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Sintetasa de lanosterol

La lanosterol sintasa ( EC 5.4.99.7) es una enzima oxidoescualeno ciclasa (OSC) que convierte el ( S )-2,3-oxidoescualeno en un catión protosterol y finalmente en lanosterol . [5] El lanosterol es un intermediario clave de cuatro anillos en la biosíntesis del colesterol . [6] [7] En los humanos, la lanosterol sintasa está codificada por el gen LSS . [8] [9]

En los eucariotas , la lanosterol sintasa es una proteína monotópica integral asociada con el lado citosólico del retículo endoplásmico . [10] Algunas evidencias sugieren que la enzima es una proteína soluble, no unida a la membrana en los pocos procariotas que la producen. [11]

Debido al papel de la enzima en la biosíntesis del colesterol , existe interés en los inhibidores de la lanosterol sintasa como posibles fármacos reductores del colesterol, para complementar las estatinas existentes . [12]

Mecanismo

Perfil de longitud completa.
Figura 1: Mecanismo de la sintetasa de lanosterol. Los intermediarios carbocatiónicos discretos muestran la naturaleza no concertada del mecanismo.

Aunque se han obtenido algunos datos sobre el mecanismo mediante el uso de inhibidores suicidas , estudios de mutagénesis y modelos de homología , aún no se entiende completamente cómo la enzima cataliza la formación de lanosterol . [12]

Protonación inicial del epóxido y apertura del anillo.

Antes de la adquisición de la estructura cristalina de rayos X de la proteína , se utilizó mutagénesis dirigida al sitio para determinar los residuos clave para la actividad catalítica de la enzima. Se determinó que un residuo de ácido aspártico (D455) y dos residuos de histidina (H146 y H234) eran esenciales para la función enzimática. Corey et al. plantearon la hipótesis de que el ácido aspártico actúa protonando el anillo epóxido del sustrato, aumentando así su susceptibilidad al ataque intramolecular por el doble enlace más cercano , con H146 posiblemente intensificando la capacidad donante de protones del ácido aspártico a través de enlaces de hidrógeno . [13] Después de la adquisición de la estructura cristalina de rayos X de la enzima, se confirmó el papel de D455 como donante de protones al epóxido del sustrato, aunque se encontró que es más probable que D455 se estabilice por enlaces de hidrógeno de dos residuos de cisteína (C456 y C533) que de la histidina sugerida anteriormente. [12]

Formación de anillos en cascada

La protonación del epóxido activa el sustrato, lo que desencadena una cascada de reacciones de formación de anillos. Se forman cuatro anillos en total (A a D), lo que produce la cadena principal de colesterol . [12] Aunque en el pasado se había considerado la idea de una formación concertada de los cuatro anillos, los estudios cinéticos con análogos del ( S )-2,3-oxidoscualeno mostraron que la formación del producto se logra a través de intermediarios de carbocatión discretos (ver Figura 1 ). El aislamiento de productos monocíclicos y bicíclicos a partir de mutantes de la lanosterol sintasa ha debilitado aún más la hipótesis de un mecanismo concertado. [14] [15] Sin embargo, la evidencia sugiere que la apertura del anillo de epóxido y la formación del anillo A están concertadas. [16]

Estructura

La lanosterol sintasa es una proteína monomérica de dos dominios [10] compuesta por dos dominios de barril conectados (α/α) y tres estructuras β más pequeñas . El sitio activo de la enzima está en el centro de la proteína, cerrado por un canal estrecho. El paso del sustrato ( S )-2,3-epoxiescualeno a través del canal requiere un cambio en la conformación de la proteína . En eucariotas , una superficie hidrofóbica (6% de la superficie total de la enzima) es la región de unión a la membrana del RE (ver Figura 2 ). [12]

La enzima contiene cinco regiones de huellas dactilares que contienen motivos Gln - Trp , que también están presentes en la enzima bacteriana altamente análoga escualeno-hopeno ciclasa . [12] Los residuos de estas regiones de huellas dactilares contienen cadenas laterales apiladas que se cree que contribuyen a la estabilidad de la enzima durante las reacciones de ciclización altamente exergónicas catalizadas por la enzima. [17]

Función

Catálisis de la formación de lanosterol

La lanosterol sintasa cataliza la conversión de ( S )-2,3-epoxiescualeno a lanosterol , un intermediario clave de cuatro anillos en la biosíntesis del colesterol . [6] [7] Por lo tanto, a su vez proporciona el precursor de estrógenos , andrógenos , progestágenos , glucocorticoides , mineralocorticoides y neuroesteroides . En eucariotas la enzima está unida al lado citosólico de la membrana del retículo endoplasmático . [10] Si bien la síntesis de colesterol se asocia principalmente con eucariotas , se ha encontrado que pocos procariotas expresan lanosterol sintasa; se ha encontrado como una proteína soluble en Methylococcus capsulatus . [11]

Catálisis de la formación de epoxilanosterol

La lanosterol sintasa también cataliza la ciclización de 2,3;22,23-diepoxiscualeno a 24( S ),25-epoxilanosterol, [18] que luego se convierte en 24( S ),25-epoxicolesterol. [19] Dado que la afinidad enzimática por este segundo sustrato es mayor que por el monoepoxi ( S )-2,3-epoxiscualeno, bajo inhibición parcial la conversión de 2,3;22,23-diepoxiscualeno a 24( S ),25-epoxilanosterol se favorece sobre la síntesis de lanosterol . [20] Esto tiene relevancia para la prevención y el tratamiento de enfermedades.

Importancia clínica

Inhibidores enzimáticos como fármacos para reducir el colesterol

Ha crecido el interés en los inhibidores de la sintetasa de lanosterol como fármacos para reducir el colesterol en sangre y tratar la aterosclerosis . Los fármacos estatinas ampliamente populares que se utilizan actualmente para reducir el colesterol LDL (lipoproteína de baja densidad) funcionan inhibiendo la actividad de la HMG-CoA reductasa . [6] Debido a que esta enzima cataliza la formación de precursores mucho antes del ( S )-2,3-epoxiescualeno y el colesterol, las estatinas pueden influir negativamente en las cantidades de intermediarios necesarios para otras vías biosintéticas (por ejemplo, la síntesis de isoprenoides , coenzima Q ). Por lo tanto, la sintetasa de lanosterol, que está más estrechamente vinculada a la biosíntesis del colesterol que la HMG-CoA reductasa , es un objetivo farmacológico atractivo. [21]

Se cree que los inhibidores de la sintetasa de lanosterol reducen el colesterol LDL y VLDL mediante un mecanismo de control dual. Los estudios en los que se inhibe parcialmente la sintetasa de lanosterol han demostrado tanto una disminución directa de la formación de lanosterol como una disminución de la actividad de la HMG-CoA reductasa . Se cree que el oxisterol 24( S ),25-epoxilanosterol, que se forma preferentemente sobre el lanosterol durante la inhibición parcial de la sintetasa de lanosterol, es responsable de esta inhibición de la actividad de la HMG-CoA reductasa . [22]

Evolución

Se cree que las oxidoescualeno ciclasas (OSC, la clase a la que pertenece la lanosterol ciclasa) evolucionaron a partir de la escualeno-hopeno ciclasa bacteriana (SHC), que está involucrada en la formación de hopanoides . Los árboles filogenéticos construidos a partir de las secuencias de aminoácidos de las OSC en diversos organismos sugieren un único ancestro común, y que la vía de síntesis evolucionó solo una vez. [23] El descubrimiento de esteranos , incluido el colestano, en esquistos de 2.700 millones de años de antigüedad del cratón de Pilbara , Australia , sugiere que los eucariotas con OSC y maquinaria esteroidea compleja estuvieron presentes temprano en la historia de la Tierra. [24]

Referencias

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Lectura adicional

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