La miristoilación es una modificación de la lipidación en la que un grupo miristoílo , derivado del ácido mirístico , se une covalentemente mediante un enlace amida al grupo alfa-amino de un residuo de glicina N-terminal . [1] El ácido mirístico es un ácido graso saturado de 14 carbonos (14: 0) con el nombre sistemático de ácido n- tetradecanoico. Esta modificación se puede añadir co-traduccionalmente o post-traduccionalmente . La N-miristoiltransferasa (NMT) cataliza la reacción de adición de ácido mirístico en el citoplasma de las células. [2]Este evento de lipidación es el tipo de acilación grasa más encontrado [3] y es común entre muchos organismos, incluidos animales , plantas , hongos , protozoos [4] y virus . La miristoilación permite interacciones débiles proteína-proteína y proteína-lípido [5] y desempeña un papel esencial en el direccionamiento de la membrana, las interacciones proteína-proteína y funciona ampliamente en una variedad de vías de transducción de señales.
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Descubrimiento
En 1982, el laboratorio de Koiti Titani identificó un "grupo bloqueador N-terminal" en la subunidad catalítica de la proteína quinasa dependiente de AMP cíclico en vacas como n- tetradecanoilo. [6] Casi simultáneamente en el laboratorio de Claude B. Klee, este mismo grupo bloqueador N-terminal se caracterizó además como ácido mirístico. [7] Ambos laboratorios hicieron este descubrimiento utilizando técnicas similares: bombardeo de átomos rápidos , espectrometría de masas y cromatografía de gases . [6] [7]
N-miristoiltransferasa
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La enzima N-miristoiltransferasa (NMT) o glicilpéptido N-tetradecanoiltransferasa es responsable de la adición irreversible de un grupo miristoílo a los residuos de glicina N-terminales o internos de las proteínas. Esta modificación puede ocurrir co-traduccionalmente o post-traduccionalmente . En los vertebrados, esta modificación es llevada a cabo por dos NMT, NMT1 y NMT2 , ambos miembros de la superfamilia de acetiltransferasa GCN5 . [8]
Estructura
La estructura cristalina de NMT revela dos subunidades idénticas, cada una con su propio sitio de unión miristoil CoA. Cada subunidad consta de una gran hoja β en forma de silla de montar rodeada por hélices α . La simetría del pliegue es pseudo doble. [ aclaración necesaria ] Myristoyl CoA se une en la porción N-terminal , mientras que el extremo C-terminal se une a la proteína. [9]
Mecanismo
La adición del grupo miristoílo se realiza mediante una reacción de adición-eliminación nucleofílica . Primero, la miristoil coenzima A (CoA) se coloca en su bolsa de unión de NMT de modo que el carbonilo se enfrenta a dos residuos de aminoácidos, fenilalanina 170 y leucina 171. [9] Esto polariza el carbonilo de modo que haya una carga neta positiva en el carbono. , haciéndola susceptible al ataque nucleofílico por el residuo de glicina de la proteína a modificar. Cuando la miristoil CoA se une, el NMT se reorienta para permitir la unión del péptido. El extremo C-terminal de NMT actúa luego como una base general para desprotonar el NH 3 + , activando el grupo amino para atacar al grupo carbonilo de miristoil-CoA. El intermedio tetraédrico resultante se estabiliza mediante la interacción entre un agujero de oxianión cargado positivamente y el anión alcóxido cargado negativamente . Luego se libera CoA libre, lo que provoca un cambio conformacional en la enzima que permite la liberación del péptido miristoilado. [2]
Adición co-traduccional versus post-traduccional
Las modificaciones covalentes cotraduccionales y postraduccionales permiten que las proteínas desarrollen niveles más altos de complejidad en la función celular, lo que agrega diversidad al proteoma . [10] La adición de miristoil-CoA a una proteína puede ocurrir durante la traducción de la proteína o después. Durante la adición co-traduccional del grupo miristoílo, la glicina N-terminal se modifica después de la escisión del residuo de metionina N-terminal en el polipéptido en crecimiento de nueva formación . [1] La miristoilación postraduccional ocurre típicamente después de un evento de escisión de caspasa , lo que resulta en la exposición de un residuo interno de glicina, que luego está disponible para la adición de ácido mirístico. [8]
Funciones
Proteínas miristoiladas
Proteína | Papel fisiológico | Función miristoilación |
---|---|---|
Actina | Proteína estructural del citoesqueleto | Miristoilación postraduccional durante la apoptosis [8] |
Licitación | Proteína promotora de la apoptosis | Miristoilación postraduccional después de la escisión de la caspasa dirige la proteína a la membrana mitocondrial [8] |
MARCAS | entrecruzamiento de actina cuando es fosforilada por la proteína quinasa C | Ayudas de miristoilación cotranslacional en la asociación de la membrana plasmática |
Proteína G | Señalización GTPase | Ayudas de miristoilación cotraduccional en la asociación de la membrana plasmática [11] |
Gelsolin | Proteína cortadora de filamentos de actina | La miristoilación postraduccional regula al alza las propiedades antiapoptóticas [8] |
PAK2 | Estimulador de supervivencia, movilidad y crecimiento celular de serina / treonina quinasa | La miristoilación postraduccional regula al alza las propiedades apoptóticas e induce la localización de la membrana plasmática [8] |
Arf | regulación del tráfico vesicular y remodelación de actina | La miristoilación del extremo N ayuda a la asociación de membranas |
Hipocalcina | Sensor de calcio neuronal | Contiene un interruptor Ca 2+ / miristoilo |
Interruptor molecular de miristoilación
La miristoilación no solo diversifica la función de una proteína, sino que también le agrega capas de regulación. Una de las funciones más comunes del grupo miristoílo es la asociación de membranas y la localización celular de la proteína modificada. Aunque el grupo miristoílo se añade al final de la proteína, en algunos casos se secuestra dentro de las regiones hidrófobas de la proteína en lugar de exponerse al disolvente. [5] Al regular la orientación del grupo miristoilo, estos procesos pueden coordinarse y controlarse de cerca. La miristoilación es, por tanto, una forma de " cambio molecular ". [12]
Tanto los grupos miristoílo hidrófobos como los "parches básicos" (regiones altamente positivas en la proteína) caracterizan los interruptores electrostáticos miristoílo. El parche básico permite que se produzcan interacciones electrostáticas favorables entre las cabezas de fosfolípidos cargadas negativamente de la membrana y la superficie positiva de la proteína asociada. Esto permite una asociación más estrecha y una localización dirigida de proteínas. [5]
Los interruptores conformacionales de miristoilo pueden presentarse en varias formas. La unión del ligando a una proteína miristoilada con su grupo miristoílo secuestrado puede provocar un cambio conformacional en la proteína, lo que da como resultado la exposición del grupo miristoílo. De manera similar, algunas proteínas miristoiladas no son activadas por un ligando designado, sino por el intercambio de GDP por GTP por factores de intercambio de nucleótidos de guanina en la célula. Una vez que el GTP se une a la proteína miristoilada, se activa, exponiendo el grupo miristoilo. Estos interruptores conformacionales se pueden utilizar como una señal para la localización celular, interacciones membrana-proteína y proteína-proteína . [5] [12] [13]
Modificaciones duales de proteínas miristoiladas
Otras modificaciones en las proteínas N-miristoiladas pueden agregar otro nivel de regulación para la proteína miristoilada. La acilación dual puede facilitar una localización de proteínas más estrictamente regulada, dirigiendo específicamente las proteínas a las balsas lipídicas en las membranas [14] o permitiendo la disociación de las proteínas miristoiladas de las membranas.
La miristoilación y la palmitoilación son modificaciones comúnmente acopladas. La miristoilación por sí sola puede promover interacciones transitorias de membrana [5] que permiten que las proteínas se anclen a las membranas pero se disocian fácilmente. La palmitoilación adicional permite un anclaje más firme y una disociación más lenta de las membranas cuando lo requiere la célula. Esta modificación dual específica es importante para las vías del receptor acoplado a proteína G y se denomina interruptor de acilación de grasa dual. [5] [8]
La miristoilación suele ir seguida de la fosforilación de los residuos cercanos. La fosforilación adicional de la misma proteína puede disminuir la afinidad electrostática de la proteína miristoilada por la membrana, provocando la translocación de esa proteína al citoplasma después de la disociación de la membrana. [5]
Transducción de señales
La miristoilación juega un papel vital en la dirección de la membrana y la transducción de señales [15] en las respuestas de las plantas al estrés ambiental. Además, en la transducción de señales a través de la proteína G, la palmitoilación de la subunidad α, la prenilación de la subunidad γ y la miristoilación intervienen en la unión de la proteína G a la superficie interna de la membrana plasmática de modo que la proteína G pueda interactuar con su receptor. [dieciséis]
Apoptosis
La miristoilación es una parte integral de la apoptosis o muerte celular programada. La apoptosis es necesaria para la homeostasis celular y ocurre cuando las células están bajo estrés, como hipoxia o daño al ADN . La apoptosis puede proceder por activación mitocondrial o mediada por receptores. En la apoptosis mediada por receptores, las vías apoptóticas se activan cuando la célula se une a un receptor de muerte. En uno de esos casos, la unión del receptor de muerte inicia la formación del complejo de señalización inductor de muerte , un complejo compuesto por numerosas proteínas que incluyen varias caspasas, incluida la caspasa 3 . La caspasa 3 escinde varias proteínas que posteriormente son miristoiladas por NMT. El agonista de la muerte del dominio proapoptótico que interactúa con BH3 (Bid) es una de esas proteínas que, una vez miristoilada, se trasloca a las mitocondrias donde provoca la liberación de citocromo c que conduce a la muerte celular. [8] La actina , la gelsolina y la quinasa 2 activada por p21 PAK2 son otras tres proteínas que son miristoiladas después de la escisión por la caspasa 3 , lo que conduce a la regulación hacia arriba o hacia abajo de la apoptosis. [8]
Impacto en la salud humana
Cáncer
c-Src es un gen que codifica el protooncogén tirosina-proteína quinasa Src, una proteína importante para el ciclo mitótico normal. Se fosforila y desfosforila para encender y apagar la señalización. El protooncogén tirosina-proteína quinasa Src debe localizarse en la membrana plasmática para fosforilar otras dianasposteriores; miristoilación es responsable de esteevento de dirección de la membrana . El aumento de la miristoilación de c-Src puede conducir a una mayor proliferación celular y ser responsable de transformar las células normales en células cancerosas . [5] [13] [17] La activación de c-Src puede conducir a los llamados sellos distintivos del cáncer : regulación positiva de la angiogénesis , proliferación e invasión . [18]
Infecciosidad viral
El VIH-1 es un retrovirus que se basa en la miristoilación de una de sus proteínas estructurales para empaquetar con éxito su genoma, ensamblar y madurar en una nueva partícula infecciosa. La proteína de la matriz viral , el dominio más N-terminal de la poliproteína gag, está miristoilado. [19] Esta modificación de miristoilación se dirige a la membrana de la célula huésped. Utilizando el interruptor miristoil-electrostático, [12] que incluye un parche básico en la proteína de la matriz, la mordaza se puede ensamblar en balsas de lípidos en la membrana plasmática para el ensamblaje viral , la gemación y una mayor maduración. [17] Para prevenir la infectividad viral, la miristoilación de la proteína de la matriz podría convertirse en un buen objetivo farmacológico.
Infecciones procariotas y eucariotas
Ciertos NMT son dianas terapéuticas para el desarrollo de fármacos contra infecciones bacterianas . Se ha demostrado que la miristoilación es necesaria para la supervivencia de varios hongos causantes de enfermedades , entre ellos C. albicans y C. neoformans . Además de las bacterias procariotas , los NMT de numerosos organismos eucariotas que causan enfermedades también se han identificado como objetivos farmacológicos . El funcionamiento adecuado del NMT en los protozoos Leishmania major y Leishmania donovani ( leishmaniasis ), Trypanosoma brucei ( enfermedad del sueño africana ) y P. falciparum ( malaria ) es necesario para la supervivencia de los parásitos. Los inhibidores de estos organismos se encuentran actualmente en investigación. Se ha identificado un inhibidor de pirazol sulfonamida que se une selectivamente a T. brucei , compitiendo por el sitio de unión del péptido , inhibiendo así la actividad enzimática y eliminando el parásito del torrente sanguíneo de ratones con enfermedad del sueño africana . [8]
Ver también
- Acilación
- Prenilación
- Palmitoilación
- Palmitoleoilación
- Glicofosfatidilinositol
Referencias
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enlaces externos
- El predictor MYR
- PlantsP: Predictor de miristoilación específico de plantas
- Herramienta de miristoilación ExPASy