La tirosinasa es una oxidasa que es la enzima limitante de la velocidad para controlar la producción de melanina . La enzima está involucrada principalmente en dos reacciones distintas de la síntesis de melanina, también conocida como la vía de Raper-Mason. En primer lugar, la hidroxilación de un monofenol y, en segundo lugar, la conversión de un o-difenol en la o-quinona correspondiente. La o-quinona sufre varias reacciones para finalmente formar melanina. [5] La tirosinasa es una enzima que contiene cobre presente en los tejidos vegetales y animales que cataliza la producción de melanina y otros pigmentos a partir de tirosina por oxidación. Se encuentra dentro de los melanosomas que se sintetizan en los melanocitos de la piel . En los humanos, la enzima tirosinasa está codificada por el gen TYR . [6]
La especificidad del sustrato se restringe drásticamente en la tirosinasa de mamíferos, que utiliza solo la forma L de tirosina o DOPA como sustratos y tiene un requerimiento restringido de L-DOPA como cofactor. [7]
Las tirosinasas se han aislado y estudiado de una amplia variedad de especies de plantas, animales y hongos. Las tirosinasas de diferentes especies son diversas en términos de sus propiedades estructurales, distribución tisular y ubicación celular. [9]
No se ha encontrado una estructura de proteína tirosinasa común en todas las especies. [10] Las enzimas que se encuentran en el tejido vegetal, animal y fúngico difieren con frecuencia con respecto a su estructura primaria, tamaño, patrón de glicosilación y características de activación. Sin embargo, todas las tirosinasas tienen en común un centro de cobre binuclear de tipo 3 dentro de sus sitios activos . Aquí, dos átomos de cobre están coordinados cada uno con tres residuos de histidina .
La tirosinasa de los mamíferos es una proteína transmembrana que atraviesa una sola membrana . [12] En los humanos, la tirosinasa se clasifica en melanosomas [13] y el dominio catalíticamente activo de la proteína reside dentro de los melanosomas. Solo una pequeña parte de la proteína, no esencial desde el punto de vista enzimático, se extiende hasta el citoplasma del melanocito .
A diferencia de la tirosinasa fúngica, la tirosinasa humana es una glicoproteína unida a la membrana y tiene un contenido de carbohidratos del 13%. [14]
El alelo derivado TYR (rs2733832) está asociado con una pigmentación de la piel más clara en las poblaciones humanas. Es más común en Europa , pero también se encuentra en frecuencias más bajas y moderadas en Asia central , Oriente Medio , el norte de África y entre los pigmeos san y mbuti . [15]
Bacteriano
Se propone que en las turberas, las tirosinasas bacterianas actúan como reguladores clave del almacenamiento de carbono al eliminar compuestos fenólicos , que inhiben la degradación del carbono orgánico . [16]
Hongo
En el hongo Neurospora crassa , se distinguieron cuatro formas diferentes de tirosinasa entre diferentes cepas. [17] En cada cepa solo se encontró una región genética determinante de la estructura de la enzima.
Una mutación en el gen de la tirosinasa que produce una producción deficiente de tirosinasa conduce al albinismo oculocutáneo tipo I , un trastorno hereditario que afecta a una de cada 20.000 personas. [21]
La actividad de la tirosinasa es muy importante. Si no se controla durante la síntesis de melanina , se produce un aumento de la síntesis de melanina. La disminución de la actividad de la tirosinasa se ha utilizado para mejorar o prevenir afecciones relacionadas con la hiperpigmentación de la piel, como el melasma y las manchas de la edad . [22]
Se sabe que varios polifenoles, incluidos los flavonoides o estilbenos , análogos de sustratos, eliminadores de radicales libres y quelantes de cobre, inhiben la tirosinasa. [23] Por lo tanto, las industrias médica y cosmética están centrando la investigación en los inhibidores de la tirosinasa para tratar los trastornos de la piel. [5]
Inhibidores
Los inhibidores de la tirosinasa conocidos son los siguientes: [24]
Aunque el albinismo es común, sólo se han realizado unos pocos estudios sobre las mutaciones genéticas en los genes de la tirosinasa de los animales. Uno de ellos fue en Bubalus bubalis (búfalo de agua). La secuencia de ARNm de la tirosinasa del B. bubalis de tipo salvaje tiene 1.958 pares de bases (pb) con un marco de lectura abierto (ORF) de 1.593 pb de longitud, lo que se traduce en 530 aminoácidos. Mientras tanto, el gen de la tirosinasa del B. bubalis albino (GenBank JN_887463) está truncado en la posición 477, causado por una mutación puntual en el nucleótido 1431 que convierte un triptófano (TGG) en un codón de terminación (TGA), lo que resulta en un gen de tirosinasa más corto e inactivo. [25] Otros albinos tienen mutaciones puntuales que parecen inactivar la tirosinasa sin truncamiento (ver la tabla y la figura para ejemplos).
Sabiendo que hay unos pocos estudios sobre los datos genómicos del gen de la tirosinasa, solo hay un puñado de estudios sobre las mutaciones en anfibios albinos . Miura et al. (2018) investiga las mutaciones de aminoácidos en el gen de la tirosinasa en tres ranas albinas : Pelophylax nigromaculatus (rana de estanque), Glandirana rugosa (rana arrugada) y Fejervarya kawamurai (rana de arroz). En total, se estudiaron cinco poblaciones diferentes, de las cuales tres eran P. nigromaculatus y una de G. rugosa y F. kawamurai . En dos de las tres poblaciones de P. nigromaculatus , hubo una mutación de cambio de marco debido a la inserción de una timina dentro de los exones 1 y 3, y la tercera población carecía de tres nucleótidos que codificaban una lisina en el exón 1. La población de G. rugosa tenía una mutación sin sentido donde había una sustitución de aminoácidos de una glicina a ácido aspártico , y la mutación de F. kawamurai también fue una sustitución de aminoácidos de glicina a arginina . La mutación para G. rugosa y F. kawamurai ocurre en los exones 1 y 3. Las mutaciones de la tercera población de P. nigromaculatus , y las mutaciones de G. rugosa y F. kawamurai ocurrieron en áreas que están altamente conservadas entre los vertebrados , lo que podría resultar en un gen de tirosinasa disfuncional. [26]
En la industria alimentaria, se desea la inhibición de la tirosinasa ya que la tirosinasa cataliza la oxidación de los compuestos fenólicos que se encuentran en las frutas y verduras en quinonas , lo que da un sabor y color indeseables y también disminuye la disponibilidad de ciertos aminoácidos esenciales, así como la digestibilidad de los productos. Como tal, también se necesitan inhibidores de la tirosinasa altamente efectivos en la agricultura y la industria alimentaria. [14] Los inhibidores de la tirosinasa bien conocidos incluyen ácido kójico , [32] tropolona , [33] cumarinas , [34] ácido vainílico , vainillina y alcohol vainílico . [35]
En la industria cosmética
La tez más clara de la piel se ha asociado con la juventud y la belleza en varias culturas asiáticas. La investigación reciente de las empresas de cosméticos se ha centrado en el desarrollo de nuevos agentes blanqueadores que suprimen selectivamente la actividad de la tirosinasa para reducir la hiperpigmentación evitando al mismo tiempo la citotoxicidad de los melanocitos sanos . [36] Los agentes farmacológicos tradicionales como los corticosteroides , la hidroquinona y el cloruro de aminoácido aclaran la piel a través de la inhibición de la maduración de los melanocitos. [37] Sin embargo, estos agentes están asociados con efectos adversos. Las empresas de cosméticos se han centrado en el desarrollo de nuevos agentes blanqueadores que supriman selectivamente la actividad de la tirosinasa para reducir la hiperpigmentación evitando al mismo tiempo la citotoxicidad de los melanocitos, ya que la tirosinasa es el paso limitante de la velocidad de la vía de la melanogénesis.
En los insectos
La tirosinasa tiene una amplia gama de funciones en los insectos, entre ellas la cicatrización de heridas, la esclerotización , la síntesis de melanina y la encapsulación de parásitos. Como resultado, es una enzima importante ya que es el mecanismo de defensa de los insectos. Algunos insecticidas tienen como objetivo inhibir la tirosinasa. [14]
En polímeros inspirados en el pegamento de mejillón
^ abc GRCh38: Lanzamiento de Ensembl 89: ENSG00000077498 – Ensembl , mayo de 2017
^ abc GRCm38: Lanzamiento de Ensembl 89: ENSMUSG00000004651 – Ensembl , mayo de 2017
^ "Referencia de PubMed humana:". Centro Nacional de Información Biotecnológica, Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
^ "Referencia de PubMed sobre ratón". Centro Nacional de Información Biotecnológica, Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
^ ab Kumar CM, Sathisha UV, Dharmesh S, Rao AG, Singh SA (marzo de 2011). "Interacción del sesamol (3,4-metilendioxifenol) con la tirosinasa y su efecto sobre la síntesis de melanina". Biochimie . 93 (3): 562–9. doi :10.1016/j.biochi.2010.11.014. PMID 21144881.
^ Barton DE, Kwon BS, Francke U (julio de 1988). "El gen de la tirosinasa humana, mapeado en el cromosoma 11 (q14----q21), define una segunda región de homología con el cromosoma 7 del ratón". Genómica . 3 (1): 17–24. doi :10.1016/0888-7543(88)90153-X. PMID 3146546.
^ Audiencia de VJ, Ekel TM, Montague PM, Nicholson JM (febrero de 1980). "Tirosinasa de mamíferos. Estequiometría y medición de productos de reacción". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Enzimología . 611 (2): 251–68. doi :10.1016/0005-2744(80)90061-3. PMID 6766744.
^ PDB : 1WX3 ; Matoba Y, Kumagai T, Yamamoto A, Yoshitsu H, Sugiyama M (2006). "Evidencia cristalográfica de que el centro de cobre dinuclear de la tirosinasa es flexible durante la catálisis". J. Biol. Chem . 281 (13): 8981–8990. doi : 10.1074/jbc.M509785200 . PMID 16436386.
^ Mayer AM (noviembre de 2006). "Polifenooxidasas en plantas y hongos: ¿hacia dónde van? Una revisión". Fitoquímica . 67 (21): 2318–31. Bibcode :2006PChem..67.2318M. doi :10.1016/j.phytochem.2006.08.006. PMID 16973188.
^ Jaenicke E, Decker H (abril de 2003). "Las tirosinasas de los crustáceos forman hexámeros". The Biochemical Journal . 371 (parte 2): 515–23. doi :10.1042/BJ20021058. PMC 1223273 . PMID 12466021.
^ Mayer AM (noviembre de 2006). "Polyphenol oxidases in plants and fungi: going places? A review" (Polifenoles oxidasas en plantas y hongos: ¿llegando a algún lugar? Una revisión). Fitoquímica . 67 (21): 2318–31. Bibcode :2006PChem..67.2318M. doi :10.1016/j.phytochem.2006.08.006. PMID 16973188.
^ Kwon BS, Haq AK, Pomerantz SH, Halaban R (noviembre de 1987). "Aislamiento y secuenciación de un clon de ADNc para la tirosinasa humana que se localiza en el locus c-albino del ratón". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 84 (21): 7473–7. Bibcode :1987PNAS...84.7473K. doi : 10.1073/pnas.84.21.7473 . PMC 299318 . PMID 2823263.
^ Theos AC, Tenza D, Martina JA, Hurbain I, Peden AA, Sviderskaya EV, Stewart A, Robinson MS, Bennett DC, Cutler DF, Bonifacino JS, Marks MS, Raposo G (noviembre de 2005). "Funciones de la proteína adaptadora (AP)-3 y AP-1 en la clasificación de la tirosinasa desde los endosomas a los melanosomas". Biología molecular de la célula . 16 (11): 5356–72. doi :10.1091/mbc.E05-07-0626. PMC 1266432 . PMID 16162817.
^ abc Kim YJ, Uyama H (agosto de 2005). "Inhibidores de tirosinasa de fuentes naturales y sintéticas: estructura, mecanismo de inhibición y perspectivas para el futuro". Ciencias de la vida celular y molecular . 62 (15): 1707–23. doi :10.1007/s00018-005-5054-y. PMC 11139184. PMID 15968468. S2CID 8280251 .
^ "Frecuencia alélica para el sitio polimórfico: rs2733832". ALFRED. Archivado desde el original el 20 de agosto de 2016. Consultado el 23 de junio de 2016 .
^ Panis F, Krachler RF, Krachler R, Rompel A (junio de 2021). "Expresión, purificación y caracterización de una tirosinasa bien adaptada de turberas identificada mediante análisis parcial de la comunidad". Environmental Science & Technology . 55 (16): 11445–11454. Bibcode :2021EnST...5511445P. doi :10.1021/acs.est.1c02514. PMC 8375020 . PMID 34156250.
^ HOROWITZ NH, FLING M, MACLEOD H, SUEOKA N (agosto de 1961). "Un estudio genético de dos nuevas formas estructurales de tirosinasa en Neurospora". Genética . 46 (8): 1015–24. doi :10.1093/genetics/46.8.1015. PMC 1210246 . PMID 13715943.
^ Hou L, Panthier JJ, Arnheiter H (diciembre de 2000). "Señalización y regulación transcripcional en el linaje de melanocitos derivados de la cresta neural: interacciones entre KIT y MITF". Desarrollo . 127 (24): 5379–89. doi :10.1242/dev.127.24.5379. PMID 11076759.
^ Hoek KS, Schlegel NC, Eichhoff OM, Widmer DS, Praetorius C, Einarsson SO, Valgeirsdottir S, Bergsteinsdottir K, Schepsky A, Dummer R, Steingrimsson E (diciembre de 2008). "Nuevos objetivos de MITF identificados mediante una estrategia de microarray de ADN de dos pasos". Pigment Cell & Melanoma Research . 21 (6): 665–76. doi : 10.1111/j.1755-148X.2008.00505.x . PMID 19067971.
^ MS Eller, K. Ostrom y BA Gilchrest, “El daño del ADN mejora la melanogénesis”, Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América, vol. 93, núm. 3, págs. 1087-1092, 1996
^ Witkop CJ (octubre de 1979). "Albinismo: enfermedad hematológica por almacenamiento, susceptibilidad al cáncer de piel y defectos neuronales ópticos compartidos en todos los tipos de albinismo oculocutáneo y ocular". The Alabama Journal of Medical Sciences . 16 (4): 327–30. PMID 546241.
^ Ando H, Kondoh H, Ichihashi M, Hearing VJ (abril de 2007). "Enfoques para identificar inhibidores de la biosíntesis de melanina a través del control de calidad de la tirosinasa". The Journal of Investigative Dermatology . 127 (4): 751–61. doi : 10.1038/sj.jid.5700683 . PMID 17218941.
^ Chang TS (junio de 2009). "Una revisión actualizada de los inhibidores de la tirosinasa". Revista internacional de ciencias moleculares . 10 (6): 2440–75. doi : 10.3390/ijms10062440 . PMC 2705500 . PMID 19582213.
^ Pillaiyar T, Manickam M, Namasivayam V (diciembre de 2017). "Agentes blanqueadores de la piel: perspectiva de la química medicinal de los inhibidores de la tirosinasa". Revista de inhibición enzimática y química medicinal . 32 (1): 403–425. doi :10.1080/14756366.2016.1256882. PMC 6010116. PMID 28097901 .
^ Damé, María Cecília Florisbal; Xavier, Gildenor Medeiros; Oliveira-Filho, José Paes; Borges, Alexandre Secorun; Oliveira, Henrique Nunes; Riet-Correa, Franklin; Schild, Ana Lucía (20 de julio de 2012). "Una mutación sin sentido en el gen de la tirosinasa provoca albinismo en el búfalo de agua". Genética BMC . 13 : 62. doi : 10.1186/1471-2156-13-62 . ISSN 1471-2156. PMC 3411452 . PMID 22817390.
^ ab Miura, Ikuo; Tagami, Masataka; Fujitani, Takeshi; Ogata, Mitsuaki (10 de febrero de 2018). "Mutaciones espontáneas de tirosinasa identificadas en albinos de tres especies de ranas salvajes". Genes & Genetic Systems . 92 (4): 189–196. doi : 10.1266/ggs.16-00061 . ISSN 1880-5779. PMID 28674275.
^ Kim, Young-Hyun; Park, Sang-Je; Choe, Se-Hee; Lee, Ja-Rang; Cho, Hyeon-Mu; Kim, Sun-Uk; Kim, Ji-Su; Sim, Bo-Woong; Song, Bong-Seok; Lee, Youngjeon; Jin, Yeung Bae; Hong, Jung-Joo; Jeong, Kang-Jin; Kang, Philyong; Baek, Seung-Ho; Lee, Sang-Rae; Huh, Jae-Won; Chang, Kyu-Tae (2017). "Identificación y caracterización del gen de la tirosinasa (TYR) y sus variantes de transcripción (TYR_1 y TYR_2) en el macaco cangrejero (Macaca fascicularis)". Gene . 630 : 21–27. doi : 10.1016/j.gene.2017.07.047 . Número de modelo: PMID28756020.
^ Agnes Camacho-Hubner, Christelle Richard, Friedrich Beermann (20 de febrero de 2022). "Estructura genómica y conservación evolutiva de la familia de genes de tirosinasa de Fugu". Gene . 285 (1–2): 59–68. doi :10.1016/s0378-1119(02)00411-0. PMID 12039032.{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
^ Rosaria Esposito, Salvatore D'Aniello, Paola Squarzoni, Maria Rosa Pezzotti, Filomena Ristoratore y Antonietta Spagnuolo (2012). "Nuevos conocimientos sobre la evolución de la familia de genes de tirosinasa metazoaria". MÁS UNO . 7 (4): e35731. Código Bib : 2012PLoSO...735731E. doi : 10.1371/journal.pone.0035731 . PMC 3334994 . PMID 22536431.{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
^ Aguilera, Felipe; McDougall, Carmel; Degnan, Bernard M. (1 de mayo de 2013). "Origen, evolución y clasificación de las proteínas de cobre tipo 3: expansiones y pérdidas de genes específicos de linaje en los metazoos". BMC Evolutionary Biology . 13 (1): 96. Bibcode :2013BMCEE..13...96A. doi : 10.1186/1471-2148-13-96 . ISSN 1471-2148. PMC 3658974 . PMID 23634722.
^ F. Murisier y F. Beermann (2006). "Genética de las células pigmentarias: lecciones de la familia de genes de la tirosinasa". Histología e histopatología . 21 (5): 567–578. PMID 16493586.
^ Mendes E, Perry Mde J, Francisco AP (mayo de 2014). "Diseño y descubrimiento de inhibidores de la tirosinasa de hongos y sus aplicaciones terapéuticas". Opinión de expertos sobre el descubrimiento de fármacos . 9 (5): 533–54. doi :10.1517/17460441.2014.907789. PMID 24708040. S2CID 12589166.
^ Rescigno A, Sollai F, Pisu B, Rinaldi A, Sanjust E (agosto de 2002). "Inhibición de la tirosinasa: aspectos generales y aplicados". Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry . 17 (4): 207–18. doi : 10.1080/14756360210000010923 . PMID 12530473.
^ Sollai F, Zucca P, Sanjust E, Steri D, Rescigno A (diciembre de 2008). "Umbeliferona y esculetina: ¿inhibidores o sustratos para las polifenol oxidasas?". Biological & Pharmaceutical Bulletin . 31 (12): 2187–93. doi : 10.1248/bpb.31.2187 . hdl : 11584/105440 . PMID 19043197.
^ Rescigno A, Casañola-Martin GM, Sanjust E, Zucca P, Marrero-Ponce Y (marzo de 2011). "Derivados de vanilloides como inhibidores de la tirosinasa impulsados por modelos QSAR basados en detección virtual". Drug Testing and Analysis . 3 (3): 176–81. doi :10.1002/dta.187. PMID 21125547.
^ Qian, W., Liu, W., Zhu, D., Cao, Y., Tang, A., Gong, G., Su, H."Compuestos naturales blanqueadores de la piel para el tratamiento de la melanogénesis (revisión)". Medicina experimental y terapéutica 20.1 (2020): 173-185.
^ Lajis AFB y Ariff AB: Descubrimiento de nuevos compuestos despigmentantes y su eficacia para tratar la hiperpigmentación: evidencia de un estudio in vitro. J Cosmet Dermatol. 18:703–727. 2019.
^ Horsch J, Wilke P, Pretzler M, Seuss M, Melnyk I, Remmler D, et al. (noviembre de 2018). "Polimerización como lo hacen los mejillones: hacia proteínas sintéticas de la pata de mejillón y pegamentos resistentes". Angewandte Chemie . 57 (48): 15728–15732. doi :10.1002/anie.201809587. PMC 6282983 . PMID 30246912.
^ Arias S, Amini S, Horsch J, Pretzler M, Rompel A, Melnyk I, et al. (octubre de 2020). "Hacia proteínas artificiales de pegamento de mejillón: diferenciación de módulos de secuencia para adhesión y cohesión conmutable". Angewandte Chemie . 59 (42): 18495–18499. doi :10.1002/anie.202008515. PMC 7590116 . PMID 32596967.
Enlaces externos
Entrada en GeneReviews/NCBI/NIH/UW sobre albinismo oculocutáneo tipo 1