La PDE3 es una fosfodiesterasa . Las PDE pertenecen al menos a once familias de genes relacionados , que son diferentes en su estructura primaria , afinidad de sustrato , respuestas a efectores y mecanismo de regulación . La mayoría de las familias de PDE están compuestas por más de un gen. La PDE3 es clínicamente significativa debido a su papel en la regulación del músculo cardíaco, el músculo liso vascular y la agregación plaquetaria. Los inhibidores de la PDE3 se han desarrollado como productos farmacéuticos, pero su uso está limitado por efectos arrítmicos y pueden aumentar la mortalidad en algunas aplicaciones.
Las enzimas PDE3 participan en la regulación de la contractilidad del músculo liso vascular y cardíaco . Las moléculas que inhiben la PDE3 se investigaron originalmente para el tratamiento de la insuficiencia cardíaca , pero, debido a efectos secundarios arrítmicos no deseados, ya no se estudian para esa indicación . No obstante, el inhibidor de la PDE3 milrinona está aprobado para su uso en insuficiencia cardíaca en forma intravenosa . [1]
Tanto la PDE3A como la PDE3B se expresan en células del músculo liso vascular y es probable que modulen la contracción. Su expresión en el músculo liso vascular se altera en condiciones específicas como AMPc elevado e hipoxia . [1]
La familia PDE3 en mamíferos consta de dos miembros, PDE3A y PDE3B. Las isoformas de PDE3 son estructuralmente similares y contienen un dominio N-terminal importante para la localización y un extremo C-terminal. [2] La inserción de 44 aminoácidos en el dominio catalítico difiere en las isoformas de PDE3, y las porciones N-terminales de las isoformas son bastante divergentes. PDE3A y PDE3B tienen propiedades farmacológicas y cinéticas sorprendentemente similares, pero la distinción está en los perfiles de expresión y la afinidad por el GMPc. [3]
La familia PDE3 está compuesta por dos genes , PDE3A y PDE3B . En las células que expresan ambos genes, la PDE3A suele ser dominante. Tres variantes diferentes de PDE3A (PDE3A1-3) son productos del uso alternativo del codón de inicio del gen PDE3A . El PDE3B codifica una única isoforma . [1] [4]
En su longitud completa, tanto PDE3A como PDE3B contienen dos regiones de asociación de membrana hidrofóbica N-terminal, NHR1 y NHR2 (figura 2). La diferencia de las variantes PDE3A1-3 radica en si incluyen:
Se puede predecir que este último estará exclusivamente en forma soluble / citosólica . [4] [5]
La PDE3A está implicada principalmente en la función cardiovascular y la fertilidad, pero la PDE3B está implicada principalmente en la lipólisis. [3] La Tabla 1 es una descripción general de la localización de las isoformas de PDE3.
En general, la PDE3 puede ser citosólica o unida a membrana y se ha asociado a la membrana plasmática , el retículo sarcoplásmico , el aparato de Golgi y la envoltura del núcleo . [2]
La PDE3B está predominantemente asociada a la membrana y se localiza en el retículo endoplasmático y en fracciones microsomales . [1]
La PDE3A puede estar asociada a membrana o citosólica, según la variante y el tipo de célula en la que se expresa. [1]
La actividad de PDE3A y PDE3B está regulada por varias vías de fosforilación . La proteína quinasa A y la proteína quinasa B activan PDE3A y PDE3B mediante fosforilación en dos sitios de fosforilación diferentes (P1 y P2) entre NHR1 y NHR2 (figura 2). La hidrólisis del AMPc por las isoformas de PDE3 también es inhibida directamente por el GMPc , aunque la PDE3B es sólo aproximadamente un 10% tan sensible a la inhibición del GMPc como la PDE3A. [4] La PDE3B ha sido ampliamente estudiada por su importancia en la mediación del efecto antilipolítico y antiglucogenlítico de la insulina en los tejidos adiposos y hepáticos . La activación de PDE3B en los adipocitos está asociada con la fosforilación del residuo de serina por una proteína serina quinasa estimulada por insulina (PDE3IK). Al bloquear la activación de PDE3IK por insulina y, a su vez, la fosforilación/activación de PDE3B, se puede antagonizar el efecto antilipolítico de la insulina. La activación de PDE3B disminuye las concentraciones de AMPc, lo que a su vez reduce la actividad de la proteína quinasa A. La proteína quinasa A es responsable de la activación de la lipasa , que induce la lipólisis y otras vías fisiológicas. [6] [4]
No está claro y está más allá del alcance de este texto si las vías de fosforilación, que regulan la actividad de PDE3A o PDE3B, podrían servir como posibles objetivos farmacológicos en lugar del dominio catalítico de la enzima PDE3 en sí.
Las PDE de mamíferos comparten una organización estructural común y contienen tres dominios funcionales, que incluyen el núcleo catalítico conservado, un extremo N regulador y un extremo C. El núcleo catalítico conservado es mucho más similar dentro de las familias de PDE, con aproximadamente un 80% de identidad de aminoácidos , que entre diferentes familias. Se cree que el núcleo contiene elementos estructurales comunes que son importantes para la hidrólisis de los enlaces fosfodiéster de cAMP y cGMP . También se cree que contiene determinantes específicos de la familia para las diferencias en la afinidad por los sustratos y la sensibilidad a los inhibidores. [6]
El dominio catalítico de PDE3 se caracteriza por un inserto de 44 aminoácidos, pero este inserto es exclusivo de la familia PDE3 y es un factor a la hora de determinar la estructura de un inhibidor potente y selectivo de PDE3 . [6]
La estructura cristalina de los dominios catalíticos de varias PDE, incluida la PDE3B, ha demostrado que contienen tres subdominios helicoidales:
En la interfaz de estos dominios se forma una bolsa hidrofóbica profunda mediante residuos que están altamente conservados entre todas las PDE. Este bolsillo es el sitio activo y se compone de cuatro subsitios:
El sitio M está en la parte inferior de la bolsa de unión hidrófoba y contiene dos sitios de unión de metales divalentes . Los iones metálicos que pueden unirse a estos sitios son zinc o magnesio. El sitio de unión del zinc tiene dos residuos de histidina y dos de ácido aspártico que están absolutamente conservados entre las PDE estudiadas hasta la fecha. [3] [1]
Las porciones N-terminales de las PDE son muy divergentes y contienen determinantes asociados con propiedades reguladoras específicas de diferentes familias de genes. Para PDE3, esos determinantes son los dominios de asociación de membrana hidrofóbica y los sitios de fosforilación de proteína quinasa dependientes de AMPc. [6]
Al principio, las PDE3 se purificaron y describieron como enzimas que hidrolizan tanto cGMP como cAMP con valores de K m de 0,1 a 0,8 μM. Sin embargo, la Vmáx para la hidrólisis de AMPc es de 4 a 10 veces mayor que la Vmáx para la hidrólisis de cGMP . [6]
Cuando se identificaron por primera vez diferentes PDE, se aislaron dos tipos de PDE (PDE3 y PDE4) que exhibían altas afinidades por el AMPc. La PDE3 mostró una alta afinidad tanto por el GMPc como por el AMPc, pero la PDE4 tuvo una alta afinidad sólo por el AMPc. Por esa razón, la PDE3 se denominó PDE inhibida por cGMP para distinguirla de la PDE4. [6]
Se cree que la inserción de 44 aminoácidos en el dominio catalítico de las PDE3 está implicada en la interacción de la PDE3 con su sustrato y sus inhibidores, pero eso aún está por establecerse. [6]
El mecanismo molecular propuesto de especificidad de nucleótidos cíclicos de las PDE es el llamado mecanismo de cambio de glutamina.
En las PDE cuya estructura se ha resuelto, parece haber un residuo de glutamina invariante que estabiliza la unión del anillo de purina en el sitio activo (bolsa de unión). Alternativamente, el grupo g-amino del residuo de glutamina puede adoptar dos orientaciones diferentes:
En las PDE que pueden hidrolizar tanto cGMP como cAMP (PDE3), la glutamina puede girar libremente y, por lo tanto, cambiar entre orientaciones. [3] [1]
A partir de los primeros estudios se derivó un modelo inicial de PDE, la topografía del sitio activo. Este modelo inicial se puede resumir en los siguientes pasos relacionados con la topografía del sitio activo de AMPc :
Se ha demostrado que la inhibición de PDE3A previene la maduración de los ovocitos in vitro e in vivo . [1] Por ejemplo, cuando los ratones tienen una deficiencia total de PDE3A, se vuelven infértiles. [2]
La agregación de plaquetas está altamente regulada por nucleótidos cíclicos. La PDE3A es un regulador de este proceso y los inhibidores de la PDE3 previenen eficazmente la agregación de plaquetas. El cilostazol está aprobado para el tratamiento de la claudicación intermitente y se cree que implica la inhibición de la agregación plaquetaria y también la inhibición de la proliferación y vasodilatación del músculo liso.
Las funciones más estudiadas de la PDE3B han sido en las áreas de señalización de insulina , IGF1 y leptina . [1] Cuando la PDE3B se sobreexpresa en las células β de ratones, provoca una secreción alterada de insulina e intolerancia a la glucosa . [2]
La expresión de PDE3a se ha descrito como un biomarcador de sensibilidad al inhibidor de PDE3 Zardaverine en diferentes tipos de cáncer. [8]
Dirigida a la PDE3 con dosis y tiempos óptimos, la enoximona previene la inflamación alérgica en modelos de inflamación alérgica de las vías respiratorias impulsados por HDM. [9] Los inhibidores de la PDE3, la enoximona y la milrinona, se pueden utilizar como fármaco de rescate en el asma bronquial/ asma aguda grave que pone en peligro la vida . [10] [11] [12]
