bajo). [5] [8] BBOX1 ha sido identificado recientemente como un gen potencial de cáncer basándose en un análisis de datos de microarrays a gran escala . [9]
Reacción
La gamma-butirobetaína dioxigenasa pertenece a la superfamilia de dioxigenasa dependiente de 2-oxoglutarato (2OG) . Cataliza la siguiente reacción:
- 4-trimetilamoniobutanoato (γ-butirobetaína) + 2-oxoglutarato + O 2 3-hidroxi-4-trimetilamoniobutanoato ( L-carnitina ) + succinato + CO 2
Los tres sustratos de esta enzima son 4-trimetilamoniobutanoato (γ-butirobetaína), 2-oxoglutarato y O 2 , [10] mientras que sus tres productos son 3-hidroxi-4-trimetilamoniobutanoato ( L-carnitina ), succinato y dióxido de carbono. .
Esta enzima pertenece a la familia de las oxidorreductasas , concretamente las que actúan sobre donantes apareados, con O 2 como oxidante e incorporación o reducción de oxígeno. El oxígeno incorporado no necesita derivar de O 2 con 2-oxoglutarato como donador e incorporación de un átomo de oxígeno en cada donador. Esta enzima participa en la degradación de la lisina . El hierro es un cofactor de la gamma-butirobetaína dioxigenasa. Al igual que muchas otras oxigenasas 2OG , la actividad de la gamma-butirobetaína dioxigenasa puede estimularse mediante agentes reductores como el ascorbato y el glutatión . [11] [12] [13] [14] La actividad catalítica de la gamma-butirobetaína dioxigenasa puede estimularse con diferentes iones metálicos, especialmente iones de potasio. [15]
Se han resuelto las estructuras apo (PDB id: 3N6W) [16] y holo (PDB id: 3O2G) [17] de la gamma-butirobetaína dioxigenasa, lo que demuestra que un mecanismo de ajuste inducido puede contribuir a la actividad catalítica de la gamma-butirobetaína dioxigenasa. .
La gamma-butirobetaína dioxigenasa es promiscua en cuanto a selectividad de sustrato y procesa una serie de sustratos modificados, incluidos los productos catalíticos naturales L-carnitina y D- carnitina , formando 3-deshidrocarnitina y trimetilaminoacetona. [17] [18] La gamma-butirobetaína dioxigenasa también cataliza la oxidación del midronato [19] para formar múltiples productos, incluido el semialdehído del ácido malónico, la dimetilamina , el formaldehído y el ácido (1-metilimidazolidin-4-il)acético, que se propone formar. mediante un mecanismo de reordenamiento de Stevens . [20] [21] La gamma-butirobetaína dioxigenasa es única entre otras 2OG oxigenasas humanas porque cataliza tanto la hidroxilación (p. ej.: L-carnitina ), la desmetilación (p. ej.: formaldehído) y la formación de enlaces CC (p. ej.: (1-metilimidazolidin-4- il)ácido acético). [22]
Inhibición
La gamma-butirobetaína dioxigenasa es un objetivo de inhibición del propionato de 3-(2,2,2-trimetilhidrazinioil) ( mildronato , también conocido como THP, MET-88, Meldonium o Quarterine). Mildronate se ofrece, clínicamente, a mercados fuera de los EE. UU. para el tratamiento de la angina y el infarto de miocardio . [23] [24] [25] Algunos estudios sugirieron que el leveronato también puede ser beneficioso para el tratamiento de trastornos neurológicos , [26] [27] diabetes , [28] y convulsiones e intoxicación por alcohol . [29] Mildronate es actualmente fabricado y comercializado por Grindeks , una empresa farmacéutica con sede en Letonia . Hasta la fecha, se publicaron al menos cinco informes de ensayos clínicos en revistas revisadas por pares que documentan la eficacia y seguridad del leveronato en los tratamientos de la angina , el accidente cerebrovascular y la insuficiencia cardíaca crónica . [30] [31] [32] [33] [34] Sin embargo, no se han realizado ensayos clínicos aleatorios que respalden el uso de leveronato para tratar ninguna enfermedad cardiovascular. [35] [ se necesita una mejor fuente ]
Mildronate tiene una estructura similar al sustrato natural gamma-butirobetaína, con un grupo NH que reemplaza al CH 2 de la gamma-butirobetaína en la posición C-4. Se publicó una estructura cristalina del mldronato en complejo con la gamma-butirobetaína dioxigenasa, y sugiere que el mildronato se une a la gamma-butirobetaína dioxigenasa exactamente de la misma manera que la gamma-butirobetaína (PDB id: 3MS5). [36] Hasta la fecha, la mayoría de los inhibidores enzimáticos de las 2OG oxigenasas humanas se unen al sitio de unión del cosustrato 2OG ; El mildronato es un raro ejemplo de inhibidor que imita un sustrato no peptidilo. [37] Aunque los informes iniciales sugirieron que el mildronato es un análogo no competitivo y no hidroxilatable de la gamma-butirobetaína, [38] estudios adicionales han identificado que el mildronato es de hecho un sustrato para la gamma-butirobetaína dioxigenasa. [17] [20] [39]
Al igual que otras 2OG oxigenasas , la gamma-butirobetaína dioxigenasa puede inhibirse mediante imitadores de 2OG e inhibidores aromáticos como el 2,4-dicarboxilato de piridina. [40] Otros inhibidores de la gamma-butirobetaína dioxigenasa reportados incluyen gamma-butirobetaínas sustituidas con ciclopropilo [41] y ácido 3-(2,2-dimetilciclopropil)propanoico, que es un inhibidor enzimático basado en mecanismos. [42]
Ensayo
Se han aplicado varios ensayos bioquímicos in vitro para controlar la actividad catalítica de la gamma-butirobetaína dioxigenasa. Los primeros métodos se han centrado principalmente en el uso de compuestos radiomarcados , incluida la gamma-butirobetaína marcada con 14 C [43] y la 2OG marcada con 14 C. [44] También se ha aplicado el método acoplado a enzimas para detectar la formación de carnitina , utilizando la enzima carnitina acetiltransferasa y acetilcoenzima A marcada con 14 C para obtener acetilcarnitina marcada para la detección. Con este método, es posible detectar la concentración de carnitina hasta el rango picomolar . [45] [46] [47] También se han aplicado otros métodos analíticos, incluida la espectrometría de masas y la RMN , [17] y son particularmente útiles para el estudio de la relación de acoplamiento entre la oxidación de 2OG y la formación de sustrato , y para la caracterización de Productos enzimáticos desconocidos. [18] Sin embargo, estos métodos a menudo no son adecuados para la detección de alto rendimiento y requieren instrumentación costosa . También se ha propuesto un ensayo basado en fluorescencia potencialmente de alto rendimiento mediante el uso de un análogo de gamma-butirobetaína fluorada . [48] Los iones de fluoruro liberados como resultado de las catálisis de la gamma-butirobetaína dioxigenasa se pueden detectar mediante el uso de quimiosensores como la fluoresceína protegida . [49]
Ver también
Referencias
- ^ abc GRCh38: Ensembl lanzamiento 89: ENSG00000129151 - Ensembl , mayo de 2017
- ^ abc GRCm38: Ensembl lanzamiento 89: ENSMUSG00000041660 - Ensembl , mayo de 2017
- ^ "Referencia humana de PubMed:". Centro Nacional de Información Biotecnológica, Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
- ^ "Referencia de PubMed del ratón:". Centro Nacional de Información Biotecnológica, Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
- ^ ab Vaz FM, van Gool S, Ofman R, Ijlst L, Wanders RJ (septiembre de 1998). "Biosíntesis de carnitina: identificación del ADNc que codifica la gamma-butirobetaína hidroxilasa humana". Comunicaciones de investigación bioquímica y biofísica . 250 (2): 506–10. doi :10.1006/bbrc.1998.9343. PMID 9753662.
- ^ ab "Entrez Gene: BBOX1 butirobetaína (gamma), 2-oxoglutarato dioxigenasa (gamma-butirobetaína hidroxilasa) 1".
- ^ Paul HS, Sekas G, Adibi SA (febrero de 1992). "Biosíntesis de carnitina en peroxisomas hepáticos. Demostración de la actividad gamma-butirobetaína hidroxilasa". Revista europea de bioquímica . 203 (3): 599–605. doi : 10.1111/j.1432-1033.1992.tb16589.x . PMID 1735445.
- ^ Lindstedt G, Lindstedt S, Nordin I (octubre de 1982). "Gamma-butirobetaína hidroxilasa en riñón humano". Revista escandinava de investigación clínica y de laboratorio . 42 (6): 477–85. doi : 10.3109/00365518209168117. PMID 7156861.
- ^ Dawany NB, Dampier WN, Tozeren A (junio de 2011). "La integración a gran escala de datos de microarrays revela genes y vías comunes a múltiples tipos de cáncer". Revista Internacional de Cáncer . 128 (12): 2881–91. doi : 10.1002/ijc.25854 . PMID 21165954. S2CID 24740881.
- ^ Lindstedt G, Lindstedt S (agosto de 1970). "Requerimientos de cofactor de gamma-butirobetaína hidroxilasa de hígado de rata". La Revista de Química Biológica . 245 (16): 4178–86. doi : 10.1016/S0021-9258(18)62901-1 . PMID 4396068.
- ^ Rebouche CJ (diciembre de 1991). "Biosíntesis de ácido ascórbico y carnitina". La Revista Estadounidense de Nutrición Clínica . 54 (6 suplementos): 1147S-1152S. doi : 10.1093/ajcn/54.6.1147s . PMID 1962562.
- ^ Nelson PJ, Pruitt RE, Henderson LL, Jenness R, Henderson LM (enero de 1981). "Efecto de la deficiencia de ácido ascórbico sobre la síntesis in vivo de carnitina". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Temas generales . 672 (1): 123–7. doi :10.1016/0304-4165(81)90286-5. PMID 6783120.
- ^ Rebouche CJ (diciembre de 1991). "Biosíntesis de ácido ascórbico y carnitina". La Revista Estadounidense de Nutrición Clínica . 54 (6 suplementos): 1147S-1152S. doi : 10.1093/ajcn/54.6.1147s . PMID 1962562.
- ^ Furusawa H, Sato Y, Tanaka Y, Inai Y, Amano A, Iwama M, Kondo Y, Handa S, Murata A, Nishikimi M, Goto S, Maruyama N, Takahashi R, Ishigami A (septiembre de 2008). "La vitamina C no es esencial para la biosíntesis de carnitina in vivo: verificación en ratones knockout para proteína marcadora de senescencia 30 / gluconolactonasa empobrecidos en vitamina C". Boletín biológico y farmacéutico . 31 (9): 1673–9. doi : 10.1248/bpb.31.1673 . PMID 18758058.
- ^ Wehbie RS, Punekar NS, Lardy HA (marzo de 1988). "Reacción catalizada por gamma-butirobetaína hidroxilasa de hígado de rata: influencia del potasio, sustratos y análogos de sustrato en la hidroxilación y descarboxilación". Bioquímica . 27 (6): 2222–8. doi :10.1021/bi00406a062. PMID 3378057.
- ^ AP : 3N6W ; Tars K, Rumnieks J, Zeltins A, Kazaks A, Kotelovica S, Leonciks A, Sharipo J, Viksna A, Kuka J, Liepinsh E, Dambrova M (agosto de 2010). "Estructura cristalina de la gamma-butirobetaína hidroxilasa humana". Comunicaciones de investigación bioquímica y biofísica . 398 (4): 634–9. doi :10.1016/j.bbrc.2010.06.121. PMID 20599753.
- ^ abcd PDB : 3O2G ; Leung IK, Krojer TJ, Kochan GT, Henry L, von Delft F, Claridge TD, Oppermann U, McDonough MA, Schofield CJ (diciembre de 2010). "Estudios estructurales y mecanicistas de la γ-butirobetaína hidroxilasa". Química y Biología . 17 (12): 1316–24. doi : 10.1016/j.chembiol.2010.09.016 . PMID 21168767.
- ^ ab Fujimori DG (diciembre de 2010). "Un nuevo reordenamiento enzimático". Química y Biología . 17 (12): 1269–70. doi : 10.1016/j.chembiol.2010.12.003 . PMID 21168760.
- ^ Simkhovich BZ, Shutenko ZV, Meirena DV, Khagi KB, Mezapuķe RJ, Molodchina TN, Kalviņs IJ, Lukevics E (enero de 1988). "Propionato de 3- (2,2,2-trimetilhidrazinio) (THP): un nuevo inhibidor de la gamma-butirobetaína hidroxilasa con propiedades cardioprotectoras". Farmacología Bioquímica . 37 (2): 195–202. doi :10.1016/0006-2952(88)90717-4. PMID 3342076.
- ^ ab Henry L, Leung IK, Claridge TD, Schofield CJ (agosto de 2012). "La γ-butirobetaína hidroxilasa cataliza un reordenamiento tipo Stevens". Cartas de química bioorgánica y medicinal . 22 (15): 4975–8. doi :10.1016/j.bmcl.2012.06.024. PMID 22765904.
- ^ Stevens TS, Creighton EM, Gordon AB, MacNicol M (1928). "CCCCXXIII.—Degradación de sales de amonio cuaternario. Parte I". J. química. Soc. : 3193–3197. doi :10.1039/JR9280003193.
- ^ Loenarz C, Schofield CJ (marzo de 2008). "Ampliación de la biología química de las 2-oxoglutarato oxigenasas". Biología Química de la Naturaleza . 4 (3): 152–6. doi :10.1038/nchembio0308-152. PMID 18277970.
- ^ Sesti C, Simkhovich BZ, Kalvinsh I, Kloner RA (marzo de 2006). "El mildronato, un nuevo inhibidor de la oxidación de ácidos grasos y agente antianginoso, reduce el tamaño del infarto de miocardio sin afectar la hemodinámica". Revista de farmacología cardiovascular . 47 (3): 493–9. doi : 10.1097/01.fjc.0000211732.76668.d2 . PMID 16633095. S2CID 45844835.
- ^ Liepinsh E, Vilskersts R, Loca D, Kirjanova O, Pugovichs O, Kalvinsh I, Dambrova M (diciembre de 2006). "El mildronato, un inhibidor de la biosíntesis de carnitina, induce un aumento del contenido de gamma-butirobetaína y cardioprotección en el infarto cardíaco aislado de rata". Revista de farmacología cardiovascular . 48 (6): 314–9. doi : 10.1097/01.fjc.0000250077.07702.23 . PMID 17204911. S2CID 1812127.
- ^ Hayashi Y, Kirimoto T, Asaka N, Nakano M, Tajima K, Miyake H, Matsuura N (mayo de 2000). "Efectos beneficiosos de MET-88, un inhibidor de la gamma-butirobetaína hidroxilasa en ratas con insuficiencia cardíaca después de un infarto de miocardio". Revista europea de farmacología . 395 (3): 217–24. doi :10.1016/S0014-2999(00)00098-4. PMID 10812052.
- ^ Sjakste N, Gutcaits A, Kalvinsh I (2005). "Mildronato: un fármaco antiisquémico para indicaciones neurológicas". Reseñas de medicamentos para el SNC . 11 (2): 151–68. doi :10.1111/j.1527-3458.2005.tb00267.x. PMC 6741751 . PMID 16007237.
- ^ Pupure J, Isajevs S, Skapare E, Rumaks J, Svirskis S, Svirina D, Kalvinsh I, Klusa V (febrero de 2010). "Propiedades neuroprotectoras del mildronato, una pequeña molécula dirigida a las mitocondrias". Cartas de Neurociencia . 470 (2): 100–5. doi :10.1016/j.neulet.2009.12.055. PMID 20036318. S2CID 38603504.
- ^ Liepinsh E, Skapare E, Svalbe B, Makrecka M, Cirule H, Dambrova M (mayo de 2011). "Efectos antidiabéticos del mildronato solo o en combinación con metformina en ratas Zucker obesas". Revista europea de farmacología . 658 (2–3): 277–83. doi :10.1016/j.ejphar.2011.02.019. PMID 21371472.
- ^ Zvejniece L, Svalbe B, Makrecka M, Liepinsh E, Kalvinsh I, Dambrova M (septiembre de 2010). "El mildronato ejerce efectos anticonvulsivos y antihipnóticos agudos". Farmacología del comportamiento . 21 (5–6): 548–55. doi :10.1097/FBP.0b013e32833d5a59. PMID 20661137. S2CID 12501700.
- ^ Dzerve V, Matisone D, Kukulis I, Romanova J, Putane L, Grabauskiene V, Skarda I, Berzina D, Strautmanis J (2005). "El mildronato mejora la circulación periférica en pacientes con insuficiencia cardíaca crónica: resultados de un ensayo clínico (el primer informe)" (PDF) . Semín Cardiol . 11 (2): 56–64. ISSN 1648-7966. Archivado desde el original (PDF) el 28 de marzo de 2012.
- ^ Vitols A, Voita D, Dzerve V (2008). "El mildronato mejora la función refleja del barorreceptor carotídeo en pacientes con insuficiencia cardíaca crónica" (PDF) . Semin Cardiovasc Med . 13 : 6. Archivado desde el original (PDF) el 21 de septiembre de 2013.
- ^ Dzerve V, Matisone D, Pozdnyakov Y, Oganov R (2010). "El mildronato mejora la tolerancia al ejercicio en pacientes con angina estable: resultados de un ensayo clínico a largo plazo" (PDF) . Semin Cardiovasc Med . 16 : 3. Archivado desde el original (PDF) el 21 de septiembre de 2013.
- ^ Dzerve V (2011). "Una mejora dosis dependiente en la tolerancia al ejercicio en pacientes con angina estable tratados con leveronato: un ensayo clínico" MILSS I"". Medicina . 47 (10): 544–51. doi : 10.3390/medicina47100078 . PMID 22186118.
- ^ Zhu Y, Zhang G, Zhao J, Li D, Yan X, Liu J, Liu X, Zhao H, Xia J, Zhang X, Li Z, Zhang B, Guo Z, Feng L, Zhang Z, Qu F, Zhao G (octubre de 2013). "Eficacia y seguridad del mildronato para el accidente cerebrovascular isquémico agudo: un ensayo multicéntrico de fase II aleatorizado, doble ciego y controlado con activo". Investigación clínica de fármacos . 33 (10): 755–60. doi :10.1007/s40261-013-0121-x. PMID 23949899. S2CID 697191.
- ^ "La tenista profesional Maria Sharapova dice que asume 'toda la responsabilidad' por la prueba de drogas fallida". Los Ángeles Times . 8 de marzo de 2016.
- ^ PDB : 3MS5
- ^ Rose NR, McDonough MA, King ON, Kawamura A, Schofield CJ (agosto de 2011). "Inhibición de oxigenasas dependientes de 2-oxoglutarato". Reseñas de la sociedad química . 40 (8): 4364–97. doi :10.1039/c0cs00203h. PMID 21390379.
- ^ Galland S, Le Borgne F, Guyonnet D, Clouet P, Demarquoy J (enero de 1998). "Purificación y caracterización de la gamma-butirobetaína hidroxilasa de hígado de rata". Bioquímica Molecular y Celular . 178 (1–2): 163–8. doi :10.1023/A:1006849713407. PMID 9546596. S2CID 23339575.
- ^ Spaniol M, Brooks H, Auer L, Zimmermann A, Solioz M, Stieger B, Krähenbühl S (marzo de 2001). "Desarrollo y caracterización de un modelo animal de deficiencia de carnitina". Revista europea de bioquímica . 268 (6): 1876–87. doi : 10.1046/j.1432-1327.2001.02065.x . PMID 11248709.
- ^ Ng SF, Hanauske-Abel HM, Englard S (enero de 1991). "Sitio de unión del cosustrato de Pseudomonas sp. AK1 gamma-butirobetaína hidroxilasa. Interacciones con análogos estructurales de alfa-cetoglutarato". La Revista de Química Biológica . 266 (3): 1526–33. doi : 10.1016/S0021-9258(18)52326-7 . PMID 1988434.
- ^ Petter RC, Banerjee S, Englard S (1990). "Inhibición de la γ-butirobetaína hidroxilasa por γ-butirobetaínas sustituidas con ciclopropilo". J. Org. química . 55 (10): 3088–3097. doi :10.1021/jo00297a025.
- ^ Ziering DL, Pascal Jr. RA (1990). "Mecanismo de inhibición de la γ-butirobetaína hidroxilasa bacteriana". Mermelada. Química. Soc . 112 (2): 834–838. doi :10.1021/ja00158a051.
- ^ Lindstedt G, Lindstedt S, Tofft S (1970). "γ-butirobetaína hidroxilasa de Pseudomonas sp AK 1". Bioquímica . 9 (22): 4336–4342. doi :10.1021/bi00824a014. PMID 5472709.
- ^ Lindstedt G, Lindstedt S, Nordin I (1977). "Purificación y propiedades de la γ-butirobetaína hidroxilasa de la especie Pseudomonas AK 1". Bioquímica . 16 (10): 2181–2188. doi :10.1021/bi00629a022. PMID 861203.
- ^ Cederblad C, Lindstedt S (1972). "Un método para la determinación de carnitina en el rango de picomoles". Clínico. Chim. Acta . 37 : 235–243. doi :10.1016/0009-8981(72)90438-X. PMID 5022087.
- ^ Böhmer T, Rydning A, Solberg HE (1974). "Niveles de carnitina en suero humano en salud y enfermedad". Clínico. Chim. Acta . 57 (1): 55–61. doi :10.1016/0009-8981(74)90177-6. PMID 4279150.
- ^ Parvin R, Pande SV (1976). "Microdeterminación de la actividad (-) carnitina y carnitina acetiltransferasa". Anal. Bioquímica . 79 (1–2): 190–201. doi :10.1016/0003-2697(77)90393-1. PMID 869176.
- ^ Rydzik AM, Leung IK, Kochan GT, Thalhammer A, Oppermann U, Claridge TD, Schofield CJ (julio de 2012). "Desarrollo y aplicación de un ensayo de fluorescencia basado en la detección de fluoruro para γ-butirobetaína hidroxilasa". ChemBioChem . 13 (11): 1559–63. doi :10.1002/cbic.201200256. PMID 22730246. S2CID 13956474.
- ^ Cametti M, Rissanen K (mayo de 2009). "Reconocimiento y detección de anión fluoruro". Comunicaciones químicas (20): 2809–29. doi :10.1039/B902069A. PMID 19436879.
Otras lecturas
- Olson AL, Rebouche CJ (junio de 1987). "La actividad de la gamma-butirobetaína hidroxilasa no limita la velocidad de la biosíntesis de carnitina en el lactante humano". La Revista de Nutrición . 117 (6): 1024–31. doi : 10.1093/jn/117.6.1024 . PMID 3110383.
- Lindstedt S, Nordin I (octubre de 1984). "Múltiples formas de gamma-butirobetaína hidroxilasa (EC 1.14.11.1)". La revista bioquímica . 223 (1): 119–27. doi :10.1042/bj2230119. PMC 1144272 . PMID 6497835.
- Galland S, Le Borgne F, Bouchard F, Georges B, Clouet P, Grand-Jean F, Demarquoy J (octubre de 1999). "Clonación molecular y caracterización del ADNc que codifica la gamma-butirobetaína hidroxilasa de hígado de rata". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biología molecular y celular de lípidos . 1441 (1): 85–92. doi :10.1016/s1388-1981(99)00135-3. PMID 10526231.
- Rigault C, Le Borgne F, Demarquoy J (diciembre de 2006). "Estructura genómica, maduración alternativa y expresión tisular del gen BBOX1 humano". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biología molecular y celular de lípidos . 1761 (12): 1469–81. doi : 10.1016/j.bbalip.2006.09.014. PMID 17110165.