Fosfoinositida fosfolipasa C ( PLC ) ( EC 3.1.4.11 , la fosfodiesterasa triphosphoinositide , fosfoinositidasa C , la fosfodiesterasa 1-fosfatidilinositol-4,5-bifosfato , fosfodiesterasa monophosphatidylinositol , fosfatidilinositol fosfolipasa C , PI-PLC , 1-fosfatidil-D-mio-inositol- 4,5-bisfosfato inositoltrisfosfohidrolasa ) es una familia de enzimas intracelulares eucariotas que desempeñan un papel importante en los procesos de transducción de señales. [1] Estas enzimas pertenecen a una superfamilia más grande de fosfolipasa C. Se han identificado otras familias de enzimas fosfolipasa C en bacterias y tripanosomas . Las fosfolipasas C son fosfodiesterasas .
Fosfolipasa C específica de fosfatidilinositol | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Identificadores | ||||||||
Símbolo | PI-PLC-X | |||||||
Pfam | PF00388 | |||||||
Clan pfam | CL0384 | |||||||
InterPro | IPR000909 | |||||||
INTELIGENTE | PLCXc | |||||||
PROSITE | PDOC50007 | |||||||
SCOP2 | 1gym / SCOPe / SUPFAM | |||||||
Superfamilia OPM | 118 | |||||||
Proteína OPM | 1djx | |||||||
CDD | cd00137 | |||||||
|
fosfoinositido fosfolipasa C | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Identificadores | ||||||||
CE no. | 3.1.4.11 | |||||||
No CAS. | 37213-51-7 | |||||||
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 | |||||||
Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | |||||||
|
La fosfolipasa C participa en el metabolismo del fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP 2 ) y en las vías de señalización de lípidos de una manera dependiente del calcio. En la actualidad, la familia consta de seis subfamilias que comprenden un total de 13 isoformas separadas que difieren en su modo de activación, niveles de expresión, regulación catalítica, localización celular, avidez de unión a la membrana y distribución tisular. Todos son capaces de catalizar la hidrólisis de PIP 2 en dos importantes moléculas de segundo mensajero , que luego alteran las respuestas celulares como proliferación , diferenciación , apoptosis , remodelación del citoesqueleto , tráfico vesicular, conductancia de canales iónicos , función endocrina y neurotransmisión .
Reacción y mecanismo catalítico.
Todos los miembros de la familia son capaces de catalizar la hidrólisis de PIP 2 , un fosfatidilinositol en la valva interna de la membrana plasmática en los dos segundos mensajeros, trifosfato de inositol (IP 3 ) y diacilglicerol (DAG).
La reacción química se puede expresar como:
- 1-fosfatidil-1D-mio-inositol 4,5-bifosfato + H 2 O 1D-mioinositol 1,4,5-trifosfato + diacilglicerol
Así, los dos sustratos de esta enzima son H 2 O y 1-fosfatidil-1D-mioinositol 4,5-bisfosfato (PIP 2 , fosfatidilinositol bisfosfato), mientras que sus dos productos son diacilglicerol y 1D-mioinositol 1,4 , 5-trifosfato (IP 3 , trifosfato de inositol).
Los PLC catalizan la reacción en dos pasos secuenciales. La primera reacción es un paso de fosfotransferasa que implica un ataque intramolecular entre el grupo hidroxilo en la posición 2 'en el anillo de inositol y el grupo fosfato adyacente que da como resultado un intermedio IP 3 cíclico . En este punto, se genera DAG. Sin embargo, en el segundo paso de la fosfodiesterasa , el intermedio cíclico se mantiene dentro del sitio activo el tiempo suficiente para ser atacado por una molécula de agua, lo que da como resultado un producto IP 3 acíclico final . Debe mencionarse que las formas bacterianas de la enzima, que contienen solo el dominio de la lipasa catalítica , producen exclusivamente intermedios cíclicos, mientras que las isoformas de mamíferos generan predominantemente el producto acíclico. Sin embargo, es posible alterar las condiciones experimentales (por ejemplo, temperatura, pH) in vitro de manera que algunas isoformas de mamíferos alteren el grado en el que producen mezclas de productos cíclicos / acíclicos junto con DAG. [ cita requerida ] Este proceso catalítico está estrictamente regulado por la fosforilación reversible de diferentes fosfoinosítidos y su afinidad por diferentes proteínas reguladoras. [2] [3] [4]
Ubicación de la celda
Los PLC realizan su función catalítica en la membrana plasmática donde está presente su sustrato PIP 2 . Este acoplamiento de membrana está mediado principalmente por dominios de unión a lípidos (por ejemplo, dominio PH y dominio C2 ) que muestran afinidad por diferentes componentes fosfolípidos de la membrana plasmática. Es importante señalar que la investigación también ha descubierto que, además de la membrana plasmática, los PLC también existen dentro de otras regiones subcelulares como el citoplasma y el núcleo de la célula. En la actualidad, no está claro exactamente cuáles son las funciones definitivas de estas enzimas en estos compartimentos celulares, en particular el núcleo.
Función
La fosfolipasa C realiza un mecanismo catalítico, agota la PIP2 y genera trifosfato de inositol (IP 3 ) y diacilglicerol (DAG).
El agotamiento de PIP2 inactiva numerosas moléculas efectoras en la membrana plasmática, sobre todo los canales dependientes de PIP2 y los transportadores responsables de establecer el potencial de membrana de la célula. [5]
Los productos hidrolíticos también modulan la actividad de las proteínas posteriores importantes para la señalización celular. El IP3 es soluble y se difunde a través del citoplasma e interactúa con los receptores IP3 en el retículo endoplásmico , provocando la liberación de calcio y elevando el nivel de calcio intracelular .
Lectura adicional: Función del calcio en humanos
El DAG permanece dentro de la valva interna de la membrana plasmática debido a su carácter hidrófobo, donde recluta la proteína quinasa C (PKC), que se activa junto con la unión de los iones de calcio. Esto da como resultado una gran cantidad de respuestas celulares a través de la estimulación de proteínas sensibles al calcio como la Calmodulina .
Lectura adicional: Función de la proteína quinasa C
PI-PLC-Y | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Identificadores | ||||||||
Símbolo | PI-PLC-Y | |||||||
Pfam | PF00387 | |||||||
Clan pfam | CL0384 | |||||||
InterPro | IPR001711 | |||||||
INTELIGENTE | PLCYc | |||||||
PROSITE | PDOC50007 | |||||||
SCOP2 | 1qas / SCOPe / SUPFAM | |||||||
Superfamilia OPM | 126 | |||||||
Proteína OPM | 2ptd | |||||||
|
Estructura de dominio
En términos de organización de dominios, todos los miembros de la familia poseen dominios catalíticos X e Y homólogos en forma de un barril distorsionado de triosa fosfato isomerasa (TIM) con una región enlazadora intermedia altamente desordenada, cargada y flexible. Asimismo, todas las isoformas poseen cuatro dominios de mano EF y un solo dominio C2 que flanquean el núcleo catalítico X e Y. Un dominio PH N-terminal está presente en todas las familias excepto en la isoforma ζ específica del esperma.
Los dominios SH2 (unión a fosfotirosina) y SH3 (unión rica en prolina) se encuentran solo en la forma γ (específicamente dentro de la región enlazadora), y solo la forma ε contiene factor de intercambio de nucleótidos de guanina (GEF) y RA ( asociación con Ras ) dominios. La subfamilia β se distingue de las demás por la presencia de una larga extensión C-terminal inmediatamente aguas abajo del dominio C2, que es necesaria para la activación por las subunidades G αq , y que desempeña un papel en la unión a la membrana plasmática y la localización nuclear.
Isoenzimas y activación
La familia de la fosfolipasa C consta de 13 isoenzimas divididas en seis subfamilias, PLC-δ (1,3 y 4), -β (1-4), -γ ( 1 , 2), -ε, -ζ, y el recientemente descubierto -η (1,2) isoforma. Dependiendo de la subfamilia específica en cuestión, la activación puede ser muy variable. Se ha informado de la activación por subunidades de proteína G G αq o G βγ (lo que la hace parte de una vía de transducción de señales de receptor acoplado a proteína G ) o por receptores transmembrana con actividad tirosina quinasa intrínseca o asociada . Además, también se ha implicado a miembros de la superfamilia Ras de pequeñas GTPasas (a saber, las subfamilias Ras y Rho). También debe mencionarse que todas las formas de fosfolipasa C requieren calcio para su activación, muchas de las cuales poseen múltiples sitios de contacto con calcio en la región catalítica. La única isoforma que se sabe que es inactiva a niveles basales de calcio intracelular es la subfamilia δ de enzimas, lo que sugiere que funcionan como amplificadores de calcio que se activan aguas abajo de otros miembros de la familia PLC.
PLC-β
PLC-β (1-4) (120-155kDa) son activados por subunidades G αq a través de su dominio C2 y extensión C-terminal larga. Se sabe que las subunidades Gβγ activan las isoenzimas β2 y β3 solamente; sin embargo, esto ocurre a través del dominio PH y / o mediante interacciones con el dominio catalítico. El mecanismo exacto aún requiere más investigación. El dominio PH de β2 y β3 juega un papel doble, al igual que PLC-δ1, al unirse a la membrana plasmática, además de ser un sitio de interacción para el activador catalítico. Sin embargo, PLC-β se une a la superficie lipídica independientemente de PIP 2 y todas las isoenzimas prefieren fosfoinositol-3-fosfato o membranas neutras.
Los miembros de la familia Rho GTPasa (p. Ej., Rac1, Rac2, Rac3 y cdc42 ) se han visto implicados en su activación mediante la unión a un sitio alternativo en el dominio PH N-terminal seguido de un reclutamiento posterior a la membrana plasmática . Se ha resuelto una estructura cristalina de Rac1 unida al dominio PH de PLCβ2. Como PLC-δ1, se ha encontrado que muchas isoformas de PLC-β (en particular, PLC-β1) se instalan en el compartimento nuclear. Una región de aminoácidos básicos dentro de la larga cola C-terminal de la enzima parece funcionar como una señal de localización nuclear para su importación al núcleo. PLC-β1 parece desempeñar funciones no especificadas en la proliferación y diferenciación celular.
PLC-γ
PLC-γ (120-155 kDa) es activado por tirosina quinasas receptoras y no receptoras debido a la presencia de dos dominios SH2 y un dominio SH3 único situado entre un dominio PH dividido dentro de la región enlazadora. Aunque esta isoforma en particular no contiene secuencias clásicas de localización o exportación nuclear, se ha encontrado dentro del núcleo de ciertas líneas celulares. [ cita requerida ] Hay dos isoformas principales de PLCγ expresadas en muestras humanas, PLC-γ1 y PLC-γ2. [6]
PLC- Y2
PLC-γ2 juega un papel importante en la transducción de señales BCR . La ausencia de esta enzima en las muestras knockout inhibe gravemente el desarrollo de células B porque las mismas vías de señalización necesarias para la activación de células B mediada por antígenos son necesarias para el desarrollo de células B a partir de CLP . [6]
En la señalización de células B, la PI 3-quinasa se recluta en la BCR al principio de la vía de transducción de señales. PI-3K fosforila PIP 2 ( fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato ) en PIP 3 ( fosfatidilinositol 3,4,5-trifosfato ). El aumento en la concentración de PIP 3 recluta PLC-γ2 al complejo BCR que se une a BLNK en el andamio BCR y la membrana PIP 3 . A continuación, Syk fosforila PLC-γ2 en un sitio y Btk en dos sitios. Luego, PLC-γ2 compite con PI-3K por PIP 2, que hidroliza en IP 3 (inositol 1,4,5-trifosfato), que finalmente eleva el calcio intercelular, y el diacilglicerol (DAG), que activa porciones de la familia PKC . Debido a que PLC-γ2 compite por PIP 2 con la molécula de señalización original PI3K, sirve como un mecanismo de retroalimentación negativa . [6]
PLC-δ
La subfamilia PLC-δ consta de tres miembros de la familia, δ1, 2 y 3. PLC-δ1 (85kDa) es el más conocido de los tres. La enzima es activada por los altos niveles de calcio generados por otros miembros de la familia PLC y, por lo tanto, funciona como un amplificador de calcio dentro de la célula. La unión de su sustrato PIP 2 al dominio PH N-terminal es muy específica y funciona para promover la activación del núcleo catalítico. Además, esta especificidad ayuda a unir la enzima firmemente a la membrana plasmática para acceder al sustrato a través de interacciones iónicas entre los grupos fosfato de PIP2 y los residuos cargados en el dominio PH. Si bien el núcleo catalítico posee una afinidad débil por PIP 2 , se ha demostrado que el dominio C2 también media la unión de fosfolípidos dependiente de calcio. En este modelo, los dominios PH y C2 operan en concierto como un aparato de "atar y fijar" necesario para la catálisis procesiva por la enzima.
PLC-δ1 también posee una señal de exportación nuclear (NES) rica en leucina clásica en su motivo de mano EF , así como una señal de localización nuclear dentro de su región enlazadora. Estos dos elementos combinados permiten que PLC-δ1 se transloque activamente dentro y fuera del núcleo. Sin embargo, su función en el núcleo sigue sin estar clara.
La isoforma PLC-δ1 ampliamente expresada es el miembro de la familia de las fosfolipasas mejor caracterizado, ya que fue el primero en tener estructuras cristalinas de rayos X de alta resolución disponibles para análisis. En términos de arquitectura de dominio, todas las enzimas se basan en una columna vertebral PLC-δ común, en la que cada familia muestra similitudes, así como distinciones obvias, que contribuyen a propiedades reguladoras únicas dentro de la célula. Debido a que es la única familia que se encuentra expresada en organismos eucariotas inferiores como las levaduras y los mohos limosos , se considera la isoforma PLC prototípica. Los otros miembros de la familia probablemente evolucionaron a partir de PLC-δ a medida que se expandieron su arquitectura de dominio y mecanismo de activación. Aunque no se ha obtenido una estructura cristalina completa , la cristalografía de rayos X de alta resolución ha producido la estructura molecular del dominio PH N-terminal complejado con su producto IP3, así como el resto de la enzima con el dominio PH eliminado. Estas estructuras han proporcionado a los investigadores la información necesaria para comenzar a especular sobre otros miembros de la familia como PLCβ2.
Otras familias de PLC
- PLC-ε (230-260kDa) es activado por Ras y Rho GTPasas.
- Se cree que PLC-ζ (75kDa) juega un papel importante en la fertilización de vertebrados al producir oscilaciones de calcio intracelular importantes para el inicio del desarrollo embrionario. Sin embargo, el mecanismo de activación aún no está claro. Esta isoforma también es capaz de ingresar al pronúcleo de formación temprana después de la fertilización, lo que parece coincidir con el cese de la movilización de calcio. Al igual que PLC-δ1 y PLC-β, posee secuencias de localización y exportación nuclear.
- Se ha implicado a PLC-η en el funcionamiento neuronal.
Proteínas humanas de esta familia
PLCB1 ; PLCB2 ; PLCB3 ; PLCB4 ; PLCD1 ; PLCD3 ; PLCD4 ; PLCE1 ; PLCG1 ; PLCG2 ; PLCH1 ; PLCH2 ; PLCL1 ; PLCL2 ; PLCZ1
Ver también
- Toxina alfa de Clostridium perfringens
- Señalización de lípidos
- Dominio PH , que se encuentra en algunas fosfolipasas C
- Fosfolipasa
- Fosfolipasa C dependiente de zinc , una familia diferente de fosfolipasa C
Referencias
- ^ Meldrum E, Parker PJ, Carozzi A (1991). "La superfamilia PtdIns-PLC y la transducción de señales". Biochim. Biophys. Acta . 1092 (1): 49–71. doi : 10.1016 / 0167-4889 (91) 90177-Y . PMID 1849017 .
- ^ Rhee SG, Choi KD (1992). "Múltiples formas de isoenzimas fosfolipasa C y sus mecanismos de activación". Adv. Second Messenger Phosphoprotein Res . 26 : 35–61. PMID 1419362 .
- ^ Rhee SG, Choi KD (1992). "Regulación de isoenzimas fosfolipasa C específicas de fosfolípidos de inositol". J. Biol. Chem . 267 (18): 12393-12396. PMID 1319994 .
- ^ Sternweis PC, Smrcka AV (1992). "Regulación de la fosfolipasa C por proteínas G". Trends Biochem. Sci . 17 (12): 502–506. doi : 10.1016 / 0968-0004 (92) 90340-F . PMID 1335185 .
- ^ Hansen, SB (mayo de 2015). "Agonismo de lípidos: el paradigma PIP2 de canales iónicos activados por ligando" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biología molecular y celular de los lípidos . 1851 (5): 620–8. doi : 10.1016 / j.bbalip.2015.01.011 . PMC 4540326 . PMID 25633344 .
- ^ a b c DeFranco, Anthony (2008). "Capítulo 8: Mecanismos de señalización de linfocitos B y activación". En Paul, William (ed.). Inmunología fundamental (Libro) (6ª ed.). Filadelfia: Lippincott Williams y Wilkins. págs. 270–288. ISBN 978-0-7817-6519-0.
- Downes CP, Michell RH (1981). "La polifosfoinositido fosfodiesterasa de membranas de eritrocitos" . Biochem. J . 198 (1): 133–40. doi : 10.1042 / bj1980133 . PMC 1163219 . PMID 6275838 .
- Thompson W; Dawson RMC (1964). "La fosfodiesterasa de trifosfoinositido del tejido cerebral" . Biochem. J . 91 (2): 237–243. doi : 10.1042 / bj0910237 . PMC 1202878 . PMID 4284484 .
- Rhee SG, Bae YS (1997). "Regulación de isoenzimas fosfolipasa C específicas de fosfoinositido" . J. Biol. Chem . 272 (24): 15045–8. doi : 10.1074 / jbc.272.24.15045 . PMID 9182519 .
- Fosfolipasa + C en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .