Asparagina sintetasa
Proteína de mamíferos hallada en el Homo sapiens

asparagina sintetasa
Identificadores
SímboloAsociación Nacional de Enfermería
Símbolos alternativos11as, AsnS
Gen NCBI440
HGNC753
OMI108370
Secuencia de referenciaNM_001673
Protección unificadaP08243
Otros datos
Número CE6.3.5.4
LugarCrónica 7 q21-q31
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EstructurasModelo suizo
DominiosInterprofesional

La asparagina sintetasa (o aspartato-amoniaco ligasa ) es una enzima principalmente citoplasmática que genera asparagina a partir de aspartato . [1] Esta reacción de amidación es similar a la que promueve la glutamina sintetasa . La enzima tiene una distribución ubicua en los órganos de los mamíferos, pero su expresión basal es relativamente baja en otros tejidos además del páncreas exocrino. [2]

Se ha vinculado la presencia de asparagina sintetasa por encima de la media en ciertas cepas de leucemia con un factor contribuyente significativo de resistencia a la quimioterapia, en particular al fármaco de quimioterapia, L-asparaginasa . [3]

Estructura

La asparagina sintetasa derivada de Escherichia coli es una proteína dimérica en la que cada subunidad se pliega en dos dominios distintos. [4] La región N-terminal consta de dos capas de láminas β antiparalelas de seis hebras entre las que se encuentra el sitio activo responsable de la hidrólisis de la glutamina . [4] El dominio C-terminal consta de una lámina β paralela de cinco hebrasflanqueada a cada lado por hélices α . Este dominio es responsable de la unión tanto del Mg2 + ATP como del aspartato. [4] Estos dos sitios activos están conectados por un túnel revestido principalmente con átomos de la cadena principal y residuos de aminoácidos no polares e hidrofóbicos. [4]

La caracterización estructural de la asparagina sintetasa de fuentes mamíferas ha sido difícil debido a la baja abundancia e inestabilidad de la enzima durante los procedimientos de purificación. [5]

Mecanismo

Utilizando información de la asparagina sintetasa derivada de Escherichia coli , se han comprendido algunos mecanismos básicos de la enzima. [5] El sitio activo N-terminal cataliza la hidrólisis de glutamina para producir glutamato y amoníaco . [5] El sitio activo C-terminal cataliza la activación del carboxilato de cadena lateral de aspartato para formar un intermediario electrofílico, β-aspartil-AMP (βAspAMP) 1, y pirofosfato inorgánico ( PPi ). [5] El túnel que une los dos sitios activos permite el paso de una molécula de amoníaco para actuar como un intermediario común para acoplar las dos semirreacciones llevadas a cabo en los sitios activos independientes de la enzima. [5] Así, después de ser liberada y canalizada desde el sitio de glutaminasa, la molécula de amoníaco ataca al βAspAMP 1 unido para dar asparagina y AMP a través de un intermediario tetraédrico. [5]

Función

En las plantas, el nitrógeno inorgánico se absorbe del medio ambiente en forma de nitrato o amonio . [6] La asimilación de este nitrógeno en asparagina para su uso en el reciclaje, transporte y almacenamiento de nitrógeno es un proceso esencial para el desarrollo de la planta, lo que hace que la asparagina sintetasa sea vital para mantener estas reservas de asparagina. [6] Los eventos específicos en el desarrollo que dependen de la asparagina sintetasa son la movilización de nitrógeno en las semillas en germinación, el reciclaje y flujo de nitrógeno en las células vegetativas en respuesta a estreses bióticos y abióticos, y la removilización de nitrógeno desde los órganos de origen a los sumidero. [6]

En los mamíferos, se ha descubierto que la expresión de la asparagina sintetasa está relacionada con el crecimiento celular, y su contenido de ARNm está relacionado con cambios en el ciclo celular. [5] Las células BHK ts11 de hámster producen una enzima asparagina sintetasa inactiva, y esta pérdida de actividad de la asparagina sintetasa condujo directamente a la detención del ciclo celular en las células como consecuencia de un agotamiento de la asparagina celular. [5] También se observó una regulación positiva del ARNm de la asparagina sintetasa en estas células de hámster. [5] Otros experimentos demostraron que las células tiroideas de rata inactivas que entraban en la fase S como resultado del tratamiento con hormona estimulante de la tiroides se correspondían con un aumento concurrente del contenido de ARNm de la asparagina sintetasa. [5]

Clases

Parece haber dos grupos principales de asparagina sintetasa: [7] [6]

  • La mayoría de las enzimas aisladas procariotas ( asnA ) utilizan amoníaco como única fuente de nitrógeno. [7] [6]
  • Las enzimas aisladas eucariotas y algunas enzimas aisladas procariotas ( asnB ) utilizan glutamina como fuente de nitrógeno preferida, aunque estas enzimas también pueden emplear amoníaco como sustrato alternativo. [7] [6] La AS dependiente de glutamina humana está codificada por un solo gen ubicado en la región q21.3 en el cromosoma 7. [8] La falta de asparagina sintetasa dependiente de amoníaco en eucariotas se debe presumiblemente a la necesidad de mantener concentraciones celulares de amoníaco en niveles muy bajos. [7]

Importancia clínica

Cáncer

Leucemia

Las células cancerosas exhiben un rápido crecimiento y división celular y posteriormente tienen una mayor necesidad nutricional. [5] La expresión de nivel particularmente bajo de asparagina sintetasa en la leucemia linfoblástica aguda primaria ( LLA ) y numerosas líneas celulares de LLA, en comparación con la de las células normales, hace que el agotamiento de asparagina sea un método eficaz de tratamiento debido a la dependencia inusual de las células en la asparagina sérica circulante como nutrición necesaria para el crecimiento. [2] [5] Como resultado, la L-asparaginasa es un fármaco de quimioterapia común utilizado en el tratamiento de la LLA y puede tener aplicaciones en otros cánceres negativos a la asparagina sintetasa, como los linfomas, debido a su actividad de asparaginasa para agotar la asparagina sérica. [9] Este agotamiento de la asparagina sérica conduce a un eflujo rápido posterior de asparagina celular, que es inmediatamente actuada y destruida por la L-asparaginasa también. [5] Debido a la respuesta transitoria de estos cánceres susceptibles en reacción al agotamiento de asparagina, el crecimiento del tumor se inhibe significativamente debido a la deficiencia nutricional. [5] [3]

La mayoría de las células somáticas expresan cantidades basales suficientes de asparagina sintetasa para contrarrestar esta carencia de asparagina y sobrevivir a los efectos de la L-asparaginasa. [2] [3] [5] Además, estas células normales pueden regular positivamente su expresión de asparagina sintetasa en respuesta al agotamiento de asparagina, contrarrestando aún más algunos de los efectos tóxicos de la medicación sobre la actividad celular normal, un rasgo deseable para los fármacos de quimioterapia. [2] [3] [5]

Sin embargo, el efecto opuesto es visible en casos de cánceres resistentes a la asparaginasa. [3] En estos cánceres resistentes, el efecto del agotamiento de asparagina en sangre a través de L-asparaginasa conduce en cambio a una sobreexpresión significativa de asparagina sintetasa para compensar, anulando efectivamente el efecto del fármaco de quimioterapia. [3] Por ejemplo, en modelos de ratón, 24 horas después de la exposición a L-asparaginasa, los tumores resistentes al agotamiento respondieron con aumentos de 5 a 19 veces en la expresión de asparagina sintetasa. [10] Estos tumores resistentes también expresan inherentemente niveles más altos de actividad de asparagina sintetasa, incluso sin la aplicación de L-asparaginasa para impulsar una mayor expresión. [11] A menudo se observan tendencias similares en estudios humanos también, con altos niveles de actividad de asparagina sintetasa que se detectan en casos de tratamiento resistentes a la asparaginasa en comparación con la actividad insignificante de los casos susceptibles. [12] Como se observó en estudios in vitro de líneas celulares de leucemia humana resistentes, incluso seis semanas después de la eliminación de los factores que agotan la asparagina, el aumento del nivel de expresión de la asparagina sintetasa no volvió a un estado basal, sino que permaneció elevado y mantuvo una resistencia continua al fármaco. [13]

Si bien en estos estudios no se han informado los mecanismos subyacentes a la sobreexpresión sostenida de ASNS, el perfil del transcriptoma de dos pacientes con LLA-T que han recaído después del tratamiento con L-asparaginasa reveló un intercambio recurrente del promotor con KMT2E que conduce a la sobreexpresión de ASNS y a la resistencia a la L-asparaginasa. [14] Se ha demostrado además en sistemas modelo de ratón que el subcultivo repetido de células tumorales sensibles a la L-asparaginasa en concentraciones subletales de L-asparaginasa podría eventualmente hacerlas resistentes, una posible preocupación de que los tratamientos de quimioterapia de dosis más bajas estimulen efectivamente el desarrollo de células resistentes. [15]

Biomarcador potencial para el cáncer de ovario

Se ha observado una correlación entre la eficacia de la L-asparaginasa y los niveles de proteína asparagina sintetasa en varias líneas celulares ováricas humanas. [16] Como se mencionó anteriormente, este resultado confirmó observaciones similares en líneas celulares de leucemia humana. [16] Por lo tanto, la asparagina sintetasa podría usarse como un biomarcador en la detección y el posible tratamiento del cáncer de ovario. [16]

Papel potencial en la metástasis de tumores sólidos

Se imitó una transición epitelial a mesenquimal en células metastásicas adaptando células de cáncer de próstata PC-3 de un cultivo adherente a uno en suspensión y luego se examinaron para investigar cambios en la expresión génica concurrente con esta adaptación a la suspensión. [17] Se encontró que la expresión de la asparagina sintetasa era seis veces mayor en las células en suspensión que en las células adherentes. [17] En xenoinjertos de una línea celular de cáncer de mama humano en un modelo de ratón metastásico establecido, [2] [18] la asparagina sintetasa se elevó en células tumorales circulantes aisladas de la sangre del ratón en comparación con la línea celular parental. [2] [18] Cuando estas células tumorales circulantes se devolvieron a un cultivo in vitro y se expusieron a la hipoxia, mostraron una expresión basal más alta y una mayor inducción de la asparagina sintetasa que su línea celular parental. [2] [18] También se encontró que estas células tumorales circulantes tenían una mayor capacidad para la formación de colonias en ensayos de agar blando en condiciones hipóxicas y crecieron más rápido cuando se reimplantaron como xenoinjertos. [2] [18] La mayor prevalencia de la asparaginasa sintetasa en las células metastásicas sugiere que su actividad puede ser beneficiosa para la supervivencia de las células tumorales circulantes. [2] [18]

Trivialidades

Los conejillos de indias tienen algunos de los niveles más altos de expresión natural de asparagina sintetasa debido al hecho de que su suero contiene inherentemente niveles detectables de L-asparaginasa. [10]

Referencias

  1. ^ Hutson RG, Kitoh T, Moraga Amador DA, Cosic S, Schuster SM, Kilberg MS (mayo de 1997). "Control de aminoácidos de la asparagina sintetasa: relación con la resistencia a la asparaginasa en células de leucemia humana". The American Journal of Physiology . 272 ​​(5 Pt 1): C1691-9. doi :10.1152/ajpcell.1997.272.5.C1691. PMID  9176161.
  2. ^ abcdefghi Balasubramanian MN, Butterworth EA, Kilberg MS (abril de 2013). "Asparagina sintetasa: regulación por estrés celular y participación en la biología tumoral". Revista estadounidense de fisiología. Endocrinología y metabolismo . 304 (8): E789-99. doi : 10.1152/ajpendo.00015.2013. PMC 3625782. PMID  23403946. 
  3. ^ abcdef Prager MD, Bachynsky N (abril de 1968). "Sintetasa de asparagina en linfomas de ratones susceptibles y resistentes a la asparaginasa". Comunicaciones de investigación bioquímica y biofísica . 31 (1): 43–7. doi :10.1016/0006-291x(68)90028-4. PMID  4869945.
  4. ^ abcd Larsen TM, Boehlein SK, Schuster SM, Richards NG, Thoden JB, Holden HM, Rayment I (diciembre de 1999). "Estructura tridimensional de la asparagina sintetasa B de Escherichia coli: un breve viaje desde el sustrato hasta el producto". Bioquímica . 38 (49): 16146–57. doi :10.1021/bi9915768. PMID  10587437.
  5. ^ abcdefghijklmnop Richards NG, Kilberg MS (julio de 2006). "Quimioterapia con asparagina sintetasa". Revisión anual de bioquímica . 75 : 629–54. doi :10.1146/annurev.biochem.75.103004.142520. PMC 3587692. PMID  16756505 . 
  6. ^ abcdef Gaufichon L, Reisdorf-Cren M, Rothstein SJ, Chardon F, Suzuki A (septiembre de 2010). "Funciones biológicas de la asparagina sintetasa en plantas". Plant Science . 179 (3): 141–153. Bibcode :2010PlnSc.179..141G. doi :10.1016/j.plantsci.2010.04.010.
  7. ^ abcd Richards NG, Schuster SM (noviembre de 1998). "Cuestiones mecanicistas en la catálisis de la asparagina sintetasa". Avances en enzimología y áreas relacionadas de biología molecular . Vol. 72. págs. 145–98. doi :10.1002/9780470123188.ch5. ISBN . 9780470123188. Número de identificación personal  9559053.
  8. ^ Heng HH, Shi XM, Scherer SW, Andrulis IL, Tsui LC (1994). "Localización refinada del gen de la asparagina sintetasa (ASNS) en el cromosoma 7, región q21.3, y caracterización de la línea híbrida de células somáticas 4AF/106/KO15". Citogenética y genética celular . 66 (2): 135–8. doi :10.1159/000133685. hdl : 10722/42532 . PMID  7904551.
  9. ^ Chan WK, Lorenzi PL, Anishkin A, Purwaha P, Rogers DM, Sukharev S, Rempe SB, Weinstein JN (junio de 2014). "La actividad glutaminasa de la L-asparaginasa no es necesaria para la actividad anticancerígena contra las células ASNS-negativas". Blood . 123 (23): 3596–606. doi :10.1182/blood-2013-10-535112. PMC 4047499 . PMID  24659632. 
  10. ^ ab Prager MD, Bachynsky N (septiembre de 1968). "Sintetasa de asparagina en tejidos normales y malignos: correlación con la sensibilidad tumoral a la asparaginasa". Archivos de bioquímica y biofísica . 127 (1): 645–54. doi :10.1016/0003-9861(68)90273-7. PMID  4880551.
  11. ^ Horowitz B, Madras BK, Meister A, Old LJ, Boyes EA, Stockert E (mayo de 1968). "Actividad de la asparagina sintetasa en leucemias de ratón". Science . 160 (3827): 533–5. Bibcode :1968Sci...160..533H. doi :10.1126/science.160.3827.533. PMID  5689413. S2CID  39734239.
  12. ^ Haskell CM, Canellos GP (octubre de 1969). "Resistencia a la l-asparaginasa en la leucemia humana: asparagina sintetasa". Farmacología bioquímica . 18 (10): 2578–80. doi :10.1016/0006-2952(69)90375-x. PMID  4935103.
  13. ^ Aslanian AM, Fletcher BS, Kilberg MS (julio de 2001). "La expresión de asparagina sintetasa por sí sola es suficiente para inducir resistencia a la l-asparaginasa en células de leucemia humana MOLT-4". The Biochemical Journal . 357 (Pt 1): 321–8. doi :10.1042/bj3570321. PMC 1221958 . PMID  11415466. 
  14. ^ Khater F, Lajoie M, Langlois S, Healy J, Cellot S, Richer C, Beaulieu P, St-Onge P, Sailloir V, Minden M, Marzouki M, Krajinovic M, Bittencourt H, Sinnett D (2017). "KMT2E-ASNS: un nuevo gen de fusión específico de recaída en la leucemia linfoblástica aguda de precursores de células T tempranas". Sangre . 129 (12): 1729–1732. doi :10.1182/blood-2016-10-744219. PMC 5374844 . PMID  28069604. 
  15. ^ Andrulis IL, Chen J, Ray PN (julio de 1987). "Aislamiento de ADNc humanos para la asparagina sintetasa y expresión en células de sarcoma de rata de Jensen". Biología molecular y celular . 7 (7): 2435–43. doi :10.1128/MCB.7.7.2435. PMC 365375 . PMID  2886907. 
  16. ^ abc Lorenzi PL, Weinstein JN (enero de 2009). "Asparagina sintetasa: un nuevo biomarcador potencial en el cáncer de ovario". Drug News & Perspectives . 22 (1): 61–4. doi :10.1358/dnp.2009.22.1.1303820. PMC 4096155 . PMID  19209300. 
  17. ^ ab Patrikainen L, Porvari K, Kurkela R, Hirvikoski P, Soini Y, Vihko P (febrero de 2007). "Perfiles de expresión de variantes de la línea celular PC-3 y comparación de los niveles de transcripción de MIC-1 en próstata benigna y maligna". Revista Europea de Investigación Clínica . 37 (2): 126–33. doi :10.1111/j.1365-2362.2007.01763.x. PMID  17217378. S2CID  29946047.
  18. ^ abcde Ameri K, Luong R, Zhang H, Powell AA, Montgomery KD, Espinosa I, Bouley DM, Harris AL, Jeffrey SS (febrero de 2010). "Las células tumorales circulantes demuestran una respuesta alterada a la hipoxia y un fenotipo agresivo". British Journal of Cancer . 102 (3): 561–9. doi :10.1038/sj.bjc.6605491. PMC 2805847 . PMID  20051957. 
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