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METAP2

La metionina aminopeptidasa 2 es una enzima que en los humanos está codificada por el gen METAP2 . [5] [6]

La metionina aminopeptidasa 2, un miembro de la familia de las dimetalohidrolasas, es una metaloenzima citosólica que cataliza la eliminación hidrolítica de los residuos de metionina N-terminal de las proteínas nacientes . [7] [8] [9]

MetAP2 se encuentra en todos los organismos y es especialmente importante debido a su papel crítico en la reparación de tejidos y la degradación de proteínas. [7] Además, MetAP2 es de particular interés porque la enzima juega un papel clave en la angiogénesis , el crecimiento de nuevos vasos sanguíneos, que es necesario para la progresión de enfermedades que incluyen cánceres de tumores sólidos y artritis reumatoide . [10] MetAP2 también es el objetivo de dos grupos de productos naturales antiangiogénicos, ovalicina y fumagilina , y sus análogos como beloranib . [11] [12] [13] [14]

Estructura

En los organismos vivos, el codón de inicio que inicia la síntesis de proteínas codifica metionina ( eucariotas ) o formilmetionina ( procariotas ). En E. coli (procariota), una enzima llamada formilmetionina deformilasa puede escindir el grupo formilo, dejando solo el residuo de metionina N-terminal. Para las proteínas con residuos N-terminales penúltimos pequeños y sin carga, una metionina aminopeptidasa puede escindir el residuo de metionina. [7] El número de genes que codifican una metionina aminopeptidasa varía entre organismos. En E. coli, solo se conoce una MetAP, una enzima monomérica de 29.333 Da codificada por un gen que consta de 264 codones . [7] La ​​eliminación de este gen en E. coli conduce a la inviabilidad celular. [15] En los humanos, hay dos genes que codifican MetAP, MetAP1 y MetAP2. MetAP1 codifica una enzima de 42 kDa, mientras que MetAP2 codifica una enzima de 67 kDa. La MetAP1 de levadura es 40 por ciento homóloga a la MetAP de E. coli; dentro de S. cerevisiae , MetAP2 es 22 por ciento homóloga con la secuencia de MetAP1; MetAP2 está altamente conservada entre S. cerevisiae y humanos. [16] A diferencia de los procariotas, las cepas eucariotas de S. cerevisiae que carecen del gen para MetAP1 o MetAP2 son viables, pero exhiben una tasa de crecimiento más lenta que una cepa de control que expresa ambos genes.

Figura 1. Estructura del sitio activo de MetAP2. Generada con PDB:1BOA en PyMol. Haga clic para ver la estructura rotatoria

Sitio activo

El sitio activo de MetAP2 tiene un motivo estructural característico de muchas metaloenzimas, incluyendo la proteína transportadora de dioxígeno, hemeritrina ; la proteína de hierro no hemo dinuclear, ribonucleótido reductasa ; leucina aminopeptidasa ; ureasa ; arginasa ; varias fosfatasas y fosfoesterasas, que incluye dos ligandos de carboxilato puente y un ligando de agua o hidróxido puente . [7] [8] [17] [18] [19] [20] [21] Específicamente en MetAP2 humana (PDB: 1BOA), uno de los iones metálicos catalíticos está unido a His331, Glu364, Glu459, Asp263 y un agua o hidróxido puente, mientras que el otro ion metálico está unido a Asp251 ( bidentado ), App262 (bidentado), Glu459 y el mismo agua o hidróxido puente. Aquí, los dos carboxilatos puente son Asp262 y Glu459.

Centro dimetálico

La identidad de los iones metálicos del sitio activo bajo condiciones fisiológicas no ha sido establecida con éxito, y sigue siendo un tema controvertido. MetAP2 muestra actividad en presencia de iones Zn(II), Co(II), Mn(II) y Fe(II), y varios autores han argumentado que cualquier ion metálico dado es el fisiológico: algunos en presencia de hierro , [22] otros en cobalto , [23] [24] otros en manganeso , [25] y otros en presencia de zinc . [26] No obstante, la mayoría de los cristalógrafos han cristalizado MetAP2 en presencia de Zn(II) o Co(II) (ver base de datos PDB).

Mecanismo

Figura 2. Dos mecanismos de reacción propuestos para MetAP en E. coli. (A) Intermedio tetraédrico estabilizado por Glu204 y centro metálico. (B) Intermedio tetraédrico estabilizado por His178 y centro metálico. [27]

El ligando de agua o hidróxido que forma el puente actúa como un nucleófilo durante la reacción de hidrólisis, pero aún no se conoce el mecanismo exacto de catálisis. [10] [19] [28] Los mecanismos catalíticos de las enzimas hidrolasas dependen en gran medida de la identidad del ligando que forma el puente, [29] lo que puede ser difícil de determinar debido a la dificultad de estudiar los átomos de hidrógeno mediante cristalografía de rayos X.

Los residuos de histidina que se muestran en el mecanismo de la derecha, H178 y H79, se conservan en todas las MetAP (MetAP1 y MetAP2) secuenciadas hasta la fecha, lo que sugiere que su presencia es importante para la actividad catalítica. [30] Según los datos cristalográficos de rayos X, se ha propuesto que la histidina 79 (H79) ayuda a posicionar el residuo de metionina en el sitio activo y transfiere un protón a la amina N-terminal recién expuesta. [12] Lowther y sus colegas han propuesto dos posibles mecanismos para MetAP2 en E. coli, que se muestran a la derecha. [14]

Función

Aunque estudios previos han indicado que MetAP2 cataliza la eliminación de residuos de metionina N-terminal in vitro, la función de esta enzima in vivo puede ser más compleja. Por ejemplo, existe una correlación significativa entre la inhibición de la actividad enzimática de MetAP2 y la inhibición del crecimiento celular, lo que implica a la enzima en la proliferación de células endoteliales . [13] Por esta razón, los investigadores del cáncer han señalado a MetAP2 como un objetivo potencial para la inhibición de la angiogénesis. Además, los estudios han demostrado que MetAP2 copurifica e interactúa con la subunidad α del factor de iniciación eucariota 2 ( eIF2 ), una proteína que es necesaria para la síntesis de proteínas in vivo. [31] Específicamente, MetAP2 protege a eIF-2α de la fosforilación inhibitoria de la enzima eIF-2α quinasa , inhibe la fosforilación de la subunidad R de eIF-2 catalizada por la proteína quinasa dependiente de ARN (PKR) y también revierte la inhibición mediada por PKR de la síntesis de proteínas en células intactas.

Importancia clínica

Figura 3. Fumagilina (verde y roja) unida al sitio activo de MetAP2 humano (multicolor, con cian, violeta y rosa correspondientes a hélices, láminas y bucles, respectivamente), con iones dimetálicos (azules) mostrados.

Numerosos estudios implican a MetAP2 en la angiogénesis. [13] [20] [32] [33] [34] Específicamente, se ha demostrado que la unión covalente de la fracción epóxido de ovalicina o fumagilina al residuo de histidina del sitio activo de MetAP2 inactiva la enzima, inhibiendo así la angiogénesis. Sin embargo, aún debe establecerse la forma en que MetAP2 regula la angiogénesis, de modo que se requieren más estudios para validar que la actividad antiangiogénica resulta directamente de la inhibición de MetAP2. Sin embargo, como tanto el crecimiento como la metástasis de los tumores sólidos dependen en gran medida de la angiogénesis, la fumagilina y sus análogos, incluidos evexomostat, TNP-470 , caplostatina y beloranib , así como la ovalicina, representan agentes anticancerígenos potenciales. [33] [34] Además, la capacidad de MetAP2 para disminuir la viabilidad celular en organismos procariotas y eucariotas pequeños la ha convertido en un objetivo para agentes antibacterianos. [13] Hasta el momento, se ha demostrado que tanto la fumagilina como el TNP-470 poseen actividad antipalúdica tanto in vitro como in vivo, y el fumarranol , otro análogo de la fumagilina, representa una pista prometedora. [34]

El inhibidor de METAP2 derivado de la fumagilina, beloranib (ZGN-433, CDK-732), ha demostrado ser eficaz para reducir el peso en sujetos con obesidad severa. [35] Los inhibidores de MetAP2 funcionan restableciendo la sensibilidad a la insulina y el equilibrio de las formas en que el cuerpo metaboliza la grasa, lo que conduce a una pérdida sustancial de peso corporal. El desarrollo de beloranib se detuvo en 2016 después de dos muertes durante los ensayos clínicos para pacientes con síndrome de Praeder-Willi. [36]

Evexomostat (SDX-7320), un conjugado polímero-fármaco de SDX-7539, un inhibidor de MetAP2, se encuentra en estudios clínicos de fase 2 [37]

Interacciones

Se ha demostrado que METAP2 interactúa con la proteína quinasa R. [ 38]

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Lectura adicional