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Proteína D1

La protectina D1, también conocida como neuroprotectina D1 (cuando actúa en el sistema nervioso) y abreviada más comúnmente como PD1 o NPD1, es un miembro de la clase de mediadores prorresolutivos especializados . Al igual que otros miembros de esta clase de metabolitos de ácidos grasos poliinsaturados, posee una fuerte actividad antiinflamatoria, antiapoptótica y neuroprotectora. La PD1 es un alqueno acíclico alifático de 22 carbonos de longitud con dos grupos hidroxilo en las posiciones de carbono 10 y 17 y un grupo de ácido carboxílico en la posición de un carbono. [1]

En concreto, la PD1 es un mediador lipídico estereoselectivo endógeno clasificado como una protectina autocoide . Los autacoides son mediadores químicos derivados enzimáticamente con actividades biológicas y estructuras moleculares distintas. Las protectinas son moléculas de señalización que se producen enzimáticamente a partir de ácidos grasos insaturados. Su estructura molecular se caracteriza por la presencia de un sistema conjugado de dobles enlaces. [1] La PD1, al igual que otras protectinas, se produce por la oxigenación del ácido graso poliinsaturado ω-3, el ácido docosahexaenoico (DHA), y se encuentra en muchos tejidos, como la retina, los pulmones y el sistema nervioso. [2] [3]

La PD1 tiene un papel importante como molécula antiinflamatoria, antiapoptótica y neuroprotectora. Estudios en modelos animales de enfermedad de Alzheimer , en pacientes con accidente cerebrovascular y en células epiteliales pigmentarias de la retina (EPR) humanas han demostrado que la PD1 puede reducir potencialmente la inflamación inducida por el estrés oxidativo e inhibir la señal proapoptótica, previniendo así la degeneración celular. [2] [3] [4] [5] Finalmente, estudios recientes que examinaron la patogenicidad de los virus de la gripe, incluida la gripe aviar (H5N1), han sugerido que la PD1 puede detener potencialmente la proliferación del virus, protegiendo así a las células respiratorias de infecciones virales letales. [6] [7]

Biosíntesis de PD1

In vivo, PD1 se produce principalmente como respuesta a señales inflamatorias y se encuentra en varios tejidos, como las células epiteliales pigmentarias de la retina , las células epiteliales pulmonares, las células mononucleares de sangre periférica (PBMC) y los tejidos neurales. Estudios en PBMC han demostrado que el DHA endógeno, el principal precursor de PD1, se libera por la actividad de la fosfolipasa A2 . [1] [2] [3] Según estos estudios, PD1 se sintetiza preferentemente en células PBMC sesgadas al fenotipo de célula auxiliar T tipo 2 ( TH2 ). [1] Esto sugiere que la diferenciación de células T juega un papel importante en la activación de la vía biosintética de PD1. La interacción de PBMC con interleucina 4 (IL-4), una potente señal inflamatoria, conduce a la diferenciación de PBMC a linfocitos tipo TH2 . [1] Además, las células TH 2 activadas liberan IL-4, lo que conduce a la regulación positiva de la enzima 15-lipoxigenasa-1 (15-LO-1). [1] 15-LO-1 es una dioxigenasa transportadora de hierro no hemo que agrega átomos de oxígeno de manera estereoespecífica en ácidos grasos poliinsaturados ω-3 libres y esterificados como DHA. [3] En general, la biosíntesis de PD1 procede a través de tres pasos distintos a lo largo de los cuales la actividad de 15-LO-1 es esencial. En el primer paso de la vía biosintética, la unión de 15-LO-1 a su sustrato (DHA) conduce a la formación del intermediario (17 S )-hidro(peroxi)-DHA. Este intermediario se procesa rápidamente para formar una molécula que contiene 16(17)-epóxido, que es el segundo intermediario. Finalmente, en el tercer paso de la vía, la hidrólisis enzimática del intermediario que contiene 16(17)-epóxido conduce a la formación de PD1. [1]

Biosíntesis de la proteína D1 (PD1)

Funciones de PD1

En general, PD1 in vivo exhibe una potente actividad anti-apoptótica y antiinflamatoria en los tejidos en los que se localiza. DHA, el principal precursor de PD1, se encuentra principalmente en tejidos como las sinapsis de la retina, los fotorreceptores , los pulmones y el cerebro, lo que sugiere que es más probable que estos tejidos se beneficien de la actividad protectora de PD1. [1] [2] [3] [4] [7] [8]

Actividad de PD1 en la retina

Los EPR son esenciales para la supervivencia y renovación de los fotorreceptores en la retina. Estas células exhiben una potente actividad fagocítica que asegura el funcionamiento adecuado de la retina. Por lo tanto, el estrés oxidativo puede dañar potencialmente las células del EPR y causar deterioro de la visión. Estudios en células del EPR humanas han sugerido que la presencia de moléculas desencadenantes del estrés oxidativo, como el H 2 O 2, causa la fragmentación del ADN que a su vez desencadena la apoptosis . [2] Estos estudios han propuesto que PD1 actúa como una molécula de señalización y a través de su interacción ligando-receptor regula negativamente la expresión de genes, como el factor de transcripción NF-κB . La inhibición de NF-κB da como resultado la regulación negativa del gen proinflamatorio COX-2 ( ciclooxigenasa-2 ), que es responsable de la liberación de prostaglandinas , un potente mediador proinflamatorio. [2] Además, PD1 tiene un papel importante en la regulación de la expresión de las proteínas de la familia Bcl-2 (Bcl-2, Bcl-x L , Bax y Bad) que precede a la liberación del complejo citocromo c de las mitocondrias y la formación del apoptosoma . [2] [3] [4] La presencia de PD1 regula positivamente la expresión de las proteínas antiapoptóticas Bcl-2 y Bcl-x L , mientras que inhibe la expresión de las proteínas proapoptóticas Bax y Bad. [2] Específicamente, PD1 regula esta familia de proteínas al promover la desfosforilación de Bcl-x L por la proteína fosfatasa 2A (PP2A) en el residuo Ser-62 que a su vez heterodimeriza con la proteína proapoptótica Bax y la inactiva. [4] En consecuencia, la actividad de las proteínas de la familia Bcl-2 resulta en la inhibición de la enzima caspasa 3 , previniendo así la apoptosis y promoviendo la supervivencia de las células del EPR. [2] [4]

Efectos de PD1 en la enfermedad de Alzheimer

Entre otras, la enfermedad de Alzheimer se caracteriza por la concentración reducida de PD1 y por la concentración aumentada del péptido amiloide-β (Aβ42) que es responsable de la formación de placas seniles y también induce inflamación y apoptosis en tejidos neuronales. [5] [9] Aβ42 es generado por la escisión enzimática de la proteína precursora β-amiloide (βΑPP) a través de β- y γ-secretasas. Al igual que otros mediadores proinflamatorios, Aβ42 induce inflamación a través de la activación de la enzima proinflamatoria COX-2 y la liberación de prostaglandinas. Además, la liberación de Aβ42 regula a la baja las proteínas antiapoptóticas Bcl-2 y Bcl-x L y regula al alza las proteínas proapoptóticas Bax y Bad que finalmente conducen a la formación del apoptosoma. [5] [9] Se ha demostrado que PD1 en células gliales neuronales humanas (HNG) desencadena la regulación negativa de βΑPP, disminuyendo así el contenido de Aβ42 en los tejidos neuronales y reduciendo la inflamación y la apoptosis. [5] Específicamente, se ha demostrado que PD1 en modelos de enfermedad de Alzheimer responde al aumento de la concentración de la molécula proinflamatoria Aβ42 uniéndose y activando el receptor activado por el proliferador de peroxisomas gamma (PPARγ) ya sea directamente o a través de otros mecanismos. Según algunos modelos, la activación de PPARγ conduce a una mayor ubiquitinación y degradación de βAPP, reduciendo así la liberación de Aβ42. [5] Además, PD1 inhibe la producción del péptido Aβ42 al regular negativamente la β-secretasa-1 (BACE1), mientras que regula positivamente la α-secretasa ADAM10 y la proteína precursora amiloide secretada-α (sAPPα). En general, el mecanismo anterior conduce a la escisión de la proteína βAPP a través de una vía no amiloidogénica que detiene la formación de Aβ42 y previene la degeneración neuronal prematura. [5] [9]

Actividad antiviral de PD1

Estudios en células epiteliales pulmonares humanas cultivadas infectadas con el virus de la influenza H1N1 o H5N1 han encontrado que la producción endógena de PD1 disminuye drásticamente durante la infección debido a la inhibición de 15-LO-1. [6] [7] Además, los mismos estudios han demostrado que la administración in vivo de PD1 a ratones infectados con H1N1 puede inhibir potencialmente tanto la proliferación del virus como la inflamación causada por la infección, aumentando así la supervivencia. PD1 protege contra las infecciones virales al interrumpir el ciclo de vida del virus. Específicamente, PD1 inhibe la unión del ARN viral a factores de exportación nuclear específicos en las células huésped, bloqueando así la exportación de ARN viral desde el núcleo al citosol. [6] [7] El factor de exportación de ARN nuclear 1 (NXF1) es de particular interés en la atenuación de las infecciones virales a través de la actividad de PD1. En concreto, el transportador NXF1 a través de sus dominios medio y C-terminal se une a las repeticiones de fenilalanina/glicina en las nucleoporinas (Nups) que recubren el poro nuclear . [7] En ausencia de PD1, el ARN viral de la gripe se une al transportador NXF1 que posteriormente se une específicamente a la nucleoporina Nup62 y exporta el ARN viral al citosol . Sin embargo, la administración de PD1 ha demostrado que este mediador lipídico inhibe específicamente la unión del ARN viral a NXF1, interrumpiendo así la proliferación del virus. [7]

Síntesis de PD1 en laboratorio

La producción industrial a gran escala de PD1 es de gran interés para las compañías farmacéuticas con el fin de aprovechar las potentes actividades antiinflamatorias y antiapoptóticas de este mediador lipídico. Hasta el momento, se han reportado muy pocas síntesis estereoselectivas de PD1 en laboratorio, pero con un rendimiento relativamente bajo. [10] [11]

Síntesis estereoselectiva convergente

Según un método, PD1 se sintetiza con un rendimiento del 15 % a través de un proceso estereoselectivo convergente de 8 pasos . [10] Inicialmente, el alquino , ( Z )-3-terc-butildimetilsiloxi-oct-5-en-1-ino reacciona con bromo- E , E , Z , Z -tetraeno éster en una reacción de acoplamiento cruzado de Sonogashira a temperatura ambiente en presencia de Pd-(PPh 3 ) 4 y CuI usando dietilamina como disolvente que produce el éster metílico protegido con bis-hidroxilo. La eliminación de los dos éteres de terc-butildimetilsililo (grupos protectores de TBS) se logra con un exceso de TBAF en THF a 0 °C que produce un diol que contiene un alquino conjugado. El alquino conjugado se reduce al éster metílico. Además, el diol se hidrogena utilizando el catalizador Lindlar , con 1-octeno añadido como olefina de sacrificio, para producir un trieno altamente estereoselectivo, mientras que el agua se elimina del diol a través de una reducción de Boland. Finalmente, el éster metílico se somete a saponificación a 0 °C con LiOH diluido (aq.) en metanol seguido de un tratamiento ácido con NaH 2 PO 4 (aq.) para producir PD1. [10]

Síntesis estereoselectiva convergente de PD1

Síntesis estereoselectiva alternativa

Como alternativa, la síntesis de PD1 en el laboratorio se lleva a cabo mediante un método estereoselectivo diferente. [11] Inicialmente, la hidroboración de un acetileno protegido con TBS con Sia 2 BH produce un vinilborano protegido con TBS . El vinilborano protegido con TBS reacciona con yoduro de vinilo en presencia de un catalizador de Pd, hidróxido de sodio (NaOH) y THF para producir un alcohol protegido con TBS. El tratamiento posterior del alcohol protegido con TBS con TBAF elimina el grupo protector y produce un diol. Finalmente, el diol se hidroliza con LiOH en THF (aq.) para producir PD1. [11]

Síntesis de laboratorio de la proteína D1 (PD1)

Otros PD

22-hidroxi-NPD1

22-hidroxi-PD1 (22-OH-PD1; es decir, 10 R , 17 S , 20-trihidroxi-4 Z , 7 Z , 11 E , 13 E , 15 Z , 19 Z -ácido docosahexaenoico) es un producto de oxidación omega de PD1 probablemente formado en las células por la acción de una omega hidroxilasa del citocromo P450 no identificada (ver mediadores pro-resolución especializados#Protectinas/neuroprotectinas ). Si bien la oxidación omega de muchos metabolitos de ácidos grasos bioactivos como el leucotrieno B4 , 5-HETE , ácido 5-oxo-eicosatetraenoico (es decir, 5-oxo-ETE) da como resultado una caída de ~100 veces en su actividad, se ha demostrado que el producto omega oxidado de PD1 posee una potente facilidad y exhibe potentes acciones antiinflamatorias y prorresolutivas al inhibir la quimiotaxis de PMN in vivo e in vitro y disminuir los niveles de mediadores proinflamatorios en exudados inflamatorios de un modelo animal a niveles comparables a PD1. [12] [13]

Protegiendo DX

Protectin DX (PDX; es decir, ácido 10 S ,17 S -dihidroxi-4 Z ,7 Z ,11 E ,13 Z ,15 E ,19 Z -docosahexaenoico) es el isómero 13 Z ,15 E ,19 Z de NPD1 (que tiene la configuración de doble enlace 13 E ,15 Z ,19 Z ) (ver mediadores prorresolutivos especializados#Protectinas/neuroprotectinas ). Un estudio temprano utilizó erróneamente PDX en lugar de PD1 al atribuir efectos antirreplicativos y clínicamente beneficiosos en la enfermedad de influenza viral en un modelo de ratón a PD1. [14] PDX también inhibe la afluencia de leucocitos circulantes en el peritoneo en un modelo de inflamación de ratón. [15] PDX tiene otras acciones antiinflamatorias. Inhibe COX-1 y COX-2 , bloqueando así la formación de prostaglandinas proinflamatorias ; También inhibe la acción agregante plaquetaria del tromboxano A2, bloqueando así las respuestas de agregación plaquetaria a los agentes que dependen de las plaquetas para liberar tromboxano A2. [16]

PD1 desencadenada por aspirina

La PD1 desencadenada por aspirina (AT-PD1 o 17-epi-PD1: es decir, 10 R , 17 R -dihidroxi-4 Z , 7 Z , 11 E , 13 E , 15 Z , 19 Z -ácido docosahexaenoico) es el isómero 10 R -hidroxi de PD1 (que tiene el residuo hidroxi 10 S ) (ver mediadores pro-resolución especializados#Protectinas/neuroprotectinas ). Se ha demostrado que la AT-PD1 a) reduce la infiltración de neutrófilos en el peritoneo en un modelo de ratón de enfermedad inflamatoria; b) estimula la eferocitosis (es decir, la engullición y eliminación) de neutrófilos; y c) reduce el infarto cerebral y el accidente cerebrovascular en un modelo de roedores. [17]

10-epi-PD1

10-Epi-PD1 (ent-AT-NPD1: es decir, ácido 10 S ,17 S -dihidroxi-4 Z ,7 Z ,11 E ,13 E ,15 Z ,19 Z -docosahexaenoico) es el isómero 10 S -hidroxi de AT-PD1 (que tiene un residuo 10 R -hidroxi) (ver mediadores pro-resolutivos especializados#Protectinas/neuroprotectinas ). 10-Epi-PD1 se detectó solo en una pequeña cantidad en extractos de PMN humanos, pero fue más potente que PD1 o PDX para bloquear la respuesta inflamatoria a la peritonitis aguda murina inducida por zimosán A. [13]

Referencias

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