La scramblasa es una proteína responsable de la translocación de fosfolípidos entre las dos monocapas de una bicapa lipídica de una membrana celular . [1] [2] [3] En los seres humanos, las scramblasas de fosfolípidos (PLSCR) constituyen una familia de cinco proteínas homólogas que se denominan hPLSCR1–hPLSCR5. Las scramblasas son miembros de la familia general de transportadores de lípidos transmembrana conocidos como flipasas . Las scramblasas son distintas de las flipasas y floppasas. Las scramblasas, flipasas y floppasas son tres tipos diferentes de grupos enzimáticos de enzimas de transporte de fosfolípidos. [4] La hoja interna, que mira hacia el interior de la célula, contiene aminofosfolípidos con carga negativa y fosfatidiletanolamina . La hoja externa, que mira hacia el entorno exterior, contiene fosfatidilcolina y esfingomielina . La scramblasa es una enzima presente en la membrana celular que puede transportar ( desordenar ) los fosfolípidos cargados negativamente desde la capa interna a la capa externa y viceversa.
Mientras que hPLSCR1, -3 y -4 se expresan en una variedad de tejidos con pocas excepciones, la expresión de hPLSCR2 se restringe solo a los testículos . hPLSCR4 no se expresa en linfocitos de sangre periférica , mientras que hPLSCR1 y -3 no se detectaron en el cerebro. [5] Sin embargo, aún no se comprende el significado funcional de esta expresión génica diferencial. Si bien el gen y el ARNm de hPLSCR5 proporcionan evidencia de su existencia, la proteína aún no se ha descrito en la literatura.
Las proteínas scramblase contienen una región de conservación que posee un barril beta de 12 hebras que rodea una hélice alfa central . [6] Esta estructura muestra similitud con la proteína Tubby .
La actividad enzimática de la scramblasa depende de la concentración de calcio presente en el interior de la célula. La concentración de calcio en el interior de las células es, en condiciones normales, muy baja; por lo tanto, la scramblasa tiene una actividad baja en condiciones de reposo. La redistribución de fosfolípidos se desencadena por el aumento del calcio citosólico y parece ser dependiente de la scramblasa, lo que da como resultado una distribución simétrica de fosfolípidos con carga negativa entre ambas láminas de la bicapa lipídica. Todas las scramblasas contienen un dominio de unión al Ca 2+ similar a la mano EF que probablemente sea responsable de la activación del calcio de la enzima. La actividad de la scramblasa no requiere energía, lo que significa que no hay contribución del trifosfato de adenosina en el proceso.
Las scramblasas son proteínas ricas en prolina , que poseen muchos grupos cisteinil sulfhidrilo que son propensos a modificaciones. La oxidación , nitrosilación y bloqueo de estos grupos sulfhidrilo producen una actividad scramblasa aumentada. Los pacientes con enfermedad de células falciformes exhiben una fracción de eritrocitos con una exposición aberrantemente aumentada de fosfatidilserina en su superficie. Como los eritrocitos de estos pacientes tienen un estrés oxidativo aumentado, es probable que la actividad scramblasa aumentada pueda desempeñar un papel en la etiología de la enfermedad. Además, es bien reconocido que tanto las especies reactivas de oxígeno como los flujos intracelulares de Ca 2+ afectan a las mitocondrias al comienzo del programa apoptótico. La modificación sulfhidrilo de PLSCR3 en las mitocondrias durante la apoptosis puede ser un regulador clave que inicie las vías apoptóticas intrínsecas.
Fosfolípido scramblasa 1 ( PLSCR1 ), una proteína de unión a lípidos que entra al núcleo a través de la NLS no clásica (257)GKISKHWTGI(266). La estructura de la secuencia de localización nuclear de la scramblasa PLSCR1 complejada con la importina se determinó utilizando difracción de rayos X con una resolución de 2,20 Ångströms. [7] Se encuentra en la mayoría de los mamíferos, incluidos los humanos. La secuencia de importación carece de un tramo continuo de residuos cargados positivamente y está enriquecida en residuos hidrófobos. Por lo tanto, la scramblasa puede transportar fosfolípidos cargados negativamente desde el interior de la célula al exterior de la célula. La estructura de la importina está compuesta por muchas hélices alfa que integran la proteína en las membranas. La función de la importina es mover proteínas como la scramblasa al núcleo.
Hallazgos recientes sugieren que PLSCR3 está involucrado en la regulación de la biosíntesis de cardiolipina en mitocondrias , y su sobreexpresión en células cultivadas resultó en un aumento de la actividad de la cardiolipina sintasa [8] [9] . Como la cardiolipina se sintetiza en el lado luminal de la membrana mitocondrial interna, una fracción importante de este grupo de cardiolipina recién sintetizada tiene que ser translocada desde la membrana mitocondrial interna a la externa. Se ha propuesto que PLSCR3 está involucrado en esta translocación desde la membrana interna a la externa que es esencial para mantener la arquitectura, la masa y el potencial transmembrana mitocondrial.
Hallazgos recientes sugieren que PLSCR3 y, en menor grado, PLSCR1 son críticos para la regulación normal de la acumulación de grasa en ratones. Además de las células sanguíneas, PLSCR3 se expresa a un nivel significativamente más alto en las células grasas y musculares, que participan activamente en el metabolismo de la grasa . Los ratones knock out de PLSCR3 mostraron una acumulación aberrante de grasa abdominal, intolerancia a la glucosa, resistencia a la insulina y dislipidema en comparación con los ratones de control. Las células grasas cultivadas de ratones knock out de PLSCR3 estaban congestionadas con lípidos neutros. El plasma sanguíneo de estos ratones mostró niveles elevados de lipoproteínas que no son de alta densidad , colesterol , triglicéridos , ácidos grasos no esterificados y leptina , pero un bajo contenido de adiponectina . La acumulación de grasa abdominal con la formación de adipocitos agrandados y congestionados de lípidos ha surgido como el factor de riesgo clave para la aparición de diabetes tipo 2 , [10] que a menudo es una manifestación de un trastorno metabólico subyacente más amplio denominado síndrome metabólico. Se requieren más estudios sobre la regulación del metabolismo lipídico por PLSCR para comprender el riesgo de desarrollo de enfermedades similares en humanos cuando los genes PLSCR están mutados, lo que lleva a una expresión y/o función defectuosa de las proteínas PLSCR.
Tras la activación (en plaquetas) o lesión (en eritrocitos, plaquetas, endotelio y otras células), ciertas células exponen el fosfolípido fosfatidilserina en su superficie y actúan como catalizadores para inducir la cascada de coagulación. Se cree que la exposición superficial de la fosfatidilserina se produce por la activación de las escramblasas. Varios complejos enzimáticos de la cascada de coagulación sanguínea, como la tenasa y la protrombinasa, se activan por la exposición de la superficie celular a la fosfatidilserina. Sin embargo, se ha demostrado que el miembro más estudiado de la familia de las escramblasas, PLSCR1, es defectuoso en la translocación de fosfolípidos cuando se reconstituye en proteoliposomas in vitro. Aunque estudios recientes muestran que PLSCR1 no es suficiente ni necesario para la externalización de la fosfatidilserina, la participación de PLSCR1 en la coagulación sanguínea sigue siendo esquiva, lo que plantea la cuestión de los componentes de membrana adicionales en la vía de externalización. Hasta la fecha, no hay ningún informe disponible sobre la participación de ningún otro miembro identificado de los PLSCR en la coagulación sanguínea.
La muerte celular apoptótica se caracteriza por una cascada de caspasas proteolíticas que emana de una vía extrínseca o intrínseca. La vía extrínseca es iniciada por receptores de muerte unidos a la membrana, lo que lleva a la activación de la caspasa 8 , mientras que la vía intrínseca es desencadenada por fármacos que dañan el ADN y la radiación UV, lo que lleva a la despolarización mitocondrial y la posterior activación de la caspasa 9. Se supone que los PLSCR desempeñan un papel importante en las respuestas apoptóticas intrínsecas y extrínsecas que están vinculadas entre sí a través de la activación de la caspasa 8. La caspasa 8 activada provoca la escisión de la porción amino terminal de la proteína citosólica Bid para generar t-Bid que se transloca a las mitocondrias durante la apoptosis. hPLSCR1 y su homólogo mitocondrial hPLSCR3 son fosforilados por PKCδ durante la apoptosis inducida por PKC-δ. Si bien la consecuencia de la fosforilación de hPLSCR1 y su mecanismo de acción durante la respuesta apoptótica celular aún no está clara, se cree que el hPLSCR3 fosforilado facilita la focalización mitocondrial de t-Bid, que es un requisito esencial en la apoptosis mediada por la caspasa 8. Se ha demostrado que el fragmento t-Bid activo se localiza en las mitocondrias a través de una interacción positiva con la cardiolipina. Este t-Bid activado induce la activación de las proteínas Bax y Bak para formar canales de citocromo c que facilitan la liberación de citocromo c durante la apoptosis.
Un evento morfológico temprano en las vías apoptóticas extrínsecas e intrínsecas es la exposición superficial del fosfolípido fosfatidilserina , del cual aproximadamente el 96% normalmente reside en la hoja citosólica de la membrana plasmática. La fosfatidilserina se transloca a la hoja exoplásmica por la activación de las scramblasas, lo que conduce a propiedades procoagulantes y proporciona una señal fagocítica a los macrófagos que engullen y eliminan las células apoptóticas. No se puede descartar la participación de otras proteínas asociadas que ayudan a la actividad de scramblasa.