La fosfolipasa C ( PLC ) es una clase de enzimas asociadas a la membrana que escinden los fosfolípidos justo antes del grupo fosfato (ver figura). Se considera más comúnmente sinónimo de las formas humanas de esta enzima, que desempeñan un papel importante en la fisiología de las células eucariotas , en particular en las vías de transducción de señales . El papel de la fosfolipasa C en la transducción de señales es su escisión del fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP 2 ) en diacilglicerol (DAG) e inositol 1,4,5-trifosfato (IP 3 ), que sirven como segundos mensajeros . Los activadores de cada PLC varían, pero típicamente incluyen subunidades de proteína G heterotriméricas , proteínas tirosina quinasas , proteínas G pequeñas , Ca 2+ y fosfolípidos. [1]
Hay trece tipos de fosfolipasa C de mamíferos que se clasifican en seis isotipos (β, γ, δ, ε, ζ, η) según su estructura. Cada PLC tiene controles únicos y superpuestos sobre la expresión y la distribución subcelular. Sin embargo, el PLC no se limita a los mamíferos y también está presente en bacterias y Chromadorea.
La gran cantidad de funciones ejercidas por la reacción PLC requiere que esté estrictamente regulada y sea capaz de responder a múltiples entradas extra e intracelulares con una cinética adecuada. Esta necesidad ha guiado la evolución de seis isotipos de PLC en animales, cada uno con un modo de regulación distinto. El pre-ARNm de PLC también puede estar sujeto a corte y empalme diferencial, de modo que un mamífero puede tener hasta 30 enzimas PLC. [2]
La mayoría de las variantes bacterianas de la fosfolipasa C se caracterizan en uno de los cuatro grupos de proteínas estructuralmente relacionadas. Las fosfolipasas C tóxicas son capaces de interactuar con las membranas de las células eucariotas e hidrolizar la fosfatidilcolina y la esfingomielina, lo que provoca la lisis celular. [3]
La clase de Chromadorea también utiliza la enzima fosfolipasa C para regular la liberación de calcio. La enzima libera inositol 1,4,5-trifosfato (IP3) , que denota una vía de señalización implicada en la activación de la ovulación, la propulsión del ovocito hacia la espermateca. Este gen participa en diversas actividades, como controlar la GTPasa, descomponer ciertas moléculas y unirse a la GTPasa pequeña. Ayuda a combatir las bacterias y a regular el movimiento de proteínas en las células. Se encuentra en el sistema excretor, los intestinos, los nervios y los órganos reproductivos. La expresión de la enzima en la espermateca está controlada por los factores de transcripción FOS-1 y JUN-1. [4]
En los mamíferos, las PLC comparten una estructura central conservada y se diferencian en otros dominios específicos de cada familia. La enzima central incluye un barril de triosafosfato isomerasa (TIM) dividido , un dominio de homología de pleckstrina (PH) , cuatro dominios de mano EF en tándem y un dominio C2 . [1] El barril TIM contiene el sitio activo, todos los residuos catalíticos y un sitio de unión de Ca 2+ . Tiene un inserto autoinhibidor que interrumpe su actividad llamado enlazador XY. Se ha demostrado que el enlazador XY ocluye el sitio activo y, al eliminarlo, se activa el PLC. [5]
Se han aislado y secuenciado los nucleótidos los genes que codifican la alfa-toxina ( Clostridium perfringens ) , Bacillus cereus PLC (BC-PLC) y PLC de Clostridium bifermentans y Listeria monocytogenes . Las secuencias tienen una homología significativa, aproximadamente 250 residuos, desde el extremo N. La alfa-toxina tiene 120 residuos adicionales en el extremo C-terminal. Se ha informado que el extremo C de la alfa-toxina es un dominio "similar a C2", que hace referencia al dominio C2 que se encuentra en eucariotas que participan en la transducción de señales y está presente en la fosfoinositida fosfolipasa C de mamíferos . [6]
La reacción catalizada primaria de PLC ocurre sobre un sustrato insoluble en una interfaz lípido-agua. Los residuos en el sitio activo se conservan en todos los isotipos de PLC. En animales, el PLC cataliza selectivamente la hidrólisis del fosfolípido fosfatidilinositol 4,5-bifosfato (PIP 2 ) en el lado glicerol del enlace fosfodiéster. Se forma un intermedio débilmente unido a una enzima, el inositol 1,2-fosfodiéster cíclico, y se libera diacilglicerol (DAG) . Luego, el intermedio se hidroliza a inositol 1,4,5-trifosfato (IP 3 ) . [7] Por tanto, los dos productos finales son DAG e IP 3 . La catálisis ácido/base requiere dos residuos de histidina conservados y se necesita un ion Ca 2+ para la hidrólisis de PIP 2 . Se ha observado que el sitio activo Ca 2+ se coordina con cuatro residuos ácidos y si alguno de los residuos está mutado entonces se necesita una mayor concentración de Ca 2+ para la catálisis. [8]
La fosfolipasa C (PLC) específica de fosfoinosítido es un actor clave en los procesos de señalización celular. Cuando las células encuentran señales como hormonas o factores de crecimiento, el PLC descompone una molécula llamada PIP2 para producir nuevas moléculas de señalización. PIP2 es un tipo de molécula que se encuentra en las membranas celulares. Cuando las células reciben ciertas señales del exterior, una enzima llamada PLC descompone PIP2 en moléculas más pequeñas, que luego envían mensajes dentro de la célula. Varios tipos de PLC se activan de manera diferente, lo que contribuye a la capacidad de las células para responder a su entorno.
Los receptores que activan esta vía son principalmente receptores acoplados a proteína G acoplados a la subunidad G αq , que incluyen:
Otros activadores menores además de G αq son:
PLC escinde el fosfolípido fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP 2 ) en diacilglicerol (DAG) e inositol 1,4,5-trifosfato (IP 3 ). Por lo tanto, PLC tiene un profundo impacto en el agotamiento de PIP 2 , que actúa como anclaje de membrana o regulador alostérico y agonista de muchos canales iónicos activados por lípidos . [22] [23] PIP 2 también actúa como sustrato para la síntesis del lípido fosfatidilinositol 3,4,5-trifosfato (PIP 3 ) , más raro , que es responsable de la señalización en múltiples reacciones. [24] Por lo tanto, el agotamiento de PIP 2 por la reacción PLC es fundamental para la regulación de las concentraciones locales de PIP 3 tanto en la membrana plasmática como en la membrana nuclear.
Los dos productos de la reacción catalizada por PLC, DAG e IP 3 , son importantes segundos mensajeros que controlan diversos procesos celulares y son sustratos para la síntesis de otras moléculas de señalización importantes. Cuando se escinde PIP 2 , DAG permanece unido a la membrana y IP 3 se libera como una estructura soluble en el citosol . Luego, el IP 3 se difunde a través del citosol para unirse a los receptores de IP 3 , particularmente a los canales de calcio en el retículo endoplásmico liso (RE). Esto hace que aumente la concentración citosólica de calcio, provocando una cascada de cambios y actividad intracelular. [25] Además, el calcio y el DAG trabajan juntos para activar la proteína quinasa C , que luego fosforila otras moléculas, lo que lleva a una actividad celular alterada. [25] Los efectos finales incluyen el gusto, la promoción de tumores, así como la exocitosis de vesículas, la producción de superóxido a partir de la NADPH oxidasa y la activación de JNK . [25] [26]
Tanto DAG como IP 3 son sustratos para la síntesis de moléculas reguladoras. DAG es el sustrato para la síntesis de ácido fosfatídico , una molécula reguladora. IP 3 es el sustrato limitante de la velocidad de síntesis de polifosfatos de inositol, que estimulan múltiples proteínas quinasas, la transcripción y el procesamiento de ARNm. [27] La regulación de la actividad PLC es, por tanto, vital para la coordinación y regulación de otras enzimas de vías que son fundamentales para el control de la fisiología celular.
Además, la fosfolipasa C juega un papel importante en la vía de la inflamación. La unión de agonistas como la trombina , la epinefrina o el colágeno a los receptores de la superficie de las plaquetas puede desencadenar la activación de la fosfolipasa C para catalizar la liberación de ácido araquidónico de dos fosfolípidos de membrana principales, el fosfatidilinositol y la fosfatidilcolina . El ácido araquidónico puede luego pasar a la vía de la ciclooxigenasa (que produce prostoglandinas (PGE1, PGE2, PGF2), prostaciclinas (PGI2) o tromboxanos (TXA2)) y a la vía de la lipoxigenasa (que produce leucotrienos (LTB4, LTC4, LTD4, LTE4)). . [28]
La variante bacteriana Clostridium perfringens tipo A produce alfa-toxina. La toxina tiene actividad fosfolipasa C y provoca hemólisis , letalidad y dermonecrosis. En altas concentraciones, la alfa-toxina induce una degradación masiva de la fosfatidilcolina y la esfingomielina , produciendo diacilglicerol y ceramida , respectivamente. Estas moléculas luego participan en vías de transducción de señales. [6] Se ha informado que la toxina activa la cascada del ácido araquidónico en aorta de rata aislada. [29] La contracción inducida por la toxina estaba relacionada con la generación de tromboxano A 2 a partir del ácido araquidónico. Por lo tanto, es probable que el PLC bacteriano imite las acciones del PLC endógeno en las membranas de las células eucariotas.
