La transglutaminasa tisular (abreviada como tTG o TG2 ) es una enzima dependiente de calcio de 78 kDa ( EC 2.3.2.13) de la familia de las γ-glutamiltransferasas de proteína-glutamina (o simplemente familia de las transglutaminasas ). [5] [6] Al igual que otras transglutaminasas, reticula proteínas entre un grupo ε - amino de un residuo de lisina y un grupo γ- carboxamida de un residuo de glutamina , creando un enlace inter o intramolecular que es altamente resistente a la proteólisis (degradación de proteínas). Además de su función de reticulación, la tTG cataliza otros tipos de reacciones, incluidas la desamidación , la unión/hidrolización de GTP y las actividades de isopeptidasa. [7] A diferencia de otros miembros de la familia de las transglutaminasas, la tTG se puede encontrar tanto en los espacios intracelulares como extracelulares de varios tipos de tejidos y se encuentra en muchos órganos diferentes, incluidos el corazón, el hígado y el intestino delgado. La tTG intracelular es abundante en el citosol , pero también se pueden encontrar cantidades más pequeñas en el núcleo y las mitocondrias . [6] Se cree que la tTG intracelular desempeña un papel importante en la apoptosis . [8] En el espacio extracelular, la tTG se une a las proteínas de la matriz extracelular (ECM), [9] uniéndose particularmente fuerte a la fibronectina . [10] La tTG extracelular se ha relacionado con la adhesión celular, la estabilización de la ECM, la cicatrización de heridas, la señalización de receptores, la proliferación celular y la motilidad celular. [6]
La tTG es el autoantígeno de la enfermedad celíaca , una enfermedad crónica en la que el consumo de gluten en la dieta provoca una respuesta inmunitaria patológica que provoca la inflamación del intestino delgado y la posterior atrofia de las vellosidades . [11] [12] [13] También se ha implicado en la fisiopatología de muchas otras enfermedades, incluidos muchos tipos de cáncer y enfermedades neurodegenerativas. [14]
El gen tTG humano se encuentra en el cromosoma 20 (20q11.2-q12).
TG2 es una enzima multifuncional que pertenece a las transglutaminasas que catalizan la reticulación de proteínas por enlaces isopeptídicos épsilon-(gamma-glutamil)lisina. [15] De manera similar a otras transglutaminasas, tTG consta de un sitio de unión de GTP/GDP, un dominio catalítico , dos barriles beta y un sándwich beta . [16] Las estructuras cristalinas de TG2 con GDP , GTP o ATP unidos han demostrado que estas formas de TG2 adoptan una conformación "cerrada", mientras que TG2 con el sitio activo ocupado por un imitador de péptido de gluten inhibidor u otros inhibidores similares adopta una conformación "abierta". [17] [18] [19] En la conformación abierta, los cuatro dominios de TG2 están dispuestos en una configuración extendida, lo que permite la actividad catalítica, mientras que en la conformación cerrada, los dos dominios C-terminales están plegados en el dominio central catalítico que incluye el residuo Cys-277. [20] El dominio N-terminal solo muestra cambios estructurales menores entre las dos conformaciones diferentes. [21]
El mecanismo catalítico para la reticulación en tTG humana involucra al grupo tiol de un residuo Cys en el sitio activo de tTG. [6] El grupo tiol ataca la carboxamida de un residuo de glutamina en la superficie de un sustrato proteico o peptídico, liberando amoníaco y produciendo un intermedio tioéster . El intermedio tioéster puede luego ser atacado por la amina superficial de un segundo sustrato (típicamente de un residuo de lisina ). El producto final de la reacción es un enlace isopeptídico estable entre los dos sustratos (es decir, reticulación). Alternativamente, el intermedio tioéster puede hidrolizarse, lo que resulta en la conversión neta del residuo de glutamina en ácido glutámico (es decir, desamidación). [6] Se cree que la desamidación de residuos de glutamina catalizada por tTG está vinculada a la respuesta inmune patológica al gluten en la enfermedad celíaca. [12] En la Figura 1 se proporciona un esquema de las reacciones de reticulación y desamidación.
La expresión de tTG se regula a nivel transcripcional en función de complejas cascadas de señales . Una vez sintetizada, la mayor parte de la proteína se encuentra en el citoplasma, membrana plasmática y matriz extracelular, pero una pequeña fracción se transloca al núcleo , donde participa en el control de su propia expresión a través de la regulación de factores de transcripción . [22]
La actividad de reticulación de la tTG requiere la unión de iones Ca 2+ . [23] Múltiples Ca 2+ pueden unirse a una sola molécula de tTG. [6] Específicamente, la tTG se une a hasta 6 iones de calcio en 5 sitios de unión diferentes. Las mutaciones en estos sitios de unión que causan una menor afinidad por el calcio disminuyen la actividad transglutaminasa de la enzima. [14] Por el contrario, la unión de una molécula de GTP o GDP inhibe la actividad de reticulación de la enzima. [23] Por lo tanto, la tTG intracelular es mayoritariamente inactiva debido a la concentración relativamente alta de GTP/GDP y los bajos niveles de calcio dentro de la célula. [6] [12] Aunque se espera que la tTG extracelular sea activa debido a la baja concentración de nucleótidos de guanina y los altos niveles de calcio en el espacio extracelular, la evidencia ha demostrado que la tTG extracelular es mayoritariamente inactiva. [6] [12] [23] Estudios recientes sugieren que la tTG extracelular se mantiene inactiva por la formación de un enlace disulfuro entre dos residuos de cisteína vecinales , a saber, Cys 370 y Cys 371. [24] Cuando se forma este enlace disulfuro, la enzima permanece en una confirmación abierta pero se vuelve catalíticamente inactiva. [24] La oxidación/reducción del enlace disulfuro sirve como un tercer mecanismo regulador alostérico (junto con GTP/GDP y Ca 2+ ) para la activación de la tTG. [12] Se ha demostrado que la tiorredoxina -1 activa la tTG extracelular al reducir el enlace disulfuro. [23] Se puede formar otro enlace disulfuro en la tTG, entre los residuos Cys-230 y Cys-370. Si bien este enlace no existe en el estado nativo de la enzima, aparece cuando la enzima se inactiva mediante oxidación. [20] La presencia de calcio protege contra la formación de ambos enlaces disulfuro, haciendo así que la enzima sea más resistente a la oxidación. [20]
Estudios recientes han sugerido que el interferón-γ puede servir como activador de la tTG extracelular en el intestino delgado; estos estudios tienen una implicación directa en la patogénesis de la enfermedad celíaca. [12] Se ha demostrado que la activación de la tTG está acompañada de grandes cambios conformacionales, pasando de una conformación compacta (inactiva) a una conformación extendida (activa). (ver Figura 3) [23] [25] [26]
En la matriz extracelular , la TG2 se "apaga", debido principalmente a la actividad oxidante de la proteína 57 del retículo endoplásmico (ERp57). [24] Por lo tanto, la tTG está regulada alostéricamente por dos proteínas separadas, Erp57 y TRX-1. [24] (Ver Figura 4).
La tTG se expresa de forma ubicua y está presente en varios compartimentos celulares, como el citosol, el núcleo y la membrana plasmática. [14] Requiere calcio como cofactor para la actividad de transamidación. La transcripción aumenta con el ácido retinoico . Entre sus muchas funciones supuestas, parece desempeñar un papel en la cicatrización de heridas , la apoptosis y el desarrollo de la matriz extracelular [11], así como en la diferenciación y la adhesión celular . [14] Se ha observado que la tTG puede tener una actividad muy diferente en diferentes tipos de células. Por ejemplo, en las neuronas , la tTG apoya la supervivencia de las células sometidas a una lesión, mientras que en los astrocitos, la eliminación de la expresión génica de la tTG es beneficiosa para la supervivencia celular. [27]
Se cree que la tTG participa en la regulación del citoesqueleto mediante la reticulación de varias proteínas del citoesqueleto, entre ellas la miosina, la actina y la espectrina . [28] La evidencia muestra que la tTG intracelular se reticula a sí misma con la miosina. También se cree que la tTG puede estabilizar la estructura de las células moribundas durante la apoptosis mediante la polimerización de los componentes del citoesqueleto, evitando así la fuga de los contenidos celulares al espacio extracelular. [7]
tTG también tiene actividad GTPasa : [5] En presencia de GTP, se sugiere que funciona como una proteína G que participa en procesos de señalización. [29] Además de su actividad transglutaminasa, se propone que tTG también actúa como quinasa, [30] y proteína disulfuro isomerasa, [31] y deamidasa. [32] Esta última actividad es importante en la desamidación de péptidos de gliadina, por lo que juega un papel importante en la patología de la enfermedad celíaca .
La tTG también presenta actividad PDI (Proteína Disulfuro Isomerasa). [33] [34] Basándose en su actividad PDI, la tTG juega un papel importante en la regulación de la proteostasis , al catalizar la trimerización de HSF1 (Heat Shock Factor 1) y por tanto la respuesta del organismo al choque térmico. En ausencia de tTG, la respuesta al choque térmico se ve afectada ya que no se forma el trímero necesario. [34]
La tTG es la transglutaminasa más estudiada y se la ha asociado con muchas enfermedades. Sin embargo, ninguna de estas enfermedades está relacionada con una deficiencia enzimática. De hecho, hasta ahora no se ha atribuido ninguna enfermedad a la falta de actividad de la tTG y esto se ha comprobado mediante el estudio de ratones deficientes en tTG. [35]
La tTG es más conocida por su vínculo con la enfermedad celíaca . [13] Se asoció por primera vez con la enfermedad celíaca en 1997 cuando se descubrió que la enzima era el antígeno reconocido por los anticuerpos específicos de la enfermedad celíaca. [35] Los anticuerpos anti-transglutaminasa dan como resultado una forma de sensibilidad al gluten en la que una respuesta celular a los glutenes de Triticeae que están reticulados con tTG pueden estimular respuestas de células B específicas de transglutaminasa que eventualmente dan como resultado la producción de anticuerpos anti-transglutaminasa IgA e IgG. [36] [37] La tTG desamida específicamente los residuos de glutamina creando epítopos que aumentan la afinidad de unión del péptido del gluten a las células T presentadoras de antígeno , iniciando una respuesta inmune adaptativa. [35]
Estudios recientes sugieren que la tTG también desempeña un papel en la inflamación y la biología tumoral. [11] La expresión de tTG está elevada en múltiples tipos de células cancerosas y está implicada en la resistencia a los fármacos y la metástasis debido a su capacidad para promover la transición mesenquimal y propiedades similares a las de las células madre. En su forma unida a GTP, la tTG contribuye a la supervivencia de las células cancerosas y parece ser un impulsor del cáncer. La tTG está regulada positivamente en las células y tejidos cancerosos en muchos tipos de cáncer, incluidos la leucemia , el cáncer de mama , el cáncer de próstata , el cáncer de páncreas y el cáncer de cuello uterino . Una mayor expresión de tTG también se correlaciona con mayores instancias de metástasis , resistencia a la quimioterapia , menores tasas de supervivencia y, en general, un mal pronóstico. Las células cancerosas pueden eliminarse aumentando los niveles de calcio a través de la activación de la actividad de transamidación de tTG. Los ensayos preclínicos han demostrado ser prometedores en el uso de inhibidores de tTG como agentes terapéuticos contra el cáncer. [38] Sin embargo, otros estudios [33] han señalado que la actividad de transamidación de tTG podría estar relacionada con la inhibición de la invasividad de las células tumorales.
Se cree que la tTG contribuye a varios trastornos neurodegenerativos, incluidas las enfermedades de Alzheimer , Parkinson y Huntington, al afectar la transcripción, la diferenciación, la migración y la adhesión. [39] [40] Estas enfermedades neurológicas se caracterizan en parte por la agregación anormal de proteínas debido a la mayor actividad de reticulación de proteínas en el cerebro afectado. [41] Además, se ha descubierto que proteínas específicas asociadas con estos trastornos son sustratos in vivo e in vitro de la tTG. [7] Aunque la tTG se regula positivamente en las áreas del cerebro afectadas por la enfermedad de Huntington, un estudio reciente mostró que el aumento de los niveles de tTG no afecta el inicio o la progresión de la enfermedad en ratones. [42] Estudios recientes muestran que la tTG puede no estar involucrada en la EA, ya que los estudios muestran que está asociada con la lisis de eritrocitos y es una consecuencia de la enfermedad en lugar de una causa.
La tTG también se ha relacionado con la patogenia de la fibrosis en varios órganos, incluidos el pulmón y el riñón . Específicamente, en la fibrosis renal, la tTG contribuye a la estabilización y acumulación de la matriz extracelular, lo que afecta la actividad del TGF beta . [16]
La serología para anticuerpos anti-tTG ha reemplazado a las pruebas serológicas más antiguas (antiendomisio, antigliadina y antirreticulina) y tiene una gran sensibilidad (99%) y especificidad (>90%) para identificar la enfermedad celíaca. Los ensayos anti-tTG modernos se basan en una proteína recombinante humana como antígeno. [43]
El uso de tTG como una forma de pegamento quirúrgico aún es experimental. También se está estudiando como atenuador de la metástasis en ciertos tumores. [11] La tTG se muestra prometedora como un objetivo terapéutico potencial para tratar la fibrosis cardíaca , a través de la actividad de un inhibidor de tTG altamente selectivo . [44] También se ha demostrado que los inhibidores de tTG inhiben la formación de inclusiones tóxicas relacionadas con enfermedades neurodegenerativas . [45] Esto indica que los inhibidores de tTG también podrían servir como una herramienta para mitigar la progresión de las enfermedades cerebrales relacionadas con tTG. [45]
La TG2 participa en interacciones tanto enzimáticas como no enzimáticas . Las interacciones enzimáticas se forman entre la TG2 y sus proteínas sustrato que contienen los grupos donantes de glutamina y lisina en presencia de calcio . Se sabe que los sustratos de la TG2 afectan la actividad de la TG2, lo que le permite ejecutar posteriormente diversas funciones biológicas en la célula. Sin embargo, aún queda por revelar la importancia de las interacciones no enzimáticas en la regulación de las actividades de la TG2. Estudios recientes indican que las interacciones no enzimáticas desempeñan funciones fisiológicas y permiten diversas funciones de la TG2 de una manera específica del contexto. [46]
La proteína 57 del retículo endoplásmico (Erp57) es una molécula chaperona involucrada en la carga de péptidos en las moléculas de MHC clase I en el retículo endoplásmico .
La transglutaminasa 2 (TG2) es una proteína expresada de forma ubicua (tanto intracelular como extracelular), con múltiples modos de regulación postraduccional , incluido un enlace disulfuro alostérico entre Cys-370-Cys-371 que vuelve a la enzima inactiva en la matriz extracelular. [24]
La proteína 57 residente en el retículo endoplasmático (RE) (ERp57), una proteína del RE que promueve el plegamiento de proteínas nacientes y también está presente en el entorno extracelular, tiene las características celulares y bioquímicas para inactivar TG2. Descubrimos que ERp57 se colocaliza con TG2 extracelular en células endoteliales de vena umbilical humana cultivadas (HUVEC). ERp57 oxidó TG2 con una constante de velocidad que fue 400-2000 veces mayor que las de los oxidantes de moléculas pequeñas antes mencionados. Además, su especificidad para TG2 también fue notablemente mayor que las de otras proteínas redox secretadas, incluidas la proteína disulfuro isomerasa (PDI), ERp72, TRX y la quiescina sulfhidrilo oxidasa 1 (QSOX1).
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