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Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol ) | |
ChemSpider | |
Tarjeta de información ECHA | 100.164.946 ![]() |
PubChem CID | |
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Propiedades | |
[C 21 H 28 N 6 O 18 P 3 ] + | |
Masa molar | 745,398 g / mol |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
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Referencias de Infobox | |
El fosfato de dinucleótido de adenina de ácido nicotínico , ( NAADP ), es un segundo mensajero que moviliza Ca 2+ sintetizado en respuesta a estímulos extracelulares. Al igual que sus primos mecanicistas, IP 3 y adenosina difosforibosa cíclica ( ADP-ribosa cíclica ), NAADP se une y abre los canales de Ca 2+ en los orgánulos intracelulares, aumentando así la concentración de Ca 2+ intracelular que, a su vez, modula diversos procesos celulares (ver Señalización de calcio ). Estructuralmente, es un dinucleótido que solo se diferencia del cofactor enzimático de mantenimiento, NADP.por un grupo hidroxilo (que reemplaza al grupo amino de nicotinamida) y, sin embargo, esta modificación menor lo convierte en el segundo mensajero movilizador de Ca2 + más potente descrito hasta ahora. NAADP actúa a través de phyla desde las plantas hasta el hombre.
En su artículo histórico de 1987, [1] Hon Cheung Lee y sus colegas descubrieron no uno sino dos segundos mensajeros que movilizan Ca 2+ , cADPR y NAADP a partir de los efectos de los nucleótidos sobre la liberación de Ca 2+ en homogeneizados de huevo de erizo de mar. Resulta que NAADP era un contaminante en fuentes comerciales de NADP , pero no fue hasta 1995 que se resolvió su estructura. [2] La primera demostración de que NAADP podría actuar en células de mamíferos (páncreas) se produjo cuatro años después. [3] Posteriormente, NAADP se ha detectado en fuentes tan diversas como esperma humano, glóbulos rojos y blancos, hígado y páncreas, por nombrar solo algunos. [4]
La primera demostración de que los niveles de NAADP aumentan en respuesta a un estímulo extracelular surgió al estudiar la fertilización del erizo de mar (NAADP cambió tanto en los óvulos como en los espermatozoides al contacto). [5] Posteriormente, otros tipos de células han seguido su ejemplo, como lo ejemplifica el páncreas (células acinares y beta), células T y músculo liso. Los niveles aumentan muy rápidamente, y posiblemente preceden al aumento de los otros mensajeros IP 3 y cADPR [6] , pero pueden ser muy transitorios (aumentando y volviendo a los niveles basales en segundos). Los mecanismos de transducción que acoplan los estímulos celulares a tales aumentos de NAADP están mal definidos, con algunas sugerencias de AMP cíclico [7] o del propio Ca 2+ citosólico.[8] estimular la síntesis.
Independientemente de los detalles, un tema pendiente es que la ruta fisiológica de la síntesis de NAADP aún no se ha identificado de manera inequívoca , ni la reacción (es) ni la (s) enzima (s). Claramente, es teóricamente posible que haya múltiples rutas de síntesis, pero esto no tendría precedentes en el mundo del segundo mensajero. Hasta la fecha, la hipótesis más favorecida es la llamada reacción de intercambio de bases ( ácido nicotínico + NADP → NAADP + nicotinamida ; catalizada por ADP-ribosil ciclasas ) que son una familia de enzimas que incluyen CD38 y CD157 en mamíferos (y ortólogos en erizo de mar y aplysiaovotestis). Estas se descubrieron por primera vez como las enzimas sintéticas para cADPR, pero luego se reveló que eran enzimas promiscuas y multifuncionales que también pueden producir NAADP. Ciertamente, la producción de NAADP puede ocurrir in vitro, pero si ocurre in vivo es otra cuestión (porque la eliminación genética o la eliminación de ADP-ribosil ciclasas no tiene ningún efecto sobre la producción de NAADP en algunos tipos de células), y puede haber otras rutas que requieran diferentes sustratos y enzimas. [9]
La enzima SARM1 también cataliza la formación de NAADP a partir de NAD +. [10]
La primera síntesis química de NAADP se logró en 2004 utilizando un enfoque quimioenzimático: una síntesis química total de NADP y luego la conversión de este a NAADP enzimáticamente. [11]
Como cualquier segundo sistema de mensajería, la señal debe terminarse y debe haber rutas para la eliminación de NAADP, pero nuevamente, se sabe poco con cierto grado de certeza. Se ha propuesto una 2'-3'-fosfatasa estimulada por Ca 2+ en el cerebro [12] y, posiblemente en las células acinares pancreáticas, que cataboliza NAADP a NAAD inactiva. CD38 también se ha encontrado a la ruptura NAADP (a ADPRP - véase el recuadro). [10] NAADP también puede reducirse a NAADPH. [13]
No es de extrañar que los tres segundos mensajeros principales no hagan lo mismo y no siempre puedan sustituirse entre sí. Las consecuencias fisiológicas de la liberación de Ca 2+ por cada mensajero pueden ser diferentes, es decir, NAADP se acopla a respuestas posteriores que no pueden ser imitadas por IP3 y cADPR . Por ejemplo, NAADP estimula selectivamente la diferenciación neuronal [14] o la exocitosis en las células inmunes.
En contraste con IP3 y ADP-ribosa cíclica que predominantemente movilizar Ca 2+ desde el neutro y abundante retículo endoplásmico tienda (ER), NAADP se dirige selectivamente a ácidos Ca 2+ tiendas de [15] - generalmente menos abundante que el ER pero con un papel fundamental que contradice su tamaño. Este cambio de paradigma que se aleja del RE se deriva de estudios seminales, nuevamente en huevos de erizo de mar, que mostraron que la liberación de Ca 2+ mediada por NAADP era sensible a los agentes que atacan a los orgánulos ácidos (por ejemplo, la bafilomicina A1 ) pero menos sensible a los que interfieren con el RE. Almacenamiento de Ca 2+ (por ejemplo, tapsigargina ). [15]
Este es un término general que abarca un espectro de vesículas ácidas que incluyen endosomas , lisosomas y orgánulos relacionados con lisosomas y vesículas secretoras y acidocalcisomas . [16] Son un continuo altamente dinámico de vesículas con una rica variedad de funciones bioquímicas establecidas en las células, a las que ahora se puede agregar el almacenamiento de Ca 2+ . Su pH luminal es una característica que distingue a una determinada clase de vesículas de otra: cuando los endosomas son débilmente ácidos (pH 6-6,5), los lisosomas suelen ser los más ácidos (pH 4,5-5,0) y las vesículas secretoras suelen tener un pH de 5,5. Ca 2+se considera cada vez más importante para la función endolisosómica, por ejemplo, el tráfico y la autofagia . Las aberraciones en las señales de Ca 2+ pueden tener consecuencias fisiopatológicas, incluidas enfermedades de almacenamiento lisosómico como Niemann Pick C y Mucolipidosis IV . [17]
Cuando NAADP moviliza Ca 2+ de estas reservas, el pH de las reservas aumenta concomitantemente (se vuelve más alcalino), como lo demuestran los estudios en huevos de erizo de mar, [18] corazón y páncreas de mamíferos. Queda por ver si esto tiene consecuencias para la función de la vesícula (o NAADP), pero el pH luminal suele ser crucial para la actividad de la proteína residente. [ cita requerida ]
En otros orgánulos que almacenan Ca 2+ , como el retículo endoplásmico o el Golgi , las reservas se llenan mediante bombas de ATPasa de calcio , tipificadas por los miembros ubicuos de las familias SERCA o SPCA (vía secretora Ca 2+ -ATPasa) respectivamente. La captación de Ca 2+ por las reservas ácidas se produce a través de otras proteínas: en levaduras y plantas (los sistemas mejor entendidos) las vacuolas ácidas albergan dos vías de captación: una Ca 2+ -ATPasa de alta afinidad y una Ca 2+ / H + de baja afinidad .antiportador (o intercambiador, denominado genéricamente CHX). Las bombas son diferentes de la familia SERCA (y, lo que es más importante, son insensibles a su inhibidor, la tapsigargina ) mientras que el intercambiador explota el gradiente de H + para impulsar la captación de Ca 2+ contra su gradiente de concentración. Los genes que codifican estas proteínas están bien definidos. [ cita requerida ]
En organismos superiores, la situación es menos clara. La captación de Ca 2+ generalmente se produce a través de una vía insensible a la tapsigargina (por lo tanto, excluye la participación de SERCA) y parece depender del gradiente de H + ; No se ha probado si esto ocurre a través de un solo CHX (desconocido) o mediante intercambiadores en serie (por ejemplo, intercambiador de Na + / H + acoplado a un intercambiador de Na + / Ca 2+ ). Las vesículas ácidas en algunos tipos de células bien pueden tomar una hoja del libro de levaduras / plantas y albergar dos vías de absorción, pero no está claro si se trata de una plantilla generalizada. [ cita requerida ]
En ausencia de inhibidores selectivos de la captación de Ca 2+ (a menudo porque ni siquiera conocemos la proteína / ruta), es común inhibir indirectamente la captación de Ca 2+ al colapsar el impulso termodinámico (el gradiente de H + ). El gradiente de H + puede eliminarse con ionóforos de H + (protonóforos) como nigericina o monensina o inhibiendo la V-ATPasa que genera el gradiente de H + con compuestos como bafilomicina A1 o concanamicina . [ cita requerida ]
Incluso a partir del trabajo pionero en el huevo de erizo de mar, quedó claro a partir del perfil farmacológico que NAADP actuaba sobre un canal diferente del receptor IP3 y el receptor de rianodina y esto ha sido confirmado recientemente por la identificación molecular del receptor NAADP como miembros de la familia TPC ( canal de dos poros ). [19] [20] Como intermedios estructurales entre el TRP de dominio único y el canal de calcio dependiente del voltaje de cuatro dominios , los TPC forman oligómeros (posiblemente dímeros) para formar el canal de Ca 2+ funcional . [21] Apropiadamente, estos canales residen en orgánulos ácidos (incluidas diferentes clases deendosomas y lisosomas ) probablemente debido a la presencia de secuencias diana endolisomales. [22]
El efecto de la manipulación genética de los niveles de TPC (es decir, sobreexpresión, desactivación o desactivación) es coherente con que las TPC sean el canal controlado por NAADP. Además, los TPC recapitulan muchas de las características de la liberación de Ca 2+ inducida por NAADP, es decir, promueven la liberación de Ca 2+ de las reservas ácidas, se correlacionan con los sitios de unión de NAADP, exhiben una curva de concentración-respuesta de NAADP en forma de campana, sensibilidad al antagonista de NAADP , Ned-19, y proporcionan el disparador Ca 2+ que posteriormente es amplificado por los canales ER Ca 2+ .
Hay 3 genes que codifican tres isoformas de TPC1-3 que difieren sustancialmente entre sí en su secuencia primaria (pero estas diferencias se conservan entre especies, de modo que la TPC1 humana y del erizo de mar están más estrechamente relacionadas que la TPC1 humana y la TPC2 humana) . Además, las isoformas de TPC exhiben distribuciones orgánicas diferentes, encontrándose TPC1 en todo el sistema endosómico mientras que TPC2 muestra una localización endosomal / lisosomal tardía más restringida. [23]
A pesar de la creciente literatura que apoya a los TPC como el canal regulado por NAADP, esto fue cuestionado en 2012/13 por informes de que los TPC son, en cambio, canales de Na + regulados por el lípido endolisosómico, fosfatidilinositol 3,5-bisfosfato , PI ( 3,5) P 2 [24] y también por estado metabólico (vía ATP y mTOR ). [25]
Como resultado de esto, varios grupos volvieron a investigar las propiedades de permeabilidad de los TPC y su papel en la liberación de Ca 2+ inducida por NAADP . Estuvieron de acuerdo en que los TPC son de hecho permeables al Na +, pero no necesariamente podrían recapitular la selectividad de Na + mostrada en los estudios de 2012/13. [26] [27] [28] [29] Por lo tanto, estos grupos concluyeron que los TPC eran canales de cationes que conducían tanto Ca 2+ como Na + (análogo al receptor NMDA de la membrana plasmática).
En cuanto a la activación por ligandos, todos los grupos están de acuerdo en que los TPC están modulados por PI (3,5) P 2 , aunque algunos consideran que su función es más un factor "permisivo" que una señal aguda per se. En cuanto al NAADP en sí, la conclusión en 2012 de que los TPC no están involucrados en la señalización del NAADP se debió en parte al hecho de que sus ratones transgénicos (diseñados para noquear tanto a TPC1 como a TPC2; doble knockout, DKO) aparentemente retuvieron la sensibilidad a NAADP. Sin embargo, otros han cuestionado si estos ratones son verdaderos DKO cuando se predice que retendrán> 90% de las secuencias de la proteína TPC (es decir, expresan solo TPC levemente truncadas que son funcionales [30] ). En un ratón DKO diferente que es demostrablemente nulo para TPC, las respuestas NAADP están completamente abolidas. [30]
A fin de cuentas, la controversia se ha resuelto un poco y está claro que los TPC son absolutamente esenciales para NAADP. Las propiedades de permeabilidad son más ambiguas: actualmente no está claro por qué algunos grupos observan una selectividad de Na + mientras que otros ven una permeabilidad mixta de Na + / Ca 2+ . Las condiciones experimentales necesariamente artificiales para una técnica tan exigente como la pinza de parche de lisosoma único hacen que sea más difícil ser dogmático sobre qué iones penetran en condiciones fisiológicas nativas. Es probable (y el modelo más simple) que los TPC funcionen como canales permeables al Ca 2+ regulados por NAADP, pero no se puede excluir formalmente que los TPC, que actúan como Na +canales, juegan un papel permisivo en un circuito iónico más complejo que los soportes NAADP inducida por Ca 2 + liberación [1] [2] .
Las estructuras cristalinas de TPC1 de Arabidopsis thaliana revelan la naturaleza dimérica de la molécula, pero hasta ahora no explican el mecanismo de selectividad catiónica. [31] [32]
IP3 se une directamente a su receptor IP3 afín que, por lo tanto, es un verdadero canal iónico controlado por ligando. Por el contrario, NAADP puede no unirse directamente a los TPC, pero puede requerir una proteína accesoria desconocida intermedia. En el homogeneizado de huevo de erizo de mar, las proteínas de unión pueden ser más pequeñas que las propias TPC, a juzgar por el etiquetado de fotoafinidad con [ 32 P] azido-NAADP. Por lo tanto, es probable que el receptor NAADP sea un complejo de múltiples proteínas en vesículas ácidas. [33] [34] [35]
Además de NAADP que activa el canal, hay evidencia de que el pH luminal también afecta la actividad del canal TPC, ya sea TPC1 [3] o TPC2 [4] [5] . Sin embargo, no se ha alcanzado un consenso claro sobre el efecto del pH y algunos sugieren que el pH ácido favorece la apertura de TPC1 o TPC2, mientras que otros informan que un pH más alcalino favorece la apertura de TPC2. [36]
Además, el Ca 2+ luminal también promueve la apertura de TPC1 y TPC2 (en el último caso, el Ca 2+ luminal también sensibiliza a los TPC a NAADP (análogo a la regulación luminal Ca 2+ de IP3R y RyR), pero esto exige un estudio más amplio de isoformas y especies . [ cita requerida ] Esta es una forma en la que se puede producir una diafonía entre las reservas ácidas de Ca 2+ y el ER, es decir, la liberación de Ca 2+ del ER puede "cebar" las reservas ácidas de Ca 2+ y promover más Ca 2 dependiente de NAADP + respuestas [6] .
Hasta la fecha, la mayoría de las pruebas están en contra de que el receptor NAADP esté regulado por el Ca 2+ citosólico o el pH. [37]
Recientemente, se ha descubierto un antagonista selectivo de NAADP que permea las células, el trans -NED-19 [38], que bloquea las señales de Ca 2+ y los procesos dependientes de Ca 2+ aguas abajo , como la diferenciación. [39] Antes de eso, solo podían usarse concentraciones altas de bloqueadores de los canales de Ca 2+ de tipo L (por ejemplo , diltiazem , dihidropiridinas ) (con preocupaciones obvias sobre los efectos no relacionados con NAADP). [40]
Aunque no es un verdadero antagonismo, el 'receptor' de NAADP puede auto-inactivarse cuando se une a concentraciones no liberadoras del propio NAADP. [41] [42] Estos prepulsos inactivantes de NAADP fueron la primera estrategia para implicar a NAADP en vías fisiológicas posteriores. [ cita requerida ]
El NAADP está cargado y no puede atravesar las membranas celulares. Por tanto, se ha sintetizado un precursor de éster lipófilo inactivo (NAADP / AM) que atraviesa las membranas y regenera rápidamente NAADP en el citosol tras la acción de esterasas endógenas. [43]
El NAADP enjaulado es un análogo de NAADP inactivo, impermeable a la membrana, que puede introducirse en las células mediante microinyección o una pipeta de parche. La fotólisis de flash con una fuente de luz ultravioleta la convierte rápidamente en NAADP, lo que permite al experimentador manipular con precisión los niveles de NAADP en el tiempo y el espacio. [44]
Un medio indirecto de inhibir la acción de NAADP es agotar sus reservas de Ca 2+ objetivo . Como se señaló anteriormente, esto generalmente implica colapsar el gradiente de H + con inhibidores de V-ATPasa (por ejemplo, bafilomicina A1 ) o protonóforos (por ejemplo, nigericina o monensina ). En plaquetas, se ha sugerido que la inhibición de SERCA3 con tBHQ también puede anular las señales dependientes de NAADP. [ cita requerida ]
Las dos enzimas parálogos, CD38 transmembrana y CD157 anclado a GPI , que producen NAADP (y cADPR) en humanos, tienen su sitio de síntesis activo en el ectodominio. Aunque esto puede implicar la síntesis vesicular, se ha demostrado que se produce en los sitios extracelulares y también puede actuar cuando es producido por una célula diferente o añadido artificialmente desde el exterior. Por tanto, el NAADP tiene que entrar en la célula por difusión o por transporte. Teniendo en cuenta el hecho de que el sustrato de la síntesis de NAADP (NADP) en sí mismo es muy escaso en el medio extracelular, se sospecha que un mecanismo basado en la difusión en bolsa es menos probable que una ruta mediada por un transportador. Esto es compatible con datos recientes que indican un transporte mediado por un portador parcialmente bloqueable por dipiridamol.y temperatura fría. [45]
Las reservas de ER y Ca 2+ ácido tienen similitudes, así como diferencias clave. Ambos transportan Ca 2+ a su lumina donde se almacena, y posteriormente se libera en respuesta a los estímulos abriendo los canales de Ca 2+ residentes . De hecho, el [Ca 2+ ] libre de cada uno es muy similar (~ 0,5-1,0 mM). Sin embargo, difieren en la cohorte de transportadores, su pH luminal y su volumen total por célula. La cantidad total de Ca 2+ que se almacena en cada uno es un producto del volumen y la concentración; dado que el [Ca 2+ ] es el mismo para cada uno, la cantidad total de Ca 2+ liberablees directamente proporcional al volumen de los organelos y, por lo tanto, los lisosomas pueden liberar solo una pequeña cantidad de Ca 2+ en comparación con el RE.
Esto es importante porque la liberación máxima de Ca 2+ de los lisosomas es tan pequeña que con frecuencia es "invisible" en los registros globales de Ca 2+, por ejemplo, utilizando reporteros fluorescentes citosólicos. Por el contrario, el Ca 2+ derivado de ER es globalmente sustancial y la señal intracelular predominante es visible en los registros globales.
Si la liberación de Ca 2+ lisosomal es tan pequeña, ¿cómo puede afectar a la fisiología celular? La respuesta es que puede ejercer sus efectos en dos modalidades de señalización diferentes: local y global, como se describirá.
En la infección bacteriana, sin embargo, la inducción de NAADP del flujo de salida de Ca 2+ lisosomal y la activación de TFEB conduce a una mayor expresión de citocinas inflamatorias . [46]
Dado que la difusión de Ca 2+ en la celda está restringida espacialmente, el Ca 2+ liberado por un canal no viaja lejos de su fuente (la boca del canal); las estimaciones del modelo están en el rango de 50 nm. Por lo tanto, la pequeña cantidad total de Ca 2+ liberada de los canales lisosomales formará dominios localmente altos [Ca 2+ ] alrededor de la cara citosólica de los canales lisosomales de Ca 2+ . Mediante la colocación estratégica de proteínas decodificadoras sensibles al Ca 2+ dentro de estos dominios (por ejemplo, en un complejo con el canal), las señales locales de Ca 2+ pueden estimular eventos dependientes de Ca 2+ , de manera crucial, incluso en ausencia de un Ca 2 citosólico global +señal. Esta es la modalidad cuando los lisosomas actúan por sí mismos.
Se ha informado que el eje NAADP / TPC exhibe tal compartimentación de señales, tal señalización local de Ca 2+ , en diferentes escenarios fisiológicos. En otras palabras, esta modalidad local puede explicar por qué algunos procesos son impulsados únicamente por NAADP / TPC en lugar de otras vías de señalización de Ca 2+ . Por ejemplo, NAADP / TPC son impulsores únicos de la muerte celular por las células T citotóxicas . [47] De manera similar, la fagocitosis a través del receptor Fc en el macrófago es impulsada solo por dominios altamente locales de Ca 2+ generados por NAADP / TPC (mientras que las señales globales de ER Ca 2+ no juegan ningún papel). [48]Esta dependencia única no está restringida a las células inmunes, sino que también se observa en las neuronas durante la potenciación a largo plazo , [49] y la diferenciación neuronal. [50] [51] La angiogénesis es otra vía dependiente de NAADP / TPC. [52]
Una modalidad diferente es cuando los lisosomas no solo actúan solos, sino en concierto con la sala de emergencias. En este escenario, los lisosomas primero suministran una liberación local de Ca 2+ 'desencadenante' que luego recluta secundariamente los IP3R o RyR en el RE mediante la liberación de calcio inducida por calcio (el 'amplificador'). En este modo, los lisosomas evocan indirectamente una señal citosólica global de Ca 2+ (que en realidad está mediada por el RE). De esta manera, se amplifica la liberación de Ca 2+ lisosomal , en lo que se conoce como la "hipótesis desencadenante".