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Fosfomiméticos

Ejemplo de sustitución fosfomimética: ácido aspártico comparado con fosfoserina

Los fosfomiméticos son sustituciones de aminoácidos que imitan a una proteína fosforilada , activando (o desactivando) así la proteína. Dentro de las células, las proteínas se modifican comúnmente en los aminoácidos serina , tirosina y treonina añadiendo un grupo fosfato . La fosforilación es un modo común de activar o desactivar una proteína como forma de regulación. Sin embargo, algunos aminoácidos no fosforilados parecen químicamente similares a los aminoácidos fosforilados. Por lo tanto, al reemplazar un aminoácido, la proteína puede mantener un mayor nivel de actividad. Por ejemplo, el ácido aspártico puede considerarse químicamente similar a la fosfoserina, debido a que también lleva una carga negativa. Por lo tanto, cuando un ácido aspártico reemplaza una serina, es un fosfomimético de la fosfoserina y puede imitar a la proteína siempre en su forma fosforilada. Sin embargo, las diferencias entre el compuesto fosfomimético y el residuo fosforilado, en particular las diferencias en las distribuciones de Ramachandran, [1] los estados de carga [2] y el tamaño, pueden alterar la proteína lo suficiente como para dar lugar a diferencias significativas en el comportamiento. [3] Los compuestos basados ​​en fosfonato se han utilizado como análogos de la fosfotirosina, ya que son menos lábiles enzimáticamente y son fisiológicamente más estables. [4]

Aplicaciones

Esta similitud química puede aprovecharse en el cáncer, donde una proteína puede mutar a un estado "siempre activo" (constitutivamente activo). Puede ocurrir una mutación para reemplazar una tirosina (que necesita ser fosforilada para activar la proteína) con un ácido aspártico (que no necesitaría ser fosforilado). En un entorno de laboratorio, el uso de proteínas recombinantes para introducir fosfomiméticos artificialmente es una herramienta común para estudiar la fosforilación y la activación de proteínas. Por ejemplo, la proteína IRF3 debe ser fosforilada para su actividad normal (transcripción de sus genes diana, como IFNβ ), pero cuando los residuos de aminoácidos de serina se mutaron a ácido aspártico, la actividad aumentó 90 veces. [5] Los fosfomiméticos se utilizan comúnmente en un experimento de ganancia de función con respecto a la fosforilación. Por ejemplo, los mutantes de aspartato se utilizaron con éxito para investigar la función biológica de la fosforilación de un residuo de treonina de una proteína ribosomal tanto in vivo [6] como in vitro [7] para investigar una mutación de ganancia de función en una quinasa relacionada con la enfermedad de Parkinson . Los fosfomiméticos también se utilizaron para investigar el potencial terapéutico de las proteínas o péptidos. Por ejemplo, los mutantes fosfomiméticos (que utilizan glutamato para imitar la fosforilación de serina) se han utilizado para demostrar que la glicoproteína fosforilada puede tener efectos antimelanoma más fuertes que la proteína de tipo salvaje. [8] Este enfoque es particularmente útil ya que se pueden fosfoilar hasta tres residuos de serina en dicha proteína, [8] y, por lo tanto, los mutantes fosfomiméticos son útiles para investigar la función de la fosforilación individual.

Referencias

  1. ^ He, Erbin; Yan, Guanghui; Zhang, Jian; Wang, Jun; Li, Wenfei (marzo de 2016). "Efectos de la fosforilación en la propensión intrínseca de las conformaciones de la cadena principal de serina/treonina". Journal of Biological Physics . 42 (2): 247–258. doi :10.1007/s10867-015-9405-0. ISSN  0092-0606. PMC  4788628 . PMID  26759163.
  2. ^ Platzer, Gerald; Okon, Mark; McIntosh, Lawrence P. (noviembre de 2014). "Desplazamientos químicos de 1H, 13C y 15N en espirales aleatorias dependientes del pH de los aminoácidos ionizables: una guía para las mediciones de pKa de proteínas". Journal of Biomolecular NMR . 60 (2–3): 109–129. doi :10.1007/s10858-014-9862-y. ISSN  0925-2738. PMID  25239571.
  3. ^ Paleologou, Katerina E.; Schmid, Adrian W.; Rospigliosi, Carla C.; Kim, Hai-Young; Lamberto, Gonzalo R.; Fredenburg, Ross A.; Lansbury, Peter T.; Fernandez, Claudio O.; Eliezer, David; Zweckstetter, Markus; Lashuel, Hilal A. (junio de 2008). "La fosforilación en Ser-129 pero no los fosfomiméticos S129E/D inhibe la fibrilación de α-sinucleína". Journal of Biological Chemistry . 283 (24): 16895–16905. doi : 10.1074/jbc.M800747200 . PMC 2423264 . PMID  18343814. 
  4. ^ Nikolai Makukhin; Alessio Ciulli (2020). "Avances recientes en la química sintética y medicinal de la fosfotirosina y los análogos de fosfotirosina basados ​​en fosfonatos". Química Medicinal RSC . 12 (1): 8–23. doi : 10.1039/D0MD00272K . PMC 8130623 . PMID  34041480. 
  5. ^ Hiscott J, Pitha P, Genin P, Nguyen H, Heylbroeck C, Mamane Y, Algarte M, Lin R (enero de 1999). "Desencadenamiento de la respuesta al interferón: el papel del factor de transcripción IRF-3". J Interferon Cytokine Res . 19 (1): 1–13. doi :10.1089/107999099314360. PMID  10048763.
  6. ^ Ian Martín; Jungwoo Wren Kim; Byoung Dae Lee; Ho Chul Kang; Jin-Chong Xu; Hao Jia; Jeannette Stankowski; Min Sik Kim; Jun Zhong; Manoj Kumar; Shaida A Andrabi; Yulan Xiong; Dennis W. Dickson; Zbigniew K Wszolek; Akhilesh Pandey; Ted M Dawson; Valina L Dawson (2014). "La fosforilación de la proteína ribosómica s15 media la neurodegeneración de LRRK2 en la enfermedad de Parkinson". Celúla . 157 (2): 472–485. doi : 10.1016/j.cell.2014.01.064 . PMC 4040530 . PMID  24725412. 
  7. ^ Danilo Correddu; Nabangshu Sharma; Simranjeet Kaur; Kyriakos G Varnava; Naasson M Mbenza; Vijayalekshmi Sarojini; Ivanhoe KH Leung (2020). "Una investigación sobre el efecto de la fosforilación de la proteína ribosómica S15 en sus interacciones intermoleculares mediante el uso de mutantes fosfomiméticos". Química. Comunitario . 56 (57): 7857–7860. doi :10.1039/d0cc01618g. hdl : 2292/52389 . PMID  32583822. S2CID  220058870.
  8. ^ ab Ye Feng; Wenjing Bao; Yanli Luo; Ling Tian; Xiafang Chen; Miaoying Yi; Hui Xiong; Qian Huang (2012). "Mutantes fosfomiméticos del factor derivado del epitelio pigmentario con actividad mejorada contra células de melanoma coroideo in vitro e in vivo". Invest. Ophthalmol. Vis. Sci . 53 (11): 6793–6802. doi : 10.1167/iovs.12-10326 . PMID  22952124.