Scramblase es una proteína responsable de la translocación de fosfolípidos entre las dos monocapas de una bicapa lipídica de una membrana celular . [1] [2] [3] En los seres humanos, las scramblasas de fosfolípidos (PLSCR) constituyen una familia de cinco proteínas homólogas que se denominan hPLSCR1-hPLSCR5. Las scramblasas no son miembros de la familia general de transportadores de lípidos transmembrana conocidos como flippases . Los scramblases son distintos de los flippases y floppases. Las scramblasas, las flippases y las floppasas son tres tipos diferentes de grupos enzimáticos de enzimas transportadoras de fosfolípidos. [4]La valva interna, que mira hacia el interior de la célula, contiene aminofosfolípidos cargados negativamente y fosfatidiletanolamina . El prospecto exterior, que mira hacia el exterior, contiene fosfatidilcolina y esfingomielina . Scramblase es una enzima , presente en la membrana celular, que puede transportar ( mezclar ) los fosfolípidos cargados negativamente desde la valva interna a la valva externa, y viceversa.
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PLSCR4 |
57088 |
16497 |
607612 |
NM_020353 |
Q9NRQ2 |
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Chr. 3 q24 |
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PLSCR5 |
389158 |
19952 |
XM_371670 |
A0PG75 |
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Chr. 3 q24 |
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Mientras que hPLSCR1, -3 y -4 se expresan en una variedad de tejidos con pocas excepciones, la expresión de hPLSCR2 está restringida solo a los testículos . hPLSCR4 no se expresa en linfocitos de sangre periférica , mientras que hPLSCR1 y -3 no se detectaron en el cerebro. [5] Sin embargo, la importancia funcional de esta expresión génica diferencial aún no se comprende. Si bien el gen y el ARNm de hPLSCR5 proporcionan evidencia de su existencia, la proteína aún no se ha descrito en la literatura.
Las proteínas scramblase contienen una región de conservación que posee un barril beta de 12 hebras que rodea una hélice alfa central . [6] Esta estructura muestra similitud con la proteína Tubby .
La actividad enzimática de scramblase depende de la concentración de calcio presente dentro de la célula. La concentración de calcio en el interior de las células es, en condiciones normales, muy baja; por lo tanto, scramblase tiene una baja actividad en condiciones de reposo. La redistribución de fosfolípidos se desencadena por el aumento del calcio citosólico y parece ser dependiente de la scramblasa, lo que da como resultado una distribución simétrica de fosfolípidos cargados negativamente entre ambas valvas de la bicapa lipídica. Todas las scramblasas contienen un dominio de unión de Ca 2+ similar a la mano EF que probablemente sea responsable de la activación de calcio de la enzima. La actividad de scramblase no requiere energía, lo que significa que no hay contribución de trifosfato de adenosina en el proceso.
Las scramblasas son proteínas ricas en prolina , que poseen muchos grupos cisteinil sulfhidrilo que son propensos a modificaciones. La oxidación , nitrosilación y bloqueo de estos grupos sulfhidrilo producen una actividad de scramblase mejorada. Los pacientes con anemia de células falciformes exhiben una fracción de eritrocitos con una exposición aberrantemente aumentada de fosfotidil serina en su superficie. Como los eritrocitos de estos pacientes tienen un estrés oxidativo aumentado, es probable que el aumento de la actividad de scramblase pueda desempeñar un papel en la etiología de la enfermedad. Además, es bien conocido que tanto las especies reactivas de oxígeno como los flujos de Ca 2+ intracelulares afectan a las mitocondrias al comienzo del programa apoptótico. La modificación con sulfhidrilo de PLSCR3 en las mitocondrias durante la apoptosis puede ser un regulador clave que inicie las vías apoptóticas intrínsecas.
La estructura de la importina de ratón (dibujos animados de colores del arco iris, N-terminal = azul, C-terminal = rojo) unió la secuencia de localización nuclear de PLSCR1 scramblase (tubo magenta; lado izquierdo de la figura).
[7]Fosfolípido scramblase 1 ( PLSCR1 ), una proteína de unión a lípidos que ingresa al núcleo a través del NLS no clásico (257) GKISKHWTGI (266). La estructura de la secuencia de localización nuclear de scramblase PLSCR1 complejada con importina se determinó mediante difracción de rayos X con una resolución de 2,20 Ångströms. [7] Se encuentra en la mayoría de los mamíferos, incluidos los humanos. La secuencia de importación carece de un tramo continuo de residuos cargados positivamente y está enriquecida en residuos hidrófobos. Por lo tanto, Scramblase puede transportar fosfolípidos cargados negativamente desde el interior de la célula hacia el exterior de la célula. La estructura de la importina está compuesta por muchas hélices alfa que integran la proteína en las membranas. El papel de la importina es mover proteínas como la scramblase al núcleo.
Mantenimiento de la membrana mitocondrial
Los resultados recientes sugieren que PLSCR3 participa en la regulación de la biosíntesis de la cardiolipina en la mitocondria , y su sobreexpresión en células cultivadas resultado en un aumento sintasa cardiolipina , [8] [9] actividad. Dado que la cardiolipina se sintetiza en el lado luminal de la membrana mitocondrial interna, una fracción importante de esta reserva de cardiolipina recién sintetizada debe translocarse de la membrana mitocondrial interna a la externa. Se ha propuesto que PLSCR3 está involucrado en esta translocación de la membrana interna a la externa que es esencial para mantener la arquitectura mitocondrial, la masa y el potencial transmembrana.
Metabolismo de los lípidos
Hallazgos recientes sugieren que PLSCR3 y, en menor grado, PLSCR1 son fundamentales para la regulación normal de la acumulación de grasa en ratones. Además de las células sanguíneas, PLSCR3 se expresa a un nivel significativamente más alto en las células grasas y musculares, que participan activamente en el metabolismo de las grasas . Los ratones knockout para PLSCR3 mostraron una acumulación aberrante de grasa abdominal, intolerancia a la glucosa, resistencia a la insulina y dislipidema en comparación con los ratones controlados. Se ingirieron células grasas cultivadas de ratones knockout para PLSCR3 con lípidos neutros . El plasma sanguíneo de estos ratones mostró niveles elevados de lipoproteínas no de alta densidad , colesterol , triglicéridos , ácidos grasos no esterificados y leptina , pero bajo contenido de adiponectina . La acumulación de grasa abdominal con la formación de adipocitos agrandados y congestionados de lípidos se ha convertido en el factor de riesgo clave para la aparición de diabetes tipo 2 , [10] que a menudo es una manifestación de un trastorno metabólico subyacente más amplio denominado síndrome metabólico. Se requieren más estudios sobre la regulación del metabolismo de los lípidos por PLSCR para comprender el riesgo de desarrollo de enfermedades similares en humanos cuando los genes PLSCR están mutados, lo que conduce a una expresión y / o función defectuosa de las proteínas PLSCR.
Trombosis
Tras la activación (en plaquetas) o lesión (en eritrocitos, plaquetas, endotelio y otras células), ciertas células exponen el fosfolípido fosfatidilserina en su superficie y actúan como catalizadores para inducir la cascada de coagulación. Se cree que la exposición superficial de la fosfatidilserina se debe a la activación de las scramblasas. Varios complejos enzimáticos de la cascada de coagulación sanguínea, como la tenasa y la protrombinasa, se activan por la exposición de la superficie celular a la fosfatidilserina. Sin embargo, se demostró que el miembro más estudiado de la familia de scramblase PLSCR1 era defectuoso en la translocación de fosfolípidos cuando se reconstituía en proteoliposomas in vitro. Aunque estudios recientes muestran que PLSCR1 no es suficiente ni necesario para la externalización de fosfatidilserina, la participación de PLSCR1 en la coagulación sanguínea sigue siendo difícil de alcanzar, lo que plantea la cuestión de componentes de membrana adicionales en la vía de externalización. Hasta la fecha, no hay ningún informe disponible sobre la participación de ningún otro miembro identificado de PLSCR en la coagulación de la sangre.
Apoptosis
La muerte celular apoptótica se caracteriza por una cascada de caspasas proteolíticas que emana de una vía extrínseca o intrínseca. La vía extrínseca es iniciada por receptores de muerte unidos a la membrana, lo que lleva a la activación de la caspasa 8 , mientras que la vía intrínseca es desencadenada por fármacos que dañan el ADN y la radiación UV, lo que lleva a la despolarización mitocondrial y la activación posterior de la caspasa 9 . Se supone que las PLSCR desempeñan un papel importante en las respuestas apoptóticas intrínsecas y extrínsecas que están vinculadas entre sí mediante la activación de la caspasa 8. La caspasa 8 activada provoca la escisión de la porción amino terminal de la proteína citosólica Bid para generar t-Bid que se traslada a las mitocondrias durante la apoptosis. hPLSCR1 y su homólogo mitocondrial hPLSCR3 son fosforilados por PKCδ durante la apoptosis inducida por PKC-δ. Si bien la consecuencia de la fosforilación de hPLSCR1 y su mecanismo de acción durante la respuesta apoptótica celular siguen sin estar claras, se cree que hPLSCR3 fosforilado facilita el direccionamiento mitocondrial de t-Bid, que es un requisito esencial en la apoptosis mediada por caspasa 8. Se muestra que el fragmento t-Bid activo se localiza en las mitocondrias a través de una interacción positiva con la cardiolipina. Este t-Bid activado induce la activación de las proteínas Bax y Bak para formar canales del citocromo c que facilitan la liberación del citocromo c durante la apoptosis.
Un evento morfológico temprano en las vías apoptóticas extrínseca e intrínseca es la exposición superficial del fosfolípido fosfatidilserina , aproximadamente el 96% de la cual reside normalmente en la valva citosólica de la membrana plasmática. La fosfatidilserina se transloca a la valva exoplasmática mediante la activación de scramblasas, lo que genera propiedades procoagulantes y proporciona una señal fagocítica a los macrófagos que engullen y limpian las células apoptóticas. No se puede descartar la participación de otras proteínas asociadas que ayudan a la actividad de codificación.