La enzima degradadora de insulina , también conocida como IDE , es una enzima . [4]
La IDE, también conocida como insulina proteasa o insulina-proteasa , es una gran proteasa de unión al zinc de la familia de las metaloproteasas M16 , conocida por escindir múltiples polipéptidos cortos que varían considerablemente en secuencia. Otros miembros de esta familia incluyen la peptidasa de procesamiento mitocondrial [5] y la proteasa de presecuencia [6] .
El gen IDE codifica la proteína enzima degradante de insulina . El gen humano IDE tiene 28 exones y está ubicado en la banda cromosómica 10q23-q25. [4]
Debido al empalme alternativo, la proteína humana enzima degradadora de insulina tiene dos isoformas. La isoforma 1 tiene un tamaño de ~118 kDa y está compuesta por 1019 aminoácidos, mientras que la isoforma 2 tiene un tamaño de ~54,2 kDa [7] y está compuesta por 464 aminoácidos (faltan entre 1 y 555 aminoácidos). El pI teórico calculado de esta isoforma proteica es 6,26. [8] Los estudios estructurales de IDE realizados por Shen et al. [9] han proporcionado información sobre los mecanismos funcionales de la proteasa. Con reminiscencias de la estructura previamente determinada de la proteasa bacteriana pitrilisina, la estructura cristalina de IDE revela unidades terminales N y C definidas que forman una cámara proteolítica que contiene el sitio activo de unión al zinc. Además, parece que la IDE puede existir en dos conformaciones: una conformación abierta, en la que los sustratos pueden acceder al sitio activo, y un estado cerrado, en el que el sitio activo está contenido dentro de la cámara formada por los dos dominios cóncavos. Las mutaciones dirigidas que favorecen la conformación abierta dan como resultado un aumento de 40 veces en la actividad catalítica. Con base en esta observación, se ha propuesto que un posible enfoque terapéutico para el Alzheimer podría implicar cambiar la preferencia conformacional de la IDE al estado abierto y, de esta manera, aumentar la degradación de Aβ, prevenir la agregación e, idealmente, prevenir la pérdida neuronal que conduce a los síntomas de la enfermedad. [9]
La IDE se identificó por primera vez por su capacidad para degradar la cadena B de la hormona insulina . Esta actividad se observó hace más de sesenta años, [10] aunque la enzima específicamente responsable de la escisión de la cadena B se identificó más recientemente. [11] Este descubrimiento reveló una considerable similitud de secuencia de aminoácidos entre la IDE y la proteasa bacteriana previamente caracterizada pitrilisina, lo que sugiere un mecanismo proteolítico común. Desde entonces se ha demostrado que la IDE, que migra a 110 kDa durante la electroforesis en gel en condiciones desnaturalizantes, tiene sustratos adicionales, incluidos los péptidos de señalización glucagón , TGF alfa y β-endorfina . [12]
El descubrimiento de que la IDE puede degradar la beta amiloide (Aβ), un péptido implicado en la patogénesis de la enfermedad de Alzheimer ha estimulado un interés considerable en la IDE . [13] La causa o causas subyacentes de la enfermedad no están claras, aunque la neuropatología primaria observada es la formación de placas amiloides y ovillos neurofibrilares. Un mecanismo hipotético de la enfermedad, llamado hipótesis amiloide, sugiere que el agente causal es el péptido hidrofóbico Aβ, que forma estructuras cuaternarias que, por un mecanismo poco claro, causan la muerte neuronal. Aβ es un subproducto generado como resultado del procesamiento proteolítico de la proteína precursora amiloide (APP) por proteasas conocidas como secretasas β y γ . El papel fisiológico de este procesamiento no está claro, aunque puede desempeñar un papel en el desarrollo del sistema nervioso. [14]
Numerosos estudios in vitro e in vivo han demostrado correlaciones entre la IDE, la degradación de Aβ y la enfermedad de Alzheimer. Los ratones modificados genéticamente para carecer de ambos alelos del gen IDE muestran una disminución del 50% en la degradación de Aβ, lo que resulta en la acumulación cerebral de Aβ. [15] Los estudios de formas heredadas genéticamente de Alzheimer muestran una reducción tanto en la expresión de IDE [16] como en la actividad catalítica [17] entre los individuos afectados. A pesar del papel evidente de la IDE en la enfermedad, se sabe relativamente poco sobre sus funciones fisiológicas. Estas pueden ser diversas, ya que la IDE se ha localizado en varias ubicaciones, incluido el citosol, los peroxisomas, los endosomas, los complejos de proteasomas [18] y la superficie de las células endoteliales cerebrovasculares. [19] Con base en la observación antes mencionada en la estructura de la proteína, se ha propuesto que un posible enfoque terapéutico para el Alzheimer podría implicar cambiar la preferencia conformacional de IDE al estado abierto, y así aumentar la degradación de Aβ, prevenir la agregación e, idealmente, prevenir la pérdida neuronal que conduce a los síntomas de la enfermedad.
Los informes de IDE localizados en el citosol y los peroxisomas [20] han generado inquietudes con respecto a cómo la proteasa podría degradar el Aβ endógeno. Varios estudios han detectado actividad de degradación de insulina en los medios acondicionados de células cultivadas, [21] [22] lo que sugiere la permeabilidad de la membrana celular y, por lo tanto, la posible liberación de IDE de las células permeables. Qiu y sus colegas revelaron la presencia de IDE en los medios extracelulares utilizando anticuerpos contra la enzima. También cuantificaron los niveles de actividad de degradación de Aβ [23] utilizando la elución de la cromatografía en columna. Correlacionar la presencia de IDE y la actividad de degradación de Aβ en el medio acondicionador confirmó que las membranas permeables son responsables de la actividad de IDE extracelular. Sin embargo, otros informes han indicado que se libera a través de exosomas. [24]
Estudios recientes han observado que la oligomerización de Aβ sintético fue inhibida completamente por el sustrato competitivo de IDE, la insulina. [23] Estos hallazgos sugieren que la actividad de IDE es capaz de unir varios fragmentos de Aβ. Qui et al. plantearon la hipótesis de que los fragmentos de Aβ generados por IDE pueden mejorar la oligomerización del péptido Aβ o pueden oligomerizarse a sí mismos. También es completamente posible que IDE pueda mediar la degradación y oligomerización de Aβ mediante acciones independientes que aún deben investigarse.
El mecanismo de la enzima IDE sigue siendo poco conocido. El primer paso de un mecanismo propuesto [25] incluye un grupo hidróxido unido a cinc que realiza un ataque nucleofílico sobre un sustrato de carbono que se materializa en el intermediario INT1. En esta especie, podemos observar que el hidróxido unido a cinc se transfiere completamente al carbono carbonílico del sustrato como consecuencia de la ruptura del enlace Zn2 + −OH. En TS2, el residuo Glu111 rota para asumir la disposición correcta para formar dos enlaces de hidrógeno con el nitrógeno de la amida y el grupo −OH unido al átomo de carbono del sustrato, comportándose así como donador y aceptor de hidrógeno, simultáneamente. La formación del segundo enlace citado favorece el restablecimiento del enlace Zn2 + −OH roto previamente en el nivel INT1. La adición nucleofílica y la protonación del nitrógeno de la amida del péptido es un proceso muy rápido que se cree que ocurre como un solo paso en el proceso catalítico. La especie final en el camino es el producto PROD. [25] Como consecuencia de la transferencia del protón de Glu111 al nitrógeno amida del sustrato que ocurrió en TS3, el enlace N—C del péptido se rompe.
Una mirada a la reacción en su conjunto indica que el paso que determina la velocidad de este proceso es la adición nucleofílica. Después de este punto, el evento catalítico debería continuar sin obstáculos particulares. [26] [27]