La NADPH oxidasa (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato oxidasa) es uncomplejo enzimático unido a la membranaque se enfrenta al espacio extracelular. Se puede encontrar en la membrana plasmática, así como en las membranas de los fagosomas que utilizanlos glóbulos blancos neutrófilos para engullir los microorganismos. Las isoformas humanasdel componente catalítico del complejo incluyen NOX1 , NOX2 , NOX3 , NOX4 , NOX5 , DUOX1 y DUOX2 . [1]
NAD (P) H oxidasa | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Identificadores | ||||||||
CE no. | 1.6.3.1 | |||||||
No CAS. | 77106-92-4 | |||||||
Bases de datos | ||||||||
IntEnz | Vista IntEnz | |||||||
BRENDA | Entrada BRENDA | |||||||
FÁCIL | NiceZyme vista | |||||||
KEGG | Entrada KEGG | |||||||
MetaCyc | camino metabólico | |||||||
PRIAM | perfil | |||||||
Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
|
Reductasa férrica | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Identificadores | ||||||||
Símbolo | NADPH oxidasa | |||||||
Pfam | PF01794 | |||||||
InterPro | IPR013130 | |||||||
TCDB | 5.B.1 | |||||||
Superfamilia OPM | 464 | |||||||
Proteína OPM | 5o05 | |||||||
|
Reacción
La NADPH oxidasa cataliza la producción de un radical libre superóxido transfiriendo un electrón al oxígeno del NADPH . Durante este proceso, el O 2 se transporta desde el espacio extracelular al interior de la célula y el H + se exporta [ cita requerida ] .
- NADPH + 2O 2 ↔ NADP + + 2O 2 - + H +
Función biológica
Las oxidasas NADPH (NOX) son una de las principales fuentes de especies de oxígeno reactivo celular (ROS) , y todavía son el foco de un gran interés de investigación debido a su función exclusiva en la producción de ROS en condiciones fisiológicas normales. El complejo de NADPH oxidasa está inactivo en circunstancias normales, pero se activa para ensamblarse en las membranas durante el estallido respiratorio . La NADPH oxidasa activada genera superóxido que tiene funciones en la respuesta inmune de los animales y la señalización de las plantas.
El superóxido se puede producir en fagosomas que han ingerido bacterias y hongos , o se puede producir fuera de la célula. [2] El superóxido mata bacterias y hongos por mecanismos que aún no se comprenden completamente. [3] [4] Se presume que el superóxido mata las bacterias directamente, ya que la virulencia de muchos patógenos se atenúa drásticamente cuando se eliminan sus genes de superóxido dismutasa (SOD). Sin embargo, el superóxido también puede formar espontáneamente peróxido de hidrógeno que sufre más reacciones para generar otras especies reactivas de oxígeno (ROS) como el ácido hipocloroso (el agente reactivo en la lejía ). También puede inactivar enzimas metabólicas críticas, iniciar la peroxidación de lípidos , dañar los grupos de hierro-azufre , [5] y liberar hierro con actividad redox, que permite la generación de oxidantes indiscriminados como el radical hidroxilo. [4]
En insectos , los NOX tenían algunas funciones aclaradas. Los artrópodos tienen tres tipos de NOX (NOX4-art, un NOX4 independiente de p22-phox específico de artrópodos y dos enzimas dependientes de calcio, DUOX). [6] [7] En el intestino, la producción de ROS dependiente de DUOX a partir de la mucosa de Drosophila melanogaster estimulada por bacterias es un mecanismo importante para matar patógenos [8] y puede aumentar la defecación como respuesta de defensa. [9] En Aedes aegypti , DUOX participa en el control de la microbiota autóctona intestinal. [10] Rhodnius prolixus tiene DUOX activado por calcio, que está involucrado en el endurecimiento de la cáscara de huevo, [11] y NOX5, que está involucrado en el control de la motilidad intestinal y la digestión de la sangre. [12] [13]
Regulación
La regulación cuidadosa de la actividad de la NADPH oxidasa es crucial para mantener un nivel saludable de ROS en el cuerpo. La enzima está inactiva en las células en reposo, pero se activa rápidamente por varios estímulos, incluidos productos bacterianos y citocinas. [14] Las oxidasas vasculares NADPH están reguladas por una variedad de hormonas y factores que se sabe que son actores importantes en la remodelación y la enfermedad vasculares. Estos incluyen trombina , factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF), factor de necrosis tumoral (TNFa), lactosilceramida , interleucina-1 y LDL oxidada . [15] También es estimulado por agonistas y ácido araquidónico . [15] Por el contrario, el ensamblaje del complejo puede ser inhibido por la apocinina y el difenileno yodonio . La apocinina disminuye la inflamación pulmonar inducida por la influenza en ratones in vivo y, por lo tanto, puede tener beneficios clínicos en el tratamiento de la influenza. [dieciséis]
Tipos
En los mamíferos, la NADPH oxidasa se encuentra en dos tipos: uno en los glóbulos blancos (neutrófilos) y el otro en las células vasculares , que difieren en su estructura y funciones bioquímicas. [17] La NADPH oxidasa neutrofílica produce superóxido casi instantáneamente, mientras que la enzima vascular produce superóxido en minutos u horas. [18] Además, en los glóbulos blancos, se ha encontrado que el superóxido transfiere electrones a través de la membrana al oxígeno extracelular, mientras que en las células vasculares, el anión radical parece liberarse principalmente de forma intracelular. [19] [20]
Patología
Los superóxidos son cruciales para matar bacterias extrañas en el cuerpo humano. En consecuencia, la falta de actividad puede conducir a una mayor susceptibilidad a organismos como los microbios catalasa positivos, y la sobreactividad puede conducir a estrés oxidativo y daño celular.
La producción excesiva de ROS en las células vasculares causa muchas formas de enfermedad cardiovascular, incluida la hipertensión , la aterosclerosis , el infarto de miocardio y el accidente cerebrovascular isquémico . [21] La aterosclerosis es causada por la acumulación de macrófagos que contienen colesterol ( células espumosas ) en las paredes arteriales (en la íntima ). Las ROS producidas por la NADPH oxidasa activan una enzima que hace que los macrófagos se adhieran a la pared arterial (al polimerizar las fibras de actina). Este proceso es contrarrestado por los inhibidores de la oxidasa NADPH y por los antioxidantes. Un desequilibrio a favor de ROS produce aterosclerosis. Estudios in vitro han encontrado que los inhibidores de la NADPH oxidasa apocinina y difenileniodonio, junto con los antioxidantes N-acetilcisteína y resveratrol, despolimerizaron la actina, rompieron las adherencias y permitieron que las células espumosas migraran fuera de la íntima. [22] [23]
Un estudio sugiere un papel de la NADPH oxidasa en la pérdida de parvalbúmina neuronal y expresión de GAD67 inducida por ketamina . [24] Se observa una pérdida similar en la esquizofrenia , y los resultados pueden apuntar a la NADPH oxidasa como un posible actor en la fisiopatología de la enfermedad. [25] El nitro azul tetrazolio se utiliza en una prueba de diagnóstico, en particular, para la enfermedad granulomatosa crónica, una enfermedad en la que hay un defecto en la NADPH oxidasa; por lo tanto, el fagocito es incapaz de producir las especies reactivas de oxígeno o los radicales necesarios para la muerte bacteriana, lo que da como resultado que las bacterias prosperen dentro del fagocito. Cuanto mayor sea la puntuación azul, mejor será la célula para producir especies reactivas de oxígeno.
También se ha demostrado que la NADPH oxidasa juega un papel en el mecanismo que induce la formación de sFlt-1 , una proteína que desactiva ciertos factores proangiogénicos que juegan un papel en el desarrollo de la placenta, al facilitar la formación de especies reactivas de oxígeno , que son supuestos intermediarios en la formación de sFlt-1. Estos efectos son en parte responsables de la inducción de preeclampsia en mujeres embarazadas [26].
Mutaciones
Las mutaciones en los genes de la subunidad de NADPH oxidasa causan varias Enfermedades Granulomatosas Crónicas (EGC), caracterizadas por una susceptibilidad extrema a la infección. [15] Estos incluyen:
- Enfermedad granulomatosa crónica ligada al cromosoma X (EGC)
- CGD autosómica recesiva citocromo b negativa
- CGD tipo I autosómico recesivo citocromo b positivo
- CGD tipo II autosómica recesiva positiva para citocromo b .
En estas enfermedades, las células tienen una baja capacidad de fagocitosis y se producen infecciones bacterianas persistentes. Las áreas de células infectadas son comunes, granulomas. Un trastorno similar llamado síndrome de inmunodeficiencia de neutrófilos está relacionado con una mutación en el RAC2, que también forma parte del complejo.
Inhibición
La NADPH oxidasa puede inhibirse mediante apocinina , óxido nítrico (NO) y difenilen yodonio . La apocinina actúa impidiendo el ensamblaje de las subunidades de NADPH oxidasa. La apocinina disminuye la inflamación pulmonar inducida por la influenza en ratones in vivo y, por lo tanto, puede tener beneficios clínicos en el tratamiento de la influenza. [dieciséis]
La inhibición de la NADPH oxidasa por el NO bloquea la fuente de estrés oxidativo en la vasculatura. Por lo tanto, los medicamentos de donantes NO ( nitrovasodilatadores ) se han utilizado durante más de un siglo para tratar la enfermedad de las arterias coronarias , la hipertensión y la insuficiencia cardíaca al evitar que el exceso de superóxido deteriore las células vasculares sanas. [17]
Los inhibidores de la oxidasa NADPH más avanzados incluyen GKT-831 (anteriormente GKT137831 ), un inhibidor dual de las isoformas NOX4 y NOX1 [27] que se patentó en 2007. [28] El compuesto se desarrolló inicialmente para la fibrosis pulmonar idiopática y obtuvo la designación de fármaco huérfano por la FDA y EMA a finales de 2010. [29]
Estructura
La estructura completa de la enzima vascular unida a la membrana se compone de cinco partes: dos subunidades citosólicas (p47phox y p67phox), un citocromo b558 que consta de gp91phox, p22phox y una pequeña proteína G Rac. [17] La generación del superóxido en el NADPH vascular se produce mediante una reducción de un electrón de oxígeno a través de la subunidad gp91phox, utilizando NADPH reducido como donante de electrones. La proteína G pequeña tiene un papel esencial en la activación de la oxidasa al cambiar entre una forma unida a GDP (inactiva) y una forma unida a GTP (activa). [30]
Tipo neutrófilo
La isoforma que se encuentra en los neutrófilos se compone de seis subunidades. Estas subunidades son:
- una Rho GTPasa , generalmente Rac1 o Rac2 (Rac significa sustrato de toxina botulínica C3 relacionada con Rho )
- Cinco subunidades de oxidasa fagocítica :
- gp91 phox ( NOX2 )
- p22 phox ( CYBA )
- p40 phox ( NCF4 )
- p47 phox ( NCF1 )
- p67 phox ( NCF2 )
Tipo vascular
Hay varias isoformas vasculares del complejo que utilizan parálogos de la subunidad NOX2:
- NOX1
- NOX3
- NOX4
- NOX5
Tipo de tiroides
Hay dos parálogos más de la subunidad NOX2 en la tiroides:
- DUOX1
- DUOX2
Referencias
- ^ Sahoo S, Meijles DN, Pagano PJ (marzo de 2016). "NADPH oxidasas: ¿moduladores clave en el envejecimiento y las enfermedades cardiovasculares relacionadas con la edad?" . Ciencia Clínica . 130 (5): 317–35. doi : 10.1042 / CS20150087 . PMC 4818578 . PMID 26814203 .
- ^ Herb M, Gluschko A, Wiegmann K, Farid A, Wolf A, Utermöhlen O, et al. (Febrero de 2019). "Las especies de oxígeno reactivas mitocondriales permiten la señalización proinflamatoria a través del enlace disulfuro de NEMO" . Señalización científica . 12 (568): eaar5926. doi : 10.1126 / scisignal.aar5926 . PMID 30755476 .
- ^ Herb M, Schramm M (febrero de 2021). "Funciones de ROS en macrófagos e inmunidad antimicrobiana" . Antioxidantes . 10 (2): 313. doi : 10.3390 / antiox10020313 . PMC 7923022 . PMID 33669824 .
- ^ a b Slauch JM (mayo de 2011). "¿Cómo el estallido oxidativo de los macrófagos mata a las bacterias? Sigue siendo una pregunta abierta" . Microbiología molecular . 80 (3): 580–3. doi : 10.1111 / j.1365-2958.2011.07612.x . PMC 3109634 . PMID 21375590 .
- ^ Djaman O, Outten FW, Imlay JA (octubre de 2004). "Reparación de racimos de hierro-azufre oxidados en Escherichia coli" . La revista de química biológica . 279 (43): 44590–9. doi : 10.1074 / jbc.M406487200 . PMID 15308657 .
- ^ Gandara AC, Torres A, Bahia AC, Oliveira PL, Schama R (marzo de 2017). "Origen evolutivo y función de NOX4-art, una NADPH oxidasa específica de artrópodos" . Biología Evolutiva BMC . 17 (1): 92. doi : 10.1186 / s12862-017-0940-0 . PMC 5372347 . PMID 28356077 .
- ^ Kawahara T, Quinn MT, Lambeth JD (julio de 2007). "Evolución molecular de la familia de enzimas NADPH oxidasa (Nox / Duox) generadoras de oxígeno reactivo" . Biología Evolutiva BMC . 7 (1): 109. doi : 10.1186 / 1471-2148-7-109 . PMC 1940245 . PMID 17612411 .
- ^ Ha EM, Oh CT, Bae YS, Lee WJ (noviembre de 2005). "Un papel directo de la oxidasa dual en la inmunidad intestinal de Drosophila" . Ciencia . 310 (5749): 847–50. Código bibliográfico : 2005Sci ... 310..847H . doi : 10.1126 / science.1117311 . PMID 16272120 . S2CID 12476863 .
- ^ Du EJ, Ahn TJ, Kwon I, Lee JH, Park JH, Park SH, et al. (Enero de 2016). Miguel-Aliaga I (ed.). "TrpA1 regula la defecación de patógenos transmitidos por los alimentos bajo el control de la vía Duox" . PLoS Genetics . 12 (1): e1005773. doi : 10.1371 / journal.pgen.1005773 . PMC 4699737 . PMID 26726767 .
- ^ Oliveira JH, Gonçalves RL, Lara FA, Dias FA, Gandara AC, Menna-Barreto RF, et al. (Marzo de 2011). Schneider DS (ed.). "El hemo derivado de la harina de sangre disminuye los niveles de ROS en el intestino medio de Aedes aegypti y permite la proliferación de la microbiota intestinal" . PLoS Pathogens . 7 (3): e1001320. doi : 10.1371 / journal.ppat.1001320 . PMC 3060171 . PMID 21445237 .
- ^ Dias FA, Gandara AC, Queiroz-Barros FG, Oliveira RL, Sorgine MH, Braz GR, Oliveira PL (diciembre de 2013). "La actividad de la doble oxidasa ovárica (Duox) es esencial para el endurecimiento e impermeabilización de la cáscara de huevo de los insectos" . La revista de química biológica . 288 (49): 35058–67. doi : 10.1074 / jbc.M113.522201 . PMC 3853258 . PMID 24174530 .
- ^ Montezano AC, De Lucca Camargo L, Persson P, Rios FJ, Harvey AP, Anagnostopoulou A, et al. (Junio de 2018). "NADPH oxidasa 5 es una isoforma de Nox pro-contráctil y un punto de interferencia para el calcio y las implicaciones de señalización redox en la función vascular" . Revista de la Asociación Estadounidense del Corazón . 7 (12). doi : 10.1161 / JAHA.118.009388 . PMC 6220544 . PMID 29907654 .
- ^ Gandara AC, Dias FA, de Lemos PC, Stiebler R, Bombaça AC, Menna-Barreto R, Oliveira PL (25/02/2021). " " Urato y NOX5 controlan la digestión de la sangre en el insecto hematófago Rhodnius prolixus " " . Fronteras en fisiología . 12 : 633093. doi : 10.3389 / fphys.2021.633093 . PMC 7947236 . PMID 33716782 .
- ^ Geiszt M (julio de 2006). "NADPH oxidasas: nuevos niños en el bloque" . Investigación cardiovascular . 71 (2): 289–99. doi : 10.1016 / j.cardiores.2006.05.004 . PMID 16765921 .
- ^ a b c Griendling KK, Sorescu D, Ushio-Fukai M (marzo de 2000). "NAD (P) H oxidasa: papel en la biología y enfermedad cardiovascular" . Investigación de circulación . 86 (5): 494–501. doi : 10.1161 / 01.res.86.5.494 . PMID 10720409 .
- ^ a b Vlahos R, Stambas J, Bozinovski S, Broughton BR, Drummond GR, Selemidis S (febrero de 2011). "La inhibición de la actividad oxidasa Nox2 mejora la inflamación pulmonar inducida por el virus de la influenza A" . PLoS Pathogens . 7 (2): e1001271. doi : 10.1371 / journal.ppat.1001271 . PMC 3033375 . PMID 21304882 .
- ^ a b c Dusting GJ, Selemidis S, Jiang F (marzo de 2005). "Mecanismos para suprimir NADPH oxidasa en la pared vascular" . Memórias do Instituto Oswaldo Cruz . 100 Supl. 1: 97–103. doi : 10.1590 / S0074-02762005000900016 . PMID 15962105 .
- ^ Pagano PJ, Chanock SJ, Siwik DA, Colucci WS, Clark JK (agosto de 1998). "La angiotensina II induce la expresión de ARNm de p67phox y la generación de superóxido de NADPH oxidasa en fibroblastos adventiciales aórticos de conejo" . La hipertensión . 32 (2): 331–7. doi : 10.1161 / 01.hyp.32.2.331 . PMID 9719063 .
- ^ Griendling KK, Minieri CA, Ollerenshaw JD, Alexander RW (junio de 1994). "La angiotensina II estimula la actividad oxidasa de NADH y NADPH en células de músculo liso vascular cultivadas" . Investigación de circulación . 74 (6): 1141–8. doi : 10.1161 / 01.res.74.6.1141 . PMID 8187280 .
- ^ Zafari AM, Ushio-Fukai M, Akers M, Yin Q, Shah A, Harrison DG, et al. (Septiembre de 1998). "Papel de H2O2 derivado de NADH / NADPH oxidasa en la hipertrofia vascular inducida por angiotensina II" . La hipertensión . 32 (3): 488–95. doi : 10.1161 / 01.hyp.32.3.488 . PMID 9740615 .
- ^ Wattanapitayakul SK, Bauer JA (febrero de 2001). "Vías oxidativas en la enfermedad cardiovascular: funciones, mecanismos e implicaciones terapéuticas". Farmacología y terapéutica . 89 (2): 187–206. doi : 10.1016 / S0163-7258 (00) 00114-5 . PMID 11316520 .
- ^ Park YM, Febbraio M, Silverstein RL (enero de 2009). "CD36 modula la migración de macrófagos humanos y de ratón en respuesta a LDL oxidada y puede contribuir a la captura de macrófagos en la íntima arterial" . La Revista de Investigación Clínica . 119 (1): 136–45. doi : 10.1172 / JCI35535 . PMC 2613464 . PMID 19065049 .
- ^ Curtiss LK (marzo de 2009). "¿Revertir la aterosclerosis?". La Revista de Medicina de Nueva Inglaterra . 360 (11): 1144–6. doi : 10.1056 / NEJMcibr0810383 . PMID 19279347 .
- ^ Behrens MM, Ali SS, Dao DN, Lucero J, Shekhtman G, Quick KL, Dugan LL (diciembre de 2007). "La pérdida de fenotipo de interneuronas de picos rápidos inducida por ketamina está mediada por NADPH-oxidasa" . Ciencia . 318 (5856): 1645–7. Código Bibliográfico : 2007Sci ... 318.1645B . doi : 10.1126 / science.1148045 . PMID 18063801 . S2CID 41932041 .
- ^ Tom Fagan. ¿El estrés oxidativo vincula las hipótesis de esquizofrenia de NMDA y GABA? Archivado el 30 de diciembre de 2007 en el Foro de investigación de esquizofrenia de Wayback Machine . 09 de diciembre de 2007.
- ^ Huang QT, Zhang M, Zhong M, Yu YH, Liang WZ, Hang LL, et al. (Diciembre 2013). "Los productos finales de glicación avanzada como una molécula corriente arriba desencadenan la producción de sFlt-1 inducida por ROS en trofoblastos extravellosos: un puente novedoso entre el estrés oxidativo y la preeclampsia". Placenta . 34 (12): 1177–82. doi : 10.1016 / j.placenta.2013.09.017 . PMID 24144948 .
- ^ Aoyama T, Paik YH, Watanabe S, Laleu B, Gaggini F, Fioraso-Cartier L, et al. (Diciembre 2012). "Nicotinamida adenina dinucleótido fosfato oxidasa en fibrosis hepática experimental: GKT137831 como un nuevo agente terapéutico potencial" . Hepatología . 56 (6): 2316-27. doi : 10.1002 / hep.25938 . PMC 3493679 . PMID 22806357 .
- ^ "Espacenet - Datos bibliográficos" . Worldwide.espacenet.com . Consultado el 4 de mayo de 2017 .
- ^ "La FDA otorga a Genkyotex la designación de fármaco huérfano de GKT137831 para IPF - Genkyotex SA" pauahosting.co.nz . Consultado el 4 de mayo de 2017 .[ enlace muerto permanente ]
- ^ Heyworth PG, Knaus UG, Settleman J, Curnutte JT, Bokoch GM (noviembre de 1993). "Regulación de la actividad de NADPH oxidasa por proteína (s) activadora de Rac GTPasa" . Biología molecular de la célula . 4 (11): 1217–23. doi : 10.1091 / mbc.4.11.1217 . PMC 275755 . PMID 8305740 .
enlaces externos
- NADPH + oxidasa en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
- EC 1.6.3.1