La desoxicitidina quinasa ( dCK ) es una enzima codificada por el gen DCK en humanos . [5] La dCK fosforila predominantemente la desoxicitidina (dC) y convierte la dC en monofosfato de desoxicitidina . La dCK cataliza uno de los pasos iniciales en la vía de recuperación de nucleósidos [6] y tiene el potencial de fosforilar otros nucleósidos preformados, específicamente la desoxiadenosina (dA) y la desoxiguanosina (dG), y convertirlos en sus formas de monofosfato. [7] Recientemente, ha habido interés en la investigación biomédica en investigar el potencial de la dCK como objetivo terapéutico para diferentes tipos de cáncer . [6] [7] [8]
Estructura
Homodímero dCK con Glu53 resaltado
dCK es un homodímero donde cada subunidad monomérica consta de múltiples hélices alfa que rodean un núcleo de hoja beta . [9] [7] [10] Cada subunidad incluye un sitio de unión del donante de nucleótidos, un sitio de unión del aceptor de nucleósidos, un bucle de detección de bases de nucleótidos (240-254 residuos), una región de inserción (12-15 residuos) que conecta las hélices 2 y 3. [9] [10] dCK tiene varias conformaciones proteicas diferentes, pero su conformación depende del nucleósido o nucleótido al que se une. dCK puede unirse a ADP, ATP, UDP o UTP (donantes de grupos fosforilo), pero la unión de UDP/UTP cambia la conformación de la enzima al reorganizar el bucle de detección de bases de nucleótidos en comparación con la conformación de dCK cuando se une a ATP. Este cambio en la conformación cuando un donante de fosforilo específico se une en el sitio de unión del nucleótido determina qué nucleósido puede unirse en el sitio de unión del nucleósido. [9] [10] Por ejemplo, se ha observado que cuando dCK se une a ADP, dCK adopta una conformación "cerrada" o un sitio de unión de nucleósidos más compacto donde el ácido glutámico 53 (Glu53) se acerca más para interactuar directamente con el grupo hidroxilo 5' del nucleósido. [9] [10]
Una hipótesis sobre la funcionalidad de la conformación "abierta" es que la conformación "abierta" puede ayudar en la unión inicial del nucleósido y la liberación del producto monofosfato [9].
Función
La desoxicitidina quinasa (dCK) fosforila varios desoxirribonucleósidos y sus análogos de nucleósidos (un nucleósido con un azúcar y un sustituto o análogo de base de ácido nucleico diferente que tiene propiedades únicas cuando se modifica) utilizando grupos fosfato de ATP y UTP . [9] [10] Más específicamente, la dCK agrega el primer grupo fosforilo a los nucleósidos preformados y generalmente es la enzima limitante de la velocidad del proceso general de conversión de nucleósidos a su forma de trifosfato de desoxinucleósido, o forma de nucleótido , en la vía de rescate de nucleósidos. [10] A continuación se muestra una vía simplificada que muestra el papel de la dCK en la síntesis de nucleótidos utilizando la vía de rescate de nucleósidos. [8] [11]
El papel de dCK en la vía de recuperación de nucleósidos
Glu53 realiza catálisis básica para desprotonar el grupo hidroxilo, lo que permite que el oxígeno ahora nucleofílico del grupo hidroxilo 5' del nucleósido ataque el extremo de la cadena de fosfato (fosfato gamma) en el donante de fosforilo (por ejemplo, ATP o UTP). Esto ha considerado la conformación "cerrada" como la conformación catalíticamente activa ya que cataliza la transferencia de fosforilo entre los donantes de fosforilo y los nucleósidos receptores. [9] De manera similar, la conformación "abierta" generalmente se conoce como la forma catalíticamente inactiva ya que Glu53 no está cerca del grupo hidroxilo 5' del nucleósido y no catalizará la transferencia de fosforilo. [9]
Regulación
Un método para regular tanto la actividad catalítica como la especificidad del sustrato es una modificación postraduccional en la serina 74, un residuo en la región de inserción en cada una de las subunidades individuales de dCK. [9] Aunque la serina 74 está lejos del sitio activo de dCK, la fosforilación de la serina 74 (Ser74) en dCK provoca un cambio en la conformación enzimática e influye en la cinética enzimática. Más específicamente, la fosforilación de Ser74 favorece que dCK adopte su conformación abierta (inactiva) y le permite volverse más competente en la unión y liberación de nucleósidos, pero restringe la transferencia de grupos fosforilo. La conformación cerrada (activa) de dCK le permite transferir grupos fosforilo, pero no unirse ni liberar nucleósidos. Los estados "abierto" y "cerrado" se refieren al sitio de unión de nucleósidos en dCK. [9]
Biosíntesis de nucleótidos
La dCK es una enzima clave en la vía de recuperación de nucleósidos (NSP). Más específicamente, esta vía recicla nucleósidos preformados a partir de moléculas de ADN degradadas para sintetizar dNTP para la célula. La vía de recuperación de nucleósidos puede actuar como una vía alternativa para producir nucleótidos (dNTP) en caso de una regulación negativa de la vía de novo . [6] Es decir, la vía de recuperación (y, por lo tanto, la dCK) se regula positivamente cuando la vía de novo se regula negativamente o se inhibe para compensar la pérdida en la producción de nucleótidos. Tanto la vía de novo (DNP) como la vía de recuperación de nucleósidos (NSP) son vías anabólicas que producen desoxirribonucleótidos trifosfato (dNTP) o nucleótidos, los monómeros que forman el ADN.
Implicaciones terapéuticas
La deficiencia de dCK se asocia con resistencia a agentes quimioterapéuticos antivirales y anticancerígenos. Por el contrario, el aumento de la actividad de la desoxicitidina quinasa se asocia con una mayor activación de estos agentes a los derivados citotóxicos del trifosfato de nucleósido. La dCK es clínicamente importante debido a su relación con la resistencia y la sensibilidad a los fármacos. [5] Se ha demostrado que la manipulación de la actividad enzimática de la dCK tiene una fuerte correlación en la sensibilización de las células a los efectos de otros fármacos (p. ej., inhibidores de RNR, [6] gemcitabina) o tratamientos (p. ej., radiación ionizante) [11] y, por lo tanto , actualmente se están estudiando más terapias combinadas para reducir los mecanismos de resistencia biológica y la tolerancia a los fármacos en los pacientes. [6] [11] [12]
Por ejemplo, la gemcitabina es un análogo de nucleósido de pirimidina aprobado por la FDA y un profármaco basado en la actividad de dCK que se ha utilizado para tratar el cáncer de páncreas, mama, vejiga y pulmón de células no pequeñas. [8] [11] Mecanísticamente, dCK, que absorbe nucleósidos preformados, agrega el primer grupo fosforilo en dFdC (la forma original de la gemcitabina como análogo de desoxicitidina) para convertirlo en dFdCMP, su forma monofosfato. [8] [11] La citidilato quinasa o UMP-CMP quinasa luego agrega el segundo grupo fosforilo para formar dFdCDP (forma difosfato de gemcitabina), que puede inhibir la ribonucleótido reductasa . La nucleósido-difosfato quinasa o nucleósido quinasa A añade el tercer grupo fosforilo para formar dFdCTP (forma de trifosfato de gemcitabina), que es la forma activa de la gemcitabina que inhibe tanto la desoxicitidilato desaminasa como la ADN polimerasa. [8] Aunque la gemcitabina se ha utilizado ampliamente para tratar tumores sólidos durante más de una década, se ha observado que los pacientes que toman gemcitabina sola (monoterapia) desarrollan quimiorresistencia al fármaco. [8] [11]
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Lectura adicional
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