La proproteína convertasa subtilisina/kexina tipo 9 ( PCSK9 ) es una enzima codificada por el gen PCSK9 en humanos en el cromosoma 1 . [5] Es el noveno miembro de la familia de proteínas proproteína convertasa que activan otras proteínas. [6] Se encuentran genes similares ( ortólogos ) en muchas especies. Como ocurre con muchas proteínas, la PCSK9 está inactiva cuando se sintetiza por primera vez, porque una sección de las cadenas peptídicas bloquea su actividad; las proproteína convertasas eliminan esa sección para activar la enzima. [7] El gen PCSK9 también contiene uno de los 27 loci asociados con un mayor riesgo de enfermedad de las arterias coronarias . [8]
PCSK9 se expresa de forma ubicua en muchos tejidos y tipos de células. [9] PCSK9 se une y degrada el receptor de partículas de lipoproteínas de baja densidad (LDL), que normalmente transportan de 3000 a 6000 moléculas de grasa (incluido el colesterol ) por partícula, dentro del líquido extracelular . El receptor de LDL (LDLR), en el hígado y otras membranas celulares, se une e inicia la ingestión de partículas de LDL del líquido extracelular hacia las células y dirige el complejo a los lisosomas para su destrucción. Si se bloquea PCSK9, el complejo LDL-LDLR se separa durante el tráfico, y el LDL se digiere en el lisosoma, pero los LDLR se reciclan de nuevo a la superficie celular y, por lo tanto, pueden eliminar partículas de LDL adicionales del líquido extracelular. [10] [11] Por lo tanto, bloquear la PCSK9 puede reducir las concentraciones de partículas LDL en sangre. [12] [13]
PCSK9 tiene importancia médica porque actúa en la homeostasis de las lipoproteínas . Los agentes que bloquean la PCSK9 pueden reducir las concentraciones de partículas de LDL. Los dos primeros inhibidores de PCSK9, alirocumab y evolocumab , fueron aprobados en inyecciones una vez cada dos semanas por la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. en 2015 para reducir las concentraciones de partículas LDL cuando las estatinas y otros medicamentos no eran lo suficientemente efectivos o eran mal tolerados. El costo de estos nuevos medicamentos, a partir de 2015 [actualizar], era de $14,000 por año al por menor; algunos consideran que su rentabilidad no está clara. [14] Si bien estos medicamentos son recetados por muchos médicos, los proveedores de seguros a menudo niegan el pago de las recetas. [15] [16] [17] Como resultado, los fabricantes farmacéuticos bajaron los precios de estos medicamentos. [18]
Historia
En febrero de 2003, Nabil Seidah y Jae Byun, un científico del Instituto de Investigación Clínica de Montreal en Canadá, descubrieron una nueva proproteína convertasa humana , cuyo gen estaba ubicado en el brazo corto del cromosoma 1 . [19] Mientras tanto, un laboratorio dirigido por Catherine Boileau en el Hospital Necker-Enfants Malades de París había estado siguiendo a familias con hipercolesterolemia familiar , una condición genética que, en el 90% de los casos causa enfermedad de las arterias coronarias (estudio FRAMINGHAM) y en el 60% de los casos puede provocar una muerte prematura; [20] habían identificado una mutación en el cromosoma 1 portada por algunas de estas familias, pero no habían podido identificar el gen relevante. Los laboratorios se reunieron y a finales de año publicaron su trabajo, vinculando mutaciones en el gen, ahora identificado como PCSK9, con la afección. [21] [19] En su artículo, especularon que las mutaciones podrían hacer que el gen sea hiperactivo. Ese mismo año, investigadores de la Universidad Rockefeller y la Universidad de Texas Southwestern descubrieron la misma proteína en ratones y descubrieron la nueva vía que regula el colesterol LDL en la que está implicada la PCSK9, y pronto quedó claro que las mutaciones identificadas en Francia condujo a una actividad excesiva de PCSK9 y, por lo tanto, a una eliminación excesiva del receptor de LDL, lo que dejó a las personas portadoras de las mutaciones con demasiado colesterol LDL. [19] Mientras tanto, Helen H. Hobbs y Jonathan Cohen en UT-Southwestern habían estado estudiando a personas con colesterol muy alto y muy bajo, y habían estado recolectando muestras de ADN. [22] Con los nuevos conocimientos sobre el papel de PCSK9 y su ubicación en el genoma, secuenciaron la región relevante del cromosoma 1 en personas con colesterol muy bajo y encontraron mutaciones sin sentido en el gen, validando así a PCSK9 como un objetivo biológico para descubrimiento de medicamento . [19] [23]
En julio de 2015, la FDA aprobó los primeros medicamentos inhibidores de PCSK9 para uso médico. [24]
Estructura
Gene
El gen PCSK9 reside en el cromosoma 1 en la banda 1p32.3 [25] e incluye 15 exones . [26] Este gen produce dos isoformas mediante empalme alternativo . [27] : Secuencia e Isoforma
Proteína
PCSK9 es miembro de la familia de las peptidasas S8 . [27] : Familia y Dominios
La estructura resuelta de PCSK9 revela cuatro componentes principales en la proteína preprocesada: el péptido señal ( residuos 1-30); el prodominio N-terminal (residuos 31-152); el dominio catalítico (residuos 153–425); y el dominio C-terminal (residuos 426–692), que se divide a su vez en tres módulos. [29] El prodominio N-terminal tiene una estructura cristalina flexible y es responsable de regular la función PCSK9 al interactuar y bloquear el dominio catalítico, que de otro modo se une al dominio repetido A (EGF-A) similar al factor de crecimiento epidérmico del LDLR. [29] [30] [31] Si bien estudios anteriores indicaron que el dominio C-terminal no estaba involucrado en la unión de LDLR, [32] [33] un estudio reciente de Du et al. demostró que el dominio C-terminal se une a LDLR. [29] La secreción de PCSK9 depende en gran medida de la autoescisión del péptido señal y del prodominio N-terminal, aunque el prodominio N-terminal conserva su asociación con el dominio catalítico. En particular, los residuos 61 a 70 en el prodominio N-terminal son cruciales para su autoprocesamiento. [29]
Función
Síntesis
PCSK9 se sintetiza como un zimógeno soluble que sufre un procesamiento intramolecular autocatalítico en el retículo endoplásmico . [7] Se expresa principalmente en el hígado, el intestino, los riñones, la piel y el sistema nervioso central. [34] Después de ser procesada en el ER, PCSK9 se co-localiza con la proteína sortilina en su camino a través del complejo de Golgi y trans-Golgi. Se propone que se requiere una interacción PCSK9-sortilina para la secreción celular de PCSK9. [35] En humanos sanos, los niveles plasmáticos de PCSK9 se correlacionan directamente con los niveles plasmáticos de sortilina, siguiendo un ritmo diurno similar a la síntesis de colesterol. [36] [37] La concentración plasmática de PCSK9 es mayor en mujeres en comparación con los hombres, y las concentraciones de PCSK9 disminuyen con la edad en los hombres pero aumentan en las mujeres, lo que sugiere que el nivel de estrógeno probablemente desempeña un papel. [38] [39] La expresión del gen PCSK9 puede regularse mediante proteínas de unión a elementos de respuesta a esteroles (SREBP-1/2) , que también controlan la expresión de LDLR. [36]
Homeostasis del colesterol
Como regulador postraduccional negativo del receptor de lipoproteínas de baja densidad (LDLR), la PCSK9 desempeña un papel importante en la homeostasis del colesterol . Tras la unión del colesterol de lipoproteínas de baja densidad (LDL) a su receptor, el complejo LDLR-LDL resultante se internaliza. Cuando se expone al ambiente ácido dentro del endosoma resultante, el LDLR adopta una conformación de horquilla. [40] Este cambio conformacional a su vez induce la disociación del complejo LDL-LDLR, lo que permite que el LDLR se recicle nuevamente a la membrana plasmática. La unión de PCSK9 se une al LDLR de la superficie celular (a través del dominio LDLR EGF-A) también induce la internalización de LDLR. Sin embargo, a diferencia de la unión de LDL, PCSK9 evita que LDLR sufra un cambio conformacional. Esta inhibición redirige el LDLR a un lisosoma donde se degrada. [40] Por lo tanto, PCSK9 reduce la expresión de LDLR en la superficie celular y, por lo tanto, disminuye el metabolismo de las partículas de LDL, lo que a su vez puede conducir a hipercolesterolemia . [41] PCSK9 también desempeña un papel importante en la producción de lipoproteína apoB rica en triglicéridos en el intestino delgado y en la lipemia posprandial. [42] [43] [44]
Piel e inflamación
La lipoproteína ApoB , PCSK9 y los genes implicados en la síntesis del colesterol están altamente expresados en la epidermis. [45] [46] La expresión cutánea de PCSK9 probablemente sea importante para la formación adecuada de la barrera cutánea, ya que las ceramidas, los ácidos grasos libres y el colesterol son los tres componentes principales de la barrera lipídica epidérmica. [47] Coincidiendo con su función en la homeostasis del colesterol, existe un gradiente de expresión de PCSK9 en la epidermis. PCSK9 se expresa selectivamente en los queratinocitos de la capa basal y espinosa con poca o ninguna expresión en los queratinocitos de la capa granular. [45] A diferencia de los queratinocitos de la capa basal, los queratinocitos de la capa granular liberan grandes cantidades de colesterol y otros lípidos para formar un "mortero" rico en lípidos en el espacio intracelular entre los queratinocitos. [47] Además de su probable papel en la formación de la barrera lipídica epidérmica, PCSK9 también se ha relacionado con la inflamación de la piel. Por ejemplo, se han relacionado variantes genéticas de PCSK9 con la psoriasis, [45] y la eliminación de la expresión de PCSK9 en queratinocitos da como resultado un aumento de la expresión de IL-36G y otros mediadores inflamatorios derivados de queratinocitos. [45]
Otras funciones de PCSK9
PCSK9 también puede desempeñar un papel en la diferenciación de neuronas corticales. [5]
Significación clínica
Las variantes de PCSK9 pueden reducir o aumentar el colesterol circulante. Las partículas de LDL se eliminan de la sangre cuando se unen al LDLR en la superficie de las células, incluidas las del hígado , y se introducen en el interior de las células. Cuando PCSK9 se une a un LDLR, el receptor se destruye junto con la partícula de LDL. PCSK9 degrada LDLR al prevenir el cambio conformacional en horquilla de LDLR. [48] Si PCSK9 no se une, el receptor regresará a la superficie de la célula y podrá continuar eliminando partículas de LDL del torrente sanguíneo. [49]
Otras variantes se asocian con una rara hipercolesterolemia familiar autosómica dominante (HCHOLA3). [50] [21] [51] Las mutaciones aumentan su actividad proteasa, reduciendo los niveles de LDLR y previniendo la absorción de colesterol en las células. [21]
En humanos, la PCSK9 se descubrió inicialmente como una proteína expresada en el cerebro. [52] [53] Sin embargo, también se ha descrito en el riñón, el páncreas, el hígado y el intestino delgado. [53] La evidencia reciente indica que PCSK9 se expresa altamente en las paredes arteriales como el endotelio , las células del músculo liso y los macrófagos , con un efecto local que puede regular la homeostasis vascular y la aterosclerosis. [54] [55] [56] En consecuencia, ahora está muy claro que PCSK9 tiene efectos proateroscleróticos y regula la síntesis de lipoproteínas . [57]
Como PCSK9 se une a LDLR, lo que impide la eliminación de partículas LDL del plasma sanguíneo, varios estudios han determinado el uso potencial de los inhibidores de PCSK9 en el tratamiento de la hiperlipoproteinemia (comúnmente llamada hipercolesterolemia). [14] [53] [58] [59] [60] [61] [62] [63] Además, las mutaciones de pérdida de función en el gen PCSK9 dan como resultado niveles más bajos de LDL y protección contra enfermedades cardiovasculares. [57] [64] [65]
Además de sus efectos proateroscleróticos y sintéticos de lipoproteínas, PCSK9 participa en el metabolismo de la glucosa y la obesidad , [66] regulación de la reabsorción de sodio en el riñón, que es relevante en la hipertensión. [67] [68] Además, PCSK9 puede estar implicada en infecciones bacterianas o virales y en sepsis. [69] [70] [71] En el cerebro, el papel de la PCSK9 aún es controvertido y puede ser proapoptótico o protector en el desarrollo del sistema nervioso. [5] Se han detectado niveles de PCSK9 en el líquido cefalorraquídeo a un nivel 50-60 veces más bajo que en el suero. [72]
Marcador clínico
Un estudio de puntuación de riesgo genético de locus múltiples basado en una combinación de 27 loci, incluido el gen PCSK9, identificó individuos con mayor riesgo de sufrir eventos de enfermedad arterial coronaria tanto incidentes como recurrentes, así como un mayor beneficio clínico del tratamiento con estatinas. El estudio se basó en un estudio de cohorte comunitario (el estudio Malmo Diet and Cancer) y cuatro ensayos controlados aleatorios adicionales de cohortes de prevención primaria (JUPITER y ASCOT) y cohortes de prevención secundaria (CARE y PROVE IT-TIMI 22). [8]
Inhibidores
Varios estudios han determinado el uso potencial de los inhibidores de PCSK9 en el tratamiento de la hiperlipoproteinemia (comúnmente llamada hipercolesterolemia ). [14] [53] Además, las mutaciones de pérdida de función en el gen PCSK9 dan como resultado niveles más bajos de LDL y protección contra enfermedades cardiovasculares. [57]
Los medicamentos inhibidores de PCSK9 ahora están aprobados por la FDA para tratar la hipercolesterolemia familiar. [15]
Como objetivo de drogas
Los medicamentos pueden inhibir la PCSK9, lo que reduce las concentraciones de partículas LDL circulantes. Dado que muchos expertos creen que las concentraciones de partículas de LDL son un factor desencadenante de enfermedades cardiovasculares como los ataques cardíacos , es posible que estos medicamentos también puedan reducir el riesgo de tales enfermedades. Actualmente se están realizando estudios clínicos, incluidos ensayos clínicos de fase III , para describir el efecto de la inhibición de PCSK9 sobre las enfermedades cardiovasculares y el perfil de seguridad y eficacia de los fármacos. [74] [75] [76] [77] [78] Entre los inhibidores en desarrollo en diciembre de 2013 se encontraban los anticuerpos alirocumab , evolocumab , 1D05-IgG2 ( Merck ), RG-7652 y LY3015014, así como el inhibidor terapéutico de ARNi inclisiran. . [79] Los inhibidores de PCSK9 son terapias prometedoras para el tratamiento de personas que presentan intolerancia a las estatinas, o como una forma de evitar las dosis frecuentes de estatinas para una mayor reducción de la concentración de LDL. [80] [81]
Una revisión publicada en 2015 concluyó que estos agentes, cuando se usan en pacientes con altas concentraciones de partículas LDL (por lo tanto, con un riesgo muy elevado de enfermedad cardiovascular) parecen ser seguros y eficaces para reducir la mortalidad por todas las causas, la mortalidad cardiovascular y los ataques cardíacos . [82] Sin embargo, una revisión de 2020 concluyó que, si bien el tratamiento con inhibidores de PCSK9 proporciona beneficios adicionales más allá del tratamiento con estatinas máximamente tolerado en personas de alto riesgo, [83] el uso de inhibidores de PCSK9 probablemente produce poca o ninguna diferencia en la mortalidad. [84]
Regeneron Pharmaceuticals (en colaboración con Sanofi ) se convirtió en el primero en comercializar un inhibidor de PCSK9, y un competidor, Amgen, llegó al mercado un poco más tarde. Los precios eran muy altos, lo que inhibía la adopción. [15] Los medicamentos están aprobados por la FDA para el tratamiento de la hipercolesterolemia, en particular la condición genética hipercolesterolemia familiar heterocigótica que causa niveles altos de colesterol y ataques cardíacos a una edad temprana. [20] Estos medicamentos fueron aprobados posteriormente por la FDA para la reducción de eventos cardiovasculares, incluida una reducción de la mortalidad por todas las causas. [85]
En un metanálisis que incluyó datos de 3 ensayos controlados aleatorios, el inicio temprano de inhibidores de PCSK9 dentro de las 72 horas posteriores al evento coronario agudo junto con dosis altas de estatinas se asoció con una disminución más rápida de los niveles de colesterol 4 semanas después del evento cardíaco, lo que se tradujo en una reducción significativa de los reingresos hospitalarios después de un evento cardíaco agudo. [86]
Advertencia
Una advertencia de la FDA en marzo de 2014 sobre posibles efectos cognitivos adversos de la inhibición de PCSK9 causó preocupación, ya que la FDA pidió a las empresas que incluyeran pruebas neurocognitivas en sus ensayos clínicos de fase III . [87]
Anticuerpos monoclonicos
En 2014 se encontraban en ensayos clínicos varios anticuerpos monoclonales[actualizar] que se unen a PCSK9 e inhiben cerca del dominio catalítico . Estos incluyen evolocumab ( Amgen ), bococizumab ( Pfizer ) y alirocumab ( Sanofi / Regeneron Pharmaceuticals ). [73] En julio de 2015 [actualizar], la UE aprobó estos medicamentos, incluido Evolocumab/Amgen, según un informe de la agencia de noticias Medscape. Un metaanálisis de 24 ensayos clínicos ha demostrado que los anticuerpos monoclonales contra PCSK9 pueden reducir el colesterol, los eventos cardíacos y la mortalidad por todas las causas. [82] Las pautas más recientes para el control del colesterol de la Asociación Estadounidense del Corazón y el Colegio Estadounidense de Cardiología ahora brindan orientación sobre cuándo se deben considerar los inhibidores de PCSK9, centrándose particularmente en los casos en los que las estatinas y ezetimiba toleradas al máximo no logran alcanzar el objetivo de reducción de LDL. [88]
Un posible efecto secundario del anticuerpo monoclonal podría ser la irritación en el lugar de la inyección. Antes de las infusiones, los participantes recibieron corticosteroides orales, bloqueadores de los receptores de histamina y paracetamol para reducir el riesgo de reacciones relacionadas con la infusión, que por sí solas causarán varios efectos secundarios. [89]
Imitaciones de péptidos
Se han desarrollado péptidos que imitan el dominio EGFA del LDLR que se une a PCSK9 para inhibir PCSK9. [90]
Silenciamiento genético
El oligonucleótido antisentido PCSK9 aumenta la expresión del LDLR y disminuye los niveles de colesterol total circulante en ratones. [91] Un ácido nucleico bloqueado redujo los niveles de ARNm de PCSK9 en ratones. [92] [93] Los ensayos clínicos iniciales mostraron resultados positivos de ALN-PCS, que actúa mediante ARN de interferencia . [78] [94] [95]
En 2021, los científicos demostraron que la edición de genes CRISPR puede disminuir los niveles sanguíneos de colesterol LDL in vivo en monos Macaca fascicularis durante meses en un 60% mediante la eliminación de PCSK9 en el hígado. [96] [97]
Se ha desarrollado una vacuna dirigida a PCSK9 para tratar concentraciones elevadas de partículas de LDL. La vacuna utiliza una VLP ( partícula similar a un virus ) como portador inmunogénico de un péptido antigénico PCSK9. Las VLP consisten en la capa exterior de una partícula de virus, pero carecen de genoma viral y no pueden replicarse; pueden inducir respuestas inmunes sin causar infección. Los ratones y macacos vacunados con VLP de bacteriófagos que muestran péptidos derivados de PCSK9 desarrollaron anticuerpos IgG de alto título que se unieron a la PCSK9 circulante. La vacunación se asoció con reducciones significativas del colesterol total, el colesterol libre, los fosfolípidos y los triglicéridos. [100]
Inhibidores naturales
El alcaloide vegetal berberina inhibe la transcripción del gen PCSK9 en hepatocitos humanos inmortalizados in vitro, [101] y reduce la PCSK9 sérica en ratones y hámsteres in vivo . [102] Se ha especulado [102] que esta acción contribuye a la capacidad de la berberina para reducir el colesterol sérico. [103] La anexina A2 , una proteína endógena, es un inhibidor natural de la actividad de PCSK9. [104]
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enlaces externos
Resumen de toda la información estructural disponible en el PDB para UniProt : Q8NBP7 (Proproteína convertasa subtilisina/kexina tipo 9) en el PDBe-KB .