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DNasa activada por caspasa

La ADNasa activada por caspasa ( CAD ) o subunidad beta del factor de fragmentación del ADN es una proteína que en los humanos está codificada por el gen DFFB . [5] [6] [7] Rompe el ADN durante la apoptosis y promueve la diferenciación celular. Por lo general, es un monómero inactivo inhibido por ICAD. Este se escinde antes de la dimerización.

Función

La apoptosis es un proceso de autodestrucción celular que elimina células tóxicas y/o inútiles durante el desarrollo de los mamíferos y otros procesos vitales. El proceso apoptótico va acompañado de la contracción y fragmentación de las células y los núcleos y la degradación del ADN cromosómico en unidades nucleosomales. El factor de fragmentación del ADN (DFF) es una proteína heterodímera de subunidades de 40 kD (DFFB) y 45 kD ( DFFA ). DFFA es el sustrato de la caspasa-3 y desencadena la fragmentación del ADN durante la apoptosis. DFF se activa cuando DFFA es escindido por la caspasa-3. Los fragmentos escindidos de DFFA se disocian de DFFB, el componente activo de DFF. Se ha descubierto que DFFB desencadena tanto la fragmentación del ADN como la condensación de la cromatina durante la apoptosis. Se han encontrado múltiples variantes de transcripción empalmadas alternativamente que codifican isoformas distintas para este gen, pero no se ha determinado la validez biológica de algunas variantes. [7]

Formularios CAD e ICAD

A pesar de que este gen está presente en todas las células, esta proteína sólo se expresa en diferentes tejidos y variedad celular como páncreas, corazón, colon, leucocitos, próstata, ovario, placenta, riñón, bazo y timo. [8]

También se le conoce como nucleasa activada por caspasa (CPAN), factor de fragmentación del ADN 40 (DFF-40), DFF2 y DFFB. Además, existen otras nomenclaturas resultado de la combinación de las anteriores. [8] [9] [10] [11]

Estructura

Este heterodímero es una endonucleasa [9] [12] [13] con un alto contenido de residuos de cisteína . [11] Permanece inactivo en las células en crecimiento mientras se asocia con su inhibidor (ICAD, subunidad del factor de fragmentación del ADN de 45 kDa, DFFA o DFF45) dando lugar a un complejo ICAD-CAD. [8] [9] [ 11] [12] [14] [15] [16] [17] Su disociación permite que DFF40 se oligomerice para formar un gran complejo funcional que es por sí mismo una DNasa activa. [11] [12] [15] [16] [17]

Subunidad DFF40 o CAD

Su peso es de 40 kDa. Además, contiene tres dominios que forman un monómero CAD: C1 o CAD N-terminal; C2 que conforma tres cadenas α independientes y, por último, C3 que es la más grande y funcionalmente la más importante. Además, la combinación de los aminoácidos de C3 da lugar a 5 hélices α, 4 láminas β y un bucle en el C-terminal catalítico que interaccionan entre sí. Por tanto, se produce una cavidad (sitio activo) donde puede encajar el ADN, aunque exista otra región de unión responsable de la estabilidad del complejo de ADN durante su fragmentación. [8] [14] [18]

Subunidad DFF45 o ICAD

DFFA está codificado por un ARNm encriptado alternativamente que da origen a dos formas distintas: corta (ICAD-S) y larga (ICAD-L), que actúan como una chaperona específica asegurando el correcto plegamiento de CAD [10] [11] [17] Además, contiene dos residuos de ácido aspártico (Asp117 y Asp224) donde se identifica CAD y, en consecuencia, permanece unido hasta que la Caspasa-3 rompe esta unión. [10] [14]

Proceso de activación

Como es habitual en células en crecimiento no apoptóticos, la ADNasa activada por caspasa se mantiene bajo control inactivada en el citoplasma gracias a la asociación con su inhibidor, el inhibidor de la ADNasa activada por caspasa (ICAD), también conocido como factor de fragmentación del ADN de 45 kDa (DFF45).

La ICAD está codificada por ARNm empalmados alternativamente que generan formas largas (ICAD-L) y cortas (ICAD-S) de ICAD. Por lo tanto, ICAD tiene una doble función: actúa como inhibidor de CAD y también como chaperona para la síntesis de CAD, ayudando al correcto ensamblaje de la proteína. [19]

ICAD tiene dos sitios de reconocimiento de caspasa en Asp117 y Asp224. La liberación de CAD de la inhibición de ICAD se logra mediante la escisión de ICAD en estos residuos de Asp por la caspasa-3 . [20]

La caspasa-3 se activa en la célula apoptótica. [9] La activación de la caspasa-3 es un requisito celular durante las primeras etapas de la diferenciación de los mioblastos esqueléticos. Su sitio catalítico involucra al grupo sulfohidrilo de Cys-285 y al anillo imidazol de su His-237. La caspasa-3 His-237 estabiliza el aspartato diana causando la ruptura de la asociación de ICAD y CAD dejando activa la endonucleasa CAD, lo que le permite degradar el ADN cromosómico.

Una vez liberado el inhibidor y para que funcione correctamente, dos monómeros CAD deben unirse para formar un dímero funcional que tenga simetría vertical.

Interacciones

Se ha demostrado que DFFB interactúa con DFFA . [21] [22]

Diferenciación celular

La caspasa 3 es responsable de la diferenciación celular , aunque no está claro cómo este tipo de proteína puede promover la apoptosis celular . Las señales de caspasa resultantes de la activación de la nucleasa CAD indican que la diferenciación celular se debe a una modificación de la estructura de la cromatina por parte de la CAD.

La CAD provoca la iniciación de la rotura de la cadena de ADN, que ocurre durante la diferenciación terminal de algunas células, como las células del músculo esquelético. La orientación del promotor p21 es responsable de inducir la diferenciación celular, que se promueve modificando el microambiente nuclear del ADN. [23]

La diversidad celular se origina por la diferenciación celular, la cual se ha atribuido a la activación de factores de transcripción específicos. También depende de la actividad de una proteína o de una señal común. El factor que parece inducir más diferenciación celular es la proteasa caspasa-3. [24] Esta fue identificada como la penúltima etapa de las vías de apoptosis celular.

Algunos estudios han demostrado que esta diferenciación se debe a muchos sustratos de la quinasa CAD. En el caso de las células esqueléticas, su diferenciación está asociada a la escisión de la quinasa MST1. [25]

Además, se ha visto que la CAD participa en la formación de genomas cuyo ADN se rompe durante etapas tempranas de la diferenciación celular. Además, la Caspasa 3 induce roturas del ADN en el promotor del factor p21 y esta ruptura de la cadena está relacionada con la expresión del gen p21.

Muerte apoptótica celular

La proteína caspasa DNasa es una endonucleasa involucrada en el proceso apoptótico celular que facilita la ruptura del ADN. [26] La muerte apoptótica celular es un proceso ejecutado por cisteína proteasas [27] que permite a los animales mantener su homeostasis , regulada también por otros mecanismos como el crecimiento y la diferenciación celular. Esta respuesta biológica se caracteriza por la degradación del ADN cromosómico en diminutos fragmentos dentro del núcleo de la célula. [28] Después de muchas investigaciones e investigaciones, se pudo asegurar que la DNasa activada por caspasa es la principal responsable de esta destrucción debido a una larga lista de estímulos.

Uno de los experimentos que llevaron a cabo los investigadores para demostrar esta teoría se basó en la introducción de una forma mutada de esta proteína en el interior de células humanas TF-1 y de células Jurkat , que ya habían reaccionado a la forma habitual (no mutada) de la endonucleasa y habían muerto por apoptosis. Como resultado, estas células murieron teniendo en cuenta esta modificación genética pero no mostraron fragmentación del ADN. Esta fue la evidencia clave para demostrar que la forma CAD está implicada en esta parte del proceso porque sin su contribución la fragmentación no se habría producido. [29]

Posteriormente se encontró que la forma como esta proteína induce la ruptura del ADN se explica por sus formas CAD e ICAD, que facilitan tanto la entrada como la salida en el núcleo de la célula. [28]

Referencias

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Lectura adicional