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Esterol 14-desmetilasa

En enzimología , una esterol 14-desmetilasa ( EC 1.14.13.70) es una enzima de la superfamilia del citocromo P450 (CYP). Es cualquier miembro de la familia CYP51. Cataliza una reacción química como :

obtusifoliol + 3 O 2 + 3 NADPH + 3 H + 4alfa-metil-5alfa-ergosta-8,14,24(28)-trien-3beta-ol + formiato + 3 NADP + + 4 H 2 O

Los cuatro sustratos aquí son obtusifoliol , O 2 , NADPH y H + , mientras que sus cuatro productos son 4 alfa-metil-5 alfa-ergosta-8,14,24 (28)-trien-3beta-ol, formiato , NADP + y H2O . ​​

Ergosterol

Aunque la lanosterol 14α-desmetilasa está presente en una amplia variedad de organismos, la enzima se estudia principalmente en el contexto de los hongos , donde desempeña un papel esencial en la mediación de la permeabilidad de la membrana. [1] En los hongos , CYP51 cataliza la desmetilación del lanosterol para crear un precursor importante que finalmente se convierte en ergosterol . [2] Este esteroide luego se abre camino a través de la célula, donde altera la permeabilidad y rigidez de las membranas plasmáticas de manera muy similar a como lo hace el colesterol en los animales. [3] Debido a que el ergosterol constituye un componente fundamental de las membranas fúngicas, se han desarrollado muchos medicamentos antimicóticos para inhibir la actividad de la 14α-desmetilasa y prevenir la producción de este compuesto clave. [3]

Nomenclatura

Esta enzima pertenece a la familia de las oxidorreductasas , concretamente las que actúan sobre donantes apareados, con O2 como oxidante e incorporación o reducción de oxígeno. No es necesario que el oxígeno incorporado derive de O2 con NADH o NADPH como donante, ni incorporación de un átomo de oxígeno en el otro donante. El nombre sistemático de esta clase de enzimas es esterol, NADPH: oxígeno oxidorreductasa (escisión de 14-metilo). Otros nombres de uso común incluyen obtusufoliol 14-desmetilasa, lanosterol 14-desmetilasa, lanosterol 14alfa-desmetilasa y esterol 14alfa-desmetilasa. Esta enzima participa en la biosíntesis de esteroides . [2]

Estas no son las subfamilias típicas de CYP, pero solo se crea una subfamilia para cada grupo taxonómico principal. CYP51A para animales A , CYP51B para bacterias B. CYP51C para Chromista , CYP51D para D ictyostelium , CYP51E para E uglenozoa, CYP51F para F ungi. Aquellos grupos con un solo CYP51 por especie reciben el mismo nombre: CYP51A1 es para todos los CYP51 animales, ya que son ortólogos. Lo mismo ocurre con CYP51B, C, D, E y F. CYP51G (plantas verdes) y CYP51H ( monocotiledóneas hasta ahora) tienen números de secuencia individuales.

Función

También se comprende bien el papel biológico de esta proteína. Los productos desmetilados de la reacción CYP51 son intermediarios vitales en las vías que conducen a la formación de colesterol en humanos, ergosterol en hongos y otros tipos de esteroles en plantas. [4] Estos esteroles se localizan en la membrana plasmática de las células, donde desempeñan un papel estructural importante en la regulación de la fluidez y permeabilidad de la membrana y también influyen en la actividad de las enzimas, los canales iónicos y otros componentes celulares que están incrustados en su interior. [1] [5] [6] Con la proliferación de enfermedades inmunosupresoras como el VIH/SIDA y el cáncer , los pacientes se han vuelto cada vez más vulnerables a las infecciones fúngicas oportunistas (Richardson et al.). En busca de nuevos medios para tratar este tipo de infecciones, los investigadores de fármacos han comenzado a centrarse en la enzima 14α-desmetilasa de los hongos; La destrucción de la capacidad de las células fúngicas para producir ergosterol provoca una alteración de la membrana plasmática, lo que provoca una fuga celular y, en última instancia, la muerte del patógeno ( DrugBank ).

Los azoles son actualmente la clase más popular de antifúngicos utilizados tanto en entornos agrícolas como médicos. [3] Estos compuestos se unen como sexto ligando al grupo hemo en CYP51, alterando así la estructura del sitio activo y actuando como inhibidores no competitivos . [7] La ​​eficacia de los imidazoles y triazoles ( subclases de azoles comunes ) como inhibidores de la 14α-desmetilasa se ha confirmado mediante varios experimentos. Algunos estudios prueban cambios en la producción de importantes intermedios de ergosterol en presencia de estos compuestos. [8] Otros estudios emplean espectrofotometría para cuantificar las interacciones azol-CYP51. [3] La coordinación de los azoles con el grupo hemo protésico en el sitio activo de la enzima provoca un cambio característico en la absorbancia de CYP51 , creando lo que comúnmente se conoce como un espectro de diferencia de tipo II. [9] [10]

El uso prolongado de azoles como antifúngicos ha provocado la aparición de resistencia a los medicamentos entre determinadas cepas de hongos. [3] Las mutaciones en la región codificante de los genes CYP51, la sobreexpresión de CYP51 y la sobreexpresión de los transportadores de eflujo de membrana pueden provocar resistencia a estos antifúngicos. [11] [12] [13] [14] [15] En consecuencia, el enfoque de la investigación sobre los azoles está comenzando a cambiar hacia la identificación de nuevas formas de sortear este importante obstáculo. [3]

Estructura

A finales de 2007, se han resuelto seis estructuras para esta clase de enzimas, con los códigos de acceso de PDB 1H5Z, 1U13, 1X8V, 2BZ9, 2CI0 y 2CIB.

Referencias

  1. ^ ab Daum G, Lees ND, Bard M, Dickson R (diciembre de 1998). "Bioquímica, biología celular y biología molecular de lípidos de Saccharomyces cerevisiae". Levadura . 14 (16): 1471–510. doi :10.1002/(SICI)1097-0061(199812)14:16<1471::AID-YEA353>3.0.CO;2-Y. PMID  9885152.
  2. ^ ab Lepesheva GI, Waterman MR (marzo de 2007). "Esterol 14 alfa-desmetilasa citocromo P450 (CYP51), un P450 en todos los reinos biológicos". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Temas generales . 1770 (3): 467–77. doi :10.1016/j.bbagen.2006.07.018. PMC 2324071 . PMID  16963187. 
  3. ^ abcdef Becher R, Wirsel SG (agosto de 2012). "Citocromo P450 esterol 14α-desmetilasa (CYP51) fúngico y resistencia a los azoles en patógenos humanos y vegetales". Microbiología y Biotecnología Aplicadas . 95 (4): 825–40. doi :10.1007/s00253-012-4195-9. PMID  22684327. S2CID  17688962.
  4. ^ Lepesheva GI, Waterman MR (enero de 2011). "Base estructural para la conservación en la familia CYP51". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteínas y Proteómica . 1814 (1): 88–93. doi :10.1016/j.bbapap.2010.06.006. PMC 2962772 . PMID  20547249. 
  5. ^ Abe F, Usui K, Hiraki T (septiembre de 2009). "El fluconazol modula la rigidez de la membrana, la heterogeneidad y la penetración de agua en la membrana plasmática en Saccharomyces cerevisiae". Bioquímica . 48 (36): 8494–504. doi :10.1021/bi900578y. PMID  19670905.
  6. ^ "Itraconazol (DB01167)". Banco de medicamentos .
  7. ^ Mullins JG, Parker JE, Cools HJ, Togawa RC, Lucas JA, Fraaije BA, Kelly DE, Kelly SL (2011). "Modelado molecular de la aparición de resistencia a los azoles en Mycosphaerella graminicola". MÁS UNO . 6 (6): e20973. Código Bib : 2011PLoSO...620973M. doi : 10.1371/journal.pone.0020973 . PMC 3124474 . PMID  21738598. 
  8. ^ Tuck SF, Patel H, Safi E, Robinson CH (junio de 1991). "Lanosterol 14 alfa-desmetilasa (P45014DM): efectos de los inhibidores de P45014DM sobre la biosíntesis de esteroles aguas abajo del lanosterol". Revista de investigación de lípidos . 32 (6): 893–902. doi : 10.1016/S0022-2275(20)41987-X . PMID  1940622.
  9. ^ Vanden Bossche H, Marichal P, Gorrens J, Bellens D, Verhoeven H, Coene MC, Lauwers W, Janssen PA (1987). "Interacción de derivados de azol con isoenzimas del citocromo P-450 en levaduras, hongos, plantas y células de mamíferos". Ciencia de los pesticidas . 21 (4): 289–306. doi : 10.1002/ps.2780210406.
  10. ^ Yoshida Y, Aoyama Y (enero de 1987). "Interacción de agentes antifúngicos azólicos con el citocromo P-45014DM purificado de microsomas de Saccharomyces cerevisiae". Farmacología Bioquímica . 36 (2): 229–35. doi :10.1016/0006-2952(87)90694-0. PMID  3545213.
  11. ^ Vanden Bossche H, Dromer F, Improvisi I, Lozano-Chiu M, Rex JH, Sanglard D (1998). "Resistencia a fármacos antifúngicos en hongos patógenos". Micología Médica . 36 (Suplemento 1): 119–28. PMID  9988500.
  12. ^ Leroux P, Albertini C, Gautier A, Gredt M, Walker AS (julio de 2007). "Las mutaciones en el gen CYP51 se correlacionaron con cambios en la sensibilidad a los inhibidores de la alfa-desmetilación del esterol 14 en aislados de campo de Mycosphaerella graminicola". Ciencia del manejo de plagas . 63 (7): 688–98. doi :10.1002/ps.1390. PMID  17511023.
  13. ^ Sanglard D, Ischer F, Koymans L, Bille J (febrero de 1998). "Las sustituciones de aminoácidos en el citocromo P-450 lanosterol 14alfa-desmetilasa (CYP51A1) de aislados clínicos de Candida albicans resistentes a los azoles contribuyen a la resistencia a los agentes antifúngicos azoles". Agentes antimicrobianos y quimioterapia . 42 (2): 241–53. doi :10.1128/AAC.42.2.241. PMC 105395 . PMID  9527767. 
  14. ^ Cannon RD, Lamping E, Holmes AR, Niimi K, Baret PV, Keniya MV, Tanabe K, Niimi M, Goffeau A, Monk BC (abril de 2009). "Resistencia a fármacos antifúngicos mediada por eflujo". Reseñas de microbiología clínica . 22 (2): 291–321, índice. doi :10.1128/CMR.00051-08. PMC 2668233 . PMID  19366916. 
  15. ^ Nash A, Rodas J (2018). "Las simulaciones de CYP51A de Aspergillus fumigatus en un modelo bicapa proporcionan información sobre la resistencia a los fármacos triazol". Micología Médica . 56 (3): 361–373. doi : 10.1093/mmy/myx056 . PMC 5895076 . PMID  28992260. 

Otras lecturas