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NADPH oxidasa

La NADPH oxidasa (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato oxidasa) es un complejo enzimático unido a una membrana que se enfrenta al espacio extracelular. Se puede encontrar en la membrana plasmática y en las membranas de los fagosomas utilizadas porlos glóbulos blancos de los neutrófilos para fagocitar microorganismos. Las isoformas humanasdel componente catalítico del complejo incluyen NOX1 , NOX2 , NOX3 , NOX4 , NOX5 , DUOX1 y DUOX2 . [1]

Reacción

Reacción general para la formación de superóxido a partir de NADPH.

La NADPH oxidasa cataliza la producción de un radical libre superóxido transfiriendo un electrón al oxígeno del NADPH . [2]

NADPH + 2O 2 ↔ NADP + + 2O−2+h +

Tipos

En los mamíferos, la NADPH oxidasa se encuentra en dos tipos: uno en los glóbulos blancos (neutrófilos) y el otro en las células vasculares , diferenciándose en su estructura y funciones bioquímicas. [3] La NADPH oxidasa neutrofílica produce superóxido casi instantáneamente, mientras que la enzima vascular produce superóxido en minutos u horas. [4] Además, en los glóbulos blancos, se ha descubierto que el superóxido transfiere electrones a través de la membrana al oxígeno extracelular, mientras que en las células vasculares, el anión radical parece liberarse principalmente intracelularmente. [5] [6]

tipo neutrofílico

La isoforma que se encuentra en los neutrófilos se compone de seis subunidades. Estas subunidades son:

tipo vascular

Hay varias isoformas vasculares del complejo que utilizan parálogos de la subunidad NOX2:

tipo de tiroides

Hay dos parálogos más de la subunidad NOX2 en la tiroides:

Estructura

NAD(P)H vascular generando un superóxido (coloreado por subunidad).

Toda la estructura de la enzima vascular unida a la membrana se compone de cinco partes: dos subunidades citosólicas (p47phox y p67phox), un citocromo b558 que consta de gp91phox, p22phox y una pequeña proteína G Rac. [3] La generación del superóxido en el NADPH vascular se produce mediante una reducción de un electrón de oxígeno a través de la subunidad gp91phox, utilizando NADPH reducido como donante de electrones. La proteína G pequeña desempeña un papel esencial en la activación de la oxidasa al cambiar entre una forma unida a GDP (inactiva) y unida a GTP (activa). [8]

función biológica

Las NADPH oxidasas (NOX) son una de las principales fuentes de especies reactivas de oxígeno celular (ROS) , y todavía son el foco de un amplio interés de investigación debido a su función exclusiva en la producción de ROS en condiciones fisiológicas normales. El complejo NADPH oxidasa está inactivo en circunstancias normales, pero se activa para ensamblarse en las membranas durante el estallido respiratorio . La NADPH oxidasa activada genera superóxido que desempeña funciones en la respuesta inmune de los animales y la señalización de las plantas. [9]

El superóxido se puede producir en fagosomas que han ingerido bacterias y hongos , o se puede producir fuera de la célula. [10] En los macrófagos, el superóxido mata bacterias y hongos mediante mecanismos que aún no se comprenden completamente. [11] [12] El superóxido se dismuta espontáneamente para formar peróxido que luego se protona para producir peróxido de hidrógeno. Las opiniones están polarizadas sobre cómo la oxidasa mata los microbios en los neutrófilos. Por un lado, se cree que el peróxido de hidrógeno actúa como sustrato para que la mieloperoxidasa produzca ácido hipocloroso. [13] También puede inactivar enzimas metabólicas críticas, iniciar la peroxidación lipídica , dañar los grupos hierro-azufre , [14] y liberar hierro activo redox, lo que permite la generación de oxidantes indiscriminados como el radical hidroxilo. [12] Una visión alternativa es que la oxidasa eleva el pH en la vacuola a aproximadamente 9,0, lo que es óptimo para las proteasas neutras que se desgranulan de los gránulos citoplasmáticos (donde son inactivos a un pH ~5,5) y bombea potasio a la vacuola. , que solubiliza las enzimas, y son las proteasas activadas las que matan y digieren los microbios. [15]

En los insectos , los NOX tenían algunas funciones aclaradas. Los artrópodos tienen tres tipos de NOX (NOX4-art, un NOX4 independiente de p22-phox específico de artrópodos y dos enzimas dependientes de calcio, DUOX). [16] [17] [18] En el intestino, la producción de ROS dependiente de DUOX a partir de la mucosa de Drosophila melanogaster estimulada por bacterias es un importante mecanismo de eliminación de patógenos [19] y puede aumentar la defecación como respuesta de defensa. [20] En Aedes aegypti , DUOX participa en el control de la microbiota indígena intestinal. [21] Rhodnius prolixus tiene DUOX activado por calcio, que participa en el endurecimiento de la cáscara del huevo, [22] y NOX5, que participa en el control de la motilidad intestinal y la digestión de la sangre. [23] [24]

Regulación

La regulación cuidadosa de la actividad de la NADPH oxidasa es crucial para mantener un nivel saludable de ROS en el cuerpo. La enzima está latente en las células en reposo, pero se activa rápidamente mediante varios estímulos, incluidos productos bacterianos y citocinas. [25] Las NADPH oxidasas vasculares están reguladas por una variedad de hormonas y factores que se sabe que desempeñan un papel importante en la remodelación y las enfermedades vasculares. Estos incluyen trombina , factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF), factor de necrosis tumoral (TNFa), lactosilceramida , interleucina-1 y LDL oxidada . [26] También es estimulado por agonistas y ácido araquidónico . [26] Por el contrario, el ensamblaje del complejo puede ser inhibido por la apocinina y el difenilenyodonio. La apocinina disminuye la inflamación pulmonar inducida por la influenza en ratones in vivo y, por lo tanto, puede tener beneficios clínicos en el tratamiento de la influenza. [27]

Ang-1 desencadena NOX2, NOX4 y las mitocondrias para liberar ROS y las ROS derivadas de estas fuentes desempeñan funciones distintas en la regulación de la vía de señalización Ang-1/Tie 2 y las respuestas proangiogénicas. [28]

Patología

Los superóxidos son cruciales para matar bacterias extrañas en el cuerpo humano. En consecuencia, la hipoactividad puede conducir a una mayor susceptibilidad a organismos como los microbios catalasa positivos, y la hiperactividad puede provocar estrés oxidativo y daño celular.

La producción excesiva de ROS en las células vasculares causa muchas formas de enfermedades cardiovasculares, incluidas hipertensión , aterosclerosis , infarto de miocardio y accidente cerebrovascular isquémico . [29] La aterosclerosis es causada por la acumulación de macrófagos que contienen colesterol ( células espumosas ) en las paredes de las arterias (en la íntima ). Las ROS producidas por la NADPH oxidasa activan una enzima que hace que los macrófagos se adhieran a la pared arterial (polimerizando las fibras de actina). Este proceso está contrarrestado por inhibidores de la NADPH oxidasa y antioxidantes. Un desequilibrio a favor de ROS produce aterosclerosis. Estudios in vitro han encontrado que los inhibidores de la NADPH oxidasa apocinina y difenilenyodonio, junto con los antioxidantes N-acetilcisteína y resveratrol, despolimerizaron la actina, rompieron las adherencias y permitieron que las células espumosas migraran fuera de la íntima. [30] [31]

Un estudio sugiere un papel de la NADPH oxidasa en la pérdida de parvalbúmina neuronal y la expresión de GAD67 inducida por la ketamina . [32] Se observa una pérdida similar en la esquizofrenia , y los resultados pueden señalar a la NADPH oxidasa como un posible actor en la fisiopatología de la enfermedad. [33] El nitro azul de tetrazolio se utiliza en una prueba de diagnóstico, en particular, para la enfermedad granulomatosa crónica, una enfermedad en la que hay un defecto en la NADPH oxidasa; por lo tanto, el fagocito es incapaz de producir las especies reactivas de oxígeno o los radicales necesarios para la destrucción de bacterias, lo que hace que las bacterias prosperen dentro del fagocito. Cuanto mayor sea la puntuación azul, mejor será la célula para producir especies reactivas de oxígeno.

También se ha demostrado que la NADPH oxidasa juega un papel en el mecanismo que induce la formación de sFlt-1 , una proteína que desactiva ciertos factores proangiogénicos que juegan un papel en el desarrollo de la placenta, al facilitar la formación de especies reactivas de oxígeno . que son sospechosos de ser intermediarios en la formación de sFlt-1. Estos efectos son en parte responsables de inducir preeclampsia en mujeres embarazadas [34]

Mutaciones

Las mutaciones en los genes de la subunidad de la NADPH oxidasa causan varias Enfermedades Granulomatosas Crónicas (EGC), caracterizadas por una extrema susceptibilidad a la infección. [26] Estos incluyen:

En estas enfermedades, las células tienen una baja capacidad de fagocitosis y se producen infecciones bacterianas persistentes. Son comunes las áreas de células infectadas, los granulomas. Un trastorno similar llamado síndrome de inmunodeficiencia de neutrófilos está relacionado con una mutación en el RAC2, que también forma parte del complejo.

Inhibición

La NADPH oxidasa puede ser inhibida por la apocinina , el óxido nítrico (NO) y el difenilenyodonio. La apocinina actúa impidiendo el ensamblaje de las subunidades de la NADPH oxidasa. La apocinina disminuye la inflamación pulmonar inducida por la influenza en ratones in vivo y, por lo tanto, puede tener beneficios clínicos en el tratamiento de la influenza. [27]

La inhibición de la NADPH oxidasa por el NO bloquea la fuente de estrés oxidativo en la vasculatura. Por lo tanto, durante más de un siglo no se han utilizado medicamentos de donante ( nitrovasodilatadores ) para tratar la enfermedad de las arterias coronarias , la hipertensión y la insuficiencia cardíaca evitando que el exceso de superóxido deteriore las células vasculares sanas. [3]

Los inhibidores de la NADPH oxidasa más avanzados incluyen GKT-831 (anteriormente GKT137831), un inhibidor dual de las isoformas NOX4 y NOX1 [35] que fue patentado en 2007. [36] El compuesto se desarrolló inicialmente para la fibrosis pulmonar idiopática y obtuvo la designación de medicamento huérfano por parte de la FDA y EMA a finales de 2010. [37]

Referencias

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