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Sintetasa de hialuronano

Las hialuronano sintasas ( HAS ) son enzimas unidas a la membrana que utilizan UDP-α- N -acetil- D -glucosamina y UDP-α- D -glucuronato como sustratos para producir el glicosaminoglicano hialuronano en la superficie celular y extruirlo a través de la membrana hacia el espacio extracelular .

Isoformas

Hasta la fecha se han descrito tres sintasas de hialuronano en mamíferos: HAS1 , HAS2 y HAS3 . Cada una de estas isoformas reside en una ubicación cromosómica diferente [2] y ha sido clonada . [3] Dos de las principales diferencias entre las isoformas son la longitud de la cadena de las moléculas de hialuronano que producen y la facilidad con la que pueden liberarse de la superficie celular. [4] [5] Cuando las células de mamíferos son estimuladas por cambios en su entorno inmediato ( citocinas , proximidades de la matriz extracelular ), las isoformas de HAS responden de manera diferente y parecen estar bajo diferentes mecanismos de control.

Durante el desarrollo del embrión , cada isoforma se expresa de forma única, tanto espacial como temporalmente.

Las isoformas de HAS también muestran diferentes efectos fisiológicos y potenciales terapéuticos. HAS2 se sobreexpresa en líneas celulares de cáncer de mama y se asocia con metástasis de ganglios linfáticos , mientras que HAS1 y HAS3 carecen de cualquier correlación con el desarrollo del cáncer o la metástasis. [8] HAS-2 también se ha propuesto como un agente nanoterapéutico para combatir la osteoartritis en articulaciones que muestran inflamación sinovial como resultado de una mayor despolimerización de hialuronano. [9] Por el contrario, la estimulación de HAS3 se ha relacionado con un aumento de la inflamación y la ateroprogresión mediante una mayor liberación de interleucina y activación de macrófagos . [10]

Estructura

HAS1 tiene un solo dominio catalítico y está incrustado en el canal transmembrana para formar enlaces glucosídicos en la producción de hialuronano (HA). Contiene cinco hélices transmembrana y tres hélices de interfaz cuya arquitectura general se asemeja a un tipi. [11] La isoforma de la bacteria Pasteurella multocida (pmHAS) contiene 972 residuos en los que la eliminación de los residuos 1-117 no afecta la actividad enzimática, y el C-terminal del sitio activo reside alrededor de los residuos 686-703. [12] Existen dos residuos catalíticos en el dominio catalítico; una mutación de ácido aspártico a asparagina en la posición 196 (D196N) conduce a la pérdida de la actividad de la GlcUA- transferasa , y una mutación de ácido aspártico a lisina en la posición 477 (D477K) conduce a la pérdida de la actividad de la GlcNAc -transferasa. La combinación de ambos mutantes produce una actividad similar a la del tipo salvaje. pmHAS además contiene una secuencia Asp-Gly-Ser que se conserva entre las beta- glicosiltransferasas . [13]

La HAS2 está regulada por dimerización y ubiquitinación . En células renales de mono COS-1 transfectadas con plásmidos HAS2 y HAS3 de ratón , se observa un sitio de ubiquitinación en la lisina en el residuo 190. Un mutante K190R formó un dímero de HAS2, y un HAS2 y HAS3 marcados con flag y 6myc mostraron la formación de homo y heterodímeros entre sí. [14] La HAS del virus Chlorella (Cv-HAS) comparte aproximadamente un 45% de similitud de secuencia con la HAS2 humana. [11] [13]

HAS3 se regula a través del truncamiento del extremo 3'UTR , que regula negativamente NUDT21 , un regulador de la poliadenilación . La pérdida de este sitio regulador en modelos de roedores impulsa procesos neoplásicos , aumento de fenotipos pro-remodelación y elevación de la síntesis de HA, pero también aumenta la probabilidad de hipertensión pulmonar . [15] HAS3 tiene una mayor identidad de secuencia con HAS2 (71%) en comparación con HAS1 (57%). [16] HAS1, HAS2 y HAS3 tienen trece, catorce y catorce residuos de cisteína , respectivamente, en comparación con S. pyogenes (spHAS) que contiene seis residuos de cisteína. Una cisteína envenenada con sulfhidrilo en la posición 225 en spHAS inhibe la actividad enzimática, pero no se sabe con certeza si los enlaces disulfuro producen un efecto significativo en la actividad de las enzimas HAS. Los gráficos de hidropatía entre las tres isoformas HAS1, HAS2 y HAS3 sugieren que cada proteína está organizada de manera similar en la membrana. [17]

Mecanismo

La iniciación de la biosíntesis de hialuronano por las sintasas de hialuronano de clase I implica la generación in situ de un cebador de N-acetilglucosamina (GlcNAc) a través de la hidrólisis de UDP -GlcNAc, seguida de la difusión del cebador en el sitio activo. [11] El sitio activo contiene dos dominios distintos, cada uno de los cuales es capaz de unirse a la cadena naciente de UDP-hialuronano o a un monómero de UDP-azúcar . [18] La elongación de la cadena, que comienza a partir del cebador de GlcNAc, ocurre con la adición secuencial de unidades alternas de UDP-GlcA y UDP-GlcNAc al extremo reductor de la cadena en crecimiento. [19]

Diagrama del mecanismo de la hialuronano sintasa.

En cada iteración de elongación de la cadena, un dominio del sitio activo es ocupado por la cadena UDP-hialuronano existente. Un monómero UDP-azúcar correspondiente a la siguiente unidad se une entonces al dominio del sitio activo desocupado. [20] Posteriormente, un grupo hidroxilo en el monómero UDP-azúcar unido realiza un ataque nucleofílico en el carbono anomérico del monómero del extremo reductor de la cadena UDP-hialuronano, desplazando al UDP de la cadena de hialuronano y desplazando la cadena alargada al dominio previamente ocupado por el monómero UDP-azúcar. Después de este proceso, el UDP desplazado se disocia del otro dominio del sitio activo. [17] El proceso de unión y elongación del monómero se repite entonces, con unidades alternas de GlcA y GlcNAc que se añaden a medida que la cadena UDP-hialuronano se desplaza de un dominio del sitio activo al otro. [21]

HAS1, HAS2 y HAS3 realizan biosíntesis de hialuronano funcionalmente equivalentes pero demuestran diferencias en las características cinéticas , incluyendo que HAS1 demuestra una constante de Michaelis más alta que HAS2 o HAS3. [22] La cinética de HAS y el tráfico de proteínas también están influenciados por modificaciones postraduccionales y epigenéticas . [23] [24]

Papel en la metástasis del cáncer

El HAS puede desempeñar papeles en todas las etapas de la metástasis del cáncer. Al producir HA antiadhesivo, el HAS puede permitir que las células tumorales se liberen de la masa tumoral primaria y si el HA se asocia con receptores como CD44, la activación de las GTPasas Rho puede promover la EMT de las células cancerosas. Durante los procesos de intravasación o extravasación, la interacción del HA producido por HAS con receptores como CD44 o RHAMM promueve los cambios celulares que permiten que las células cancerosas se infiltren en los sistemas vascular o linfático. Mientras viajan en estos sistemas, el HA producido por HAS protege a la célula cancerosa del daño físico. Finalmente, en la formación de una lesión metastásica, el HAS produce HA para permitir que la célula cancerosa interactúe con células nativas en el sitio secundario y produzca un tumor por sí misma. [25]

El aumento de la producción de HA por parte de las células cancerosas aumenta la capacidad invasiva. La interacción de HA con CD44 activa la quinasa de adhesión focal (FAK), una molécula importante en el proceso de motilidad celular al coordinar la disolución de las adhesiones focales en el borde delantero de la célula y la formación en el borde rezagado. [26] Otra vía de señalización activada por la interacción de HA con CD44 es la vía Akt que conduce a la expresión de osteopontina, una molécula que puede estimular la migración celular. [ 27] También se ha sugerido que el HA producido por HAS protege a la célula cancerosa del daño físico mientras se encuentra en los sistemas circulatorio o linfático. Esta función del HA se ha demostrado en otros tipos de células, pero aún no se ha investigado en células cancerosas. [28] El HA producido por HAS regula positivamente la secreción de varias MMP, enzimas proteolíticas que participan en muchas etapas de la cascada metastásica. [29] La investigación ha demostrado que las diferentes HAS pueden afectar los pasos metastásicos de diferentes maneras según el peso molecular y la cantidad de HA que producen.

Referencias

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