La inosina 5'-monofosfato deshidrogenasa (IMPDH) es una enzima biosintética de purina que cataliza la oxidación dependiente de nicotinamida adenina dinucleótido (NAD + ) de inosina monofosfato (IMP) a xantosina monofosfato (XMP), el primer paso comprometido y limitante hacia la biosíntesis de novo de nucleótidos de guanina a partir de IMP. [2] [3] IMPDH es un regulador del grupo intracelular de nucleótidos de guanina y, por lo tanto, es importante para la síntesis de ADN y ARN, la transducción de señales , la transferencia de energía, la síntesis de glicoproteínas , así como otros procesos que están involucrados en la proliferación celular.
Estructura y función
La forma monomérica canónica de IMPDH tiene una masa molecular de aproximadamente 55 kDa [4] y generalmente consta de 400-500 residuos. [5] Los IMPDH se han descrito como tetraméricos , [6] [7] [8] aunque datos adicionales validaron la existencia de formas octaméricas. [9]
La mayoría de los monómeros de IMPDH contienen dos dominios: un dominio catalítico (β/α) de 8 barriles con un sitio activo ubicado en los bucles en el extremo C-terminal del barril, y un subdominio, llamado dominio Bateman, y que consiste en dos dominios repetidos de cistationina beta sintetasa (CBS) que se insertan dentro de la secuencia de la deshidrogenasa. [5] [11] Se ha demostrado que los cationes monovalentes activan la mayoría de las enzimas IMPDH y pueden servir para estabilizar la conformación del bucle del sitio activo. [12]
El dominio Bateman no es necesario para la actividad catalítica. Las mutaciones dentro del dominio Bateman o una deleción completa del dominio no perjudican la actividad catalítica in vitro de algunos IMPDH. [13] [14] [15] [16] Otros ejemplos de deleción del dominio Bateman en IMPDH han mostrado una actividad catalítica in vitro mejorada en comparación con la contraparte de tipo salvaje correspondiente. [17] Una deleción in vivo del dominio Bateman en E. coli sugiere que el dominio puede actuar como un transregulador negativo de la síntesis de nucleótidos de adenina . [18] [19] También se ha demostrado que IMPDH se une a ácidos nucleicos, [20] [21] y esta función puede verse afectada por mutaciones que se encuentran en el dominio Bateman. [22] El dominio Bateman también se ha implicado en la mediación de la asociación de IMPDH con polirribosomas, [23] lo que sugiere un posible papel secundario para IMPDH como proteína reguladora de la traducción. En Staphylococcus aureus , se ha identificado a la IMPDH como una proteína de unión al plasminógeno. [24] Se ha demostrado que la IMPDH de Drosophila actúa como un represor transcripcional específico de secuencia que puede reducir la expresión de genes de histonas y E2F . [25] La IMPDH se localiza en el núcleo al final de la fase S y la acumulación nuclear se restringe principalmente a la fase G2 . Además, se ha demostrado que el estrés metabólico induce la localización nuclear de la IMPDH. [25]
El mecanismo de la IMPDH implica una secuencia de dos reacciones químicas diferentes: (1) una reacción redox rápida que implica una transferencia de hidruro a NAD + que genera NADH y un intermediario XMP unido a la enzima (E-XMP*) y (2) un paso de hidrólisis que libera XMP de la enzima. El IMP se une al sitio activo y un residuo de cisteína conservado ataca la posición 2 del anillo de purina. Luego, un ion hidruro se transfiere de la posición C2 a NAD + y se forma el intermediario E-XMP*. El NADH se disocia de la enzima y un elemento de colgajo móvil del sitio activo mueve una díada catalítica conservada de arginina y treonina al sitio de unión de NAD recientemente desocupado. Se cree que el residuo de arginina actúa como la base general que activa una molécula de agua para la reacción de hidrólisis. [5] Alternativamente, las simulaciones de mecánica molecular sugieren que en condiciones donde el residuo de arginina está protonado, el residuo de treonina también es capaz de activar el agua al aceptar un protón del agua mientras transfiere su propio protón a un residuo cercano. [27]
En los humanos
Los humanos expresan dos isoenzimas distintas de IMPDH codificadas por dos genes distintos, IMPDH1 e IMPDH2 .
Ambas isoenzimas contienen 514 residuos, tienen una similitud del 84% en la secuencia de péptidos y tienen propiedades cinéticas similares. [28] Ambas isoenzimas se expresan constitutivamente en la mayoría de los tejidos, pero IMPDH1 se expresa predominantemente en el bazo, la retina y los leucocitos de sangre periférica. [5] IMPDH1 generalmente se expresa constitutivamente en niveles bajos, y IMPDH2 generalmente se regula positivamente en células proliferantes y tejidos neoplásicos. [29] [30] [31] Los ratones knock out homocigotos de IMPDH1 demuestran una retinopatía leve en la que una forma lenta y progresiva de degeneración retiniana debilita gradualmente la transducción visual, [32] mientras que los ratones knock out homocigotos de IMPDH2 muestran letalidad embrionaria. [33]
Importancia clínica
La síntesis de nucleótidos de guanina es esencial para mantener la función y el crecimiento normal de las células, y también es importante para el mantenimiento de la proliferación celular y las respuestas inmunes. Se ha descubierto que la expresión de IMPDH está regulada positivamente en algunos tejidos tumorales y líneas celulares. [30] Los linfocitos B y T muestran una dependencia de IMPDH para la activación y función normales, [34] [35] y demuestran una expresión de IMPDH regulada positivamente. [31] Por lo tanto, IMPDH se ha abordado como un objetivo farmacológico para la quimioterapia inmunosupresora y contra el cáncer .
Se ha demostrado que los inhibidores de IMPDH previenen la replicación del SARS-CoV-2 en las células [36] y se están probando en ensayos clínicos para la COVID-19 . [37]
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Lectura adicional
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