La proteína disulfuro isomerasa ( EC 5.3.4.1), o PDI, es una enzima en el retículo endoplasmático (RE) en eucariotas y el periplasma de bacterias que cataliza la formación y ruptura de enlaces disulfuro entre residuos de cisteína dentro de las proteínas a medida que se pliegan. [1] [2] [3] Esto permite que las proteínas encuentren rápidamente la disposición correcta de los enlaces disulfuro en su estado completamente plegado y, por lo tanto, la enzima actúa para catalizar el plegamiento de proteínas .
La proteína disulfuro-isomerasa tiene dos dominios catalíticos similares a tiorredoxina (sitios activos), cada uno conteniendo el motivo canónico CGHC, y dos dominios no catalíticos. [4] [5] [6] Esta estructura es similar a la estructura de las enzimas responsables del plegamiento oxidativo en el espacio intermembrana de las mitocondrias; un ejemplo de esto es la importación y ensamblaje de IMS mitocondrial (Mia40), que tiene 2 dominios catalíticos que contienen un CX 9 C, que es similar al dominio CGHC de PDI. [7] La DsbA bacteriana , responsable del plegamiento oxidativo, también tiene un dominio CXXC de tiorredoxina. [8]
La PDI muestra propiedades de oxidorreductasa e isomerasa , ambas dependen del tipo de sustrato que se une a la proteína disulfuro-isomerasa y de los cambios en el estado redox de la proteína disulfuro-isomerasa. [4] Estos tipos de actividades permiten el plegamiento oxidativo de las proteínas. El plegamiento oxidativo implica la oxidación de los residuos de cisteína reducidos de las proteínas nacientes; tras la oxidación de estos residuos de cisteína, se forman puentes disulfuro, que estabilizan las proteínas y permiten la formación de estructuras nativas (es decir, estructuras terciarias y cuaternarias). [4]
La PDI es específicamente responsable del plegamiento de proteínas en el RE. [6] En una proteína desplegada, un residuo de cisteína forma un disulfuro mixto con un residuo de cisteína en un sitio activo (motivo CGHC) de la proteína disulfuro-isomerasa. Un segundo residuo de cisteína forma entonces un puente disulfuro estable dentro del sustrato , dejando los dos residuos de cisteína del sitio activo de la proteína disulfuro-isomerasa en un estado reducido. [4]
Posteriormente, el PDI puede regenerarse a su forma oxidada en el retículo endoplásmico mediante la transferencia de electrones a proteínas reoxidantes como la oxidorreductina 1 del RE (Ero 1), VKOR (vitamina K epóxido reductasa), glutatión peroxidasa (Gpx7/8) y PrxIV (peroxirredoxina IV). [4] [9] [10] [6] Se cree que Ero1 es la principal proteína reoxidante del PDI, y la vía de reoxidación del PDI para Ero1 se entiende mejor que la de otras proteínas. [10] Ero1 acepta electrones del PDI y dona estos electrones a las moléculas de oxígeno en el RE, lo que conduce a la formación de peróxido de hidrógeno. [10]
La forma reducida (ditiol) de la proteína disulfuro-isomerasa es capaz de catalizar una reducción de un puente disulfuro malformado de un sustrato a través de la actividad reductasa o la actividad isomerasa. [11] Para el método de la reductasa, un enlace disulfuro de sustrato mal plegado se convierte en un par de residuos de cisteína reducidos por la transferencia de electrones del glutatión y el NADPH. Posteriormente, se produce un plegamiento normal con la formación de un enlace disulfuro oxidativo entre los pares correctos de residuos de cisteína del sustrato, lo que conduce a una proteína correctamente plegada. Para el método de la isomerasa, la reorganización intramolecular de los grupos funcionales del sustrato se cataliza cerca del extremo N de cada sitio activo. [4] Por lo tanto, la proteína disulfuro-isomerasa es capaz de catalizar el intercambio de disulfuro de modificación postraduccional .
En los cloroplastos de las algas unicelulares Chlamydomonas reinhardtii, la proteína disulfuro-isomerasa RB60 actúa como un componente sensor redox de un complejo proteico de unión a ARNm implicado en la fotorregulación de la traducción de psbA, el ARN que codifica la proteína central D1 del fotosistema II . También se ha sugerido que la proteína disulfuro-isomerasa desempeña un papel en la formación de enlaces disulfuro reguladores en los cloroplastos. [12]
La proteína disulfuro-isomerasa ayuda a cargar péptidos antigénicos en las moléculas MHC clase I. Estas moléculas (MHC I) están relacionadas con la presentación de péptidos por parte de las células presentadoras de antígenos en la respuesta inmune .
Se ha descubierto que la proteína disulfuro-isomerasa interviene en la ruptura de enlaces de la proteína gp120 del VIH durante la infección por VIH de células CD4 positivas, y es necesaria para la infección por VIH de linfocitos y monocitos. [13] Algunos estudios han demostrado que está disponible para la infección por VIH en la superficie de la célula agrupada alrededor de la proteína CD4. Sin embargo, estudios contradictorios han demostrado que no está disponible en la superficie celular, sino que se encuentra en cantidades significativas en el plasma sanguíneo.
Otra función importante de la proteína disulfuro-isomerasa se relaciona con su actividad como chaperona ; su dominio b' ayuda en la unión de la proteína mal plegada para su posterior degradación . [4] Esto está regulado por tres proteínas de membrana del RE, la proteína quinasa ARN-like endoplasmic reticulum kinase (PERK), la quinasa 1 que requiere inositol (IRE1) y el factor de transcripción activador 6 (ATF6). [4] [14] Responden a altos niveles de proteínas mal plegadas en el RE a través de cascadas de señalización intracelular que pueden activar la actividad de chaperona de PDI. [4] Estas señales también pueden inactivar la traducción de estas proteínas mal plegadas, porque la cascada viaja desde el RE hasta el núcleo. [4]
Ensayo de turbidez de la insulina : la proteína disulfuro-isomerasa rompe los dos enlaces disulfuro entre dos cadenas de insulina (a y b) lo que da como resultado la precipitación de la cadena b. Esta precipitación se puede monitorear a 650 nm, lo que se utiliza indirectamente para monitorear la actividad de la proteína disulfuro-isomerasa. [15] La sensibilidad de este ensayo está en el rango micromolar.
Ensayo de ScRNasa : la proteína disulfuro-isomerasa convierte la ARNasa desordenada (inactiva) en ARNasa nativa (activa) que actúa además sobre su sustrato. [16] La sensibilidad está en el rango micromolar.
Ensayo Di-E-GSSG : Este es el ensayo fluorométrico que puede detectar cantidades picomolares de proteína disulfuro-isomerasa y, por lo tanto, es el ensayo más sensible hasta la fecha para detectar la actividad de la proteína disulfuro-isomerasa. [17] Di-E-GSSG tiene dos moléculas de eosina unidas al glutatión oxidado (GSSG). La proximidad de las moléculas de eosina conduce a la extinción de su fluorescencia. Sin embargo, tras la rotura del enlace disulfuro por la proteína disulfuro-isomerasa, la fluorescencia aumenta 70 veces.
La desregulación redox conduce a un aumento del estrés nitrosativo en el retículo endoplásmico. Estos cambios adversos en el entorno celular normal de las células susceptibles, como las neuronas, conducen a un funcionamiento deficiente de las enzimas que contienen tioles. [14] Más específicamente, la proteína disulfuro-isomerasa ya no puede fijar las proteínas mal plegadas una vez que su grupo tiol en su sitio activo tiene un grupo monóxido nítrico unido a él; como resultado, se produce una acumulación de proteínas mal plegadas en las neuronas, lo que se ha asociado con el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson. [4] [14]
Debido al papel de la proteína disulfuro-isomerasa en una serie de enfermedades, se han desarrollado inhibidores de moléculas pequeñas de la proteína disulfuro-isomerasa. Estas moléculas pueden dirigirse al sitio activo de la proteína disulfuro-isomerasa de forma irreversible [18] o reversible [19] .
Se ha demostrado que la actividad de la proteína disulfuro-isomerasa es inhibida por el vino tinto y el jugo de uva, lo que podría ser la explicación de la paradoja francesa . [20]
Los genes humanos que codifican isomerasas de disulfuro de proteínas incluyen: [3] [21] [22]
