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 humanos, las escramblasas 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 transmembrana de lípidos conocidos como flippasas . Las scramblasas son distintas de las flippasas y las flopasas. Las scramblasas, flippasas y flopasas son tres tipos diferentes de grupos enzimáticos de enzimas transportadoras de fosfolípidos. [4] La valva interna, que mira hacia el interior de la célula, contiene aminofosfolípidos cargados negativamente y fosfatidiletanolamina . La valva exterior, orientada al exterior, contiene fosfatidilcolina y esfingomielina . La escramblasa es una enzima , presente en la membrana celular, que puede transportar ( codificar ) los fosfolípidos cargados negativamente desde la valva interna a la valva externa, y viceversa.
Mientras que hPLSCR1, -3 y -4 se expresan en una variedad de tejidos con pocas excepciones, la expresión de hPLSCR2 está restringida solo al testículo . 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 genética 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 scramblasa 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 baja actividad en condiciones de reposo. La redistribución de fosfolípidos se desencadena por un aumento del calcio citosólico y parece depender de la escramblasa, lo que da como resultado una distribución simétrica de fosfolípidos cargados negativamente entre ambas valvas de la bicapa lipídica. Todas las scramblasas contienen un dominio de unión a Ca 2+ similar a una mano EF que probablemente sea responsable de la activación del calcio de la enzima. La actividad de la scramblasa no requiere energía, por lo que no hay aporte de trifosfato de adenosina en el proceso.
Las scramblasas son proteínas ricas en prolina que poseen muchos grupos cisteinilsulfhidrilo que son propensos a modificaciones. La oxidación , nitrosilación y bloqueo de estos grupos sulfhidrilo producen una actividad de scramblasa mejorada. Los pacientes con anemia de células falciformes exhiben una fracción de eritrocitos con una exposición aberrantemente mayor de fosfatidilserina en su superficie. Como los eritrocitos de estos pacientes tienen un estrés oxidativo aumentado, es probable que el aumento de la actividad de la scramblasa pueda desempeñar un papel en la etiología de la enfermedad. Además, es bien conocido 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 con sulfhidrilo de PLSCR3 en las mitocondrias durante la apoptosis puede ser un regulador clave que inicia las vías apoptóticas intrínsecas.
Fosfolípido scramblasa 1 ( PLSCR1 ), una proteína de unión a lípidos que ingresa al núcleo a través del no clásico NLS (257)GKISKHWTGI(266). La estructura de la secuencia de localización nuclear de la scramblasa PLSCR1 complejada con importina se determinó mediante 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 importada carece de un tramo continuo de residuos cargados positivamente y está enriquecida en residuos hidrófobos. Por tanto, Scramblase puede transportar fosfolípidos cargados negativamente desde el interior de la célula hacia el 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 participa en la regulación de la biosíntesis de cardiolipina en las 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 conjunto de cardiolipina recién sintetizada debe trasladarse de la membrana mitocondrial interna a la externa. Se ha propuesto que PLSCR3 esté involucrado en esta translocación de 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 fundamentales para la regulación normal de la acumulación de grasa en ratones. Además de en las células sanguíneas, PLSCR3 se expresa en un nivel significativamente mayor en las células grasas y musculares, que participan activamente en el metabolismo de las grasas . Los ratones knockout para PLSCR3 mostraron una acumulación aberrante de grasa abdominal, intolerancia a la glucosa, resistencia a la insulina y dislipidema en comparación con los ratones controlados. Las células grasas cultivadas de ratones knockout para PLSCR3 se llenaron con lípidos neutros . El plasma sanguíneo de estos ratones mostró niveles elevados de lipoproteínas no 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 llenos de lípidos se ha convertido en 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 de los lípidos mediante 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 escrablasas. Varios complejos enzimáticos de la cascada de coagulación sanguínea, como la tenasa y la protrombinasa, se activan mediante la exposición de la superficie celular a la fosfatidilserina. Sin embargo, se demostró que el miembro más estudiado de la familia de las scramblasas, PLSCR1, tiene defectos 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 fosfatidilserina, la participación de PLSCR1 en la coagulación sanguínea sigue siendo difícil de alcanzar, lo que plantea la cuestión de 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 se inicia mediante receptores de muerte unidos a la membrana, lo que lleva a la activación de la caspasa 8 , mientras que la vía intrínseca se desencadena por fármacos que dañan el ADN y la radiación UV, lo que conduce 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 tanto intrínsecas como extrínsecas que están unidas entre sí mediante 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 contraparte mitocondrial hPLSCR3 son fosforilados por PKCδ durante la apoptosis inducida por PKC-δ. Si bien las consecuencias de la fosforilación de hPLSCR1 y su mecanismo de acción durante la respuesta apoptótica celular aún no están claras, se cree que hPLSCR3 fosforilado facilita la focalización mitocondrial de t-Bid, que es un requisito esencial en la apoptosis mediada por caspasa 8. Se ha demostrado que el fragmento t-Bid activo se localiza en las mitocondrias mediante una interacción positiva con la cardiolipina. Este t-Bid activado induce la activación de las proteínas Bax y Bak para formar canales del citocromo c que facilitan la liberación del citocromo c durante la apoptosis.
Un evento morfológico temprano tanto en la vía apoptótica extrínseca como en la intrínseca es la exposición superficial del fosfolípido fosfatidilserina , aproximadamente el 96% del cual normalmente reside en la valva citosólica de la membrana plasmática. La fosfatidilserina se transloca a la valva exoplásmica mediante la activación de scramblasas, lo que produce 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 codificación.