Ácido fosfatídico

ácidos fosfatídicos son fosfolípidos aniónicos importantes para la señalización celular y la activación directa de los canales iónicos activados por lípidos. La hidrólisis del ácido fosfatídico da lugar a una molécula de glicerol y otra de ácido fosfórico y dos moléculas de ácidos grasos. Constituyen aproximadamente el 0,25% de los fosfolípidos de la bicapa.

Estructura

El ácido fosfatídico consta de una estructura principal de glicerol, con, en general, un ácido graso saturado unido al carbono-1, un ácido graso insaturado unido al carbono-2 y un grupo fosfato unido al carbono-3.

Formación y degradación

Además de la síntesis de novo, la PA se puede formar de tres maneras:

• Por fosfolipasa D (PLD), a través de la hidrolisis del vínculo P-O de fosfatidilcolina (PC) para producir PA y cholina.
• Por la fosforilación del diacilglicerol (DAG) por DAG kinase (DAGK).
• Por la acilacion de ácido lysofosfatídico por lysoPA-acyltransferase (LPAAT); este es el camino más común.

A continuación se muestra la vía del glicerol 3-fosfato para la síntesis de novo de PA:

Además, la PA se puede convertir en DAG mediante las lípidos fosfato fosfohidrolasas (LPP) o en liso-PA mediante la fosfolipasa A (PLA).

Roles en la célula

El papel de la AP en la célula se puede dividir en tres categorías:

• PA es el precursor de la biosíntesis de muchos otros lípidos.
• Las propiedades físicas de la curvatura de la membrana de influencia PA.
• PA actúa como un lípido de señalización, reclutando proteínas citosolicas a las membranas apropiadas (por ejemplo, esfingosina cinasa 1).
• PA juega un papel muy importante en la fototransducción en Drosophila.
• PA es un ligando lipídico que cierra canales de iones. Vea también los canales de iones con lípido.

Los primeros tres roles no son mutuamente excluyentes. Por ejemplo, la PA puede estar implicada en la formación de vesículas al promover la curvatura de la membrana y al reclutar proteínas para llevar a cabo la tarea mucho más desfavorable desde el punto de vista energético de formar el cuello y pellizcar.

Funciones en la biosíntesis

El PA es un lípido celular vital que actúa como precursor biosintético para la formación (directa o indirectamente) de todos los lípidos acilgliceroles de la célula.

En células de mamíferos y de levadura, se conocen dos vías diferentes para la síntesis de novo de PA, la vía del glicerol 3-fosfato o la vía de la dihidroxiacetona fosfato. En las bacterias, sólo está presente la primera vía, y las mutaciones que bloquean esta vía son letales, lo que demuestra la importancia de la AP. En células de mamíferos y levaduras, donde las enzimas de estas vías son redundantes, la mutación de cualquier enzima no es letal. Sin embargo, vale la pena señalar que in vitro, las diversas aciltransferasas exhiben diferentes especificidades de sustrato con respecto a las acil-CoA que se incorporan a la PA. Las diferentes aciltransferasas también tienen diferentes distribuciones intracelulares, como el retículo endoplásmico (RE), las mitocondrias o los peroxisomas, y concentraciones locales de ácidos grasos activados. Esto sugiere que las diversas aciltransferasas presentes en células de mamíferos y levaduras pueden ser responsables de producir diferentes reservas de PA.

La conversión de PA en diacilglicerol (DAG) mediante LPP es el paso de compromiso para la producción de fosfatidilcolina (PC), fosfatidiletanolamina (PE) y fosfatidilserina (PS). Además, el DAG también se convierte en CDP-DAG, que es un precursor de fosfatidilglicerol (PG), fosfatidilinositol (PI) y fosfoinosítidos (PIP, PIP₂, PIP₃ ).

Las concentraciones de PA se mantienen en niveles extremadamente bajos en la célula gracias a la actividad de potentes LPP. Estos convierten PA en DAG muy rápidamente y, debido a que DAG es el precursor de muchos otros lípidos, pronto también se metaboliza en otros lípidos de membrana. Esto significa que cualquier regulación positiva en la producción de PA puede coincidir, con el tiempo, con una regulación positiva correspondiente en las LPP y en las enzimas metabolizadoras de DAG.

Por lo tanto, la PA es esencial para la síntesis de lípidos y la supervivencia celular, aunque, en condiciones normales, se mantiene en niveles muy bajos en la célula.

Propiedades biofísicas

El PA es un fosfolípido único porque tiene un pequeño grupo de cabeza altamente cargado que está muy cerca de la columna vertebral de glicerol. Se sabe que la PA desempeña funciones tanto en la fisión como en la fusión de vesículas, y estas funciones pueden estar relacionadas con las propiedades biofísicas de la PA.

En los sitios de gemación o fusión de la membrana, la membrana se vuelve o está muy curvada. Un acontecimiento importante en la formación de vesículas, como los transportadores del Golgi, es la creación y posterior estrechamiento del cuello de la membrana. Los estudios han sugerido que este proceso puede estar impulsado por lípidos y han postulado un papel central para DAG debido a su forma molecular también única. La presencia de dos cadenas de acilo pero ningún grupo de cabeza da como resultado una gran curvatura negativa en las membranas.

El LPAAT BARS-50 también ha sido implicado en la gemación del Golgi. Esto sugiere que la conversión de lisoPA en PA podría afectar la curvatura de la membrana. La actividad de LPAAT duplica el número de cadenas de acilo, aumentando considerablemente el área de la sección transversal del lípido que se encuentra "dentro" de la membrana mientras que el grupo de cabeza de la superficie permanece sin cambios. Esto puede resultar en una curvatura de la membrana más negativa. Investigadores de la Universidad de Utrecht han analizado el efecto del lisoPA frente al PA en la curvatura de la membrana midiendo el efecto que estos tienen en la temperatura de transición del PE desde las bicapas lipídicas a las fases no laminares utilizando ³¹P-NMR. Se demostró que la curvatura inducida por estos lípidos depende no solo de la estructura de lisoPA versus PA sino también de propiedades dinámicas, como la hidratación de los grupos principales y las interacciones intermoleculares e intramoleculares. Por ejemplo, el Ca²⁺ puede interactuar con dos PA para formar un complejo neutro pero muy curvado. La neutralización de las cargas repulsivas de los grupos de cabeza y la ausencia de cualquier impedimento estérico permite fuertes interacciones intermoleculares entre las cadenas de acilo, lo que da como resultado microdominios ricos en PA. Así, in vitro, los cambios fisiológicos en el pH, la temperatura y las concentraciones de cationes tienen fuertes efectos sobre la curvatura de la membrana inducida por PA y lisoPA. La interconversión de lisoPA, PA y DAG (y los cambios en el pH y la concentración de cationes) pueden provocar la flexión y la desestabilización de la membrana, desempeñando un papel directo en la fisión de la membrana simplemente en virtud de sus propiedades biofísicas. Sin embargo, aunque se ha demostrado que la PA y el lisoPA afectan la curvatura de la membrana in vitro; su papel in vivo no está claro.

Las funciones de lisoPA, PA y DAG en la promoción de la curvatura de la membrana no excluyen su función en el reclutamiento de proteínas para la membrana. Por ejemplo, el requerimiento de Ca²⁺ para la fusión de liposomas complejos no se ve muy afectado por la adición de anexina I, aunque sí se reduce con PLD. Sin embargo, con la anexina I y PLD, el grado de fusión aumenta considerablemente y el requerimiento de Ca2+ se reduce casi 1000 veces hasta niveles casi fisiológicos.

Por lo tanto, las funciones metabólicas, biofísicas, de reclutamiento y de señalización de la AP pueden estar interrelacionadas.

Papel en la señalización

El PA se mantiene bajo en la mayor parte de la membrana para estallar transitoriamente y emitir señales localmente en alta concentración. Por ejemplo, los canales TREK-1 se activan mediante asociación local con PLD y producción de PA. La constante de disociación de PA para TREK-1 es de aproximadamente 10 micromolar. La unión relativamente débil combinada con una baja concentración de PA en la membrana permite que el canal se apague. La alta concentración local para la activación sugiere al menos algunas restricciones en la difusión local de lípidos. La baja concentración general de PA combinada con altas ráfagas locales es lo opuesto a la señalización PIP2. PIP2 se mantiene relativamente alto en la membrana y luego se hidroliza transitoriamente cerca de una proteína para reducir transitoriamente la señalización de PIP2. La señalización de PA refleja la señalización de PIP2 en el sentido de que no es necesario cambiar la concentración general de lípidos de señalización para ejercer un efecto local potente sobre una proteína diana.

Como se describió anteriormente, PLD hidroliza la PC para formar PA y colina. Debido a que la colina es muy abundante en la célula, la actividad de PLD no afecta significativamente los niveles de colina; y es poco probable que la colina desempeñe algún papel en la señalización.

El papel de la activación de PLD en numerosos contextos de señalización, combinado con la falta de un papel de la colina, sugiere que la PA es importante en la señalización. Sin embargo, la PA se convierte rápidamente en DAG y también se sabe que DAG es una molécula de señalización. Esto plantea la cuestión de si la PA tiene algún papel directo en la señalización o si simplemente actúa como precursora de la producción de DAG. Si se descubre que la PA actúa sólo como precursora de DAG, entonces se puede plantear la pregunta de por qué las células deberían producir DAG utilizando dos enzimas cuando contienen el PLC que podría producir DAG en un solo paso.

PA producido por PLD o por DAGK se puede distinguir por la adición de [γ-³²P]ATP. Esto mostrará si el grupo fosfato se deriva recientemente de la actividad quinasa o si se origina en la PC.

Aunque PA y DAG son interconvertibles, no actúan en las mismas vías. Los estímulos que activan PLD no activan las enzimas aguas abajo de DAG y viceversa. Por ejemplo, se demostró que la adición de PLD a las membranas da como resultado la producción de PA marcada con [³²P] y fosfoinosítidos marcados con [³²P]. La adición de inhibidores de DAGK elimina la producción de PA marcada con [³²P], pero no la producción de fosfoinosítidos estimulada por PLD.

Es posible que, aunque PA y DAG sean interconvertibles, se puedan mantener grupos separados de lípidos de señalización y no señalización. Los estudios han sugerido que la señalización de DAG está mediada por DAG poliinsaturado, mientras que la PA derivada de PLD es monoinsaturada o saturada. Por lo tanto, la PA saturada/monoinsaturada funcional se puede degradar hidrolizándola para formar DAG saturado/monoinsaturado no funcional, mientras que la DAG poliinsaturada funcional se puede degradar convirtiéndola en PA poliinsaturada no funcional.

Este modelo sugiere que los efectores PA y DAG deberían poder distinguir lípidos con los mismos grupos principales pero con diferentes cadenas de acilo. Aunque algunas proteínas fijadoras de lípidos pueden insertarse en las membranas y, hipotéticamente, podrían reconocer el tipo de cadena de acilo o las propiedades resultantes de la membrana, muchas proteínas fijadoras de lípidos son citosólicas y se localizan en la membrana uniéndose sólo a los grupos principales de lípidos. Quizás las diferentes cadenas de acilo puedan afectar el ángulo del grupo de cabeza en la membrana. Si este es el caso, sugiere que un dominio de unión a PA no sólo debe poder unirse específicamente a PA, sino que también debe poder identificar aquellos grupos de cabeza que están en el ángulo correcto. Cualquiera que sea el mecanismo, esa especificidad es posible. Se observa en los testículos de cerdo DAGK que es específico para DAG poliinsaturado y en dos LPP de hepatocitos de rata que desfosforilan diferentes especies de PA con diferentes actividades. Además, se demostró que la estimulación de la actividad SK1 por PS in vitro varía mucho dependiendo de si las especies dioleoílo (C18:1), distearoílo (C18:0) o 1-estearoílo, 2-oleoílo de Se utilizaron PS. Por tanto, parece que, aunque PA y DAG son interconvertibles, las diferentes especies de lípidos pueden tener diferentes actividades biológicas; y esto puede permitir que los dos lípidos mantengan vías de señalización separadas.

Medición de la producción de PA

Como la PA se convierte rápidamente en DAG, su vida es muy corta en la célula. Esto significa que es difícil medir la producción de PA y, por tanto, estudiar el papel de la PA en la célula. Sin embargo, la actividad de PLD se puede medir mediante la adición de alcoholes primarios a la célula. Luego, el PLD lleva a cabo una reacción de transfosfatidilación, en lugar de hidrólisis, produciendo alcoholes fosfatidílicos en lugar de PA. Los alcoholes fosfatidílicos son callejones metabólicos sin salida y pueden extraerse y medirse fácilmente. Por lo tanto, se puede medir la actividad de PLD y la producción de PA (si no la PA misma) y, al bloquear la formación de PA, se puede inferir la participación de la PA en los procesos celulares.

Interactores de proteínas

• SK1
• PDE4A1
• Raf1
• mTOR
• PP1
• SHP1
• Spo20p
• p47phox
• PKCε
• PLCβ
• PIP5K
• Opi1
• TREK-1
• Kv
• Kir2.2