stringtranslate.com

aspartoacilasa

La aspartoacilasa es una enzima hidrolítica ( EC 3.5.1.15, también llamada aminoacilasa II , ASPA y otros nombres [a] ) que en humanos está codificada por el gen ASPA . ASPA cataliza la desacilación de N -acetil-l-aspartato ( N-acetilaspartato) en aspartato y acetato . [7] [8] Es una hidrolasa dependiente de zinc que promueve la desprotonación del agua para usarla como nucleófilo en un mecanismo análogo a muchas otras hidrolasas dependientes de zinc. [9] Se encuentra más comúnmente en el cerebro , donde controla los niveles de N -acetil-l-aspartato. Las mutaciones que resultan en la pérdida de la actividad de la aspartoacilasa están asociadas con la enfermedad de Canavan , una rara enfermedad neurodegenerativa autosómica recesiva . [10]

Estructura

La aspartoacilasa es un dímero de dos monómeros idénticos de 313 aminoácidos y utiliza un cofactor de zinc en cada uno. [5] [11] Hay dos dominios distintos en cada monómero: el dominio N-terminal de los residuos 1-212 y el dominio C-terminal de los residuos 213-313. [12] El dominio N-terminal de la aspartoacilasa es similar al de las hidrolasas dependientes de zinc, como la carboxipeptidasaA . Sin embargo, las carboxipeptidasas no tienen algo similar al dominio C. En la carboxipeptidasa A, el sitio activo es accesible a sustratos grandes como el residuo C-terminal voluminoso de los polipéptidos , mientras que el dominio C impide estéricamente el acceso al sitio activo en la aspartoacilasa. En cambio, el dominio N y el dominio C de la aspartoacilasa forman un canal estrecho y profundo que conduce al sitio activo. [5]

El cofactor de zinc se encuentra en el sitio activo y lo mantienen Glu-24, His-21 y His 116. [13] El sustrato se mantiene en su lugar mediante Arg-63, Asn-70, Arg-71, Tyr-164. , Arg-168 y Tyr-288. [5] El cofactor de zinc se utiliza para reducir el pKa de una molécula de agua ligada de modo que pueda ocurrir un ataque al N-acetil-L-aspartato y para estabilizar el intermedio tetraédrico resultante junto con Arg-63 y Glu-178. [13]

Un monómero de aspartoacilasa con el dominio N en verde, el dominio C en amarillo y el cofactor de zinc en rojo. Generado a partir de 2I3C. [5]
Sitio activo de la aspartoacilasa con un N-fosfonamidato-L-aspartato unido. Este es un análogo intermedio tetraédrico en el que el fósforo reemplaza al carbono atacado. En la estructura, el zinc, Arg-63 y Glu-178 estabilizan el intermedio tetraédrico. Generado a partir de 2O4H. [13]

Mecanismo

Existen dos tipos de mecanismos posibles para las hidrolasas dependientes de zinc dependiendo de cuál sea el nucleófilo . El primero utiliza agua desprotonada y el segundo ataca con un aspartato o glutamato formando primero un anhídrido . [14] La aspartoacilasa sigue el mecanismo del agua desprotonada. [13] El zinc reduce el pKa de una molécula de agua ligada y la reacción se produce mediante un ataque al N-acetil-l-aspartato cuando la molécula de agua es desprotonada por Glu-178. [5] Esto conduce a un intermedio tetraédrico que se estabiliza con zinc, Arg-63 y Glu-178. [13] Finalmente, el carbonilo se reforma, el enlace con el nitrógeno se rompe y el nitrógeno es protonado por el protón tomado por el Glu-178, todo en un solo paso concertado. [14]

Mecanismo de la aspartoacilasa. [13] No se muestran todos los residuos de coordinación para mayor claridad.

función biológica

La aspartoacilasa se utiliza para metabolizar el N -acetil-L-aspartato catalizando su desacilación. La aspartoacilasa previene la acumulación de N-acetil-L-aspartato en el cerebro. Se cree que controlar los niveles de N-acetil-L-aspartato es esencial para desarrollar y mantener la materia blanca . [5] No se sabe por qué se produce tanto N-acetil-L-aspartato en el cerebro ni cuál es su función principal. [15] Sin embargo, una hipótesis es que se utiliza potencialmente como un depósito químico que puede aprovecharse para obtener acetato para la síntesis de acetil-CoA o aspartato para la síntesis de glutamato . [15] [16] De esta manera, se puede usar N-acetil-L-aspartato para transportar estas moléculas precursoras y se usa aspartoacilasa para liberarlas. Por ejemplo, el N-acetil-L-aspartato producido en las neuronas se puede transportar a los oligodendrocitos y el acetato liberado se puede utilizar para la síntesis de mielina . [12] [17] Otra hipótesis es que el N-acetil-L-aspartato es un osmolito esencial que actúa como una bomba de agua molecular que ayuda a mantener un equilibrio adecuado de líquidos en el cerebro. [18]

Relevancia de la enfermedad

Se han identificado mutaciones que conducen a la pérdida de la actividad de la aspartoacilasa como la causa de la enfermedad de Canavan . [19] La enfermedad de Canavan es un raro trastorno autosómico recesivo que causa degeneración esponjosa de la sustancia blanca en el cerebro y retraso psicomotor severo, que generalmente conduce a la muerte a una edad temprana. [12] [20] La pérdida de la actividad de la aspartoacilasa conduce a la acumulación de N-acetil-L-aspartato en el cerebro y a un aumento de la concentración en la orina hasta 60 veces los niveles normales. [19] Aunque no se comprende completamente el mecanismo exacto por el cual la pérdida de la actividad de la aspartoacilasa conduce a la enfermedad de Canavan, existen dos explicaciones principales en competencia. La primera es que conduce a una síntesis defectuosa de mielina debido a una deficiencia de acetil-CoA derivada del producto acetato. [20] Otra explicación es que los niveles elevados de N-acetil-l-aspartato interfieren con su mecanismo osmorregulador cerebral normal , lo que conduce a un desequilibrio osmótico. [21]

Se han informado más de 70 mutaciones de esta enzima, pero las más comunes son las sustituciones de aminoácidos E285A y A305E. [12] El E285A reduce la actividad de la aspartoacilasa hasta un 0,3% de su función normal y se encuentra en el 98% de los casos con ascendencia judía asquenazí . [22] La mutación A305E se encuentra en aproximadamente el 40% de los pacientes no judíos y reduce la actividad a aproximadamente el 10%. [22] De estas dos mutaciones, se ha tomado una estructura cristalina del mutante E285A, lo que demuestra que la pérdida del enlace de hidrógeno del glutamato conduce a un cambio conformacional que distorsiona el sitio activo y altera la unión del sustrato, lo que lleva a una relación mucho menor. actividad catalítica. [12]

Distorsión del sitio activo causada por la mutación E285A. ASPA de tipo salvaje está a la izquierda (2O4H [5] ) y E285A a la derecha (4NFR [12] ).

Ver también

Notas

  1. ^ La enzima también se conoce como N-acetilaspartato amidohidrolasa , acetil-aspártico desaminasa o acilasa II [6]

Referencias

  1. ^ abc GRCh38: Ensembl lanzamiento 89: ENSG00000108381 - Ensembl , mayo de 2017
  2. ^ abc GRCm38: Ensembl lanzamiento 89: ENSMUSG00000020774 - Ensembl , mayo de 2017
  3. ^ "Referencia humana de PubMed:". Centro Nacional de Información Biotecnológica, Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
  4. ^ "Referencia de PubMed del ratón:". Centro Nacional de Información Biotecnológica, Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
  5. ^ abcdefgh Bitto E, Bingman CA, Wesenberg GE, McCoy JG, Phillips GN (enero de 2007). "Estructura de la aspartoacilasa, la enzima cerebral alterada en la enfermedad de Canavan". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 104 (2): 456–61. doi : 10.1073/pnas.0607817104 . PMC 1766406 . PMID  17194761. 
  6. ^ "Aspartoacilasa (EC 3.5.1.15)". biocyc.org . Archivado desde el original el 22 de julio de 2022 . Consultado el 22 de julio de 2022 .
  7. ^ Birnbaum SM (1955). [12] Aminoacilasa . Métodos en enzimología. vol. 2. págs. 115-119. doi :10.1016/S0076-6879(55)02176-9. ISBN 9780121818029.
  8. ^ Birnbaum SM, Levintow L, Kingsley RB, Greenstein JP (enero de 1952). "Especificidad de las aminoácidos acilasas". La Revista de Química Biológica . 194 (1): 455–70. doi : 10.1016/S0021-9258(18)55898-1 . PMID  14927637.
  9. ^ Le Coq J, An HJ, Lebrilla C, Viola RE (mayo de 2006). "Caracterización de la aspartoacilasa humana: la enzima cerebral responsable de la enfermedad de Canavan". Bioquímica . 45 (18): 5878–84. doi :10.1021/bi052608w. PMC 2566822 . PMID  16669630. 
  10. ^ Hershfield JR, Pattabiraman N, Madhavarao CN, Namboodiri MA (mayo de 2007). "Análisis mutacional de aspartoacilasa: implicaciones para la enfermedad de Canavan". Investigación del cerebro . 1148 : 1–14. doi : 10.1016/j.brainres.2007.02.069. PMC 1933483 . PMID  17391648. 
  11. ^ Herga S, Berrin JG, Perrier J, Puigserver A, Giardina T (octubre de 2006). "Identificación de los ligandos de unión al zinc y el residuo catalítico de la aspartoacilasa humana, una enzima implicada en la enfermedad de Canavan". Cartas FEBS . 580 (25): 5899–904. Código Bib : 2006FEBSL.580.5899H. doi : 10.1016/j.febslet.2006.09.056 . PMID  17027983. S2CID  41351955.
  12. ^ abcdef Wijayasinghe YS, Pavlovsky AG, Viola RE (agosto de 2014). "La deficiencia catalítica de aspartoacilasa como causa de la enfermedad de Canavan: una perspectiva estructural". Bioquímica . 53 (30): 4970–8. doi : 10.1021/bi500719k . PMID  25003821.
  13. ^ abcdef Le Coq J, Pavlovsky A, Malik R, Sanishvili R, Xu C, Viola RE (marzo de 2008). "Examen del mecanismo de la aspartoacilasa del cerebro humano mediante la unión de un análogo intermedio". Bioquímica . 47 (11): 3484–92. doi :10.1021/bi702400x. PMC 2666850 . PMID  18293939. 
  14. ^ ab Zhang C, Liu X, Xue Y (enero de 2012). "Un mecanismo general de reacción ácido-base general para la aspartoacilasa del cerebro humano: un estudio QM/MM". Química Computacional y Teórica . 980 : 85–91. doi :10.1016/j.comptc.2011.11.023.
  15. ^ ab Moffett JR, Arun P, Ariyannur PS, Namboodiri AM (diciembre de 2013). "Reducciones de N-acetilaspartato en lesiones cerebrales: impacto en la neuroenergética, la síntesis de lípidos y la acetilación de proteínas después de la lesión". Fronteras en Neuroenergética . 5 : 11. doi : 10.3389/fnene.2013.00011 . PMC 3872778 . PMID  24421768. 
  16. ^ Hershfield JR, Madhavarao CN, Moffett JR, Benjamins JA, Garbern JY, Namboodiri A (octubre de 2006). "La aspartoacilasa es una enzima nuclear-citoplasmática regulada". Revista FASEB . 20 (12): 2139–41. doi : 10.1096/fj.05-5358fje . PMID  16935940. S2CID  36296718.
  17. ^ Chakraborty G, Mekala P, Yahya D, Wu G, Ledeen RW (agosto de 2001). "El N-acetilaspartato intraneuronal proporciona grupos acetilo para la síntesis de lípidos de mielina: evidencia de aspartoacilasa asociada a mielina". Revista de neuroquímica . 78 (4): 736–45. doi : 10.1046/j.1471-4159.2001.00456.x . PMID  11520894. S2CID  23338456.
  18. ^ Baslow MH (abril de 2002). "Evidencia que respalda el papel del N-acetil-L-aspartato como bomba de agua molecular en las neuronas mielinizadas del sistema nervioso central. Una revisión analítica". Neuroquímica Internacional . 40 (4): 295–300. doi :10.1016/s0197-0186(01)00095-x. PMID  11792458. S2CID  34902757.
  19. ^ ab Moore RA, Le Coq J, Faehnle CR, Viola RE (mayo de 2003). "Purificación y caracterización preliminar de aspartoacilasa cerebral". Archivos de Bioquímica y Biofísica . 413 (1): 1–8. CiteSeerX 10.1.1.600.6321 . doi :10.1016/s0003-9861(03)00055-9. PMID  12706335. 
  20. ^ ab Namboodiri AM, Peethambaran A, Mathew R, Sambhu PA, Hershfield J, Moffett JR, Madhavarao CN (junio de 2006). "Enfermedad de Canavan y el papel del N-acetilaspartato en la síntesis de mielina". Endocrinología Molecular y Celular . 252 (1–2): 216–23. doi :10.1016/j.mce.2006.03.016. PMID  16647192. S2CID  12255670.
  21. ^ Baslow MH, Guilfoyle DN (abril de 2013). "Enfermedad de Canavan, una rara leucodistrofia espongiforme humana de aparición temprana: conocimientos sobre su génesis y posibles intervenciones clínicas". Bioquimia . 95 (4): 946–56. doi :10.1016/j.biochi.2012.10.023. PMID  23151389.
  22. ^ ab Zano S, Wijayasinghe YS, Malik R, Smith J, Viola RE (enero de 2013). "Relación entre las propiedades enzimáticas y la progresión de la enfermedad en la enfermedad de Canavan". Revista de enfermedades metabólicas hereditarias . 36 (1): 1–6. doi :10.1007/s10545-012-9520-z. PMID  22850825. S2CID  34211521.

enlaces externos