La elastasa pancreática es una forma de elastasa que se produce en las células acinares del páncreas , inicialmente producida como un zimógeno inactivo y luego activada en el duodeno por la tripsina . Las elastasas forman una subfamilia de serina proteasas , caracterizada por una estructura distintiva que consta de dos dominios de barril beta que convergen en el sitio activo que hidrolizan amidas y ésteres entre muchas proteínas además de elastina , un tipo de tejido conectivo que mantiene unidos los órganos. La elastasa pancreática 1 es una serina endopeptidasa, un tipo específico de proteasa que tiene el aminoácido serinaen su sitio activo. Aunque el nombre recomendado es elastasa pancreática, también puede denominarse elastasa-1, pancreatopeptidasa, PE o serina elastasa.
Elastasa pancreática | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 3.4.21.36 | |||||||
No CAS. | 848900-32-3 | |||||||
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Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | |||||||
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Elastasa pancreática II | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 3.4.21.71 | |||||||
No CAS. | 75603-19-9 | |||||||
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Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | |||||||
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Endopeptidasa pancreática E | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 3.4.21.70 | |||||||
No CAS. | 68073-27-8 | |||||||
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Inicialmente se pensó que la primera isoenzima , elastasa 1 pancreática, se expresaba en el páncreas. Sin embargo, más tarde se descubrió que era la única elastasa similar a quimotripsina que no se expresaba en el páncreas. De hecho, la elastasa pancreática se expresa en las capas basales de la epidermis (a nivel de proteínas). Por lo tanto, la elastasa pancreática 1 ha sido rebautizada como elastasa 1 (ELA1) o familia de elastasa similar a quimotripsina, miembro 1 ( CELA1 ). [1] Durante un período de tiempo, se pensó que ELA1 / CELA1 no se transcribía en una proteína. [2] Sin embargo, más tarde se descubrió que se expresaba en queratinocitos de la piel . [3]
La literatura clínica que describe la actividad de la elastasa 1 humana en el páncreas o en la materia fecal se refiere en realidad a la familia de elastasa similar a la quimotripsina, miembro 3B ( CELA3B ). [1]
Estructura
La elastasa pancreática es una proteína globular compacta con un núcleo hidrófobo . Esta enzima está formada por tres subunidades. Cada subunidad se une a un ion calcio ( cofactor ). Hay tres importantes sitios de unión a metales en los aminoácidos 77, 82, 87. [4] La tríada catalítica , ubicada en el sitio activo, está formada por tres residuos de aminoácidos unidos por enlaces de hidrógeno (H71, D119, S214), y juega un papel importante. papel esencial en la capacidad de escisión de todas las proteasas. Está compuesto por una única cadena peptídica de 240 aminoácidos y contiene 4 puentes disulfuro. Tiene un alto grado de identidad de secuencia con elastasas pancreáticas que corresponden a otras especies, como la rata, con quien comparte el 86% de su secuencia. [5] Su actividad enzimática es el resultado de la conformación tridimensional específica que adopta su cadena polipeptídica única y, por lo tanto, la actividad se pierde por desnaturalización y / o cambios conformacionales.
Inhibidores
Elafin, el inhibidor de elastasa derivado de la piel, ha demostrado ser un inhibidor potente y específico tanto del homólogo porcino de ELA1 como de la elastasa de leucocitos humanos in vitro. La elafina es expresada por queratinocitos epidérmicos en condiciones hiperproliferativas como la psoriasis y la cicatrización de heridas. También se ha informado que está presente en muchos otros epitelios adultos que están expuestos a estímulos ambientales: lengua, placa, amígdalas linguales, encía, faringe, epiglotis, cuerdas vocales, esófago, cuello uterino, vagina y folículos pilosos. En todos estos tejidos, la presencia de células inflamatorias es fisiológica y se cree que la expresión de elafina protege contra las proteasas de leucocitos, lo que ayuda a mantener la integridad epitelial.
Elafin, por el contrario, nunca se ha encontrado en la capa basal de ningún tipo de tejido epitelial. De hecho, la elafina está prácticamente ausente en la epidermis humana normal. Sin embargo, se ha informado que el otro inhibidor de elastasa conocido, SLPI , se expresa en los queratinocitos basales, lo que sugiere que este puede ser el principal inhibidor de elastasa en la epidermis normal.
La alfa 1-antitripsina y la alfa-2-macroglobulina son inhibidores de la proteasa sérica humana que inhiben completamente la actividad proteolítica general de la elastasa pancreática 1 y 2. Se ha observado que una proteasa debe ser activa para unirse a estos dos inhibidores. Los estudios demostraron que la actividad de la elastasa 2 se potenciaba en NaCl 25-250 mM. La actividad de elastasa 2 en NaCl se acercó aproximadamente al doble de la actividad sin NaCl. La elastasa 1 se inhibe ligeramente por encima de 150 mM de NaCl [6]
Significación clínica
Se sospechó que las mutaciones del gen CELA1 estaban asociadas con queratodermia palmoplantar no epidermolítica difusa (NEPPK difusa). [3] Sin embargo, la variante de secuencia sospechosa era completamente funcional y no se asoció fuertemente con la enfermedad. Más recientemente, una mutación específica en el gen KRT6C se ha relacionado con algunos casos de NEPPK difusa. [7]
Se encontró un posible polimorfismo del gen CELA1 que codifica esta proteína. A nivel de estructura secundaria, este polimorfismo se manifiesta en la escisión de una secuencia corta de CELA1. La secuencia desaparecida lleva los residuos de aminoácidos clave Val-227 y Thr-239, que contribuyen a la especificidad de sustrato de la elastasa I (resaltada en la Figura 3), así como cinco de los ocho aminoácidos implicados en el contacto primario de la elafina. (inhibidor) / formación del complejo elastasa. Estas observaciones implican que la variante de secuencia podría modificar la especificidad del sustrato de la enzima y abolir la capacidad de unión del inhibidor . Aunque no hubo anomalías epidérmicas patógenas obvias asociadas con la variante ELA1 truncada, es posible que los portadores del polimorfismo tengan un mayor riesgo de desarrollar enfermedades cutáneas comunes como la psoriasis y el eccema (se requerirán estudios genéticos e histológicos para investigar la enfermedad). papel de ELA1 en estos trastornos epidérmicos comunes). [3]
Biosíntesis
La elastasa pancreática se forma mediante la activación de la proelastasa del páncreas de mamífero por la tripsina . Después de procesarse a proelastasa, se almacena en los gránulos de zimógeno y luego se activa a elastasa en el duodeno mediante la escisión tríptica de un enlace peptídico en la forma inactiva de la molécula precursora. [8] Este proceso da como resultado la eliminación de un péptido de activación del N-terminal, que permite que la enzima adopte su conformación nativa.
Isoenzimas
Los seres humanos tienen cinco genes de elastasa similares a quimotripsina que codifican proteínas estructuralmente similares:
Familia | Símbolo gen | Nombre de la proteína | Número CE | ||
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Aprobado | Anterior | Aprobado | Anterior | ||
similar a la quimotripsina | CELA1 | ELA1 | familia de elastasa similar a quimotripsina, miembro 1 | elastasa 1, pancreática | EC 3.4.21.36 |
CELA2A | ELA2A | familia de elastasa similar a quimotripsina, miembro 2A | elastasa 2A, pancreática | EC 3.4.21.71 | |
CELA2B | ELA2B | familia de elastasa similar a quimotripsina, miembro 2B | elastasa 2B, pancreática | EC 3.4.21.71 | |
CELA3A | ELA3A | familia de elastasa similar a quimotripsina, miembro 3A | elastasa 3A, pancreática | EC 3.4.21.70 | |
CELA3B | ELA3B | familia de elastasa similar a quimotripsina, miembro 3B | elastasa 3B, pancreática | EC 3.4.21.70 |
Modificaciones postraduccionales
Glicosilación en Asn79 y Asn233. [9]
Gene
El gen que codifica la elastasa pancreática 1 es CELA1 (sinónimo: ELA1) La elastasa pancreática 1 está codificada por un solo locus genético en el cromosoma 12. Los estudios de elastasa pancreática humana 1 han demostrado que esta serina proteasa se asigna a la región cromosómica 12q13 [10] y está cerca de un lugar para una enfermedad de la piel autosómica dominante, queratodermia palmoplantar no epidermolítica difusa . [3]
Reacciones
La hidrólisis que provocan las elastasas ocurre en varios pasos, comenzando con la formación de un complejo entre la elastasa y su sustrato, con el carbono carbonilo posicionado cerca de la serina nucleófila, seguido de un ataque nucleófilo que forma un intermedio acil-enzima (un par de los electrones del doble enlace del carbonilo (oxígeno se mueven hacia el oxígeno) mientras se libera el primer producto. Luego, el intermedio se hidroliza en una etapa de desacilación, regenerando la enzima activa y dando como resultado la liberación del segundo producto (el carbono carbonilo deficiente en electrones vuelve a formar el doble enlace con el oxígeno y se libera el extremo C-terminal del péptido. Escinde preferentemente enlaces peptídicos en el extremo carbonilo de los residuos de aminoácidos con pequeñas cadenas laterales hidrófobas como glicina , valina , leucina , isoleucina y alanina . La amplia especificidad de las elastasas por las cadenas laterales no aromáticas sin carga puede explicar su capacidad para degradar las elastina. [11]
Uso en pruebas de diagnóstico
La elastasa 1 pancreática humana (E1) permanece sin degradar durante el tránsito intestinal. Por tanto, su concentración en heces refleja la función pancreática exocrina. Durante una inflamación del páncreas, E1 se libera en el torrente sanguíneo. Por tanto, la cuantificación de la elastasa 1 pancreática en suero permite el diagnóstico o la exclusión de pancreatitis aguda. [12]
Indicaciones principales:
- Diagnóstico / exclusión de insuficiencia pancreática exocrina causada, por ejemplo, por pancreatitis crónica, fibrosis quística, diabetes mellitus, colelitiasis (cálculos biliares), "retraso del crecimiento", cáncer de páncreas, estenosis papilar
- Monitorización de seguimiento de pacientes con insuficiencia pancreática leve o moderada
- Diagnóstico / exclusión de afectación pancreática en asociación con síntomas gastrointestinales, dolor abdominal u osteoporosis, por ejemplo. [13]
Método de detección:
- ELISA sándwich con dos anticuerpos monoclonales altamente específicos para elastasa pancreática humana 1
- El kit ELISA se basa en una placa de microtitulación (formato de 96 pocillos) con 12 tiras individuales rompibles x 8 pocillos adecuados para hasta 42 muestras por duplicado
Concentración de referencia para interpretar los resultados de la elastasa pancreática: para adultos y niños después del primer mes de vida
- Los valores> 200 μg de elastasa / g de heces indican una función pancreática exocrina normal
- Los valores de 100-200 μg de elastasa / g de heces sugieren una insuficiencia pancreática leve a moderada
- Los valores <100 μg de elastasa / g de heces indican insuficiencia pancreática exocrina. [14]
Referencias
- ^ a b EntrezGene 1990
- ^ Rose SD, MacDonald RJ (junio de 1997). "Silenciamiento evolutivo del gen de la elastasa I humana (ELA1)" . Tararear. Mol. Genet . 6 (6): 897–903. doi : 10.1093 / hmg / 6.6.897 . PMID 9175736 .
- ^ a b c d Talas U, Dunlop J, Khalaf S, Leigh IM, Kelsell DP (enero de 2000). "Elastasa humana 1: evidencia de expresión en la piel y la identificación de un polimorfismo de desplazamiento frecuente". J. Invest. Dermatol . 114 (1): 165–70. doi : 10.1046 / j.1523-1747.2000.00825.x . PMID 10620133 .
- ^ Número de acceso al recurso proteico universal Q9UNI1 en UniProt .
- ^ "Elastasa" . Worthington Enzyme Manual .
- ^ Largman C, Brodrick JW, Geokas MC (1976). "Purificación y caracterización de dos elastasas pancreáticas humanas". Bioquímica . 15 (11): 2491–500. doi : 10.1021 / bi00656a036 . PMID 819031 .
- ^ Akasaka E, Nakano H, Nakano A, Toyomaki Y, Takiyoshi N, Rokunohe D, Nishikawa Y, Korekawa A, Matsuzaki Y, Mitsuhashi Y, Sawamura D (2011). "La queratodermia palmoplantar difusa y focal puede ser causada por una mutación de queratina 6c". Br. J. Dermatol . 165 (6): 1290–2. doi : 10.1111 / j.1365-2133.2011.10552.x . PMID 21801157 .
- ^ Gertler A, Birk Y (1970). "Aislamiento y caracterización de proelastasa porcina" . EUR. J. Biochem . 12 (1): 170–6. doi : 10.1111 / j.1432-1033.1970.tb00835.x . PMID 5461547 .
- ^ "Gen CELA1" . GeneCards.
- ^ Davies RL, Yoon SJ, Weissenbach J, Ward D, Krauter K, Kucherlapati R (octubre de 1995). "Mapeo físico del gen ELA1 humano entre D12S361 y D12S347 en el cromosoma 12q13". Genómica . 29 (3): 766–8. doi : 10.1006 / geno.1995.9939 . PMID 8575772 .
- ^ Shotton DM (1970). "Elastasa". Métodos en enzimología . 19 : 113–140. doi : 10.1016 / 0076-6879 (70) 19009-4 . ISBN 9780121818814.
- ^ Stein J, Schoonbroodt D, Jung M, Lembcke B, Caspary WF (1996). "Mesure de l'élastase fécale par immunoréactivité: une nouvelle aproche indirecte de la fonction pancréatique" [Medición de elastasa fecal 1 por inmunorreactividad: una nueva prueba indirecta de la función pancreática]. Gastroentérologie Clinique et Biologique (en francés). 20 (5): 424–9. PMID 8761139 .
- ^ Gonzales AC, Vieira SM, Maurer RL, Silva FA, Silveira TR (2011). "Uso de concentración de elastasa-1 fecal monoclonal para la evaluación del estado pancreático en pacientes con fibrosis quística" . J Pediatr (Río J) . 87 (2): 157–62. doi : 10.2223 / JPED.2075 . PMID 21503378 .
- ^ Löser C, Möllgaard A, Fölsch UR (octubre de 1996). "Elastasa fecal 1: una prueba de función pancreática sin cámara novedosa, altamente sensible y específica" . Gut . 39 (4): 580–6. doi : 10.1136 / gut.39.4.580 . PMC 1383273 . PMID 8944569 .
enlaces externos
- Pancreático + Elastasa en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
- Descripción general de toda la información estructural disponible en el PDB para UniProt : P00772 (elastasa pancreática) en el PDBe-KB .
Este artículo incorpora texto de la Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos , que es de dominio público .