La dihidroorotato deshidrogenasa ( DHODH ) es una enzima que en los seres humanos está codificada por el gen DHODH en el cromosoma 16. La proteína codificada por este gen cataliza el cuarto paso enzimático, la oxidación mediada por ubiquinona de dihidroorotato a orotato , en la biosíntesis de novo de pirimidinas . Esta proteína es una proteína mitocondrial ubicada en la superficie externa de la membrana mitocondrial interna (IMM). [1] Los inhibidores de esta enzima se utilizan para tratar enfermedades autoinmunes como la artritis reumatoide . [2]
La DHODH puede variar en contenido de cofactor , estado oligomérico, localización subcelular y asociación de membrana . Una alineación de secuencia general de estas variantes de DHODH presenta dos clases de DHODH: la Clase 1 citosólica y la Clase 2 unida a la membrana. En la DHODH de Clase 1, un residuo básico de cisteína cataliza la reacción de oxidación , mientras que en la Clase 2, la serina cumple esta función catalítica. Estructuralmente, las DHODH de Clase 1 también se pueden dividir en dos subclases, una de las cuales forma homodímeros y usa fumarato como su aceptor de electrones , y la otra que forma heterotetrámeros y usa NAD+ como su aceptor de electrones. Esta segunda subclase contiene una subunidad de adición (PyrK) que contiene un grupo de hierro-azufre y un dinucleótido de flavina y adenina (FAD). Mientras tanto, las DHODH de Clase 2 usan coenzima Q / ubiquinonas como oxidante . [2]
En eucariotas superiores , esta clase de DHODH contiene una señal bipartita N-terminal que comprende una secuencia de orientación mitocondrial anfipática catiónica de aproximadamente 30 residuos y una secuencia transmembrana hidrófoba . La secuencia de orientación es responsable de la localización de esta proteína en la IMM, posiblemente al reclutar el aparato de importación y mediar el transporte impulsado por ΔΨ a través de las membranas mitocondriales internas y externas , mientras que la secuencia transmembrana es esencial para su inserción en la IMM. [2] [3] Esta secuencia es adyacente a un par de hélices α , α1 y α2, que están conectadas por un bucle corto. Juntos, este par forma un embudo hidrófobo que se sugiere que sirve como sitio de inserción para la ubiquinona , junto con la cavidad de unión de FMN en el C-terminal . [2] Los dos dominios terminales están conectados directamente por un bucle extendido. El dominio C-terminal es el más grande de los dos y se pliega en una estructura de barril α/β conservada con un núcleo de ocho cadenas β paralelas rodeadas por ocho hélices α. [2] [4]
La DHODH humana es una flavoproteína FMN ubicua . En las bacterias (gen pyrD ), se encuentra en el lado interno de la membrana citosólica . En algunas levaduras, como en Saccharomyces cerevisiae (gen URA1), es una proteína citosólica, mientras que, en otros eucariotas, se encuentra en las mitocondrias. [5] También es la única enzima en la vía de biosíntesis de pirimidinas ubicada en las mitocondrias en lugar del citosol. [4]
Como enzima asociada con la cadena de transporte de electrones , la DHODH vincula la bioenergética mitocondrial, la proliferación celular, la producción de ROS y la apoptosis en ciertos tipos de células. La disminución de DHODH también resultó en un aumento de la producción de ROS, una disminución del potencial de membrana y un retraso del crecimiento celular. [4] Además, debido a su papel en la síntesis de ADN , la inhibición de DHODH puede proporcionar un medio para regular la elongación transcripcional . [6]
En especies de mamíferos, la DHODH cataliza el cuarto paso en la biosíntesis de pirimidina de novo, que implica la oxidación mediada por ubiquinona de dihidroorotato a orotato y la reducción de FMN a mononucleótido de dihidroflavina (FMNH2):
El mecanismo particular de deshidrogenación del ácido dihidroorótico por DHODH difiere entre las dos clases de DHODH. Los DHODH de clase 1 siguen un mecanismo concertado, en el que los dos enlaces C–H del ácido dihidroorótico se rompen al unísono. Los DHODH de clase 2 siguen un mecanismo escalonado, en el que la ruptura de los enlaces C–H precede al equilibrio del iminio en ácido orótico . [2]
Se ha demostrado que los fármacos inmunomoduladores teriflunomida y leflunomida inhiben la DHODH. La DHODH humana tiene dos dominios: un dominio de barril alfa/beta que contiene el sitio activo y un dominio alfa-helicoidal que forma la apertura de un túnel que conduce al sitio activo. Se ha demostrado que la leflunomida se une en este túnel. [7] La leflunomida se está utilizando para el tratamiento de la artritis reumatoide y psoriásica , así como de la esclerosis múltiple . [2] [7] Sus efectos inmunosupresores se han atribuido al agotamiento del suministro de pirimidina para las células T o a vías más complejas mediadas por interferón o interleucina , pero, no obstante, requieren más investigación. [2]
Además, la DHODH puede desempeñar un papel en la supresión del cáncer mediada por el retinoide N-(4-hidroxifenil)retinamida ( 4HPR ) . La inhibición de la actividad de la DHODH con teriflunomida o la expresión con interferencia de ARN resultó en una menor generación de ROS en las células epiteliales de la piel y la próstata transformadas y, por lo tanto, en la apoptosis de las mismas . [8]
Se ha demostrado que las mutaciones en este gen causan el síndrome de Miller , también conocido como síndrome de Genee-Wiedemann, síndrome de Wildervanck-Smith o distosis acrofacial postaxial. [9] [10]
La DHODH se une a su cofactor FMN junto con la ubiquinona para catalizar la oxidación de dihidroorotato a orotato. [2]
