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Gamma-butirobetaína dioxigenasa

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

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Otras lecturas