La citrulinación o desiminación es la conversión del aminoácido arginina de una proteína en el aminoácido citrulina . La citrulina no es uno de los 20 aminoácidos estándar codificados por el ADN en el código genético . En cambio, es el resultado de una modificación postraduccional . La citrulinación es distinta de la formación del aminoácido citrulina libre como parte del ciclo de la urea o como un subproducto de las enzimas de la familia de la óxido nítrico sintasa .
Las enzimas llamadas arginina deiminasas (ADI) catalizan la desiminación de la arginina libre, mientras que las proteínas arginina deiminasas o peptidilarginina deiminasas (PAD) reemplazan el grupo cetimina primario (= NH) por un grupo cetona (= O). La arginina tiene carga positiva a un pH neutro, mientras que la citrulina no tiene carga neta. Esto aumenta la hidrofobicidad de la proteína, lo que puede provocar cambios en el plegamiento de las proteínas , afectando la estructura y función.
El sistema inmunológico puede atacar las proteínas citrulinadas, dando lugar a enfermedades autoinmunes como la artritis reumatoide (AR) y la esclerosis múltiple (EM). La fibrina y el fibrinógeno pueden ser sitios favorecidos para la desiminación de arginina dentro de las articulaciones reumatoides. Las pruebas de presencia de anticuerpos anti-proteína citrulinada (ACP) son altamente específicas (88-96%) para la artritis reumatoide, casi tan sensibles como el factor reumatoide (70-78%) para el diagnóstico de AR, y son detectables incluso antes del inicio de la enfermedad clínica. [1]
La vimentina citrulinada puede ser un autoantígeno en la AR y otras enfermedades autoinmunes, y se usa para estudiar la AR. Además, los anticuerpos contra la vimentina citrulinada (MCV) mutada pueden ser útiles para controlar los efectos de la terapia de AR. [2] Un sistema ELISA utiliza vimentina citrulinada modificada genéticamente (MCV), una isoforma de vimentina que se produce de forma natural, para mejorar el rendimiento de la prueba. [3]
En la reacción de la arginina a la citrulina, uno de los átomos de nitrógeno terminales de la cadena lateral de la arginina se reemplaza por un oxígeno . Así, se elimina la carga positiva de la arginina (a pH fisiológico), alterando la estructura terciaria de la proteína . La reacción usa una molécula de agua y produce amoníaco como subproducto:
Subtipos de PAD
Los PAD se encuentran en cordados pero no en animales inferiores. En mamíferos se han encontrado cinco isotipos de PAD : PAD1, PAD2, PAD3, PAD4 y PAD6. [4] Se pensaba que PAD5 era un isotipo único en humanos, sin embargo, se demostró que era homólogo a PAD4. [4] Estos isotipos difieren en términos de su distribución celular y tisular.
La expresión de PAD1 se ha detectado en la epidermis y el útero, y actúa en la citrulinación de la queratina y la filagrina , componentes clave de los queratinocitos . [4]
PAD2 se expresa a un alto nivel en el sistema nervioso central (SNC), incluidos el ojo y el cerebro, así como el músculo esquelético y el bazo. Se han encontrado transcripciones de PAD en los ojos del ratón C57BL6 / J desde el día embrionario 14,5. [5] También se ha demostrado que PAD2 interactúa con la vimentina en el músculo esquelético y los macrófagos, provocando que los filamentos se desarmen, lo que sugiere un papel en la apoptosis . [4]
Uno de los sustratos diana de PAD2 es la proteína básica de mielina . En la retina normal , la desiminación se encuentra en casi todas las capas de la retina, incluidos los fotorreceptores . También se ha informado de desiminación en células neuronales, como astrocitos , microglía y oligodendrocitos , células de Schwann y neuronas . [6] La metilación y fosforilación de MBP son activas durante el proceso de mielinogénesis . En el desarrollo temprano del embrión en el SNC, la desiminación de MBP juega un papel importante en el ensamblaje de la mielina. En los adultos, la desiminación de MBP se encuentra en enfermedades desmielinizantes como la esclerosis múltiple. MBP puede afectar a diferentes tipos de células en cada caso. [7]
La expresión de PAD3 se ha relacionado con la modificación de la lana de oveja. La citrulinación de la tricohialina le permite unir y reticular los filamentos de queratina, dirigiendo el crecimiento de la fibra de lana. [4]
PAD4 regula la expresión génica mediante modificaciones de histonas . El ADN se envuelve alrededor de las histonas y las proteínas de las histonas pueden controlar la expresión del ADN cuando se agregan y eliminan grupos químicos. Este proceso se conoce como procesamiento postraduccional o modificación postraduccional, porque tiene lugar en la proteína después de que se traduce el ADN. El papel del procesamiento postraduccional en la regulación génica es objeto de un campo de estudio cada vez mayor, la epigenética . Un mecanismo de modificación es la metilación . Un grupo metilo (CH 3 ) se une a una arginina en la proteína histona, alterando la unión del ADN a la histona y permitiendo que tenga lugar la transcripción. Cuando la PAD convierte la arginina en citrulina en una histona, bloquea la metilación adicional de la histona, inhibiendo la transcripción. [8] El isotipo principal para esto es PAD4, que deimina las argininas y / o argininas monometiladas en las histonas 3 y 4, desactivando los efectos de la metilación de la arginina. [9]
Enfermedades autoinmunes
En la artritis reumatoide y otras enfermedades autoinmunes, como la artritis psoriásica, el lupus eritematoso sistémico y el síndrome de Sjögren, los autoanticuerpos atacan a menudo las proteínas citrulinadas. La presencia de anticuerpos anti-proteína citrulinada es una prueba estándar para la artritis reumatoide y se asocia con una enfermedad más grave. Las proteínas citrulinadas también se encuentran en los desechos celulares que acompañan a la destrucción de las células en la enfermedad de alzheimer y después de fumar cigarrillos. Entonces, la citrulinación parece ser parte del mecanismo que estimula el sistema inmunológico en las enfermedades autoinmunes. Sin embargo, las proteínas citrulinadas también se pueden encontrar en la mucosa del colon sana . [10] [11] [12] [13] [14] [15]
El primer libro de texto completo sobre deiminación se publicó en 2014 [16].
Detección de péptidos y proteínas citrulinados
Los péptidos y proteínas citrulinados pueden detectarse utilizando anticuerpos dirigidos a los residuos citrulinados, o detectarse utilizando tecnologías proteómicas basadas en espectrometría de masas . La citrulinación de la arginina da como resultado un aumento de masa monoisotópico de +0,984016 Da, que se puede medir con espectrometría de masas . El desplazamiento de masa está cerca de la diferencia de masa entre los diferentes isótopos de péptidos de +1,008665 que pueden confundirse con un péptido citrulinado, especialmente en instrumentos de baja resolución. Sin embargo, esto es un problema menor con los espectrómetros de masas modernos de alta resolución / alta precisión. Además, el desplazamiento de masa es idéntico al desplazamiento de masa causado por la desamidación del aminoácido asparagina o cadena lateral de glutamina , que son modificaciones habituales.
Los residuos de citrulina se pueden modificar químicamente con butanodiona o biotinilación antes del análisis, lo que lleva a un cambio de masa diferente, y esta estrategia se ha utilizado con éxito para facilitar la identificación por espectrometría de masas . [17] [18]
Otro enfoque es utilizar la pérdida neutra de ácido isociánico (HNCO) de los residuos de citrulina cuando se someten a una fragmentación por disociación inducida por colisión de baja energía en espectrómetros de masas. La pérdida provoca un desplazamiento de masa de -43,0058 Da, que puede ser utilizado por espectrómetros de masas para seleccionar predominantemente péptidos citrulinados para fragmentación (secuenciación). [19] [20]
Finalmente, se puede aprovechar la pérdida de carga positiva a pH fisiológico provocada por la citrulinación. Antes del análisis proteómico ascendente , las proteínas se escinden enzimáticamente en péptidos. Comúnmente se usa la proteasa tripsina , que escinde después de los residuos de arginina y lisina cargados positivamente . Sin embargo, la tripsina no puede escindir después de un residuo de citrulina que es neutro. Una escisión omitida después de un residuo de citrulina junto con el cambio de masa correcto se puede usar como un marcador específico y sensible para la citrulinación, y la estrategia es compatible con los flujos de trabajo de proteómica ascendentes estándar .
Referencias
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