La molécula TAH , también conocida como N -acetil- L -aspartil- L -glutamato peptidasa I (NAALADasa I), NAAG peptidasa o antígeno de membrana específico de la próstata ( PSMA ) es una enzima que en los humanos está codificada por el gen FOLH1 ( folato hidrolasa 1 ) . [5] La GCPII humana contiene 750 aminoácidos y pesa aproximadamente 84 kDa. [6]
La GCPII es una metaloenzima de zinc que reside en las membranas. La mayor parte de la enzima reside en el espacio extracelular. La GCPII es una glicoproteína de membrana de clase II . Cataliza la hidrólisis de N-acetilaspartilglutamato (NAAG) a glutamato y N-acetilaspartato (NAA) según el esquema de reacción de la derecha. [7] [8]
Los neurocientíficos utilizan principalmente el término NAALADasa en sus estudios, mientras que quienes estudian el metabolismo del folato utilizan hidrolasa de folato y quienes estudian el cáncer de próstata o la oncología, PSMA. Todos se refieren a la misma proteína glutamato carboxipeptidasa II.
La GCPII se expresa principalmente en cuatro tejidos del cuerpo, incluido el epitelio de la próstata, los túbulos proximales del riñón, el borde en cepillo yeyunal del intestino delgado y los ganglios del sistema nervioso. [6] [9] [10]
De hecho, la clonación inicial del ADNc que codifica el gen que expresa PSMA se logró con ARN de una línea celular de tumor de próstata, LNCaP. PSMA se detectó por primera vez en la línea celular LNCaP utilizando el anticuerpo monoclonal murino 7E11-C5.3 (también conocido con el nombre de capromab ), generado a partir de células de bazo murino tratadas con membranas celulares LNCaP. Sin embargo, 7E11-C5.3 se dirige exclusivamente a un epítopo intracelular de PSMA, por lo que solo se une a células muertas o moribundas. [11] [12] PSMA comparte homología con el receptor de transferrina y sufre endocitosis , pero no se ha identificado el ligando para inducir la internalización. [13] Se encontró que PSMA era la misma que la proteína de membrana en el intestino delgado responsable de la eliminación de glutamatos ligados a gamma del folato poligammaglutamato. Esto permite la liberación de ácido fólico, que luego puede transportarse al cuerpo para su uso como vitamina. Esto dio como resultado la designación genómica clonada de PSMA como FOLH1 para folato hidrolasa. [14]
Los tres dominios de la porción extracelular de GCPII (el dominio de la proteasa, el apical y el C-terminal) colaboran en el reconocimiento del sustrato. [8] El dominio de la proteasa es una lámina β mixta central de siete cadenas. La lámina β está flanqueada por 10 hélices α. El dominio apical está ubicado entre la primera y la segunda cadena de la lámina β central del dominio de la proteasa. El dominio C-terminal es un haz de cuatro hélices Up-Down-Up-Down. [8] Los dominios apical, de la proteasa y del C-terminal crean un bolsillo que facilita la unión del sustrato. [15] : 14
El bolsillo central tiene aproximadamente 2 nanómetros de profundidad y se abre desde el espacio extracelular hasta el sitio activo. [8] Este sitio activo contiene dos iones de zinc. Durante la inhibición, cada uno actúa como un ligando a un oxígeno en 2-PMPA o fosfato. También hay un ion de calcio coordinado en GCPII, lejos del sitio activo. Se ha propuesto que el calcio mantiene unidos los dominios de la proteasa y el apical. [8] Además, la GCPII humana tiene diez sitios de glicosilación potencial , y muchos de estos sitios (incluidos algunos alejados del dominio catalítico) afectan la capacidad de GCPII para hidrolizar NAAG. [6]
El gen FOLH1 humano está ubicado en el locus 11p11.12 del cromosoma 11. El gen tiene una longitud de 4110 pares de bases y está compuesto por 22 exones. La proteína codificada es miembro de la familia de las peptidasas M28. También se han identificado ortólogos del gen FOLH1 humano en otros mamíferos, incluido el locus 7 D3; 7 48,51 cM en ratones. [16] El gen FOLH1 tiene múltiples sitios de inicio potenciales y formas de empalme, lo que da lugar a diferencias en la estructura de la proteína de membrana, la localización y la actividad de la carboxipeptidasa en función del tejido parental. [6] [17]
La hidrólisis de NAAG por GCPII obedece a la cinética de Michaelis-Menten . [15] Hlouchková et al. (2007) determinaron que la constante de Michaelis ( K m ) para NAAG es 1,2*10 −6 ± 0,5*10 −6 M y el número de recambio ( k cat ) es 1,1 ± 0,2 s −1 . [18]
El PSMA humano se expresa en gran medida en la próstata, aproximadamente cien veces más que en la mayoría de los demás tejidos. En algunos cánceres de próstata, el PSMA es el segundo producto génico más regulado, con un aumento de 8 a 12 veces sobre los niveles en células de próstata no cancerosas. [19] Debido a esta alta expresión, el PSMA se está desarrollando como un posible biomarcador para la terapia y la obtención de imágenes de algunos cánceres. [20] En el cáncer de próstata humano, los tumores con mayor expresión se asocian con un tiempo más rápido de progresión y un mayor porcentaje de pacientes que sufren recaídas. [21] [22] Los estudios in vitro con líneas celulares de cáncer de próstata y mama con niveles reducidos de PSMA mostraron una disminución significativa en la proliferación, migración, invasión, adhesión y supervivencia de las células. [23]
El PSMA es el objetivo de varios agentes de diagnóstico por imágenes de medicina nuclear para el cáncer de próstata. La expresión de PSMA se puede obtener mediante imágenes con galio-68 PSMA o flúor-18 PSMA para tomografía por emisión de positrones . [24] [25] [26] [27] Esto utiliza una pequeña molécula radiomarcada que se une con alta afinidad al dominio extracelular del receptor de PSMA. Anteriormente, se utilizó un anticuerpo dirigido al dominio intracelular ( indio-111 capromabpentide, comercializado como Prostascint), [28] aunque la tasa de detección fue baja.
En 2020, se publicaron los resultados de un ensayo de fase 3 aleatorizado ("estudio ProPSMA") [29] que comparaba la PET/TC con PSMA con galio-68 con las imágenes estándar (TC y gammagrafía ósea). Este estudio de 300 pacientes realizado en 10 sitios de estudio demostró una precisión superior de la PET/TC con PSMA (92 % frente al 65 %), un mayor cambio significativo en el tratamiento (28 % frente al 15 %), hallazgos de imagen menos equívocos/inciertos (7 % frente al 23 %) y una menor exposición a la radiación (10 mSv frente a 19 mSv). El estudio concluye que la PET/TC con PSMA es un reemplazo adecuado para las imágenes convencionales, ya que proporciona una precisión superior a los hallazgos combinados de la TC y la gammagrafía ósea. Esta nueva tecnología fue aprobada por la FDA el 1 de diciembre de 2020. [30] Una molécula pequeña de modalidad dual que emite positrones ( 18 F) y es fluorescente se dirige al PSMA y se probó en humanos. La molécula encontró la ubicación del cáncer de próstata primario y metastásico mediante PET , eliminación de cáncer guiada por fluorescencia y detecta células cancerosas individuales en los márgenes del tejido. [31]
Un sistema de reportero genético, derivado de humanos, emisor de positrones y fluorescente (HD-GPF) utiliza una proteína humana, PSMA y no inmunogénica, y una pequeña molécula que emite positrones ( 18 F) y es fluorescente para la PET de modalidad dual y la obtención de imágenes de fluorescencia de células modificadas del genoma, por ejemplo , cáncer , CRISPR/Cas9 o células T CAR , en un ratón entero. [32]
El PSMA también se puede utilizar como diana para el tratamiento en radioterapia de fuente no sellada . El lutecio-177 es un emisor beta que se puede combinar con moléculas dirigidas al PSMA para administrar tratamiento a tumores de próstata. [33] Un estudio prospectivo de fase II demostró una respuesta (definida por una reducción del PSA del 50% o más) en el 64% de los hombres. [34] Los efectos secundarios comunes incluyen boca seca, fatiga seca, náuseas, ojos secos y trombocitopenia (reducción de plaquetas). Un ensayo de fase II aleatorizado de seguimiento, el ensayo ANZUP TheraP, comparó la terapia con radionúclido Lu-177 PSMA-617 con la quimioterapia con cabazitaxel, demostrando tasas de respuesta superiores, menor toxicidad y mejores resultados informados por los pacientes con Lu-177 PSMA ( PMID 33581798). Los resultados del ensayo aleatorizado VISION fueron positivos con una reducción del 40% en la mortalidad y un aumento de 5 meses en la supervivencia. ensayo de fase III VISION. [35] [36]
Para quienes estudian enfermedades de base neural, NAAG es uno de los tres neurotransmisores más prevalentes que se encuentran en el sistema nervioso central [37] y cuando cataliza la reacción para producir glutamato también está produciendo otro neurotransmisor. [8] El glutamato es un neurotransmisor excitatorio común y abundante en el sistema nervioso central; sin embargo, si hay demasiada transmisión de glutamato, esto puede matar o al menos dañar las neuronas y se ha implicado en muchas enfermedades y trastornos neurológicos [37] por lo tanto, el equilibrio al que contribuye la peptidasa NAAG es bastante importante.
Se ha demostrado que la GCPII aumenta tanto de forma indirecta como directa la concentración de glutamato en el espacio extracelular. [37] La GCPII escinde directamente el NAAG en NAA y glutamato. [7] [8] Se ha demostrado que el NAAG, en alta concentración, inhibe indirectamente la liberación de neurotransmisores, como el GABA y el glutamato. Esto lo hace a través de la interacción con los mGluR del grupo II presináptico y su activación. [37] Por lo tanto, en presencia de la peptidasa NAAG, la concentración de NAAG se mantiene bajo control y el glutamato y el GABA, entre otros neurotransmisores, no se inhiben.
Los investigadores han podido demostrar que los inhibidores eficaces y selectivos de GCPII pueden disminuir los niveles de glutamato en el cerebro e incluso proporcionar protección contra la apoptosis o degradación de las neuronas cerebrales en muchos modelos animales de accidente cerebrovascular, esclerosis lateral amiotrófica y dolor neuropático. [8] Se cree que esta inhibición de estas peptidasas NAAG, a veces denominadas NP, proporciona esta protección contra la apoptosis o degradación de las neuronas cerebrales al elevar las concentraciones de NAAG dentro de la sinapsis de las neuronas. [37] Luego, la NAAG reduce la liberación de glutamato al tiempo que estimula la liberación de algunos factores tróficos de las células gliales en el sistema nervioso central, lo que resulta en la protección contra la apoptosis o degradación de las neuronas cerebrales. [37] Sin embargo, es importante señalar que estos inhibidores de NP no parecen tener ningún efecto sobre la función normal del glutamato. [37] La inhibición de NP puede mejorar la regulación natural en lugar de activar o inhibir los receptores que interrumpirían este proceso. [37] La investigación también ha demostrado que los inhibidores de NP basados en moléculas pequeñas son beneficiosos en modelos animales que son relevantes para las enfermedades neurodegenerativas. [37] Algunas aplicaciones específicas de esta investigación incluyen dolor neuropático e inflamatorio, lesión cerebral traumática, accidente cerebrovascular isquémico, esquizofrenia, neuropatía diabética, esclerosis lateral amiotrófica, así como adicción a las drogas. [37] Investigaciones anteriores han encontrado que los medicamentos que pueden reducir la transmisión de glutamato pueden aliviar el dolor neuropático, aunque los efectos secundarios resultantes han limitado en gran medida sus aplicaciones clínicas. [38] Por lo tanto, parece que, dado que GCPII se recluta exclusivamente con el propósito de proporcionar una fuente de glutamato en condiciones hiperglutamatérgicas y excitotóxicas, esta podría ser una alternativa para evitar estos efectos secundarios. [38] Otros hallazgos de investigación han demostrado que la hidrólisis de NAAG se ve alterada en la esquizofrenia, y han demostrado que regiones anatómicas específicas del cerebro pueden incluso mostrar anomalías discretas en la síntesis de GCP II, por lo que las NP también pueden ser terapéuticas para pacientes que sufren esquizofrenia. [39] Un obstáculo importante con el uso de muchos de los potentes inhibidores de GCPII que se han preparado hasta la fecha son típicamente compuestos altamente polares, lo que causa problemas porque no penetran fácilmente la barrera hematoencefálica. [40]
El glutamato es el “neurotransmisor excitatorio primario del sistema nervioso humano” [37] y participa en una multitud de funciones cerebrales. Se sabe que la sobreestimulación y la activación de los receptores de glutamato, así como las “alteraciones en los mecanismos celulares que protegen contra las consecuencias adversas de la activación fisiológica de los receptores de glutamato” [40], causan daño y muerte neuronal, que se han asociado con múltiples enfermedades neurológicas. [37]
Debido a la variedad de funciones y presencia del glutamato, ha sido difícil crear fármacos glutamatérgicos que no afecten negativamente otras funciones necesarias y provoquen efectos secundarios no deseados. [41] La inhibición de la peptidasa NAAG ha ofrecido la posibilidad de una orientación farmacológica específica.
Los inhibidores de la peptidasa NAAG se han creado y estudiado ampliamente desde su aparición como posibles terapias para enfermedades neurológicas y como dianas farmacológicas específicas. A continuación se presentan algunos ejemplos de moléculas pequeñas: [37]
El dolor causado por una lesión en el SNC o el SNP se ha asociado con un aumento de la concentración de glutamato. La inhibición de NAAG redujo la presencia de glutamato y, por lo tanto, podría disminuir el dolor. [37] (Neale JH et al., 2005). Nagel et al. [41] utilizaron el inhibidor 2-PMPA para demostrar el efecto analgésico de las inhibiciones de la peptidasa de NAAG. Este estudio siguió a uno de Chen et al., [42] que mostró resultados similares. [41]
Los traumatismos craneoencefálicos graves (TCG) y las lesiones cerebrales traumáticas (LCT) son muy comunes y tienen un enorme impacto. “Son la principal causa de muerte en niños y adultos jóvenes (<25 años) y representan una cuarta parte de todas las muertes en el grupo de edad de cinco a 15 años”. [43] Después del impacto inicial, los niveles de glutamato aumentan y causan daño excitotóxico en un proceso que ha sido bien caracterizado. [37] Con su capacidad para reducir los niveles de glutamato, la inhibición de NAAG ha demostrado ser prometedora en la prevención del daño neurológico asociado con los TGC y las LCT.
Según la Asociación Nacional de Accidentes Cerebrovasculares, [44] el accidente cerebrovascular es la tercera causa principal de muerte y la principal causa de discapacidad en adultos. Se cree que los niveles de glutamato causan daño isquémico subyacente durante un accidente cerebrovascular y, por lo tanto, la inhibición de NAAG podría ser capaz de disminuir este daño. [37]
La esquizofrenia es un trastorno mental que afecta al 1% de las personas en todo el mundo. [45] Puede ser modelada por el PCP en animales de laboratorio, y se ha demostrado que los agonistas de mGluR han reducido los efectos del fármaco. NAAG es un agonista de mGluR de este tipo. Por lo tanto, la inhibición de la enzima que reduce la concentración de NAAG, la peptidasa de NAAG, podría proporcionar un tratamiento práctico para la reducción de los síntomas esquizofrénicos. [37]
La diabetes puede provocar daños en los nervios, lo que provoca pérdida de sensibilidad, dolor o, si se asocian nervios autónomos, daños en los sistemas circulatorio, reproductivo o digestivo, entre otros. Se dice que más del 60% de los pacientes diabéticos padecen algún tipo de neuropatía [37] , sin embargo, la gravedad varía enormemente. La neuropatía no solo causa daños y perjuicios directamente, sino que también puede provocar indirectamente problemas como ulceraciones diabéticas, que a su vez pueden dar lugar a amputaciones. De hecho, más de la mitad de todas las amputaciones de miembros inferiores en los Estados Unidos se producen en pacientes con diabetes [46] .
Mediante el uso del inhibidor de la peptidasa NAAG 2-PMPA, se inhibió la escisión de NAAG y, con ello, se programó la muerte celular neuronal DRG en presencia de altos niveles de glucosa. [47] Los investigadores han propuesto que la causa de esto es la actividad agonista de NAAG en mGluR3. Además, NAAG también "evitó la inhibición inducida por glucosa del crecimiento de neuritas" (Berent-Spillson, et al. 2004). En general, esto hace que la inhibición de GCPIII sea un claro objetivo modelo para combatir la neuropatía diabética.
La esquizofrenia, como se ha descrito anteriormente, se modela normalmente en el laboratorio a través de un modelo animal de PCP. Como se ha demostrado que la inhibición de GCPIII posiblemente limita la conducta esquizofrénica en este modelo, [37] esto sugiere que la inhibición de GCPIII, por tanto, reduce el efecto de la PCP. Además, se ha demostrado con cada vez mayor evidencia que la acción de recompensa de muchas drogas (cocaína, PCP, alcohol, nicotina, etc.) está relacionada con los niveles de glutamato, sobre los que NAAG y GCPIII pueden tener algún efecto regulador. [37]
En resumen, los hallazgos de múltiples estudios sobre medicamentos permiten concluir que: [37]
La inhibición de NAAG también se ha estudiado como tratamiento contra el cáncer de próstata, la ELA y otras enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Huntington. [37]
