Adenosina desaminasa

adenosina desaminasa (también conocida como adenosina aminohidrolasa o ADA) es una enzima (EC 3.5.4.4) implicada en el metabolismo de las purinas. Es necesario para la descomposición de la adenosina de los alimentos y para la renovación de los ácidos nucleicos en los tejidos.

Su función principal en los humanos es el desarrollo y mantenimiento del sistema inmunológico. Sin embargo, aún no se comprende completamente el papel fisiológico completo de la ADA.

Estructura

ADA existe tanto en forma pequeña (como monómero) como en forma grande (como complejo dímero). En la forma monomérica, la enzima es una cadena polipeptídica, plegada en ocho hebras de barriles α/β paralelos, que rodean una bolsa central profunda que es el sitio activo. Además de los ocho barriles β centrales y las ocho hélices α periféricas, ADA también contiene cinco hélices adicionales: residuos de 19 a 76 veces en tres hélices, ubicados entre los pliegues β1 y α1; y dos hélices carboxi-terminales antiparalelas están ubicadas a través del amino-terminal del barril β.

El sitio activo de ADA contiene un ion zinc, que se encuentra en el receso más profundo del sitio activo y está coordinado por cinco átomos de His15, His17, His214, Asp295 y el sustrato. El zinc es el único cofactor necesario para la actividad.

El sustrato, la adenosina, está estabilizado y unido al sitio activo mediante nueve enlaces de hidrógeno. El grupo carboxilo de Glu217, aproximadamente coplanar con el anillo de purina del sustrato, está en posición de formar un enlace de hidrógeno con el N1 del sustrato. El grupo carboxilo de Asp296, también coplanar con el anillo de purina del sustrato, forma un enlace de hidrógeno con el N7 del sustrato. El grupo NH de Gly184 está en posición de formar un enlace de hidrógeno con el N3 del sustrato. Asp296 forma enlaces tanto con el ion Zn²⁺ como con el 6-OH del sustrato. His238 también forma enlaces de hidrógeno con el sustrato 6-OH. El 3'-OH del sustrato ribosa forma un enlace de hidrógeno con Asp19, mientras que el 5'-OH forma un enlace de hidrógeno con His17. Se forman otros dos enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua, en la apertura del sitio activo, mediante el 2'-OH y el 3'-OH del sustrato.

Debido al receso del sitio activo dentro de la enzima, el sustrato, una vez unido, queda casi completamente secuestrado del disolvente. La exposición de la superficie del sustrato al disolvente cuando está unido es del 0,5% de la exposición de la superficie del sustrato en estado libre.

Reacciones

ADA desamina irreversiblemente la adenosina, convirtiéndola en el nucleósido relacionado inosina mediante la sustitución del grupo amino por un grupo ceto.

La inosina luego puede ser desribosilada (eliminada de la ribosa) mediante otra enzima llamada purina nucleósido fosforilasa (PNP), convirtiéndola en hipoxantina.

Mecanismo de catálisis

El mecanismo propuesto para la desaminación catalizada por ADA es la adición-eliminación estereoespecífica a través de un intermedio tetraédrico. Por cualquiera de los mecanismos, el Zn²⁺, como electrófilo fuerte, activa una molécula de agua, que es desprotonada por el Asp295 básico para formar el hidróxido atacante. His238 orienta la molécula de agua y estabiliza la carga del hidróxido atacante. Glu217 se protona para donar un protón al N1 del sustrato.

La reacción es estereoespecífica debido a la ubicación de los residuos de zinc, Asp295 e His238, todos ellos orientados hacia el lado B del anillo de purina del sustrato.

Se ha observado inhibición competitiva para la ADA, donde la inosina del producto actúa en el inhibidor competitivo a la actividad enzimática.

Función

ADA se considera una de las enzimas clave del metabolismo de las purinas. La enzima se ha encontrado en bacterias, plantas, invertebrados, vertebrados y mamíferos, con alta conservación de la secuencia de aminoácidos. El alto grado de conservación de la secuencia de aminoácidos sugiere la naturaleza crucial de ADA en la vía de recuperación de purinas.

Principalmente, la ADA en humanos participa en el desarrollo y mantenimiento del sistema inmunológico. Sin embargo, también se ha observado una asociación de ADA con la diferenciación de células epiteliales, la neurotransmisión y el mantenimiento de la gestación. También se ha propuesto que ADA, además de la descomposición de la adenosina, estimula la liberación de aminoácidos excitadores y es necesaria para el acoplamiento de los receptores de adenosina A1 y las proteínas G heterotriméricas. La deficiencia de adenosina desaminasa conduce a fibrosis pulmonar, lo que sugiere que la exposición crónica a niveles elevados de adenosina puede exacerbar las respuestas inflamatorias en lugar de suprimirlas. También se ha reconocido que la proteína y la actividad de la AMP desaminasa están reguladas positivamente en los corazones de ratones que sobreexpresan HIF-1α, lo que en parte explica los niveles atenuados de adenosina en los corazones que expresan HIF-1α durante el estrés isquémico.

En las células germinales masculinas meióticas y posmeióticas, ADA2 regula la heterocromatina mediante la traducción del gen MDC1.

Patología

Algunas mutaciones en el gen de la adenosina desaminasa hacen que no se exprese. La deficiencia resultante es una de las causas de inmunodeficiencia combinada grave (SCID), particularmente de herencia autosómica recesiva. Los niveles deficientes de ADA también se han asociado con inflamación pulmonar, muerte de las células tímicas y señalización defectuosa del receptor de células T.

Por el contrario, las mutaciones que causan la sobreexpresión de esta enzima son una de las causas de la anemia hemolítica.

Existe cierta evidencia de que un alelo diferente (ADA2) puede provocar autismo.

Los niveles elevados de ADA también se han asociado con el SIDA.

Isoformas

Hay 2 isoformas de ADA: ADA1 y ADA2.

• ADA1 se encuentra en la mayoría de las células del cuerpo, en particular linfocitos y macrófagos, donde está presente no sólo en el citosol y núcleo, sino también como la forma ecto- en la membrana celular adjunta a dipeptidyl peptidase-4 (aka, CD26). ADA1 participa principalmente en la actividad intracelular, y existe tanto en forma pequeña (monomer) como en forma grande (dimer). La interconversión de formas pequeñas a grandes está regulada por un "factor de conversión" en el pulmón.
• ADA2 fue identificado por primera vez en el bazo humano. Posteriormente se encontró en otros tejidos, incluyendo la macrofragación donde coexiste con ADA1. Los dos isoformas regulan la relación de adenosina a deoxyadenosina potenciando el asesinato de parásitos. ADA2 se encuentra predominantemente en el plasma humano y suero, y existe únicamente como homodimer.

Importancia clínica

ADA2 es la forma predominante presente en el plasma sanguíneo humano y aumenta en muchas enfermedades, particularmente aquellas asociadas con el sistema inmunológico: por ejemplo, artritis reumatoide, psoriasis y sarcoidosis. La isoforma plasmática ADA2 también aumenta en la mayoría de los cánceres. ADA2 no es ubicuo pero coexiste con ADA1 sólo en monocitos-macrófagos.

La ADA plasmática total se puede medir mediante cromatografía líquida de alto rendimiento o técnicas enzimáticas o colorimétricas. Quizás el sistema más simple sea la medición del amoníaco liberado por la adenosina cuando se descompone en inosina. Después de la incubación del plasma con una solución tamponada de adenosina, el amoníaco se hace reaccionar con un reactivo de Berthelot para formar un color azul que es proporcional a la cantidad de actividad enzimática. Para medir ADA2, se agrega eritro-9-(2-hidroxi-3-nonil)adenina (EHNA) antes de la incubación para inhibir la actividad enzimática de ADA1. Es la ausencia de ADA1 la que causa SCID.

La ADA también se puede utilizar en el estudio de derrames pleurales linfocíticos o ascitis peritoneal, ya que dichas muestras con niveles bajos de ADA esencialmente excluyen la tuberculosis de la consideración.

Los derrames pleurales de tuberculosis ahora se pueden diagnosticar con precisión mediante niveles elevados de adenosina desaminasa en el líquido pleural, por encima de 40 U por litro.

La cladribina y la pentostatina son agentes antineoplásicos utilizados en el tratamiento de la leucemia de células pilosas; su mecanismo de acción es la inhibición de la adenosina desaminasa.