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MMP3

La estromelisina-1, también conocida como metaloproteinasa de matriz-3 (MMP-3), es una enzima que en los seres humanos está codificada por el gen MMP3 . El gen MMP3 es parte de un grupo de genes MMP que se localizan en el cromosoma 11q22.3. [5] La MMP-3 tiene un peso molecular estimado de 54 kDa. [6]

Función

Las proteínas de la familia de las metaloproteinasas de matriz ( MMP ) participan en la degradación de las proteínas de la matriz extracelular y durante la remodelación tisular en procesos fisiológicos normales, como el desarrollo embrionario y la reproducción, así como en procesos patológicos, como la artritis y la metástasis tumoral . La mayoría de las MMP se secretan como proproteínas inactivas que se activan cuando son escindidas por proteinasas extracelulares. [7]

La enzima MMP-3 degrada los tipos de colágeno II, III, IV, IX y X, proteoglicanos , fibronectina , laminina y elastina . [8] [9] [10] Además, la MMP-3 también puede activar otras MMP como MMP-1 , MMP-7 y MMP-9 , lo que hace que la MMP-3 sea crucial en la remodelación del tejido conectivo. [11] También se cree que la enzima está involucrada en la reparación de heridas, la progresión de la aterosclerosis y la iniciación de tumores.

Además de las funciones clásicas de la MMP3 en el espacio extracelular, la MMP3 puede ingresar en los núcleos celulares y controlar la transcripción. [12]

Regulación genética

La MMP3 por sí sola puede ingresar en los núcleos de las células y regular genes objetivo como el gen CTGF/CCN2. [12]

La expresión de MMP3 se regula principalmente a nivel de transcripción, donde el promotor del gen responde a varios estímulos, incluidos factores de crecimiento , citocinas , promotores tumorales y productos oncogénicos . [13] Un polimorfismo en el promotor del gen MMP3 se informó por primera vez en 1995. [14] El polimorfismo es causado por una variación en el número de adenosinas ubicadas en la posición -1171 en relación con el sitio de inicio de la transcripción, lo que resulta en un alelo que tiene cinco adenosinas (5A) y el otro alelo que tiene seis adenosinas (6A). Los análisis funcionales del promotor in vitro mostraron que el alelo 5A tenía mayores actividades promotoras en comparación con el alelo 6A. [11] Se ha demostrado en diferentes estudios que los individuos portadores del alelo 5A tienen una mayor susceptibilidad a enfermedades atribuidas al aumento de la expresión de MMP, como el infarto agudo de miocardio y el aneurisma aórtico abdominal . [15] [16]

Por otra parte, se ha encontrado que el alelo 6A está asociado con enfermedades caracterizadas por una expresión insuficiente de MMP-3 debido a una menor actividad promotora del alelo 6A, como la aterosclerosis coronaria progresiva . [11] [17] [18] La variante -1171 5A/6A también se ha asociado con anomalías congénitas como el labio leporino y el paladar hendido , donde los individuos con labio leporino/paladar hendido presentaron significativamente más genotipos 6A/6A que los controles. [19] Recientemente, se demostró que el gen MMP3 estaba regulado a la baja en individuos con labio leporino y paladar hendido en comparación con los controles, [20] lo que refuerza la naturaleza del labio leporino/paladar hendido como una condición que resulta de una remodelación tisular embrionaria insuficiente o defectuosa.

Estructura

Estructura general de las metaloproteinasas de matriz.

La mayoría de los miembros de la familia MMP están organizados en tres dominios básicos, distintivos y bien conservados según consideraciones estructurales: un propéptido amino-terminal ; un dominio catalítico; y un dominio similar a la hemopexina en el carboxi-terminal. El propéptido consta de aproximadamente 80-90 aminoácidos que contienen un residuo de cisteína, que interactúa con el átomo de zinc catalítico a través de su grupo tiol de cadena lateral. Una secuencia altamente conservada (. . .PRCGXPD. . .) está presente en el propéptido. La eliminación del propéptido por proteólisis da como resultado la activación del zimógeno , ya que todos los miembros de la familia MMP se producen en forma latente.

El dominio catalítico contiene dos iones de cinc y al menos un ión de calcio coordinados con varios residuos. Uno de los dos iones de cinc está presente en el sitio activo y participa en los procesos catalíticos de las MMP. El segundo ión de cinc (también conocido como cinc estructural) y el ión de calcio están presentes en el dominio catalítico aproximadamente a 12 Å del cinc catalítico. El ión de cinc catalítico es esencial para la actividad proteolítica de las MMP; los tres residuos de histidina que se coordinan con el cinc catalítico se conservan entre todas las MMP. Se sabe poco sobre las funciones del segundo ión de cinc y del ión de calcio dentro del dominio catalítico, pero se ha demostrado que las MMP poseen altas afinidades por los iones de cinc y calcio estructurales.

TIMP-1 (azul) en complejo con MMP-3 (rojo). Nótese que el TIMP-1 Cys1 (verde) se une al zinc catalítico (violeta). También se muestran los iones de calcio (amarillo). Basado en la representación PyMOL de PDB 1UEA. Para simplificar, no se muestra el otro monómero MMP-3 en complejo con su respectivo TIMP-1.

El dominio catalítico de la MMP-3 puede ser inhibido por inhibidores tisulares de metaloproteinasas (TIMP) . El fragmento n-terminal del TIMP se une en la hendidura del sitio activo de forma muy similar a como se uniría el sustrato peptídico. El residuo Cys1 del TIMP se une al zinc catalítico y forma enlaces de hidrógeno con uno de los oxígenos carboxilato del residuo de glutamato catalítico (Glu202, véase el mecanismo a continuación). Estas interacciones obligan a la molécula de agua unida al zinc, que es esencial para la función de la enzima, a abandonar la enzima. La pérdida de la molécula de agua y el bloqueo del sitio activo por parte del TIMP desactivan la enzima. [21]

El dominio similar a la hemopexina de las MMP está altamente conservado y muestra una similitud de secuencia con la proteína plasmática hemopexina. Se ha demostrado que el dominio similar a la hemopexina desempeña un papel funcional en la unión del sustrato y/o en las interacciones con los inhibidores tisulares de las metaloproteinasas (TIMP), una familia de inhibidores específicos de la proteína MMP. [22]

Mecanismo

El mecanismo de la MMP-3 es una variación de un tema más amplio que se observa en todas las metaloproteinasas de matriz. En el sitio activo, una molécula de agua se coordina con un residuo de glutamato (Glu202) y uno de los iones de cinc presentes en el dominio catalítico. En primer lugar, la molécula de agua coordinada realiza un ataque nucleofílico sobre el carbono escindible del sustrato peptídico mientras que el glutamato abstrae simultáneamente un protón de la molécula de agua. El protón abstraído es luego eliminado del glutamato por el nitrógeno de la amida escindible. Esto forma un intermedio gem-diolato tetraédrico que está coordinado con el átomo de cinc. [23] Para que el producto amida se libere del sitio activo, la amida escindible debe abstraer un segundo protón de la molécula de agua coordinada. [24] Alternativamente, se ha demostrado para la termolisina (otra metaloproteinasa) que el producto amida puede liberarse en su forma neutra (R-NH2). [25] [26] El producto carboxilato se libera después de que una molécula de agua ataca al ion de zinc y desplaza el producto carboxilato. [27] Se cree que la liberación del producto carboxilato es el paso limitante de la velocidad de la reacción. [26]

Además de la molécula de agua directamente involucrada en el mecanismo, se sugiere que una segunda molécula de agua es parte del sitio activo de MMP-3. Se cree que esta molécula de agua auxiliar estabiliza el intermediario gem-diolato así como los estados de transición al reducir la energía de activación para su formación. [23] [28] Esto se demuestra en el siguiente diagrama de mecanismo y coordenadas de reacción.

Mecanismo catalítico de la MMP-3 con una molécula de agua auxiliar. Las cargas que se muestran son cargas formales.

Relevancia de la enfermedad

La MMP-3 se ha visto implicada en la exacerbación de los efectos de la lesión cerebral traumática (LCT) a través de su alteración de la barrera hematoencefálica (BHE). Diferentes estudios han demostrado que después de que el cerebro sufre un trauma y ha comenzado la inflamación , la producción de MMP en el cerebro aumenta. [29] [30] En un estudio realizado con ratones de tipo salvaje (WT) y knockout (KO) con MMP -3, se demostró que la MMP-3 aumenta la permeabilidad de la BHE después de una lesión traumática. [31] Se demostró que los ratones WT tenían niveles más bajos de claudina -5 y ocludina que los ratones KO después de una LCT. La claudina y la ocludina son proteínas esenciales para la formación de las uniones estrechas entre las células de la barrera hematoencefálica. [32] [33] El tejido de los cerebros de ratones WT y KO no lesionados también se trató con MMP-3 activa. Tanto los tejidos WT como los KO mostraron una caída en claudina-5, ocludina y laminina -α1 (una proteína de la lámina basal ), lo que sugiere que MMP-3 destruye directamente las proteínas de la unión estrecha y de la lámina basal.

La MMP-3 también daña la barrera hematoencefálica (BSCB), el equivalente funcional de la barrera hematoencefálica, [34] después de una lesión de la médula espinal (SCI). En un estudio similar realizado con ratones WT y KO con MMP-3, se demostró que la MMP-3 aumenta la permeabilidad de la BSCB, y los ratones WT mostraron una mayor permeabilidad de la BSCB que los ratones KO después de una lesión de la médula espinal. El mismo estudio también encontró una disminución de la permeabilidad de la BSCB cuando los tejidos de la médula espinal se trataron con un inhibidor de la MMP-3. Estos resultados sugieren que la presencia de MMP-3 sirve para aumentar la permeabilidad de la BSCB después de una SCI. [35] El estudio mostró que la MMP-3 logra este daño al degradar la claudina-5, la ocludina y la ZO-1 (otra proteína de unión estrecha), de manera similar a cómo la MMP-3 daña la BHE.

El aumento de la permeabilidad de la barrera hematoencefálica y de la barrera hematoencefálica permite que más neutrófilos se infiltren en el cerebro y la médula espinal en el sitio de la inflamación. [31] Los neutrófilos transportan MMP-9, [36] que también ha demostrado degradar la ocludina. [37] Esto conduce a una mayor alteración de la BHE y la BSCB [38]


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