Fosfolipasa C
Clase de enzimas
Sitios de escisión de las fosfolipasas . Las enzimas fosfolipasas C cortan justo antes del fosfato unido a la fracción R3 .

La fosfolipasa C ( PLC ) es una clase de enzimas asociadas a la membrana que escinden los fosfolípidos justo antes del grupo fosfato (ver figura). Se la considera más comúnmente como sinónimo de las formas humanas de esta enzima, que desempeñan un papel importante en la fisiología de las células eucariotas , en particular en las vías de transducción de señales . El papel de la fosfolipasa C en la transducción de señales es su escisión del fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP 2 ) en diacilglicerol (DAG) e inositol 1,4,5-trisfosfato (IP 3 ), que sirven como segundos mensajeros . Los activadores de cada PLC varían, pero típicamente incluyen subunidades de proteína G heterotrimérica , proteína tirosina quinasas , proteínas G pequeñas , Ca 2+ y fosfolípidos. [1]

Existen 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. Sin embargo, la PLC no se limita a los mamíferos, y también está presente en bacterias y Chromadorea.

Fosfolipasa C
Identificadores
N.º CE3.1.4.3
N.º CAS9001-86-9
Bases de datos
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BARRILEntrada de KEGG
MetaCiclovía metabólica
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Instituto Nacional de BiologíaProteínas

Variantes

Variantes de mamíferos

La gran cantidad de funciones que ejerce la reacción de la PLC requiere que esté estrictamente regulada y sea capaz de responder a múltiples estímulos extra e intracelulares con una cinética adecuada. Esta necesidad ha guiado la evolución de seis isotipos de PLC en animales, cada uno con un modo distinto de regulación. El pre-ARNm de la PLC también puede estar sujeto a un empalme diferencial, de modo que un mamífero puede tener hasta 30 enzimas de PLC. [2]

Variantes bacterianas

La mayoría de las variantes bacterianas de la fosfolipasa C se clasifican en uno de los cuatro grupos de proteínas estructuralmente relacionadas. Las fosfolipasas C tóxicas son capaces de interactuar con las membranas celulares eucariotas e hidrolizar la fosfatidilcolina y la esfingomielina, lo que provoca la lisis celular. [3]

Cromadorea

La clase de Chromadorea también utiliza la enzima fosfolipasa C para regular la liberación de calcio. La enzima libera inositol 1,4,5-trifosfato (IP3) , que denota una vía de señalización involucrada en la activación de la ovulación, el impulso del ovocito hacia la espermateca. Este gen está involucrado en varias actividades, como el control de la GTPasa, la descomposición de ciertas moléculas y la unión a la GTPasa pequeña. Ayuda a combatir las bacterias y a regular el movimiento de las proteínas en las células. Se encuentra en el sistema excretor, los intestinos, los nervios y los órganos reproductivos. La expresión de la enzima en la espermateca está controlada por los factores de transcripción FOS-1 y JUN-1. [4]

Estructura de la enzima

Comparación del dominio C2 de PI-PLC de mamíferos en rojo y el dominio similar a C2 de Bacillus cereus en cian

En los mamíferos, las PLC comparten una estructura central conservada y difieren en otros dominios específicos de cada familia. La enzima central incluye un barril de triosafosfato isomerasa (TIM) dividido , 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 autoinhibitorio que interrumpe su actividad llamado enlazador XY. Se ha demostrado que el enlazador XY ocluye el sitio activo y, con su eliminación, se activa la PLC. [5]

Se han aislado los genes que codifican la toxina alfa ( Clostridium perfringens ) , la PLC de Bacillus cereus (BC-PLC) y las PLC de Clostridium bifermentans y Listeria monocytogenes y se han secuenciado los nucleótidos. Las secuencias tienen una homología significativa, aproximadamente 250 residuos, desde el extremo N. La toxina alfa tiene 120 residuos adicionales en el extremo C. Se ha informado que el extremo C de la toxina alfa es un dominio "similar a C2", haciendo referencia al dominio C2 que se encuentra en eucariotas y que está involucrado en la transducción de señales y presente en la fosfoinosítido fosfolipasa C de los mamíferos . [6]

Mecanismo enzimático

Reacción general catalizada por la fosfolipasa C

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 de glicerol del enlace fosfodiéster. Se produce la formación de un intermediario débilmente unido a la enzima, el inositol 1,2-fosfodiéster cíclico, y la liberación de diacilglicerol (DAG) . A continuación, el intermediario se hidroliza a inositol 1,4,5-trisfosfato (IP 3 ) . [7] 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 sitio activo Ca 2+ 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. [8]

Vía de señalización

La fosfolipasa C específica de fosfoinosítidos (PLC) es un factor clave en los procesos de señalización celular. Cuando las células encuentran señales como hormonas o factores de crecimiento, la PLC descompone una molécula llamada PIP2 para producir nuevas moléculas de señalización. PIP2 es un tipo de molécula que se encuentra en las membranas celulares. Cuando las células reciben ciertas señales del exterior, una enzima llamada PLC descompone PIP2 en moléculas más pequeñas, que luego envían mensajes dentro de la célula. Los distintos tipos de PLC se activan de forma diferente, lo que contribuye a la capacidad de las células para responder a su entorno.

Regulación

Activación

Los receptores que activan esta vía son principalmente receptores acoplados a la proteína G acoplados a la subunidad G αq , entre los que se incluyen:

Otros activadores menores además de G αq son:

Inhibición

  • Molécula pequeña U73122: aminoesteroide, supuesto inhibidor de PLC. [11] [12] Sin embargo, se ha cuestionado la especificidad de U73122. [13] Se ha informado que U73122 activa la actividad de fosfolipasa de PLC purificadas. [14]
  • Edelfosina : agente antineoplásico similar a un lípido (ET-18-OCH3) [15]
  • Autoinhibición del ligando XY en células de mamíferos: se propone que el ligando XY consiste en largos tramos 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 ligando XY de la proximidad del sitio activo y alivia la autoinhibición. [1]
  • Los compuestos que contienen el ácido morfolinobenzoico como armazón pertenecen a una clase de inhibidores de PLC específicos de la fosfatidilcolina similares a fármacos. [16] [17] [18]
  • o -fenantrolina: compuesto orgánico heterocíclico, conocido por inhibir las metaloenzimas de zinc [19]
  • EDTA: molécula que quela los iones Zn 2+ e inactiva eficazmente la PLC, conocida por inhibir las metaloenzimas de zinc [20]

Función biológica

Escisión mediada por PLC de PIP 2 a DAG e IP 3

El PLC escinde el fosfolípido fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP 2 ) en diacilglicerol (DAG) e inositol 1,4,5-trisfosfato (IP 3 ). Por lo tanto, el PLC tiene un profundo impacto en el agotamiento de PIP 2 , que actúa como un ancla de membrana o regulador alostérico y un agonista para muchos canales iónicos regulados por lípidos . [21] [22] El 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. [23] Por lo tanto, el agotamiento de PIP 2 por la reacción del 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 segundos mensajeros importantes que controlan diversos procesos celulares y son sustratos para la síntesis de otras moléculas de señalización importantes. Cuando se escinde PIP 2 , DAG permanece unido a la membrana y IP 3 se libera como una estructura soluble en el citosol . IP 3 luego se difunde a través del citosol para unirse a los receptores de IP 3 , particularmente los canales de calcio en el retículo endoplasmático liso (RE). Esto hace que la concentración citosólica de calcio aumente, lo que provoca una cascada de cambios y actividad intracelular. [24] Además, el calcio y DAG trabajan juntos para activar la proteína quinasa C , que continúa fosforilando otras moléculas, lo que conduce a una actividad celular alterada. [24] Los efectos finales incluyen el gusto, la promoción de tumores, así como la exocitosis de vesículas, la producción de superóxido a partir de la NADPH oxidasa y la activación de JNK . [24] [25]

Tanto el DAG como el IP3 son sustratos para la síntesis de moléculas reguladoras. El DAG es el sustrato para la síntesis de ácido fosfatídico , una molécula reguladora. El IP3 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. [26] Por lo tanto, la regulación de la actividad de la PLC es 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 desempeña un papel importante en la vía de la inflamación. La unión de agonistas como la trombina , la epinefrina o el colágeno a los receptores de la superficie de las plaquetas puede desencadenar la activación de la fosfolipasa C para catalizar la liberación de ácido araquidónico de dos fosfolípidos de membrana principales, el fosfatidilinositol y la 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 a la vía de la lipoxigenasa (que produce leucotrienos (LTB4, LTC4, LTD4, LTE4)). [27]

La variante bacteriana Clostridium perfringens tipo A produce toxina alfa. La toxina tiene actividad de fosfolipasa C y causa hemólisis , letalidad y dermonecrosis. En altas concentraciones, la toxina alfa induce una degradación masiva de la fosfatidilcolina y la esfingomielina , produciendo diacilglicerol y ceramida , respectivamente. Estas moléculas luego participan en las vías de transducción de señales. [6] Se ha informado que la toxina activa la cascada del ácido araquidónico en la aorta aislada de rata. [28] La contracción inducida por la toxina estaba relacionada con la generación de tromboxano A 2 a partir del ácido araquidónico. Por lo tanto, es probable que la PLC bacteriana imite las acciones de la PLC endógena en las membranas de las células eucariotas.

Véase también

Referencias

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