La miristoilación es una modificación de la lipidación en la que un grupo miristoilo , derivado del ácido mirístico , se une covalentemente mediante un enlace amida al grupo alfa-amino de un residuo de glicina N -terminal . [1] El ácido mirístico es un ácido graso saturado de 14 carbonos (14:0) con el nombre sistemático de ácido n -tetradecanoico. Esta modificación se puede agregar de forma cotraduccional o postraduccional . La N -miristoiltransferasa (NMT) cataliza la reacción de adición de ácido mirístico en el citoplasma de las células. [2] Este evento de lipidación es el tipo más común de acilación grasa [3] y está presente en muchos organismos, incluidos animales , plantas , hongos , protozoos [4] y virus . La miristoilación permite interacciones débiles proteína-proteína y proteína-lípido [5] y desempeña un papel esencial en la focalización de la membrana, las interacciones proteína-proteína y funciona ampliamente en una variedad de vías de transducción de señales .
En 1982, el laboratorio de Koiti Titani identificó un " grupo bloqueador N -terminal" en la subunidad catalítica de la proteína quinasa dependiente de AMP cíclico en vacas como n -tetradecanoilo. [6] Casi simultáneamente en el laboratorio de Claude B. Klee, este mismo grupo bloqueador N -terminal se caracterizó además como ácido mirístico. [7] Ambos laboratorios hicieron este descubrimiento utilizando técnicas similares: espectrometría de masas y cromatografía de gases . [6] [7]
La enzima N -miristoiltransferasa (NMT) o glicilpéptido N -tetradecanoiltransferasa es responsable de la adición irreversible de un grupo miristoilo a los residuos de glicina N -terminales o internos de las proteínas. Esta modificación puede ocurrir co-traduccionalmente o post-traduccionalmente . En los vertebrados, esta modificación la llevan a cabo dos NMT, NMT1 y NMT2 , ambos miembros de la superfamilia de acetiltransferasa GCN5 . [8]
La estructura cristalina de NMT revela dos subunidades idénticas, cada una con su propio sitio de unión de miristoil CoA. Cada subunidad consta de una gran lámina β en forma de silla de montar rodeada de hélices α . La simetría del pliegue es pseudodoble. [ se necesita aclaración ] La miristoil CoA se une a la porción N -terminal , mientras que el extremo C -terminal se une a la proteína. [9]
La adición del grupo miristoilo se produce mediante una reacción de adición-eliminación nucleófila . Primero, la miristoil coenzima A (CoA) se coloca en su bolsa de unión de NMT de modo que el carbonilo se enfrenta a dos residuos de aminoácidos, fenilalanina 170 y leucina 171. [9] Esto polariza el carbonilo de modo que hay una carga neta positiva en el carbono. , haciéndolo susceptible al ataque nucleofílico por parte del residuo de glicina de la proteína a modificar. Cuando se une miristoil CoA, NMT se reorienta para permitir la unión del péptido. El extremo C terminal de NMT actúa entonces como base general para desprotonar el NH 3 + , activando el grupo amino para atacar al grupo carbonilo de miristoil-CoA. El intermedio tetraédrico resultante se estabiliza mediante la interacción entre un hueco de oxianión cargado positivamente y el anión alcóxido cargado negativamente . Luego se libera CoA libre, lo que provoca un cambio conformacional en la enzima que permite la liberación del péptido miristoilado. [2]
Las modificaciones covalentes cotraduccionales y postraduccionales permiten que las proteínas desarrollen niveles más altos de complejidad en la función celular, agregando aún más diversidad al proteoma . [10] La adición de miristoil-CoA a una proteína puede ocurrir durante la traducción de la proteína o después. Durante la adición cotraduccional del grupo miristoilo, la glicina N -terminal se modifica después de la escisión del residuo de metionina N -terminal en el polipéptido en crecimiento recién formado . [1] La miristoilación postraduccional generalmente ocurre después de un evento de escisión de caspasa , lo que resulta en la exposición de un residuo de glicina interno, que luego está disponible para la adición de ácido mirístico. [8]
La miristoilación no solo diversifica la función de una proteína, sino que también le agrega capas de regulación. Una de las funciones más comunes del grupo miristoilo es la asociación a la membrana y la localización celular de la proteína modificada. Aunque el grupo miristoilo se agrega al extremo de la proteína, en algunos casos queda secuestrado dentro de regiones hidrófobas de la proteína en lugar de quedar expuesto al disolvente. [5] Al regular la orientación del grupo miristoilo, estos procesos pueden coordinarse altamente y controlarse estrechamente. La miristoilación es, por tanto, una forma de " interruptor molecular ". [13]
Tanto los grupos miristoílo hidrófobos como los "parches básicos" (regiones altamente positivas de la proteína) caracterizan los interruptores electrostáticos miristoílo. El parche básico permite que se produzcan interacciones electrostáticas favorables entre las cabezas de fosfolípidos cargadas negativamente de la membrana y la superficie positiva de la proteína asociada. Esto permite una asociación más estrecha y una localización dirigida de proteínas. [5]
Los interruptores conformacionales de miristoilo pueden presentarse en varias formas. La unión del ligando a una proteína miristoilada con su grupo miristoilo secuestrado puede causar un cambio conformacional en la proteína, lo que resulta en la exposición del grupo miristoilo. De manera similar, algunas proteínas miristoiladas no se activan mediante un ligando designado, sino mediante el intercambio de GDP por GTP mediante factores de intercambio de nucleótidos de guanina en la célula. Una vez que el GTP se une a la proteína miristoilada, se activa, exponiendo el grupo miristoilo. Estos interruptores conformacionales se pueden utilizar como señal para la localización celular, las interacciones membrana-proteína y proteína-proteína . [5] [13] [14]
Modificaciones adicionales en las proteínas N -miristoiladas pueden agregar otro nivel de regulación para la proteína miristoilada. La acilación dual puede facilitar una localización de proteínas más estrictamente regulada, dirigiendo específicamente las proteínas a las balsas lipídicas en las membranas [15] o permitiendo la disociación de proteínas miristoiladas de las membranas.
La miristoilación y la palmitoilación son modificaciones comúnmente acopladas. La miristoilación por sí sola puede promover interacciones transitorias con la membrana [5] que permiten que las proteínas se anclen a las membranas pero se disocian fácilmente. Una mayor palmitoilación permite un anclaje más firme y una disociación más lenta de las membranas cuando lo requiere la célula. Esta modificación dual específica es importante para las vías de los receptores acoplados a proteína G y se conoce como interruptor dual de acilación grasa. [5] [8]
La miristoilación suele ir seguida de la fosforilación de residuos cercanos. La fosforilación adicional de la misma proteína puede disminuir la afinidad electrostática de la proteína miristoilada por la membrana, provocando la translocación de esa proteína al citoplasma después de la disociación de la membrana. [5]
La miristoilación juega un papel vital en la focalización de membranas y la transducción de señales [16] en las respuestas de las plantas al estrés ambiental. Además, en la transducción de señales a través de la proteína G, la palmitoilación de la subunidad α, la prenilación de la subunidad γ y la miristoilación participan en la unión de la proteína G a la superficie interna de la membrana plasmática para que la proteína G pueda interactuar con su receptor. [17]
La miristoilación es una parte integral de la apoptosis o muerte celular programada. La apoptosis es necesaria para la homeostasis celular y ocurre cuando las células están bajo estrés, como hipoxia o daño en el ADN . La apoptosis puede proceder mediante activación mitocondrial o mediada por receptores. En la apoptosis mediada por receptores, las vías apoptóticas se desencadenan cuando la célula se une a un receptor de muerte. En uno de esos casos, la unión del receptor de muerte inicia la formación del complejo de señalización que induce la muerte , un complejo compuesto por numerosas proteínas que incluyen varias caspasas, incluida la caspasa 3 . La caspasa 3 escinde una serie de proteínas que posteriormente son miristoiladas por NMT. El agonista de muerte del dominio proapoptótico que interactúa con BH3 (Bid) es una de esas proteínas que, una vez miristoilada, se traslada a las mitocondrias , donde provoca la liberación de citocromo c, lo que provoca la muerte celular. [8] La actina , la gelsolina y la quinasa 2 PAK2 activada por p21 son otras tres proteínas que se miristoilan después de la escisión por la caspasa 3 , lo que conduce a la regulación positiva o negativa de la apoptosis. [8]
"c-Src es un gen que codifica el protooncogén tirosina-proteína quinasa Src, una proteína importante para el ciclo mitótico normal ". Se fosforila y desfosforila para activar y desactivar la señalización. El protooncogén tirosina-proteína quinasa Src debe localizarse en la membrana plasmática para fosforilar otros objetivos posteriores; La miristoilación es responsable de este evento de direccionamiento a la membrana . El aumento de la miristoilación de c-Src puede conducir a una mayor proliferación celular y ser responsable de transformar las células normales en células cancerosas . [5] [14] [18] La activación de c-Src puede conducir a las llamadas " características del cáncer ", entre ellas la regulación positiva de la angiogénesis , la proliferación y la invasión . [19]
El VIH-1 es un retrovirus que se basa en la miristoilación de una de sus proteínas estructurales para empaquetar con éxito su genoma, ensamblarlo y madurar en una nueva partícula infecciosa. La proteína de la matriz viral , el dominio más N -terminal de la poliproteína gag , está miristoilada. [20] Esta modificación de miristoilación se dirige a la membrana de la célula huésped. Utilizando el interruptor electrostático miristoílo, [13] que incluye un parche básico en la proteína de la matriz, gag puede ensamblarse en balsas de lípidos en la membrana plasmática para el ensamblaje viral , la gemación y una mayor maduración. [18] Para prevenir la infectividad viral, la miristoilación de la proteína de la matriz podría convertirse en un buen objetivo farmacológico.
Ciertos NMT son objetivos terapéuticos para el desarrollo de fármacos contra infecciones bacterianas . Se ha demostrado que la miristoilación es necesaria para la supervivencia de varios hongos que causan enfermedades , entre ellos C. albicans y C. neoformans . Además de las bacterias procarióticas , también se han identificado como objetivos farmacológicos los NMT de numerosos organismos eucariotas que causan enfermedades . El funcionamiento adecuado del NMT en los protozoos Leishmania major y Leishmania donovani ( leishmaniasis ), Trypanosoma brucei ( enfermedad del sueño africana ) y P. falciparum ( malaria ) es necesario para la supervivencia de los parásitos. Actualmente se están investigando inhibidores de estos organismos. Se ha identificado un inhibidor de pirazol sulfonamida que se une selectivamente a T. brucei , compitiendo por el sitio de unión del péptido , inhibiendo así la actividad enzimática y eliminando el parásito del torrente sanguíneo de ratones con enfermedad del sueño africana . [8]
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