La ranpirnasa es una enzima ribonucleasa que se encuentra en los ovocitos de la rana leopardo del norte ( Rana pipiens ). "La ranpirnasa es un miembro de la superfamilia de proteínas de la ribonucleasa pancreática (RNasa A) y degrada los sustratos de ARN con una secuencia de preferencia por los nucleótidos de uracilo y guanina ". Junto con la anfinasa , otra ribonucleasa de la rana leopardo, la ranpirnasa se ha estudiado como un posible tratamiento antiviral y contra el cáncer debido a su mecanismo inusual de citotoxicidad probado contra células transformadas y su actividad antiviral. [2]
La ranpirnasa fue descubierta originalmente por científicos de TamirBio, [3] una empresa de biotecnología (anteriormente Alfacell Corporation), donde se probó en ensayos preclínicos [4] y en ensayos clínicos bajo el nombre de Pannon u Onconase , y TMR004 . El mecanismo de acción de la ranpirnasa se ha atribuido a la vía de interferencia del ARN , potencialmente mediante la escisión de moléculas de ARNip ; [5] a la escisión del ARN de transferencia ; [2] y a la interferencia con la vía NF-κB . [6] Actualmente (a marzo de 2020) la ranpirnasa se encuentra en ensayos clínicos como un posible antiviral. [7]
El sistema EC, o sistema de clasificación de enzimas, se creó para estandarizar los nombres de las enzimas y también para permitir la asociación del tipo y función de la reacción enzimática. El número EC de Ranpirnase es EC 4.6.1.18, [8] pero anteriormente era EC 3.1.27.5. [9] Esto significa que la ranpirnasa está en la clase 4, subclase 6, subsubclase 1 y número de serie 18. La clase 4 se considera liasa, mientras que la subclase 4.6.1 clasifica además la enzima como una liasa de fósforo-oxígeno. En última instancia, la ranpirnasa puede clasificarse como una ribonucleasa pancreática. [8]
La vía de reacción de la ranpirnasa la inicia la enzima que se adhiere a la superficie de la célula objetivo. Luego, la ranpirnasa penetra y entra en la célula mediante endocitosis dependiente de energía. Una vez en la célula, la ranpirnasa se dirige a través del aparato de Golgi al citosol, donde la enzima puede descomponer selectivamente el ARNt, ignorando el ARNr y el ARNm. La ranpirnasa degrada el ARNt facilitando la escisión del enlace P-O5' que se encuentra en el ARN, específicamente en el lado 3' de los nucleósidos de pirimidina. Como resultado de este proceso de degradación del ARN, se dificulta la síntesis de proteínas. Esta inhibición de la síntesis de proteínas contribuye a los efectos citostáticos y citotóxicos de la ranpirnasa. [10]
La ranpirnasa se encuentra en los ovocitos de Rana pipiens, también conocida como rana leopardo del norte. Estos ovocitos tienen dos variaciones similares de ribonucleasa A pancreática, que exhiben propiedades citostáticas y citotóxicas. La ranpirnasa contiene 104 residuos de aminoácidos, lo que la convierte en el miembro identificado más pequeño de la superfamilia de la ARNasa A. En general, la ranpirnasa se considera una pequeña proteína de cadena sencilla que tiene un peso molecular de alrededor de 12.000 Da. Una vez que se aisló la ranpirnasa de los ovocitos, se descubrió que la ranpirnasa es polimórfica en la posición del aminoácido 25. Específicamente, esta posición ha sido ocupada históricamente por los aminoácidos Thr, pero también se han identificado aminoácidos Ser. Sin embargo, esta sustitución no parece cambiar la función de la enzima. Además, la ranpirnasa contiene 4 enlaces disulfuro que le dan a la enzima una alta estabilidad térmica. [2]
Una vez en la célula, la ranpirnasa desempeña un papel tanto citostático como citotóxico. Citostáticamente, la ranpirnasa detiene el ciclo celular en G1, pero al mismo tiempo actúa como citotoxina. Existe evidencia que indica que el daño causado al ARNt es irreversible y puede servir como una señal proapoptótica; sin embargo, esto parece depender de enzimas adicionales que ayudan en la muerte celular programada. La ranpirnasa parece ser más activa y eficaz contra las células tumorales en comparación con las células normales. Dentro de estas células tumorales, la ranpirnasa activa una vía de transducción de señales llamada proteína quinasa activada por estrés o SAPK. SAPK1 contiene los alelos JNK-1 y -2 que son atacados y alterados por la ranpirnasa. Estas JNK desempeñan un papel importante como moderadores de los efectos citotóxicos inducidos por la ranpirnasa. En última instancia, la ranpirnasa parece ser más apoptótica en las células cancerosas debido a la inducción de múltiples vías proapoptóticas. [10]
La estructura cristalina de la ranpirnasa contiene un segmento que abarca el comienzo de una hélice. Aquí es donde la cadena principal asume una conformación tensa que conduce a desviaciones notables de la planaridad dentro de los enlaces peptídicos de esta enzima. Específicamente, los enlaces peptídicos de Ser39, Arg40 y Pro41 experimentan ángulos diédricos ω de 160,0, 192,1 y 193,5 °, respectivamente. Las orientaciones de las cadenas laterales de Arg40 y Glu42 están claramente definidas y el grupo guanidino de Arg40 se alinea con un ion sulfato. [9]
El sitio activo de la ranpirnasa abarca una tríada catalítica que se encuentra comúnmente en la superfamilia de la ARNasa A. Esta tríada catalítica consta de His10, Lys31 y His97. Además de la tríada catalítica común, la ranpirnasa tiene dos residuos de sitio activo adicionales: Lys9 y un residuo de piroglutamato N-terminal. Estos sitios activos adicionales se crean dentro del retículo endoplasmático mediante la ciclación cotraduccional de su glutamina codificada. [11]
La estructura de la ranpirnasa parece tener un impacto en su función. Específicamente, los estudios sugieren que la ranpirnasa utiliza interacciones de Coulombic, así como un sistema de enlaces de hidrógeno para ajustar la especificidad del sustrato. Además, se ha visto que los cambios intencionales en los reemplazos de aminoácidos también pueden modificar la especificidad del sustrato. Los estudios también han investigado las características estructurales que subyacen a la reducida actividad catalítica de la ranpirnasa. Esta disminución de la actividad catalítica se asocia con una baja afinidad por el sustrato. Una solución a esto parece ser la sustitución de T5R. Se diseña una sustitución de T5R para establecer una interacción Coulombic exitosa entre la ranpirnasa y un grupo fosforilo en el ARN. Esto resultó entonces en una doble mejora de la actividad ribonucleolítica. [1]