stringtranslate.com

NADPH oxidasa

La NADPH oxidasa (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato oxidasa) es un complejo enzimático unido a la membranaque mira hacia el espacio extracelular. Se puede encontrar en la membrana plasmática, así como en las membranas de los fagosomas utilizados porlos glóbulos blancos neutrófilos para engullir microorganismos. Las isoformas humanas del componente catalítico del complejo incluyen NOX1 , NOX2 , NOX3 , NOX4 , NOX5 , DUOX1 y DUOX2 . [1]

Reacción

Reacción general para la formación de superóxido a partir de NADPH

La NADPH oxidasa cataliza la producción de un radical libre superóxido transfiriendo un electrón al oxígeno desde el NADPH . [2]

NADP+ + 2O2 ↔ NADP + + 2O−2+H +

Tipos

En los mamíferos, la NADPH oxidasa se encuentra en dos tipos: uno en los glóbulos blancos (neutrófilos) y el otro en las células vasculares , que difieren en su estructura bioquímica y funciones. [3] La NADPH oxidasa neutrofílica produce superóxido casi instantáneamente, mientras que la enzima vascular produce superóxido en minutos u horas. [4] Además, en los glóbulos blancos, se ha descubierto que el superóxido transfiere electrones a través de la membrana al oxígeno extracelular, mientras que en las células vasculares, el anión radical parece liberarse principalmente intracelularmente. [5] [6]

Tipo neutrofílico

La isoforma que se encuentra en los neutrófilos está formada por seis subunidades. Estas subunidades son:

Tipo vascular

Hay varias isoformas vasculares del complejo que utilizan parálogos de la subunidad NOX2:

Tipo de tiroides

Hay dos parálogos más de la subunidad NOX2 en la tiroides:

Estructura

NAD(P)H vascular generando un superóxido (coloreado por subunidad).

La estructura completa de la enzima vascular unida a la membrana se compone de cinco partes: dos subunidades citosólicas (p47phox y p67phox), un citocromo b558 que consta de gp91phox, p22phox y una proteína G pequeña Rac. [3] La generación del superóxido en el NADPH vascular se produce por una reducción de un electrón del oxígeno a través de la subunidad gp91phox, utilizando el NADPH reducido como donador de electrones. La proteína G pequeña desempeña un papel esencial en la activación de la oxidasa al cambiar entre una forma unida a GDP (inactiva) y una forma unida a GTP (activa). [8]

Función biológica

Las NADPH oxidasas (NOX) son una de las principales fuentes de especies reactivas de oxígeno (ROS) celulares y siguen siendo el foco de un amplio interés de investigación debido a su función exclusiva en la producción de ROS en condiciones fisiológicas normales. El complejo NADPH oxidasa está inactivo en circunstancias normales, pero se activa para ensamblarse en las membranas durante el estallido respiratorio . La NADPH oxidasa activada genera superóxido que tiene funciones en la respuesta inmune animal y la señalización vegetal. [9]

El superóxido se puede producir en fagosomas que han ingerido bacterias y hongos , o puede producirse fuera de la célula. [10] En los macrófagos, el superóxido mata bacterias y hongos por mecanismos que aún no se comprenden completamente. [11] [12] El superóxido se dismuta espontáneamente para formar peróxido que luego se protona para producir peróxido de hidrógeno. Las opiniones están polarizadas en cuanto a cómo la oxidasa mata a los microbios en los neutrófilos. Por un lado, se cree que el peróxido de hidrógeno actúa como sustrato para que la mieloperoxidasa produzca ácido hipocloroso. [13] También puede inactivar enzimas metabólicas críticas, iniciar la peroxidación lipídica , dañar los grupos de hierro-azufre , [14] y liberar hierro redox-activo, que permite la generación de oxidantes indiscriminados como el radical hidroxilo. [12] Una visión alternativa es que la oxidasa eleva el pH en la vacuola a aproximadamente 9,0, que es óptimo para las proteasas neutras que se desgranulan de los gránulos citoplasmáticos (donde están inactivas a un pH de ~5,5) y bombea potasio a la vacuola, lo que solubiliza las enzimas, y son las proteasas activadas las que matan y digieren los microbios. [15]

En los insectos , se aclararon algunas funciones de los NOX. Los artrópodos tienen tres tipos de NOX (NOX4-art, un NOX4 independiente de p22-phox específico de los artrópodos y dos enzimas dependientes del calcio, DUOX). [16] [17] [18] En el intestino, la producción de ROS dependiente de DUOX a partir de la mucosa de Drosophila melanogaster estimulada por bacterias es un importante mecanismo de eliminación de patógenos [19] y puede aumentar la defecación como respuesta de defensa. [20] En Aedes aegypti , DUOX está involucrado en el control de la microbiota intestinal indígena. [21] Rhodnius prolixus tiene DUOX activado por calcio, que está involucrado en el endurecimiento de la cáscara del huevo, [22] y NOX5, que está involucrado en el control de la motilidad intestinal y la digestión de la sangre. [23] [24]

Regulación

La regulación cuidadosa de la actividad de la NADPH oxidasa es crucial para mantener un nivel saludable de ROS en el cuerpo. La enzima está latente en las células en reposo, pero se activa rápidamente por varios estímulos, incluidos los productos bacterianos y las citocinas. [25] Las NADPH oxidasas vasculares están reguladas por una variedad de hormonas y factores que se sabe que son actores importantes en la remodelación vascular y la enfermedad. Estos incluyen la trombina , el factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF), el factor de necrosis tumoral (TNFa), la lactosilceramida , la interleucina-1 y las LDL oxidadas . [26] También es estimulada por agonistas y ácido araquidónico . [26] Por el contrario, el ensamblaje del complejo puede ser inhibido por la apocinina y el yodonio de difenileno. La apocinina disminuye la inflamación pulmonar inducida por la gripe en ratones in vivo y, por lo tanto, puede tener beneficios clínicos en el tratamiento de la gripe. [27]

Ang-1 activa NOX2, NOX4 y las mitocondrias para liberar ROS y los ROS derivados de estas fuentes desempeñan funciones distintas en la regulación de la vía de señalización Ang-1/Tie 2 y las respuestas proangiogénicas. [28]

Patología

Los superóxidos son fundamentales para matar bacterias extrañas en el cuerpo humano. Por lo tanto, una actividad insuficiente puede provocar una mayor susceptibilidad a organismos como los microbios catalasa positivos, y una actividad excesiva puede provocar estrés oxidativo y daño celular.

La producción excesiva de ROS en las células vasculares causa muchas formas de enfermedad cardiovascular, incluyendo hipertensión , aterosclerosis , infarto de miocardio y accidente cerebrovascular isquémico . [29] La aterosclerosis es causada por la acumulación de macrófagos que contienen colesterol ( células espumosas ) en las paredes de las arterias (en la íntima ). Las ROS producidas por la NADPH oxidasa activan una enzima que hace que los macrófagos se adhieran a la pared de la arteria (polimerizando fibras de actina). Este proceso es contrarrestado por inhibidores de la NADPH oxidasa y por antioxidantes. Un desequilibrio a favor de las ROS produce aterosclerosis. Estudios in vitro han encontrado que los inhibidores de la NADPH oxidasa apocinina y difenilenyodonio, junto con los antioxidantes N-acetil-cisteína y resveratrol, despolimerizaron la actina, rompieron las adherencias y permitieron que las células espumosas migraran fuera de la íntima. [30] [31]

Un estudio sugiere un papel para la NADPH oxidasa en la pérdida inducida por ketamina de la expresión de parvalbúmina neuronal y GAD67 . [32] Se observa una pérdida similar en la esquizofrenia , y los resultados pueden señalar a la NADPH oxidasa como un posible actor en la fisiopatología de la enfermedad. [33] El nitro azul de tetrazolio se utiliza en una prueba de diagnóstico, en particular, para la enfermedad granulomatosa crónica, una enfermedad en la que hay un defecto en la NADPH oxidasa; por lo tanto, el fagocito es incapaz de producir las especies reactivas de oxígeno o radicales necesarios para la muerte bacteriana, lo que resulta en que las bacterias prosperen dentro del fagocito. Cuanto mayor sea la puntuación azul, mejor es la célula en la producción de especies reactivas de oxígeno.

También se ha demostrado que la NADPH oxidasa desempeña un papel en el mecanismo que induce la formación de sFlt-1 , una proteína que desactiva ciertos factores proangiogénicos que desempeñan un papel en el desarrollo de la placenta, al facilitar la formación de especies reactivas de oxígeno , que se sospecha que son intermediarios en la formación de sFlt-1. Estos efectos son en parte responsables de inducir la preeclampsia en mujeres embarazadas [34]

Mutaciones

Las mutaciones en los genes de la subunidad NADPH oxidasa causan varias enfermedades granulomatosas crónicas (EGC), caracterizadas por una susceptibilidad extrema a las infecciones. [26] Estas incluyen:

En estas enfermedades, las células tienen una baja capacidad de fagocitosis y se producen infecciones bacterianas persistentes. Son frecuentes las áreas de células infectadas, los granulomas. Un trastorno similar, llamado síndrome de inmunodeficiencia de neutrófilos, está vinculado a una mutación en el gen RAC2, que también forma parte del complejo.

Inhibición

La apocinina , el óxido nítrico (NO) y el yodo de difenileno pueden inhibir la NADPH oxidasa . La apocinina actúa impidiendo el ensamblaje de las subunidades de la NADPH oxidasa. La apocinina disminuye la inflamación pulmonar inducida por la gripe en ratones in vivo y, por lo tanto, puede tener beneficios clínicos en el tratamiento de la gripe. [27]

La inhibición de la NADPH oxidasa por NO bloquea la fuente de estrés oxidativo en la vasculatura. Por lo tanto, los fármacos donantes de NO ( nitrovasodilatadores ) se han utilizado durante más de un siglo para tratar la enfermedad de la arteria coronaria , la hipertensión y la insuficiencia cardíaca al evitar que el exceso de superóxido deteriore las células vasculares sanas. [3]

Los inhibidores de la NADPH oxidasa más avanzados incluyen GKT-831 (anteriormente GKT137831), un inhibidor dual de las isoformas NOX4 y NOX1 [35] que fue patentado en 2007. [36] El compuesto fue desarrollado inicialmente para la fibrosis pulmonar idiopática y obtuvo la designación de fármaco huérfano por la FDA y la EMA a fines de 2010. [37]

Referencias

  1. ^ Sahoo S, Meijles DN, Pagano PJ (marzo de 2016). "NADPH oxidasas: moduladores clave en el envejecimiento y las enfermedades cardiovasculares relacionadas con la edad". Clinical Science . 130 (5): 317–335. doi :10.1042/CS20150087. PMC  4818578 . PMID  26814203.
  2. ^ Panday A, Sahoo MK, Osorio D, Batra S (enero de 2015). "NADPH oxidasas: una descripción general desde la estructura hasta las patologías asociadas a la inmunidad innata". Inmunología celular y molecular . 12 (1): 5–23. doi :10.1038/cmi.2014.89. PMC 4654378 . PMID  25263488. 
  3. ^ abc Dusting GJ, Selemidis S, Jiang F (marzo de 2005). "Mecanismos para suprimir la NADPH oxidasa en la pared vascular". Memorias del Instituto Oswaldo Cruz . 100 (Supl 1): 97–103. doi : 10.1590/S0074-02762005000900016 . hdl : 1807/8204 . PMID  15962105.
  4. ^ Pagano PJ, Chanock SJ, Siwik DA, Colucci WS, Clark JK (agosto de 1998). "La angiotensina II induce la expresión del ARNm p67phox y la generación de superóxido de la NADPH oxidasa en fibroblastos adventicios aórticos de conejo". Hipertensión . 32 (2): 331–337. doi : 10.1161/01.hyp.32.2.331 . PMID  9719063.
  5. ^ Griendling KK, Minieri CA, Ollerenshaw JD, Alexander RW (junio de 1994). "La angiotensina II estimula la actividad de la NADH y la NADPH oxidasa en células musculares lisas vasculares cultivadas". Circulation Research . 74 (6): 1141–1148. doi : 10.1161/01.res.74.6.1141 . PMID  8187280.
  6. ^ Zafari AM, Ushio-Fukai M, Akers M, Yin Q, Shah A, Harrison DG, et al. (septiembre de 1998). "Papel del H2O2 derivado de la NADH/NADPH oxidasa en la hipertrofia vascular inducida por angiotensina II". Hipertensión . 32 (3): 488–495. doi : 10.1161/01.hyp.32.3.488 . PMID  9740615.
  7. ^ Herb M (febrero de 2024). "NADPH oxidasa 3: más allá del oído interno". Antioxidantes . 13 (2). doi : 10.3390/antiox13020219 . PMC 10886416 . 
  8. ^ Heyworth PG, Knaus UG, Settleman J, Curnutte JT, Bokoch GM (noviembre de 1993). "Regulación de la actividad de la NADPH oxidasa por la(s) proteína(s) activadora(s) de la GTPasa Rac". Biología molecular de la célula . 4 (11): 1217–1223. doi :10.1091/mbc.4.11.1217. PMC 275755 . PMID  8305740. 
  9. ^ Sharma, Pallavi; Jha, Ambuj Bhushan; Dubey, Rama Shanker; Pessarakli, Mohammad (24 de abril de 2012). "Especies reactivas de oxígeno, daño oxidativo y mecanismo de defensa antioxidante en plantas bajo condiciones de estrés". Journal of Botany . 2012 : 1–26. doi : 10.1155/2012/217037 . ISSN  2090-0120.
  10. ^ Herb M, Gluschko A, Wiegmann K, Farid A, Wolf A, Utermöhlen O, et al. (febrero de 2019). "Las especies reactivas de oxígeno mitocondriales permiten la señalización proinflamatoria a través del enlace disulfuro de NEMO". Science Signaling . 12 (568): eaar5926. doi : 10.1126/scisignal.aar5926 . PMID  30755476.
  11. ^ Herb M, Schramm M (febrero de 2021). "Funciones de las ROS en los macrófagos y la inmunidad antimicrobiana". Antioxidantes . 10 (2): 313. doi : 10.3390/antiox10020313 . PMC 7923022 . PMID  33669824. 
  12. ^ ab Slauch JM (mayo de 2011). "¿Cómo mata la explosión oxidativa de los macrófagos a las bacterias? Sigue siendo una pregunta abierta". Microbiología molecular . 80 (3): 580–583. doi :10.1111/j.1365-2958.2011.07612.x. PMC 3109634 . PMID  21375590. 
  13. ^ Klebanoff SJ, Kettle AJ, Rosen H, Winterbourn CC, Nauseef WM (febrero de 2013). "Mieloperoxidasa: un defensor de primera línea contra los microorganismos fagocitados". Journal of Leukocyte Biology . 93 (2): 185–198. doi :10.1189/jlb.0712349. PMC 3545676 . PMID  23066164. 
  14. ^ Djaman O, Outten FW, Imlay JA (octubre de 2004). "Reparación de grupos de hierro y azufre oxidados en Escherichia coli". The Journal of Biological Chemistry . 279 (43): 44590–44599. doi : 10.1074/jbc.M406487200 . PMID  15308657.
  15. ^ Levine AP, Segal AW (agosto de 2016). "La NADPH oxidasa y la destrucción microbiana por los neutrófilos, con especial énfasis en el papel antimicrobiano propuesto de la mieloperoxidasa dentro de la vacuola fagocítica". Microbiology Spectrum . 4 (4). doi : 10.1128/microbiolspec.MCHD-0018-2015 . PMID  27726789.
  16. ^ Gandara AC, Torres A, Bahia AC, Oliveira PL, Schama R (marzo de 2017). "Origen evolutivo y función de NOX4-art, una oxidasa NADPH específica de artrópodos". BMC Evolutionary Biology . 17 (1): 92. Bibcode :2017BMCEE..17...92G. doi : 10.1186/s12862-017-0940-0 . PMC 5372347 . PMID  28356077. 
  17. ^ Kawahara T, Quinn MT, Lambeth JD (julio de 2007). "Evolución molecular de la familia de enzimas NADPH oxidasa (Nox/Duox) generadoras de oxígeno reactivo". BMC Evolutionary Biology . 7 (1): 109. Bibcode :2007BMCEE...7..109K. doi : 10.1186/1471-2148-7-109 . PMC 1940245 . PMID  17612411. 
  18. ^ Gandara, Ana Caroline P.; Oliveira, Pedro L. (2023), Pick, Edgar (ed.), "NADPH Oxidasas in Arthropods", NADPH Oxidases Revisited: From Function to Structure , Cham: Springer International Publishing, págs. 477–488, doi :10.1007/978-3-031-23752-2_28, ISBN 978-3-031-23751-5, consultado el 19 de octubre de 2023
  19. ^ Ha EM, Oh CT, Bae YS, Lee WJ (noviembre de 2005). "Un papel directo de la oxidasa dual en la inmunidad intestinal de Drosophila". Science . 310 (5749): 847–850. Bibcode :2005Sci...310..847H. doi :10.1126/science.1117311. PMID  16272120. S2CID  12476863.
  20. ^ Du EJ, Ahn TJ, Kwon I, Lee JH, Park JH, Park SH, et al. (enero de 2016). Miguel-Aliaga I (ed.). "TrpA1 regula la defecación de patógenos transmitidos por alimentos bajo el control de la vía Duox". PLOS Genetics . 12 (1): e1005773. doi : 10.1371/journal.pgen.1005773 . PMC 4699737 . PMID  26726767. 
  21. ^ Oliveira JH, Gonçalves RL, Lara FA, Dias FA, Gandara AC, Menna-Barreto RF, et al. (marzo de 2011). Schneider DS (ed.). "El hemo derivado de la harina de sangre disminuye los niveles de ROS en el intestino medio de Aedes aegypti y permite la proliferación de la microbiota intestinal". PLOS Pathogens . 7 (3): e1001320. doi : 10.1371/journal.ppat.1001320 . PMC 3060171 . PMID  21445237. 
  22. ^ Dias FA, Gandara AC, Queiroz-Barros FG, Oliveira RL, Sorgine MH, Braz GR, Oliveira PL (diciembre de 2013). "La actividad de la oxidasa dual ovárica (Duox) es esencial para el endurecimiento y la impermeabilización de la cáscara de los huevos de los insectos". The Journal of Biological Chemistry . 288 (49): 35058–35067. doi : 10.1074/jbc.M113.522201 . PMC 3853258 . PMID  24174530. 
  23. ^ Montezano AC, De Lucca Camargo L, Persson P, Rios FJ, Harvey AP, Anagnostopoulou A, et al. (junio de 2018). "NADPH oxidasa 5 es una isoforma procontráctil de Nox y un punto de comunicación cruzada para la señalización de calcio y redox: implicaciones en la función vascular". Revista de la Asociación Estadounidense del Corazón . 7 (12). doi :10.1161/JAHA.118.009388. PMC 6220544 . PMID  29907654. 
  24. ^ Gandara AC, Dias FA, de Lemos PC, Stiebler R, Bombaça AC, Menna-Barreto R, Oliveira PL (25 de febrero de 2021). ""El urato y el NOX5 controlan la digestión sanguínea en el insecto hematófago Rhodnius prolixus"". Frontiers in Physiology . 12 : 633093. doi : 10.3389/fphys.2021.633093 . PMC 7947236 . PMID  33716782. 
  25. ^ Geiszt M (julio de 2006). "NADPH oxidasas: los nuevos chicos del barrio". Investigación cardiovascular . 71 (2): 289–299. doi : 10.1016/j.cardiores.2006.05.004 . PMID  16765921.
  26. ^ abc Griendling KK, Sorescu D, Ushio-Fukai M (marzo de 2000). "NAD(P)H oxidasa: papel en la biología y la enfermedad cardiovascular". Circulation Research . 86 (5): 494–501. doi : 10.1161/01.res.86.5.494 . PMID  10720409.
  27. ^ ab Vlahos R, Stambas J, Bozinovski S, Broughton BR, Drummond GR, Selemidis S (febrero de 2011). "La inhibición de la actividad de la oxidasa Nox2 mejora la inflamación pulmonar inducida por el virus de la influenza A". PLOS Pathogens . 7 (2): e1001271. doi : 10.1371/journal.ppat.1001271 . PMC 3033375 . PMID  21304882. 
  28. ^ Harel S, Mayaki D, Sanchez V, Hussain SN (mayo de 2017). "NOX2, NOX4 y las especies reactivas de oxígeno derivadas de las mitocondrias contribuyen a la señalización de la angiopoyetina-1 y a las respuestas angiogénicas en las células endoteliales". Farmacología vascular . 92 : 22–32. doi :10.1016/j.vph.2017.03.002. PMID  28351775.
  29. ^ Wattanapitayakul SK, Bauer JA (febrero de 2001). "Vías oxidativas en la enfermedad cardiovascular: funciones, mecanismos e implicaciones terapéuticas". Farmacología y terapéutica . 89 (2): 187–206. doi :10.1016/S0163-7258(00)00114-5. PMID  11316520.
  30. ^ Park YM, Febbraio M, Silverstein RL (enero de 2009). "CD36 modula la migración de macrófagos humanos y de ratón en respuesta a LDL oxidada y puede contribuir a la captura de macrófagos en la íntima arterial". The Journal of Clinical Investigation . 119 (1): 136–145. doi :10.1172/JCI35535. PMC 2613464 . PMID  19065049. 
  31. ^ Curtiss LK (marzo de 2009). "¿Cómo revertir la aterosclerosis?". The New England Journal of Medicine . 360 (11): 1144–1146. doi :10.1056/NEJMcibr0810383. PMID  19279347.
  32. ^ Behrens MM, Ali SS, Dao DN, Lucero J, Shekhtman G, Quick KL, Dugan LL (diciembre de 2007). "La pérdida del fenotipo de las interneuronas de activación rápida inducida por ketamina está mediada por la NADPH-oxidasa". Science . 318 (5856): 1645–1647. Bibcode :2007Sci...318.1645B. doi :10.1126/science.1148045. PMID  18063801. S2CID  41932041.
  33. ^ Tom Fagan. ¿El estrés oxidativo vincula las hipótesis de NMDA y GABA con la esquizofrenia? Archivado el 30 de diciembre de 2007 en el Wayback Machine Schizophrenia Research Forum. 9 de diciembre de 2007.
  34. ^ Huang QT, Zhang M, Zhong M, Yu YH, Liang WZ, Hang LL, et al. (diciembre de 2013). "Los productos finales de la glicación avanzada como una molécula ascendente desencadenan la producción de sFlt-1 inducida por ROS en los trofoblastos extravellosos: un nuevo puente entre el estrés oxidativo y la preeclampsia". Placenta . 34 (12): 1177–1182. doi :10.1016/j.placenta.2013.09.017. PMID  24144948.
  35. ^ Aoyama T, Paik YH, Watanabe S, Laleu B, Gaggini F, Fioraso-Cartier L, et al. (diciembre de 2012). "Nicotinamida adenina dinucleótido fosfato oxidasa en fibrosis hepática experimental: GKT137831 como un nuevo agente terapéutico potencial". Hepatología . 56 (6): 2316–2327. doi :10.1002/hep.25938. PMC 3493679 . PMID  22806357. 
  36. ^ "Espacenet - Datos bibliográficos". worldwide.espacenet.com . Consultado el 4 de mayo de 2017 .
  37. ^ "La FDA otorga a Genkyotex la designación de medicamento huérfano de GKT137831 para la fibrosis idiopática pulmonar (FPI) - Genkyotex SA" pauahosting.co.nz . Consultado el 4 de mayo de 2017 .[ enlace muerto permanente ]

Enlaces externos