La fosfolipasa C ( PLC ) es una clase de enzimas asociadas a la membrana que escinden los fosfolípidos justo antes del grupo fosfato (ver figura). Lo más común es que se considere sinónimo de las formas humanas de esta enzima, que desempeñan un papel importante en la fisiología de las células eucariotas , en particular las vías de transducción de señales. El papel de la fosfolipasa C en la transducción de señales es su escisión de fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP 2 ) en diacilglicerol (DAG) e inositol 1,4,5-trifosfato (IP 3 ), que sirven comosegundos mensajeros . Los activadores de cada PLC varían, pero típicamente incluyen subunidades de proteína G heterotriméricas , proteína tirosina quinasas , proteínas G pequeñas , Ca 2+ y fosfolípidos. [1]
Hay trece tipos de fosfolipasa C de mamíferos que se clasifican en seis isotipos (β, γ, δ, ε, ζ, η) según su estructura. Cada PLC tiene controles únicos y superpuestos sobre la expresión y la distribución subcelular.
Variantes
Variantes de mamíferos
La gran cantidad de funciones ejercidas por la reacción de PLC requiere que esté estrictamente regulada y sea capaz de responder a múltiples entradas extra e intracelulares con una cinética apropiada. Esta necesidad ha guiado la evolución de seis isotipos de PLC en animales, cada uno con un modo de regulación distinto. El pre-ARNm de PLC también puede someterse a un corte y empalme diferencial de modo que un mamífero puede tener hasta 30 enzimas de PLC. [2]
- beta: PLCB1 , PLCB2 , PLCB3 , PLCB4
- gama: PLCG1 , PLCG2
- delta: PLCD1 , PLCD3 , PLCD4
- épsilon: PLCE1
- eta: PLCH1 , PLCH2
- zeta: PLCZ1
- similar a la fosfolipasa C: PLCL1 , PLCL2
Variantes bacterianas
La mayoría de las variantes bacterianas de la fosfolipasa C se caracterizan en uno de cuatro grupos de proteínas relacionadas estructuralmente. Las fosfolipasas C tóxicas son capaces de interactuar con las membranas de las células eucariotas e hidrolizar la fosfatidilcolina y la esfingomielina, lo que finalmente conduce a la lisis celular. [3]
- Zinc-metalo-fosfolipasas C: toxina alfa de Clostridium perfringens , Bacillus cereus PLC (BC-PLC)
- Esfingomielinasas: B. cereus , Staphylococcus aureus
- Enzimas hidrolizantes de fosfatidilinositol: B. cereus , B. thuringiensis , L. monocytogenes (PLC-A)
- Pseudomonad fosfolipasas C: Pseudomonas aeruginosa (PLC-H y PLC-N)
Estructura enzimática
En los mamíferos, los PLC comparten una estructura central conservada y se diferencian en otros dominios específicos de cada familia. La enzima central incluye un barril de triosafosfato isomerasa dividido (TIM) , un dominio de homología de pleckstrina (PH) , cuatro dominios de mano EF en tándem y un dominio C2 . [1] El barril TIM contiene el sitio activo, todos los residuos catalíticos y un sitio de unión de Ca 2+ . Tiene un inserto autoinhibidor que interrumpe su actividad llamado enlazador XY. Se ha demostrado que el enlazador XY ocluye el sitio activo y, con su eliminación, se activa el PLC. [4]
Los genes que codifican la alfa-toxina ( Clostridium perfringens ) , Bacillus cereus PLC (BC-PLC) y PLC de Clostridium bifermentans y Listeria monocytogenes se han aislado y secuenciado nucleótidos. Existe una homología significativa de las secuencias, aproximadamente 250 residuos, del extremo N-terminal. La alfa-toxina tiene 120 residuos adicionales en el extremo C-terminal. Se ha informado que el extremo C de la alfa-toxina es un dominio "similar a C2", que hace referencia al dominio C2 que se encuentra en eucariotas que participan en la transducción de señales y que están presentes en la fosfoinosítido fosfolipasa C de mamíferos . [5]
Mecanismo enzimático
La reacción catalizada primaria de PLC ocurre en un sustrato insoluble en una interfaz lípido-agua. Los residuos en el sitio activo se conservan en todos los isotipos de PLC. En animales, PLC cataliza selectivamente la hidrólisis del fosfolípido fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP 2 ) en el lado glicerol del enlace fosfodiéster. Existe la formación de un intermedio débilmente unido a enzima, el fosfodiéster 1,2-cíclico de inositol, y la liberación de diacilglicerol (DAG) . A continuación, el intermedio se hidroliza a inositol 1,4,5-trifosfato (IP 3 ) . [6] Por tanto, los dos productos finales son DAG e IP 3 . La catálisis ácido / base requiere dos residuos de histidina conservados y se necesita un ion Ca 2+ para la hidrólisis de PIP 2 . Se ha observado que el Ca 2+ del sitio activo se coordina con cuatro residuos ácidos y si alguno de los residuos está mutado, entonces se necesita una mayor concentración de Ca 2+ para la catálisis. [7]
Regulación
Activación
Los receptores que activan esta vía son principalmente receptores acoplados a proteína G acoplados a la subunidad G αq , que incluyen:
- Receptores serotoninérgicos 5-HT 2
- Receptores adrenérgicos α 1 (Alfa-1) [8]
- Receptores de calcitonina
- Receptores de histamina H 1
- Receptores metabotrópicos de glutamato , Grupo I
- Receptores muscarínicos M 1 , M 3 y M 5
- Receptor de la hormona liberadora de tiroides en la glándula pituitaria anterior
Otros activadores menores distintos de G αq son:
- MAP quinasa . Los activadores de esta vía incluyen PDGF y FGF . [8]
- βγ-complejo de proteínas G heterotriméricas , como en una vía menor de la hormona de crecimiento de liberación por crecimiento hormona liberadora de hormona . [9]
- Receptores cannabinoides
Inhibición
- Molécula pequeña U73122: aminosteroide, inhibidor de PLC putativo. [10] [11] Sin embargo, se ha cuestionado la especificidad del U73122. [12] Se ha informado que U73122 activa la actividad fosfolipasa de PLC purificados. [13]
- Edelfosina : agente antineoplásico similar a los lípidos (ET-18-OCH3) [14]
- Autoinhibición del enlazador XY en células de mamíferos: se propone que el enlazador XY consiste en tramos largos de aminoácidos ácidos que forman áreas densas de carga negativa. Estas áreas podrían ser repelidas por la membrana cargada negativamente al unirse el PLC a los lípidos de la membrana. Se cree que la combinación de repulsión y restricciones estéricas elimina el enlazador XY de cerca del sitio activo y alivia la autoinhibición. [1]
- Los compuestos que contienen el andamio de ácido morfolinobenzoico pertenecen a una clase de inhibidores de PLC específicos de fosfatidilcolina similares a fármacos [15] [16]
- o -fenantrolina: compuesto orgánico heterocíclico, conocido por inhibir las metaloenzimas de zinc [17]
- EDTA: molécula que quela los iones Zn 2+ e inactiva eficazmente el PLC, conocido por inhibir las metaloenzimas de zinc [18]
Función biológica
PLC escinde el fosfolípido fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP 2 ) en diacilglicerol (DAG) e inositol 1,4,5-trifosfato (IP 3 ). Por lo tanto, PLC tiene un impacto profundo en el agotamiento de PIP 2 , que actúa como un ancla de membrana o regulador alostérico y un agonista para muchos canales iónicos activados por lípidos . [19] [20] PIP 2 también actúa como sustrato para la síntesis del lípido más raro fosfatidilinositol 3,4,5-trisfosfato (PIP 3 ) , que es responsable de la señalización en múltiples reacciones. [21] Por lo tanto, el agotamiento de PIP 2 por la reacción de PLC es fundamental para la regulación de las concentraciones locales de PIP 3 tanto en la membrana plasmática como en la membrana nuclear.
Los dos productos de la reacción catalizada por PLC, DAG e IP 3 , son importantes segundos mensajeros que controlan diversos procesos celulares y son sustratos para la síntesis de otras moléculas de señalización importantes. Cuando se escinde PIP 2 , el DAG permanece unido a la membrana y el IP 3 se libera como una estructura soluble en el citosol . Luego, IP 3 se difunde a través del citosol para unirse a los receptores IP 3 , en particular a los canales de calcio en el retículo endoplásmico liso (RE). Esto hace que aumente la concentración citosólica de calcio, provocando una cascada de cambios y actividad intracelulares. [22] Además, el calcio y el DAG juntos actúan para activar la proteína quinasa C , que luego fosforila otras moléculas, lo que conduce a una actividad celular alterada. [22] Los efectos finales incluyen sabor, promoción de tumores, así como exocitosis de vesículas, producción de superóxido a partir de NADPH oxidasa y activación de JNK . [22] [23]
Tanto DAG como IP 3 son sustratos para la síntesis de moléculas reguladoras. DAG es el sustrato para la síntesis de ácido fosfatídico , una molécula reguladora. IP 3 es el sustrato limitante de la velocidad para la síntesis de polifosfatos de inositol, que estimulan múltiples proteínas quinasas, la transcripción y el procesamiento del ARNm. [24] La regulación de la actividad de PLC es, por tanto, vital para la coordinación y regulación de otras enzimas de vías que son fundamentales para el control de la fisiología celular.
Además, la fosfolipasa C juega un papel importante en la vía de la inflamación. La unión de agonistas como trombina , epinefrina o colágeno a los receptores de la superficie plaquetaria puede desencadenar la activación de la fosfolipasa C para catalizar la liberación de ácido araquidónico de dos fosfolípidos de membrana principales, fosfatidilinositol y fosfatidilcolina . El ácido araquidónico puede luego pasar a la vía de la ciclooxigenasa (que produce prostoglandinas (PGE1, PGE2, PGF2), prostaciclinas (PGI2) o tromboxanos (TXA2)) y la vía de la lipoxigenasa (que produce leucotrienos (LTB4, LTC4, LTD4, LTE4)) . [25]
La variante bacteriana Clostridium perfringens tipo A produce alfa-toxina. La toxina tiene actividad fosfolipasa C y causa hemólisis , letalidad y dermonecrosis. A altas concentraciones, la alfa-toxina induce la degradación masiva de fosfatidilcolina y esfingomielina , produciendo diacilglicerol y ceramida , respectivamente. Estas moléculas luego participan en las vías de transducción de señales. [5] Se ha informado que la toxina activa la cascada del ácido araquidónico en la aorta aislada de rata. [26] La contracción inducida por la toxina se relacionó con la generación de tromboxano A 2 a partir del ácido araquidónico. Por tanto, es probable que el PLC bacteriano imite las acciones del PLC endógeno en las membranas celulares eucariotas.
Ver también
- Glicosilfosfatidilinositol diacilglicerol-liasa EC 4.6.1.14 Una enzima tripanosomal.
- Fosfatidilinositol diacilglicerol-liasa EC 4.6.1.13 Otra enzima bacteriana relacionada
- Fosfoinositido fosfolipasa C EC 3.1.4.11 La forma principal que se encuentra en eucariotas, especialmente en mamíferos.
- Familia de enzimas bacterianas de fosfolipasa C dependiente de zinc EC 3.1.4.3 que incluye las toxinas alfa de C. perfringens (también conocida como lecitinasa ), P. aeruginosa y S. aureus .
Referencias
- ↑ a b c Kadamur G, Ross EM (2013). "Fosfolipasa C de mamífero". Revisión anual de fisiología . 75 : 127–54. doi : 10.1146 / annurev-fisiol-030212-183750 . PMID 23140367 .
- ^ Suh, PG; Park, JI; Manzoli, L; Cocco, L; Peak, JC; Katan, M; Fukami, K; Kataoka, T; Yun, S; Ryu, SH (2008). "Múltiples funciones de las isoenzimas fosfolipasa C específicas de fosfoinosítido" . Informes BMB . 41 (6): 415–34. doi : 10.5483 / bmbrep.2008.41.6.415 . PMID 18593525 .
- ^ Titball, RW (1993). "Fosfolipasas bacterianas C." Revisiones microbiológicas . 57 (2): 347–66. doi : 10.1128 / MMBR.57.2.347-366.1993 . PMC 372913 . PMID 8336671 .
- ^ Hicks SN, Jezyk MR, Gershburg S, Seifert JP, Harden TK, Sondek J (agosto de 2008). "Autoinhibición general y versátil de isoenzimas PLC" . Célula molecular . 31 (3): 383–94. doi : 10.1016 / j.molcel.2008.06.018 . PMC 2702322 . PMID 18691970 .
- ^ a b Sakurai J, Nagahama M, Oda M (noviembre de 2004). "Alfa-toxina de Clostridium perfringens: caracterización y modo de acción". Revista de bioquímica . 136 (5): 569–74. doi : 10.1093 / jb / mvh161 . PMID 15632295 .
- ^ Essen LO, Perisic O, Katan M, Wu Y, Roberts MF, Williams RL (febrero de 1997). "Mapeo estructural del mecanismo catalítico para una fosfolipasa C específica de fosfoinosítido de mamífero". Bioquímica . 36 (7): 1704-18. doi : 10.1021 / bi962512p . PMID 9048554 .
- ^ Ellis, MV; James, SR; Perisic, O; Downes, PC; Williams, RL; Katan, M (1998). "Dominio catalítico de fosfolipasa C específica de fosfoinositido (PLC): análisis de mutación de residuos dentro del sitio activo de la cresta hidrofóbica de PLCD1" . La Revista de Química Biológica . 273 (19): 11650–9. doi : 10.1074 / jbc.273.19.11650 . PMID 9565585 .
- ^ a b Walter F. Boron (2003). Fisiología médica: un enfoque celular y molecular . Elsevier / Saunders. pag. 1300. ISBN 978-1-4160-2328-9. Página 104
- ^ GeneGlobe -> Señalización GHRH [ enlace muerto permanente ] Consultado el 31 de mayo de 2009
- ^ Bleasdale JE, Thakur NR, Gremban RS, Bundy GL, Fitzpatrick FA, Smith RJ, Bunting S (noviembre de 1990). "Inhibición selectiva de procesos dependientes de fosfolipasa C acoplada al receptor en plaquetas humanas y neutrófilos polimorfonucleares". La Revista de Farmacología y Terapéutica Experimental . 255 (2): 756–68. PMID 2147038 .
- ^ Macmillan D, McCarron JG (julio de 2010). "El inhibidor de la fosfolipasa C U-73122 inhibe la liberación de Ca (2+) del retículo sarcoplásmico intracelular. El depósito de Ca (2+) inhibe las bombas de Ca (2+) en el músculo liso" . Revista británica de farmacología . 160 (6): 1295–301. doi : 10.1111 / j.1476-5381.2010.00771.x . PMC 2938802 . PMID 20590621 .
- ^ Huang W, Barrett M, Hajicek N, Hicks S, Harden TK, Sondek J, Zhang Q (febrero de 2013). "Inhibidores de moléculas pequeñas de la fosfolipasa C de una nueva pantalla de alto rendimiento" . La Revista de Química Biológica . 288 (8): 5840–8. doi : 10.1074 / jbc.M112.422501 . PMC 3581404 . PMID 23297405 .
- ^ Klein RR, Bourdon DM, Costales CL, Wagner CD, White WL, Williams JD, Hicks SN, Sondek J, Thakker DR (abril de 2011). "Activación directa de la fosfolipasa C humana por su conocido inhibidor u73122" . La Revista de Química Biológica . 286 (14): 12407–16. doi : 10.1074 / jbc.M110.191783 . PMC 3069444 . PMID 21266572 .
- ^ Horowitz LF, Hirdes W, Suh BC, Hilgemann DW, Mackie K, Hille B (septiembre de 2005). "Fosfolipasa C en células vivas: activación, inhibición, requerimiento de Ca2 + y regulación de la corriente M" . La Revista de Fisiología General . 126 (3): 243–62. doi : 10.1085 / jgp.200509309 . PMC 2266577 . PMID 16129772 .
- ^ Eurtivong, C .; Pilkington, LI; van Rensburg, M .; White, RM; Kaur Brar, H .; Rees, S .; Paulin, EK; Xu, CS; Sharma, N .; Leung, IKH; Leung, E .; Barker, D .; Reynisson, J. (1 de febrero de 2020). "Descubrimiento de nuevos inhibidores de tipo fármaco fosfolipasa C específicos de fosfatidilcolina como posibles agentes anticancerosos" . Revista europea de química medicinal . 187 : 111919. doi : 10.1016 / j.ejmech.2019.111919 . PMID 31810783 .Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
- ^ Pilkington, LI; Gorrión, K .; Rees, SWP; Paulin, EK; van Rensburg, M .; Xu, CS; Langley, RJ; Leung, IKH; Reynisson, J .; Leung, E .; Barker, D. (2020). "Desarrollo, síntesis e investigación biológica de una nueva clase de potentes inhibidores de PC-PLC". Revista europea de química medicinal . 191 : 112162. doi : 10.1016 / j.ejmech.2020.112162 . PMID 32101781 .Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
- ^ Little C, Otnåss AB (junio de 1975). "La dependencia de iones metálicos de la fosfolipasa C de Bacillus cereus". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Enzimología . 391 (2): 326–33. doi : 10.1016 / 0005-2744 (75) 90256-9 . PMID 807246 .
- ^ "Fosfolipasa C, fosfatidilinositol específico de Bacillus cereus" (PDF) . Información del producto . Sigma Aldrich.
- ^ Hilgemann DW (octubre de 2007). "Señales PIP (2) locales: ¿cuándo, dónde y cómo?". Pflügers Archiv . 455 (1): 55–67. doi : 10.1007 / s00424-007-0280-9 . PMID 17534652 . S2CID 29839094 .
- ^ Hansen (1 de 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): 620–628. doi : 10.1016 / j.bbalip.2015.01.011 . PMC 4540326 . PMID 25633344 .
- ^ Falkenburger BH, Jensen JB, Dickson EJ, Suh BC, Hille B (septiembre de 2010). "Fosfoinosítidos: reguladores de lípidos de proteínas de membrana" . La revista de fisiología . 588 (Pt 17): 3179–85. doi : 10.1113 / jphysiol.2010.192153 . PMC 2976013 . PMID 20519312 .
- ^ a b c Alberts B, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2002). Biología molecular de la célula (4ª ed.). Nueva York: Garland Science. ISBN 978-0-8153-3218-3.
- ^ Li Z, Jiang H, Xie W, Zhang Z, Smrcka AV, Wu D (febrero de 2000). "Funciones de PLC-beta2 y -beta3 y PI3Kgamma en la transducción de señales mediada por quimioatrayentes" . Ciencia . 287 (5455): 1046–9. Código Bibliográfico : 2000Sci ... 287.1046L . doi : 10.1126 / science.287.5455.1046 . PMID 10669417 .
- ^ Gresset A, Sondek J, Harden TK (2012). "Las isoenzimas de la fosfolipasa C y su regulación". Fosfoinosítidos I: Enzimas de síntesis y degradación . Bioquímica subcelular. 58 . págs. 61–94. doi : 10.1007 / 978-94-007-3012-0_3 . ISBN 978-94-007-3011-3. PMC 3638883 . PMID 22403074 .
- ^ Piomelli, Daniele (1 de abril de 1993). "Ácido araquidónico en la señalización celular" (PDF) . Opinión actual en biología celular . 5 (2): 274–280. doi : 10.1016 / 0955-0674 (93) 90116-8 . PMID 7685181 .
- ^ Fujii Y, Sakurai J (mayo de 1989). "Contracción de la aorta aislada de rata causada por la toxina alfa de Clostridium perfringens (fosfolipasa C): evidencia de la participación del metabolismo del ácido araquidónico" . Revista británica de farmacología . 97 (1): 119-24. doi : 10.1111 / j.1476-5381.1989.tb11931.x . PMC 1854495 . PMID 2497921 .