La serina hidroximetiltransferasa (SHMT) es una enzima dependiente del fosfato de piridoxal (PLP) (vitamina B 6 ) ( EC 2.1.2.1 ) que desempeña un papel importante en las vías celulares de un carbono al catalizar las conversiones simultáneas y reversibles de L- serina en glicina y tetrahidrofolato (THF) a 5,10-metilentetrahidrofolato (5,10-CH 2 -THF). [1] Esta reacción proporciona la mayor parte de las unidades de un carbono disponibles para la célula. [2]
Serina hidroximetiltransferasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 2.1.2.1 | |||||||
No CAS. | 9029-83-8 | |||||||
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 | |||||||
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Estructura
La estructura del monómero SHMT es similar en procariotas y eucariotas , pero mientras que la enzima activa es un dímero en procariotas, la enzima existe como tetrámero en células eucariotas, aunque se desconoce la base evolutiva de esta diferencia de estructura. [1] Sin embargo, el camino evolutivo tomado por SHMT pasando de la forma dimérica procariota a la forma tetramérica eucariota puede verse fácilmente como una especie de evento de duplicación. En otras palabras, el tetrámero eucariótico SHMT se asemeja a dos dímeros procarióticos que se han empaquetado juntos, formando lo que se ha descrito como un "dímero de dímeros". [3] Se ha descubierto que la interacción entre dos monómeros dentro de una subunidad dímera ocurre en un área de contacto mayor y, por lo tanto, es mucho más estrecha que la interacción entre los dos dímeros. [3] La serina hidroximetiltransferasa 2 humana (SHMT2) regula las reacciones de transferencia de un carbono necesarias para el metabolismo de aminoácidos y nucleótidos, y recientemente se ha demostrado que está involucrado el cambio regulado entre las formas diméricas y tetraméricas de SHMT2, que es inducido por el fosfato de piridoxal. en la regulación del complejo BRISC deubiqutylasa, vinculando el metabolismo con la inflamación. El dímero SHMT2, pero no el tetrámero unido a PLP, es un potente inhibidor del complejo BRISC multimérico, revelando un mecanismo potencial para la regulación SHMT2 de la inflamación [4].
Un solo monómero SHMT se puede subdividir en tres dominios: un "brazo" N-terminal , un dominio "grande" y un dominio "pequeño". [3] El brazo N-terminal parece mantener la estrecha interacción entre dos monómeros. El brazo, que consta de dos hélices alfa y una hoja beta , envuelve el otro monómero cuando está en forma oligomérica. [3] El dominio "grande" contiene el sitio de unión de PLP , como se ve en otras proteínas dependientes de PLP, como la aspartato aminotransferasa . [3] El dominio grande en la forma eucariota también contiene una histidina que es esencial para la estabilidad del tetrámero. [3] Las cuatro histidinas de estos residuos, una de cada monómero, se encuentran en el centro del complejo tetramérico, donde dos histidinas de una subunidad dimérica participan en interacciones de apilamiento con las histidinas de la otra subunidad. [3] El SHMT procariótico tiene un residuo de prolina en lugar de histidina en la posición equivalente, lo que explicaría en parte por qué el SHMT procariótico no forma tetrámeros. [5]
La estructura del sitio activo está muy conservada en las formas eucariotas y procariotas. El PLP está anclado por medio de una lisina , que forma un enlace de base de Schiff aldimina con el aldehído PLP . [6] Se ha planteado la hipótesis de que una tirosina cercana funciona como donante y aceptor de protones durante el paso de transadiminación, así como en el paso de transferencia de formilo, y que un residuo de arginina activa la cadena lateral de tirosina en una interacción catión-π , lo que ayuda a reducir el pK a de la tirosina, bajando la barrera para la transferencia de protones. [6]
Mecanismo
El mecanismo comúnmente atribuido a la actividad enzimática de SHMT es una transamidación seguida de una escisión de la cadena lateral de aminoácidos del esqueleto. [6] La amina N-terminal de la serina hace un ataque nucleofílico en la aldimina entre la lisina SHMT (aldimina interna) y el aldehído PLP para formar una gema-diamina, y luego el par solitario de amina N-terminal desciende para desplazar la lisina, formando una nueva aldimina, esta vez con la serina (aldimina externa). [6] [7] Se cree que una tirosina cercana es responsable de gran parte de las transferencias de protones que ocurren durante la transaldiminación. [6] [8] [9]
Una vez que la serina se une a PLP, PLP desencadena la eliminación α del grupo hidroximetilo del sustrato (serina). Este grupo se libera como una molécula de formaldehído porque un glutamato cercano extrae el protón del grupo hidroxilo. Posteriormente, la amina nucleófila en THF ataca el intermedio de formaldehído libre para hacer el intermedio de carbinolamina . [7] [10] En el segundo caso, las aminas nucleofílicas del THF atacan el carbono de la cadena lateral de la serina, formando simultáneamente un intermedio de carbinolamina en el THF y un intermedio de quinoide con el PLP. [7] [11] Sin embargo, THF no es un sustrato obligatorio para SHMT, lo que significa que la escisión de la serina y otros ß-hidroxi aminoácidos (como la treonina ) puede ocurrir sin la presencia de THF y, en este caso, el mecanismo es una escisión retroaldólica. [12] Además, parece que la posterior deshidratación de la carbinolamina intermedio para formar el puente de metileno y ciclar plenamente en 5,10-CH 2 -THF no es catalizada por la enzima y esta reacción puede ocurrir de forma espontánea . [7] De hecho, esta conversión podría ocurrir fuera de la enzima, pero un estudio muestra que esta reacción es más rápida y termodinámicamente favorable cuando ocurre dentro del SHMT con la ayuda del residuo Glu57. Por otra parte, la ciclación de la carbinolamina intermedio para formar 5,10-CH 2 -THF es esencial para Glu57 restaurar su protón que se utiliza para protonar el compuesto intermedio quinonoide y completar el ciclo catalítico. [10]
Significación clínica
El metabolismo del folato ya ha sido objeto de estrategias quimioterapéuticas , pero la inhibición de SHMT , aunque se investigó, no se había aprovechado realmente en los medicamentos contra el cáncer comerciales. [13] Sin embargo, debido a que los folatos utilizados por las enzimas metabólicas y dependientes del folato son muy similares en estructura y los imitadores del folato ya son comunes en el uso médico, no ha sido difícil encontrar estructuras moleculares potenciales que puedan inhibir SHMT. [13] Por ejemplo, el pemetrexed ya se utiliza como antifolato para tratar el mesotelioma y se encontró que es un inhibidor eficaz de SHMT [13] y la detección de otros antifolatos reveló que el lometrexol es otro inhibidor eficaz de SHMT. [14]
SHMT también ha sido objeto de investigación como un objetivo potencial para los medicamentos antipalúdicos . La investigación indica que el entorno del sitio activo de Plasmodium SHMT (PSHMT) difiere bastante del de SHMT citosólico humano, lo que permite la posibilidad de inhibición selectiva de PSHMT y, por lo tanto, el tratamiento de las infecciones por malaria . [15] En particular, se ha demostrado que ciertas moléculas de pirazolopirano tienen una eficacia nanomolar selectiva contra los PSHMT. Sin embargo, una farmacocinética deficiente ha impedido que estos pirazolopiranos sean eficaces en modelos vivos. [dieciséis]
Isoformas
Bacterias como Escherichia coli y Bacillus stearothermophilus tienen versiones de esta enzima y parece haber dos isoformas de SHMT en mamíferos, una en el citoplasma (cSHMT) y otra en las mitocondrias (mSHMT). [1] Las plantas pueden tener una isoforma SHMT adicional dentro de los cloroplastos . [17]
En los mamíferos, la enzima es un tetrámero de cuatro subunidades idénticas de aproximadamente 50.000 Dalton cada una. La holoenzima intacta tiene un peso molecular de aproximadamente 200.000 Dalton e incorpora cuatro moléculas de PLP como coenzima . [18]
Otras reacciones
Además de su papel principal en el metabolismo del folato, SHMT también cataliza otras reacciones que pueden ser biológicamente significativas, incluida la conversión de 5,10-meteniltetrahidrofolato en 10-formiltetrahidrofolato . [2] Cuando se combina con C 1 sintasa tetrahidrofolato y tetrahydropteroate, cSHMT también cataliza la conversión de formiato a serina. [2]
Papel en el síndrome de Smith-Magenis
El síndrome de Smith-Magenis (SMS) es un trastorno poco común que se manifiesta como un conjunto complejo de rasgos que incluyen anomalías faciales, comportamientos inusuales y retraso en el desarrollo. [19] Es el resultado de una deleción intersticial dentro del cromosoma 17p11.2, incluido el gen cSHMT, y un pequeño estudio mostró que la actividad de SHMT en pacientes con SMS era ~ 50% de lo normal. [19] La reducción de SHMT daría como resultado una reserva de glicina reducida, lo que podría afectar el sistema nervioso al reducir el funcionamiento de los receptores NMDA . Este podría ser un mecanismo potencial para explicar los SMS. [19]
Referencias
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enlaces externos
- Serina + hidroximetiltransferasa en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .