Tafazzin


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Tafazzin es una proteína que en humanos está codificada por el gen TAZ . [5] Tafazzin se expresa en gran medida en el músculo cardíaco y esquelético , y funciona como una transacilasa fosfolípido - lisofosfolípido (pertenece al fosfolípido: diacilglicerol aciltransferasas ). [6] [7] Cataliza la remodelación de la cardiolipina inmadura a su composición madura que contiene un predominio de restos de tetralinoleoilo. [8] Varias isoformas diferentes de la proteína tafazzin se producen a partir de la TAZ. gene. Se produce una forma larga y una forma corta de cada una de estas isoformas; la forma corta carece de una secuencia líder hidrófoba y puede existir como una proteína citoplásmica en lugar de estar unida a la membrana . Se han descrito otras transcripciones empalmadas alternativamente, pero se desconoce la naturaleza completa de todas estas transcripciones. La mayoría de las isoformas se encuentran en todos los tejidos, pero algunas solo se encuentran en ciertos tipos de células. [9] [5] Las mutaciones en el gen TAZ se han asociado con deficiencia mitocondrial, síndrome de Barth , miocardiopatía dilatada (MCD), MCD hipertrófica, fibroelastosis endocárdica., no compactación del ventrículo izquierdo (LVNC), cáncer de mama , carcinoma papilar de tiroides , cáncer de pulmón de células no pequeñas , glioma , cáncer gástrico , neoplasias de tiroides y cáncer de recto . [5] [10] [11] [12]

Es importante señalar que el gen TAZ se confunde con frecuencia con una proteína llamada TAZ (coactivador transcripcional con motivo de unión a PDZ, una proteína de 50 kDA). que forma parte de la vía del hipopótamo y no guarda ninguna relación con el gen de interés. La proteína TAZ de la vía del hipopótamo tiene un símbolo genético oficial de WWTR1 .

Estructura

El gen TAZ se encuentra en el brazo q del cromosoma X en la posición 28 y se extiende por 10.208 pares de bases . [5] El gen TAZ produce una proteína de 21,3 kDa compuesta por 184 aminoácidos . [13] [14] Se ha descubierto que la estructura de la proteína codificada difiere en su terminal N y en la región central, que son dos regiones funcionalmente notables. Un tramo hidrofóbico de 30 residuos en el extremo N puede funcionar como un ancla de membrana, que no existe en las formas más cortas de tafazzins. La segunda región es un bucle expuesto variable ubicado entreaminoácidos 124 y 195 en la región central. Se sabe que esta región hidrófila interactúa con otras proteínas. TAZ no tiene ningún parecido conocido con otras proteínas. [15] La vida media de tafazzin es de solo 3 a 6 horas, considerablemente más corta que la mayoría de las proteínas mitocondriales, lo que puede explicar las dificultades de investigación para estudiar su estructura. [dieciséis]

El supuesto sitio de unión a fosfolípidos, que es el sitio activo de Tafazzin, es una hendidura de 57 aminoácidos con dos extremos abiertos y residuos cargados positivamente. [17] Además, tafazzin se localiza en las valvas de la membrana que se enfrentan al espacio intermembrana (IMS) , que es crucial para la remodelación . [18] [19] Tafazzin se diferencia de las fosfolipasas en que contiene un residuo de histidina conservado , His-77, como parte del motivo HX4D conservado que se observa en las aciltransferasas . Este motivo es responsable de facilitar el mecanismo de la díada Asp-His que se observa en muchas serina proteasas . [20]Se han identificado muchas formas únicas de tafazzin, con longitudes de 129 a 292 aminoácidos. [15] Tafazzin tiene al menos 4 isoformas diferentes . Tiene un peso molecular de alrededor de 35 kDa, pero también puede aparecer en pesos moleculares más bajos debido a las diferencias de especies en la expresión de isoformas. Se han clasificado 7 clases funcionales de mutaciones TAZ en función de los mecanismos patogénicos de pérdida de función de cada mutación. [21]

El gen TAZ contiene dos péptidos independientes de su sitio activo para dirigir la proteína a las mitocondrias, formando los residuos 84-95 en el exón 3 y los residuos 185-200 en las dianas del exón 7/8. [22] Tafazzin se localiza con asociación periférica a las valvas de la membrana entre la membrana mitocondrial interna (IMM) y la membrana mitocondrial externa (OMM), frente al espacio intermembrana (IMS). [18] [19] El anclaje interfacial característico de Tafazzin se logra mediante su secuencia hidrofóbica de los residuos 215-232. [23] Finalmente, la translocasina de la membrana externa(TOM) y el translocase de la membrana interna (TIM) median el movimiento y la inserción del tafazzin en el OMM y el anclaje al IMM. [23]

Función

El gen TAZ proporciona instrucciones para producir una proteína llamada tafazzin, que se localiza en las mitocondrias , los centros de producción de energía de las células. La actividad de la transacilasa de tafazzina es responsable de la remodelación de la cardiolipina, fundamental para mantener la estructura y función de la membrana interna mitocondrial. También tiene capacidades únicas de detección de curvatura de membrana y especificidad de acilo. [24]

Transacylase (remodelación)

Después de su síntesis, la cardiolipina no puede ejercer sus funciones adecuadas hasta que se remodela activamente. Tafazzin, una transferasa específica de acilo, cataliza la reacción de transferencia de acilo entre fosfolípidos y lisofosfolípidos de una manera independiente de CoA. El proceso de remodelación de la cardiolipina implica alcanzar una composición de acilo final que consiste principalmente en residuos de linoleoilo. [7] [25] TAZ interactúa con una cardiolipina inmadura al agregar el ácido graso linoleico , que catalizala remodelación de la cardiolipina. La remodelación se logra mediante transacilación o el ciclo de desacilación-reacilación. El ciclo de desacilación-reacilación, también conocido como ciclo de Lands, comienza con la desacilación mediada por la fosfolipasa Cld1 para formar monolisocardiolipina (MLCL). [26] La MLCL es reacilada por tafazzin en una reacción de un solo paso que transfiere un grupo de ácido linoleico de la fosfatidilcolina (PC), completando el ciclo de desacilación-reacilación de CL. [7] [27] Por el contrario, la transacilación implica la transferencia de un grupo de ácido linoleico de la fosfatidilcolina(PC) a MLCL. Dicha actividad enzimática forma liso-PC y CL, y enriquece la cadena de acilo específica de cardiolipina. Se ha demostrado que el proceso es específico para PC que contiene linoleoilo. Dichos procesos de remodelación convierten la cardiolipina en una composición madura que contiene un predominio de restos tetralinoleoílo. La remodelación de CL en mamíferos requiere enzimas adicionales, como monolisocardiolipina aciltransferasa (MLCLAT), acil-CoA: lisocardiolipina aciltransferasa (ALCAT) y fosfolipasa. [28] El proceso permite el correcto funcionamiento de la cardiolipina . [8] [9] [29]

Especificidad de acilo y curvatura de detección

Se ha demostrado que Tafazzin en la remodelación de CL tiene una clara preferencia por el PC que contiene linoleoilo en la formación de CL maduro. [30] Esta especificidad conduce a una composición madura de CL que contiene un predominio de restos de tetralinoleoilo, lo que conduce al enriquecimiento de tetralinoleoil-cardiolipina (CL4). [29] Se ha informado que la preferencia por los grupos lineoílo es diez veces mayor que la de los grupos oleoílo y veinte veces mayor que la de los grupos araquidonoílo. [7] Explicaciones contradictorias para esta preferencia han incluido la causalidad de la minimización de energía con influencias del microambiente circundante, conocida como hipótesis de remodelación termodinámica, [31] o la preferencia enzimática inherente de tafazzin por residuos de acilo específicos.[19]

Tafazzin y cardiolipin en la estructura y función mitocondrial

La cardiolipina es un glicerofosfolípido complejo que contiene 4 grupos acilo unidos a tres restos de glicerol localizados en la membrana interna mitocondrial . Estos grupos acilo incluyen ácido oleico y ácido linoleico . Debido a esta composición, la cardiolipina presenta una estructura cónica, lo que permite la curvatura de la membrana denominada crestas . Además, la CL juega un papel importante en la fosforilación oxidativa al estabilizar los complejos de cadena con sus enlaces entre las cadenas de acilo, [29] uniéndose a los anillos c de la ATP sintasa para una función adecuada, [32]mantener la formación del supercomplejo de la cadena respiratoria con proteínas localizadas en la matriz mitocondrial interna, incluyendo ATP / ADP translocasa, portador de piruvato, portador de carnitina y todos los complejos de la cadena respiratoria (I, III, IV, V). [33] [34] [35] La cardiolipina también facilita la captura de protones en el espacio intermembrana para ayudar a la ATP sintasa a canalizar los protones hacia la matriz mitocondrial . La CL correctamente formada es fundamental para mantener la forma mitocondrial, la producción de energía y el transporte de proteínas dentro de las células, [9] y la remodelación mediante tafazzin ayuda a eliminar y reemplazar las cadenas de acilo dañadas por el estrés oxidativo. [36] Durante la apoptosisy procesos similares, se sabe que CL actúa como una plataforma para proteínas y otra maquinaria involucrada con sus interacciones con miembros de la familia Bcl-2, caspasas, Bid, Bax y Bak. [37]

Significación clínica

Las mutaciones en el gen TAZ se han asociado con una serie de deficiencias mitocondriales y trastornos asociados que incluyen síndrome de Barth, miocardiopatía dilatada (DCM), DCM hipertrófica, fibroelastosis endocárdica y no compactación del ventrículo izquierdo (LVNC). [5] TAZ también se ha asociado con varios cánceres, incluido el cáncer de mama , el carcinoma papilar de tiroides y el cáncer de pulmón de células no pequeñas , el glioma , el cáncer gástrico , las neoplasias de tiroides y el cáncer de recto . [10] [11] [12]

Síndrome de Barth

El síndrome de Barth (BTHS) es una enfermedad ligada al cromosoma X causada por mutaciones en el gen TAZ . [38] Más de 160 mutaciones en el gen TAZ se han relacionado con esta enfermedad. Es una enfermedad rara, que se encuentra en 1 de cada 300.000 a 400.000 nacidos vivos, aunque se sabe que la enfermedad está infradiagnosticada. [39] [40] Aunque el BTHS se presenta casi exclusivamente en hombres, se ha identificado un caso de BTHS en una paciente. [41] Tafazzin es responsable de la remodelación de una cardiolipina fosfolípida (CL), [42] el lípido característico de la membrana interna mitocondrial. TAZLas mutaciones genéticas que causan el síndrome de Barth dan como resultado la producción de proteínas tafazzin con poca o ninguna función. Como resultado, el ácido linoleico no se agrega a la cardiolipina , lo que altera la forma y función mitocondrial normal, incluida la producción de energía y el transporte de proteínas. Los pacientes con síndrome de Barth presentan defectos en el metabolismo de la cardiolipina , incluida la composición aberrante de acilo graso de la cardiolipina , acumulación de monolisocardiolipina (MLCL) y niveles reducidos de cardiolipina total . [43] [44] Esto puede provocar una descompensación metabólica aguda y muerte súbita. Tejidos con altas demandas de energía, como el corazón y otros músculos, son más susceptibles a la muerte celular debido a la reducción de la producción de energía en las mitocondrias y el transporte de proteínas.

Además, los glóbulos blancos afectados tienen mitocondrias de forma anormal, lo que podría afectar su capacidad para crecer (proliferar) y madurar (diferenciarse), lo que lleva a un sistema inmunológico debilitado e infecciones recurrentes . Es probable que las mitocondrias disfuncionales provoquen otros signos y síntomas del síndrome de Barth. [9]

Los fenotipos del síndrome de Barth abarcan una amplia gama, con consecuencias cardiovasculares , musculoesqueléticas , neurológicas , metabólicas y hematológicas . [45] [46] [47] Las manifestaciones clínicas comunes incluyen: [9] [38]

  • miocardiopatía dilatada (corazón agrandado y debilitado)
  • debilidad muscular
  • infecciones recurrentes
  • baja estatura
  • fibroelastosis endocárdica
  • retraso del crecimiento
  • neutropenia
  • aciduria orgánica ( ácido 3-metilglutacónico )

Las características adicionales incluyen miocardiopatía hipertrófica , no compactación aislada del miocardio ventricular izquierdo (INVM), arritmia ventricular , retraso motor, falta de apetito, fatiga e intolerancia al ejercicio, hipoglucemia , acidosis láctica , hiperamonemia y recuperación tardía dramática del crecimiento después del retraso del crecimiento durante la infancia. [38]

Una mutación c.348C> T resultó en miocardiopatía dilatada sin compactación del miocardio ventricular . [48] Un paciente con una mutación de cambio de marco de c.227delC mostró síntomas de neutropenia , cardiomegalia y otros síntomas comunes del síndrome de Barth. [49] Otra mutación c.C153G resultó en acidosis metabólica grave , cardiomegalia y otros síntomas importantes del síndrome de Barth . [50]

No existe una cura conocida para BTHS, y el tratamiento de BTHS es complicado y retrasado debido a los diferentes fenotipos de la enfermedad y su gran complejidad. [40] Por lo tanto, muchos tratamientos se centran en los trastornos cardiovasculares y metabólicos, en lugar de tratar el síntoma en sí. La elamipretida , un agente que protege el CL del daño oxidativo para mantener las crestas mitocondriales y la fosforilación oxidativa , se está probando actualmente en ensayos clínicos. [51] [52] Además, los ácidos grasos dietéticos se han utilizado para mejorar la función bioenergética y cardíaca en BTHS. [53]Sin embargo, las manifestaciones graves de los síntomas en los pacientes con BTHS requieren un trasplante de corazón. Las estadísticas muestran que nueve de los 73 (12%) pacientes sobrevivientes que se han sometido a un trasplante cardíaco en la última actualización. [54] [47] El trasplante de corazón en pacientes con BTHS generalmente ha tenido éxito. [47]

Patología cardiovascular

La miocardiopatía es una característica destacada del síndrome de Barth. El cambio en la composición de la cadena de acilo y la peroxidación de lípidos causados ​​por tafazzin defectuoso pueden causar una acción sarcomérica defectuosa , que puede conducir a un golpe de potencia insuficiente, tejido muy debilitado, ventrículo izquierdo agrandado, contracción parcial o incompleta y disminución del volumen de eyección. Tales consecuencias contribuyen a los fenotipos cardiomiopáticos del síndrome de Barth, marcado por un corazón debilitado y una contractilidad disminuida. [35] [55] Alternativamente, se ha sugerido que las especies reactivas de oxígeno (ROS) son la causa principal de alteraciones cardiovasculares en BTHS. [56]

La miocardiopatía en BTHS se exhibe en diferentes niveles. Un estudio de cohorte de pacientes con BTHS mostró el 41,5% de todas las miocardiopatías diagnosticadas en el rango desde el nacimiento hasta el mes de edad, y el 95% presentaba antecedentes de miocardiopatía. [54] Además, ha habido casos con miocardiopatías leves o de inicio tardío, como dos pacientes infantiles sin fenotipos cardiomiopáticos en el momento del diagnóstico. [57] La miocardiopatía en el síndrome de Barth se manifiesta principalmente en múltiples formas, incluida la miocardiopatía dilatada.(DCM), afección del ventrículo izquierdo en la que el corazón se debilita y agranda y, por lo tanto, no puede bombear sangre de manera eficiente. La disminución resultante del flujo sanguíneo puede provocar hinchazón en las piernas y el abdomen, líquido en los pulmones y un mayor riesgo de coágulos de sangre . [9] Algunas mutaciones en el gen TAZ causan miocardiopatía dilatada sin las otras características del síndrome de Barth. LVNC es una condición en la que el ventrículo izquierdo, caracterizado por una estructura esponjosa en la pared ventricular, exhibe trabeculaciones prominentes y recesos intertrabeculares profundos. [58]INVM ocurre cuando la cámara inferior izquierda del corazón (ventrículo izquierdo) no se desarrolla correctamente. En INVM, el músculo cardíaco está debilitado y no puede bombear sangre de manera eficiente, lo que a menudo causa insuficiencia cardíaca. [59] [35] También pueden ocurrir ritmos cardíacos anormales ( arritmias ).

Patología musculoesquelética

La patología musculoesquelética se presenta de diversas formas en pacientes con BTHS. Un fenotipo común es la debilidad tanto generalizada como local. La debilidad se manifiesta como debilidad muscular manifiesta y aumento de la fatiga por esfuerzo debido a la miopatía esquelética . Empeora cuando se presenta con los síntomas cardiovasculares del síndrome de Barth . [60] Los síntomas adicionales de la patología musculoesquelética incluyen hipotonía , retraso en el desarrollo motor, baja estatura y dismorfia facial en diversos grados. [61] Además, se ha demostrado que en los pacientes con BTHS se observa una reducción en el peso, la longitud y la altura en relación con la población normal.

El tratamiento para los retrasos en el desarrollo ha incluido la suplementación con almidón de maíz como fuente alternativa de glucosa. [47] Las deficiencias metabólicas se han tratado con suplementos de arginina y carnitina por vía oral , que se ha demostrado que mejoran la función cardíaca y la debilidad muscular en algunos pacientes. [62] [63] [64] Sin embargo, no se ha publicado una evaluación formal de la utilidad de los suplementos de carnitina y arginina, y sus usos solo han sido eficaces en pacientes con deficiencias específicas. [62] [64]

Patología neurológica

Los deterioros cognitivos son comunes en los pacientes con BTHS en diversos grados. Si bien a menudo se manifiesta una mayor incidencia de deterioro cognitivo [65] y dificultades leves de aprendizaje y habla [54] , muchos pacientes con BTHS también han mostrado capacidades cognitivas normales. [61] Esto muestra la participación neurológica limitada en BTHS, a pesar de las funciones cruciales de tafazzin en la respiración mitocondrial del cerebro y la función cognitiva normal. [66] Un estudio ha demostrado que el cerebro tiene una composición de CL distinta, con CL más diversa y menos dependiente de tetralinoleoilo. Esta composición disminuye la necesidad de remodelación de CL, dando como resultado una composición menos dependiente de tafazzin. [29]Otro estudio encontró que el cerebro tiene una mayor concentración de cadenas de acilo saturadas . [67] Finalmente, el cerebro tiene una mayor capacidad de captación de ROS , lo que permite eludir los efectos dañinos de ROS. [66] Estos hallazgos explican los fenotipos neurológicos en pacientes con BTHS. [68]

Desordenes metabólicos

Los trastornos metabólicos en BTHS se manifiestan en forma de aciduria 3-metilglutacónica (3-MGA), una afección caracterizada por niveles elevados de ácidos orgánicos en la orina, que incluyen ácido 3-metilglutacónico, ácido 3-metilglutárico y ácido 2-etilhidracrílico. . [69] Si bien el 3-MGA se excreta en gran medida en los pacientes con BTHS, se ha encontrado que algunos pacientes tienen niveles normales de ácidos orgánicos en la orina. [70] El tratamiento de 3-MGA y deficiencias metabólicas ha incluido riboflavina o coenzima Q10, que han mostrado una mejora significativa en los pacientes. [69]

Patología hematológica

La principal patología hematológica de los pacientes con BTHS es la neutropenia , una afección caracterizada por una disminución del número total de neutrófilos en circulación con un aumento de monocitos y eosinófilos y sin fluctuaciones en los linfocitos . [47] La presentación de la neutropenia varía de leve a grave, cíclica a no cíclica y de intermitente a crónica. [71] Un recuento absoluto de neutrófilos <500 / μL, definido como neutropenia crónica grave (NCG), es la forma más perjudicial. [72]

Cáncer

Se ha encontrado que TAZ se expresa altamente en células de cáncer gástrico resistentes al cisplatino . Se identificó que esta resistencia se debe a la capacidad adquirida de las células cancerosas para experimentar una transición epitelio-mesenquimal (EMT). Los hallazgos de que TAZ está involucrado en la inducción de EMT, así como sus altos niveles en estas células cancerosas, pueden apuntar a su participación en el cáncer gástrico. [10] [11] La sobreexpresión de TAZ se ha relacionado con cáncer de recto, [73] cáncer de próstata, [74] neoplasia de tiroides, [75] y cáncer de cuello uterino. [12] En un estudio de 140 pacientes suecos con cáncer de recto, TAZla sobreexpresión se asoció con un aumento en la expresión de oncogenes (FXYD-3 y Livin). También se encontró que mejora la respuesta celular anti-apoptosis y el crecimiento celular anormal e incluso se encontró que era un indicador de la etapa, el tipo y la progresión del cáncer de recto. [73] Además, los niveles de TAZ se relacionaron con la respuesta a la radioterapia de los pacientes, lo que podría ofrecer información sobre la recurrencia del cáncer en los pacientes. [73] Un vínculo potencial entre PI3K y TAZ indica una posible asociación entre la señalización de PI3K y TAZ, ya que ambos estaban muy elevados en las células cancerosas mutantes de PTEN . [10]En el cáncer de próstata, se demostró que el CL, que es remodelado por tafazzin, tiene un alto contenido de ácido palmitoleico, que tiene la capacidad de estimular la proliferación de células del cáncer de próstata y reducir la tasa de apoptosis. [74] En la neoplasia de tiroides, TAZ permite distinguir los adenomas foliculares de los carcinomas foliculares, [75] mientras que en el cáncer de cuello uterino los niveles de tafazzin aumentaron desde el tejido normal hasta las lesiones intraepiteliales escamosas y el carcinoma de cuello uterino escamoso. Con base en estudios de progresión del cáncer de cuello uterino, se cree que TAZ puede inducir cáncer al inhibir la apoptosis y promover el crecimiento, la viabilidad y la tumorigénesis de las células cancerosas. [12]

Interacciones

Se ha demostrado que Tafazzin tiene interacciones proteína-proteína con los siguientes y más. [76] [38]

  • FUT11
  • BTRC
  • NAGA
  • NID2
  • ANKRD46
  • VWDE
  • ITGA8

Historia

La proteína fue descubierta en 1996 por los científicos italianos Silvia Bione et al. . [15] Debido al complejo procedimiento requerido para la identificación de tafazzin, la proteína recibió su nombre de Tafazzi , un personaje de comedia italiano que se golpea la ingle con entusiasmo con una botella de plástico.

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enlaces externos

  • Entrada de GeneReviews / NCBI / NIH / UW sobre la descripción general de la miocardiopatía dilatada
  • TAZ + proteína, + humano en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .

Este artículo incorpora texto de la Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos , que es de dominio público .

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