Proteína precursora beta amiloide

Proteína de mamíferos encontrada en humanos

APLICACIÓN
Estructuras disponibles
APBúsqueda de ortólogos: PDBe RCSB
Identificadores
AliasAPP , AAA, ABETA, ABPP, AD1, APPI, CTFgamma, CVAP, PN-II, PN2, proteína precursora beta amiloide, preA4, alfa-sAPP
Identificaciones externasOMIM : 104760; MGI : 88059; HomoloGene : 56379; GeneCards : APLICACIÓN; OMA :APP - ortólogos
Ortólogos
EspeciesHumanoRatón
Entre
Conjunto
Protección unificada
RefSeq (ARNm)

NM_001198823
NM_001198824
NM_001198825
NM_001198826
NM_007471

RefSeq (proteína)

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NP_001185753
NP_001185754
NP_001185755
NP_031497

Ubicación (UCSC)Crónicas 21: 25.88 – 26.17 MbCrónica 16: 84,75 – 84,97 Mb
Búsqueda en PubMed[3][4]
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(a) Una imagen de bajo aumento inmediatamente después de la coinyección de perlas rojas con carga negativa y perlas verdes conjugadas con glicina que muestra el sitio de inyección, marcado con una gota de aceite, que aparece como una esfera amarilla redonda. La superposición de fluorescencia roja y verde produce una imagen amarilla. (b) A los 50 minutos después de la inyección, las perlas rojas carboxiladas han progresado en la dirección anterógrada (a la derecha) mientras que las perlas verdes conjugadas con glicina no han progresado. (c)–(e) Un axón coinyectado con perlas rojas APP-C y perlas verdes de glicina y fotografiado durante 100 fotogramas a intervalos de 4 s a un aumento de 40×. (c) Canal rojo (izquierda) primer fotograma; (centro) 50 fotogramas superpuestos; (derecha) los 100 fotogramas superpuestos. Nótese la progresión de perlas individuales hacia el lado derecho, anterógrado, del sitio de inyección en dirección a la terminal presináptica. (d) Dos imágenes del canal verde de la misma secuencia de video; (izquierda) primer fotograma; (centro) 100 fotogramas superpuestos. Nótese la falta de movimiento significativo de las perlas de glicina verdes. (e) Canales rojo y verde de 100 fotogramas superpuestos del mismo vídeo que en (c) y (d). (f) Trayectorias de perlas individuales a gran aumento de un conjunto de fotogramas superpuestos que muestran los movimientos de las perlas.

La proteína precursora beta amiloide ( APP ) es una proteína de membrana integral expresada en muchos tejidos y concentrada en las sinapsis de las neuronas . Funciona como un receptor de superficie celular [5] y se ha implicado como un regulador de la formación de sinapsis , [6] plasticidad neuronal , [7] actividad antimicrobiana, [8] y exportación de hierro . [9] Está codificada por el gen APP y regulada por la presentación del sustrato . [10] La APP es mejor conocida como la molécula precursora cuya proteólisis genera beta amiloide (Aβ), un polipéptido que contiene de 37 a 49 residuos de aminoácidos , cuya forma fibrilar amiloide es el componente principal de las placas amiloides que se encuentran en los cerebros de los pacientes con enfermedad de Alzheimer .

Genética

La proteína precursora beta amiloide es una proteína antigua y altamente conservada . [11] En los humanos , el gen APP se encuentra en el cromosoma 21 y contiene 18 exones que abarcan 290 kilobases . [12] [13] Se han observado varias isoformas de empalme alternativo de APP en humanos, con una longitud que varía de 639 a 770 aminoácidos, y ciertas isoformas se expresan preferentemente en neuronas; los cambios en la proporción neuronal de estas isoformas se han asociado con la enfermedad de Alzheimer. [14] Se han identificado proteínas homólogas en otros organismos como Drosophila (moscas de la fruta), C. elegans (gusanos redondos), [15] y todos los mamíferos . [16] La región beta amiloide de la proteína, ubicada en el dominio que abarca la membrana, no está bien conservada en todas las especies y no tiene una conexión obvia con las funciones biológicas del estado nativo de APP . [16]

Las mutaciones en regiones críticas de la proteína precursora amiloide, incluida la región que genera beta amiloide (Aβ), causan susceptibilidad familiar a la enfermedad de Alzheimer. [17] [18] [19] [20] Por ejemplo, se ha descubierto que varias mutaciones fuera de la región Aβ asociadas con el Alzheimer familiar aumentan drásticamente la producción de Aβ. [21]

Una mutación (A673T) en el gen APP protege contra la enfermedad de Alzheimer. Esta sustitución es adyacente al sitio de escisión de la beta secretasa y da como resultado una reducción del 40% en la formación de beta amiloide in vitro. [22]

Estructura

El dominio de unión de metales de la APP con un ion de cobre unido . Las cadenas laterales de los dos residuos de histidina y un residuo de tirosina que desempeñan un papel en la coordinación de metales se muestran en las conformaciones unida a Cu(I), unida a Cu(II) y no unida, que difieren solo por pequeños cambios en la orientación.
El dominio E2 extracelular, una hélice enrollada dimérica y una de las regiones más conservadas de la proteína desde Drosophila hasta los humanos. Se cree que este dominio, que se asemeja a la estructura de la espectrina , se une a los proteoglicanos de heparán sulfato . [23]

En la secuencia de la APP se han encontrado varios dominios estructurales diferentes que se pliegan principalmente por sí solos. La región extracelular, mucho más grande que la región intracelular, se divide en los dominios E1 y E2, unidos por un dominio ácido (AcD); E1 contiene dos subdominios que incluyen un dominio similar al factor de crecimiento (GFLD) y un dominio de unión al cobre (CuBD) que interactúan estrechamente entre sí. [24] Un dominio inhibidor de la serina proteasa, ausente en la isoforma expresada diferencialmente en el cerebro, se encuentra entre la región ácida y el dominio E2. [25] La estructura cristalina completa de la APP aún no se ha resuelto; sin embargo, se han cristalizado con éxito dominios individuales, el dominio similar al factor de crecimiento, [26] el dominio de unión al cobre, [27] el dominio E1 completo [24] y el dominio E2. [23]

Diversidad de isoformas

La proteína precursora beta-amiloide es muy versátil y se generan varias isoformas a través del empalme alternativo de su ARNm. Las isoformas principales incluyen APP695, APP751 y APP770, que difieren en la inclusión de ciertos exones, principalmente el exón 7 y 8. APP695 se expresa predominantemente en células neuronales y es crucial para la función neuronal normal. APP751 y APP770 se expresan más ampliamente en tejidos no neuronales, pero exhiben patrones de expresión distintos durante la diferenciación neuronal. [28] La expresión diferencial de estas isoformas desempeña un papel importante en procesos celulares como el desarrollo neurológico, la plasticidad sináptica y la patogénesis de la enfermedad de Alzheimer. Comprender la diversidad de isoformas de APP es esencial para descifrar sus diversas funciones fisiológicas y patológicas.

Abundancia de variantes de transcripción dependientes de los exones 7 y 8 de la proteína precursora beta amiloide (grupos de variantes de transcripción que contienen las variantes de transcripción principales 1, 2, 3 y 11) en las células inmaduras (proliferativas) SH-SY5Y y las neuronas postmitóticas derivadas de SH-SY5Y . [28]

Procesamiento postraduccional

La APP sufre una extensa modificación postraduccional que incluye glicosilación , fosforilación , sialilación y sulfatación de tirosina , así como muchos tipos de procesamiento proteolítico para generar fragmentos peptídicos. [29] Se escinde comúnmente por proteasas de la familia de las secretasas ; tanto la alfa secretasa como la beta secretasa eliminan casi todo el dominio extracelular para liberar fragmentos carboxiterminales anclados a la membrana que pueden estar asociados con la apoptosis . [16] La escisión por gamma secretasa dentro del dominio que abarca la membrana después de la escisión de la beta secretasa genera el fragmento beta amiloide; la gamma secretasa es un gran complejo de múltiples subunidades cuyos componentes aún no se han caracterizado por completo, pero incluyen presenilina , cuyo gen se ha identificado como un importante factor de riesgo genético para el Alzheimer. [30]

El procesamiento amiloidogénico de la APP se ha relacionado con su presencia en las balsas lipídicas . Cuando las moléculas de APP ocupan una región de la membrana que constituye una balsa lipídica, son más accesibles a la beta secretasa y se escinden de forma diferencial por esta, mientras que las moléculas de APP que se encuentran fuera de una balsa se escinden de forma diferencial por la alfa secretasa no amiloidogénica. [31] La actividad de la gamma secretasa también se ha asociado con las balsas lipídicas. [32] El papel del colesterol en el mantenimiento de las balsas lipídicas se ha citado como una posible explicación de las observaciones de que el colesterol alto y el genotipo de la apolipoproteína E son factores de riesgo importantes para la enfermedad de Alzheimer. [33]

Función biológica

Aunque el papel biológico nativo de la APP es de interés obvio para la investigación del Alzheimer, no se ha logrado comprenderlo a fondo. Los investigadores suelen utilizar modelos experimentales de la enfermedad de Alzheimer para comprender mejor la función biológica de la APP en la patología y la progresión de la enfermedad.

Formación y reparación sináptica

El papel más comprobado de la APP es en la formación y reparación sináptica; [6] su expresión aumenta durante la diferenciación neuronal y después de una lesión neuronal. Se han propuesto papeles en la señalización celular , la potenciación a largo plazo y la adhesión celular , que han sido respaldados por investigaciones aún limitadas. [16] En particular, las similitudes en el procesamiento postraduccional han invitado a comparaciones con el papel de señalización de la proteína receptora de superficie Notch . [34]

Los ratones knock out de APP son viables y tienen efectos fenotípicos relativamente menores , incluyendo potenciación deteriorada a largo plazo y pérdida de memoria sin pérdida general de neuronas. [35] Por otro lado, también se ha informado que los ratones transgénicos con expresión de APP regulada positivamente muestran potenciación deteriorada a largo plazo. [36]

La inferencia lógica es que debido a que Aβ se acumula excesivamente en la enfermedad de Alzheimer, su precursor, APP, también estaría elevado. Sin embargo, los cuerpos celulares neuronales contienen menos APP en función de su proximidad a las placas amiloides. [37] Los datos indican que este déficit en APP resulta de una disminución en la producción en lugar de un aumento en la catálisis. La pérdida de APP de una neurona puede afectar los déficits fisiológicos que contribuyen a la demencia.

Recombinación somática

En las neuronas del cerebro humano , la recombinación somática ocurre con frecuencia en el gen que codifica la APP. [38] Las neuronas de individuos con enfermedad de Alzheimer esporádica muestran una mayor diversidad del gen APP debido a la recombinación somática que las neuronas de individuos sanos. [38]

Transporte neuronal anterógrado

Las moléculas sintetizadas en los cuerpos celulares de las neuronas deben ser transportadas hacia las sinapsis distales. Esto se logra mediante un transporte anterógrado rápido . Se ha descubierto que la APP puede mediar la interacción entre la carga y la kinesina y, por lo tanto, facilitar este transporte. En concreto, es necesaria una secuencia corta de péptidos de 15 aminoácidos del extremo carboxilo citoplasmático para la interacción con la proteína motora. [39]

Además, se ha demostrado que la interacción entre APP y kinesina es específica de la secuencia peptídica de APP. [40] En un experimento reciente que involucraba el transporte de perlas coloreadas conjugadas con péptidos , los controles se conjugaron con un solo aminoácido, glicina , de modo que muestran el mismo grupo de ácido carboxílico terminal que APP sin la secuencia intermedia de 15 aminoácidos mencionada anteriormente. Las perlas de control no eran móviles, lo que demostró que la fracción COOH terminal de los péptidos no es suficiente para mediar el transporte.

Exportación de hierro

Un estudio con ratones revela una perspectiva diferente sobre el Alzheimer: se ha descubierto que la APP posee una actividad ferroxidasa similar a la ceruloplasmina , lo que facilita la exportación de hierro a través de la interacción con la ferroportina ; parece que esta actividad está bloqueada por el zinc atrapado por el Aβ acumulado en el Alzheimer. [9] Se ha demostrado que un polimorfismo de un solo nucleótido en el 5'UTR del ARNm de la APP puede alterar su traducción. [41]

La hipótesis de que la APP tiene actividad ferroxidasa en su dominio E2 y facilita la exportación de Fe(II) es posiblemente incorrecta ya que el sitio ferroxidasa propuesto de la APP ubicado en el dominio E2 no tiene actividad ferroxidasa. [42] [43]

Como la APP no posee actividad ferroxidasa dentro de su dominio E2, el mecanismo de eflujo de hierro modulado por la APP desde la ferroportina ha sido objeto de escrutinio. Un modelo sugiere que la APP actúa para estabilizar la proteína de eflujo de hierro ferroportina en la membrana plasmática de las células, aumentando así el número total de moléculas de ferroportina en la membrana. Estos transportadores de hierro pueden ser activados por ferroxidasas mamíferas conocidas (es decir, ceruloplasmina o hephaestina ). [44]

Regulación hormonal

La proteína precursora de amiloide-β (AβPP) y todas las secretasas asociadas se expresan en las primeras etapas del desarrollo y desempeñan un papel clave en la endocrinología de la reproducción : el procesamiento diferencial de la AβPP por parte de las secretasas regula la proliferación de células madre embrionarias humanas (hESC) , así como su diferenciación en células precursoras neuronales (NPC). La hormona del embarazo gonadotropina coriónica humana (hCG) aumenta la expresión de AβPP [45] y la proliferación de hESC, mientras que la progesterona dirige el procesamiento de AβPP hacia la vía no amiloidogénica, que promueve la diferenciación de hESC en NPC. [46] [47] [48]

La AβPP y sus productos de escisión no promueven la proliferación y diferenciación de neuronas postmitóticas; más bien, la sobreexpresión de AβPP de tipo salvaje o mutante en neuronas postmitóticas induce muerte apoptótica después de su reingreso al ciclo celular . [49] Se postula que la pérdida de esteroides sexuales (incluida la progesterona) pero la elevación de la hormona luteinizante , el equivalente adulto de hCG, después de la menopausia y durante la andropausia impulsa la producción de amiloide-β [50] y el reingreso de neuronas postmitóticas al ciclo celular.

Interacciones

Se ha demostrado que la proteína precursora amiloide interactúa con:

La APP interactúa con la reelina , una proteína implicada en una serie de trastornos cerebrales, incluida la enfermedad de Alzheimer. [71]

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  • Entrez Gene: proteína precursora de la beta amiloide (A4) de la APP (nexina-II de la peptidasa, enfermedad de Alzheimer)
  • Página de detalles del gen APP y ubicación del genoma humano en el navegador de genoma de la UCSC .
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