La colina quinasa (también conocida como CK , ChoK y colina fosfoquinasa ) es una enzima que cataliza la primera reacción en la vía de la colina para la biosíntesis de la fosfatidilcolina (PC). Esta reacción implica la transferencia de un grupo fosfato del trifosfato de adenosina (ATP) a la colina para formar fosfocolina .
Así, los dos sustratos de esta enzima son el ATP y la colina, mientras que sus dos productos son el adenosín difosfato (ADP) y la O-fosfocolina . La colina quinasa requiere iones de magnesio (+2) como cofactor para esta reacción. [1] Esta enzima pertenece a la familia de las transferasas , específicamente las que transfieren grupos que contienen fósforo ( fosfotransferasas ) con un grupo alcohol como aceptor . La primera investigación detallada de la enzima fue realizada por McCamen en 1962, donde se demostró que el cerebro es la fuente más rica de la enzima en el tejido mamífero. Una enzima relacionada, la etanolamina quinasa , tiende a copurificarse con la colina quinasa, lo que lleva a sugerir que las dos actividades están mediadas por dos sitios activos distintos en una sola proteína. [2] El nombre sistemático de esta clase de enzimas es ATP:colina fosfotransferasa . Estas enzimas participan en el metabolismo de la glicina, la serina y la treonina y en el metabolismo de los glicerofosfolípidos. En las células de mamíferos, la enzima existe en tres isoformas : CKα-1, CKα-2 y CKβ. Estas isoformas están codificadas por dos genes separados , CHKA y CHKB , y solo son activas en sus formas homodímera, heterodímera y oligomérica. [3]
A finales de 2007, se han resuelto seis estructuras para esta clase de enzimas, con códigos de acceso PDB 1NW1, 2CKO, 2CKP, 2CKQ, 2I7Q y 2IG7.
La CKα-2, que se origina en C. elegans , es una enzima dimérica en la que cada monómero está compuesto por dos dominios. El sitio activo se encuentra entre los dos dominios (véase la figura siguiente). Su estructura general es similar a la de los miembros de la familia de las proteínas quinasas eucariotas . Las colina quinasas de mamíferos existen en forma dimérica o tetramérica en solución. [4] [5] Los estudios estructurales realizados en la CKα-2 han implicado que los residuos conservados en la familia de enzimas CK podrían posiblemente desempeñar un papel vital en la unión del sustrato, así como en la estabilización de residuos catalíticamente importantes. [6]
Vista ampliada de los residuos que participan en la interfase del dímero entre el bucle en forma de S de la subunidad amarilla y el bucle que sigue a la hélice A y la cadena 4 de la subunidad cian. Solo se muestran los residuos que participan en puentes salinos directos, enlaces de hidrógeno o interacciones de van der Waals. Puentes salinos y enlaces de hidrógeno, líneas discontinuas; etiquetas de residuos de la subunidad amarilla, rojas; etiquetas de residuos de la subunidad cian, azules. [6]
Aunque no se sabe mucho sobre el mecanismo por el cual reacciona la colina quinasa, el reciente [ ¿cuándo? ] avance en la elucidación de la estructura de la enzima ha proporcionado a los científicos [ ¿quién? ] mucho más conocimiento del que tenían anteriormente. Dado que la estructura de la CK es muy similar a la de la familia de las proteínas quinasas eucariotas, se ha propuesto la ubicación de los bolsillos de unión de ATP y colina. Estos se muestran en las figuras a continuación. [ cita requerida ]
En esta figura, hay una similitud entre APH(3′)-IIIa, una aminoglucósido fosfotransferasa y CK. [ cita requerida ]
Se han hecho propuestas para este mecanismo basándose en estudios mecanísticos realizados en proteínas quinasas eucariotas. Se ha propuesto que en el mecanismo de la CKα-2, el ATP se une primero, seguido de la colina, y luego tiene lugar la transferencia del grupo fosforilo. Luego se libera el producto O-fosfocolina, seguido de la liberación de ADP. [7]
Después de estudiar de cerca las enzimas estructuralmente similares, CKα-2, APH(3′)-IIIa y PKA , los investigadores observaron que la PKA tenía menos inserciones en su núcleo estructural en comparación con las otras enzimas. En vista de esto, se cree que la CKα-2 ha evolucionado a partir de la PKA para tener más elementos estructurales unidos a ella. [8]
La colina quinasa cataliza la formación de fosfocolina , el paso comprometido en la biosíntesis de fosfatidilcolina. La fosfatidilcolina es el fosfolípido principal en las membranas eucariotas. La fosfatidilcolina es importante para una variedad de funciones en eucariotas, como facilitar el transporte de colesterol a través del organismo, actuar como sustrato para la producción de segundos mensajeros y como cofactor para la actividad de varias enzimas relacionadas con la membrana. [9] La CK también juega un papel vital en la producción de esfingomielina , otro fosfolípido de membrana importante y en la regulación del crecimiento celular. [10]
La producción de fosfocolina a partir de CK es necesaria para las vías de transducción de señales relacionadas con la mitogénesis . También se ha descubierto que la CK desempeña un papel fundamental en la proliferación de células epiteliales mamarias humanas. [11]
La colina quinasa α puede actuar como una proteína chaperona. [12] La quinasa puede funcionar como chaperona y puede haber otras quinasas que puedan funcionar como chaperona que aún no se han identificado. La colina quinasa α (CKα) se sobreexpresa en el cáncer de próstata, donde interactúa físicamente con el receptor de andrógenos (AR), un impulsor principal del cáncer de próstata. Al deshabilitar la función de CHKA, los investigadores pudieron inhibir la función del AR y el crecimiento del cáncer de próstata.
Los estudios in vivo realizados con las isoformas CKα-1 y CKβ sugieren que cada isoforma podría estar involucrada en diferentes vías bioquímicas. La CKβ desempeña un papel importante en la catálisis de la fosforilación de la etanolamina, mientras que la CKα-1 cataliza la fosforilación tanto de la colina como de la etanolamina. [13] Se ha demostrado que la depleción in vivo de CKα mediada por shRNA disminuye el crecimiento de los xenoinjertos de tumores de próstata [12]
Se ha descubierto que la sobreexpresión de CKα-1 está asociada con el cáncer. Estudios recientes [ ¿cuándo? ] realizados en líneas celulares cancerosas han demostrado que la CKα-1 está sobreexpresada en células de cáncer de mama. Esto conduce a una acumulación de fosfocolina en la mama y causa malignidad. [14]
Los estudios realizados con carcinomas de colon, pulmón y próstata humanos también revelaron que la CK se regula positivamente por la sobreexpresión de CKα-1 en estas células en comparación con las células normales, no cancerosas. [15]
Una posible explicación de esto es que la CKα-1 ayuda a regular la fosforilación de la proteína quinasa B , particularmente en el extremo de la serina 473. En consecuencia, los altos niveles de expresión y actividad de la CKα-1 promueven el crecimiento y la supervivencia celular. [16] Basándose en la observación de que el aumento de la actividad de la CKα-1 está relacionado con el cáncer, la CKα-1 tiene un uso prometedor como biomarcador tumoral y en el diagnóstico y seguimiento de la progresión de los tumores. Todas las células cancerosas humanas han mostrado niveles elevados de esta enzima en particular. [15]
Se ha demostrado, utilizando modelos de ratones knock out de CKβ , que un defecto en la actividad de CKβ conduce a una disminución en el contenido de fosfatidilcolina (PC) en el músculo de las extremidades traseras. Esto, sin embargo, no afecta el contenido de fosfoetanolamina (PE). [17]
El efecto neto es entonces que la relación PC/PE disminuye y esto conduce a una integridad de membrana deteriorada en el hígado. [18] Este potencial de membrana comprometido conduce a un mal funcionamiento de las mitocondrias . Aunque CK es necesaria para la biosíntesis de PC, CK normalmente está presente en exceso y por lo tanto no se considera generalmente el paso limitante de la velocidad . [19] Sin embargo, los investigadores han concluido que debido a la actividad reducida de CK observada en el músculo de las extremidades traseras del modelo de ratones knock out de CKβ, CK es probablemente la enzima limitante de la velocidad en los músculos esqueléticos. Esto sugiere que el defecto en CKβ puede conducir a una disminución en la síntesis de PC en los músculos que resulta en distrofia muscular . [17] Estos resultados sugieren que CK posiblemente podría desempeñar un papel vital en la homeostasis de PC. [20]
