Fosfolipasa C

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Lugares inteligentes de fosfolipases. Phospholipase C enzimas cortadas justo antes del fosfato unido a la R3 .
La fosfolipasa C (PLC) es una clase de enzimas asociadas a la membrana que escinden los fosfolípidos justo antes del grupo fosfato (véase la figura). Se la suele considerar 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. La función de la fosfolipasa C en la transducción de señales consiste en escindir el fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP2) en diacilglicerol (DAG) e inositol 1,4,5-trifosfato (IP3), que actúan como segundos mensajeros. Los activadores de cada PLC varían, pero suelen incluir subunidades heterotriméricas de la proteína G, proteínas tirosina quinasas, proteínas G pequeñas, Ca2+ y fosfolípidos.

Existen trece tipos de fosfolipasa C en 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, sino que también está presente en bacterias y Chromadorea.

Variantes

Variantes de los mamíferos

La gran cantidad de funciones que ejerce la reacción de la PLC requiere una regulación estricta y la capacidad de responder a múltiples estímulos extracelulares e intracelulares con una cinética adecuada. Esta necesidad ha guiado la evolución de seis isotipos de PLC en animales, cada uno con un modo de regulación distinto. El pre-ARNm de la PLC también puede estar sujeto a empalme diferencial, de modo que un mamífero puede tener hasta 30 enzimas PLC.
  • beta: PLCB1, PLCB2, PLCB3, PLCB4
  • gamma: PLCG1, PLCG2
  • delta: PLCD1, PLCD3, PLCD4
  • epsilon: PLCE1
  • eta: PLCH1, PLCH2
  • zeta: PLCZ1
  • fosfolipasa C-like: PLCL1, PLCL2

Variantes bacterianas

La mayoría de las variantes bacterianas de la fosfolipasa C se clasifican en uno de 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.
  • Zinc-metallofosfolipases C: Clostridium perfringens alpha-toxin, Bacillus cereus PLC (BC-PLC)
  • Sphingomyelinases: B. cereus, Staphylococcus aureus
  • Frasfatidylinositol-hidrolyzing enzimas: B. cereus, B. thuringiensis, L. monocytogenes (PLC-A)
  • Pseudomonad fosfolipas C: Pseudomonas aeruginosa (PLC-H y PLC-N)

Chromadorea

La clase Chromadorea también utiliza la enzima fosfolipasa C para regular la liberación de calcio. Esta enzima libera inositol 1,4,5-trifosfato (IP3), que constituye una vía de señalización implicada en la activación de la ovulación y el impulso del ovocito hacia la espermateca. Este gen participa en diversas 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.

Estructura enzimática

Comparación del dominio C2 del PI-PLC mamífero en el dominio rojo y 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. El barril TIM contiene el sitio activo, todos los residuos catalíticos y un sitio de unión de Ca2+. Posee un inserto autoinhibitorio que interrumpe su actividad, llamado enlace X-Y. Se ha demostrado que el enlace X-Y ocluye el sitio activo y, al eliminarlo, se activa la PLC.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 sus nucleótidos. Las secuencias presentan una homología significativa, de aproximadamente 250 residuos, desde el extremo N-terminal. La toxina alfa tiene 120 residuos adicionales en el extremo C-terminal. El extremo C-terminal de la toxina alfa se ha descrito como un dominio "similar a C2", en referencia al dominio C2 presente en eucariotas, que participa en la transducción de señales y está presente en la fosfoinosítido fosfolipasa C de mamíferos.

Enzyme mechanism

Reacción general catalizada por fosfolipasa C
La reacción catalizada primaria de la PLC ocurre en un sustrato insoluble en la interfaz lípido-agua. Los residuos del sitio activo se conservan en todos los isotipos de PLC. En animales, la PLC cataliza selectivamente la hidrólisis del fosfolípido fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP2) en el lado glicerol del enlace fosfodiéster. Se forma un intermediario débilmente unido a la enzima, el inositol 1,2-fosfodiéster cíclico, y se libera diacilglicerol (DAG). El intermediario se hidroliza posteriormente a inositol 1,4,5-trifosfato (IP3). Por lo tanto, los dos productos finales son DAG e IP3. La catálisis ácido-base requiere dos residuos de histidina conservados y un ion Ca2+ para la hidrólisis de PIP2. Se ha observado que el Ca2+ del sitio activo se coordina con cuatro residuos ácidos y, si alguno de los residuos está mutado, se necesita una mayor concentración de Ca2+ para la catálisis.

Sendero de señalización

La fosfolipasa C específica de fosfoinosítidos (PLC) es clave en los procesos de señalización celular. Cuando las células detectan señales como hormonas o factores de crecimiento, la PLC descompone una molécula llamada PIP2 para producir nuevas moléculas de señalización. La PIP2 es un tipo de molécula presente en las membranas celulares. Cuando las células reciben ciertas señales del exterior, una enzima llamada PLC descompone la 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.

Reglamento

Activación

Los receptores que activan esta vía son principalmente receptores acoplados a la proteína G, acoplados a la subunidad Gαq, entre ellos:
  • Receptores serotonérgicos 5-HT2
  • α1 (Alpha-1) receptores adrenergicos
  • Receptores de calcitonina
  • Receptores de histamina H1
  • Receptores de glutamato metabotrópico, Grupo I
  • M1, M3, y M5 receptores muscarínicos
  • Receptor hormonal liberador de tiroides en la glándula pituitaria anterior
Otros activadores menores además de Gαq son:

  • MAP Kinase. Los activadores de esta vía incluyen PDGF y FGF.
  • βγ-complejo de heterotrimérico G-proteínas, como en una vía menor de liberación de hormonas de crecimiento por hormona liberadora de hormonas de crecimiento.
  • Receptores cannabinoides

Inhibición

  • Pequeña molécula U73122: aminosteroide, inhibidor de PLC putante. Sin embargo, se ha cuestionado la especificidad de U73122. It has been reported that U73122 activates the phospholipase activity of purified PLCs.
  • Edelfosina: agente antineoplásico como lípido (ET-18-OCH3)
  • Autoinhibición del enlace X-Y en las células mamíferas: Se propone que el enlazador X-Y consta de largos tramos de aminoácidos ácidos que forman áreas densas de carga negativa. Estas áreas podrían ser repelidas por la membrana cargada negativamente sobre la unión del PLC a los lípidos de membrana. Se piensa que la combinación de repulsión y limitaciones estericas eliminan el enlace X-Y de cerca del sitio activo y alivian la autoinhibición.
  • Los compuestos que contienen el andamio de ácido morfolinobenzoico pertenecen a una clase de inhibidores de PLC específicos para la fosfatoidilcolina.
  • o-phenanthroline: compuesto orgánico heterocíclico, conocido por inhibir la metalloenzima de zinc
  • EDTA: molécula que mastica Zn2+ iones e inactiva eficazmente PLC, conocido por inhibir la metalloenzima de zinc

Función biológica

PLC mediated cleavage of PIP2 a DAG y IP3
La PLC escinde el fosfolípido fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP2) en diacilglicerol (DAG) e inositol 1,4,5-trifosfato (IP3). Por lo tanto, la PLC tiene un profundo impacto en la disminución de PIP2, que actúa como ancla de membrana o regulador alostérico y agonista de muchos canales iónicos regulados por lípidos. PIP2 también actúa como sustrato para la síntesis de un lípido menos común, el fosfatidilinositol 3,4,5-trifosfato (PIP3), responsable de la señalización en múltiples reacciones. Por lo tanto, la disminución de PIP2 por la reacción de la PLC es crucial para la regulación de las concentraciones locales de PIP3 tanto en la membrana plasmática como en la nuclear.Los dos productos de la reacción catalizada por PLC, DAG e IP3, son importantes segundos mensajeros que controlan diversos procesos celulares y sirven como sustratos para la síntesis de otras moléculas de señalización importantes. Cuando se escinde PIP2, DAG permanece unido a la membrana y IP3 se libera como una estructura soluble en el citosol. IP3 luego difunde a través del citosol para unirse a los receptores de IP3, en particular a los canales de calcio en el retículo endoplasmático liso (RE). Esto provoca un aumento de la concentración citosólica de calcio, lo que provoca una cascada de cambios y actividad intracelular. Además, el calcio y DAG actúan conjuntamente para activar la proteína quinasa C, que fosforila otras moléculas, lo que altera la actividad celular. Los efectos finales incluyen el gusto, la promoción tumoral, así como la exocitosis de vesículas, la producción de superóxido a partir de la NADPH oxidasa y la activación de JNK.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 para la síntesis de polifosfatos de inositol, que estimulan múltiples proteínas quinasas, la transcripción y el procesamiento del ARNm. 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 plaquetaria puede desencadenar la activación de la fosfolipasa C para catalizar la liberación de ácido araquidónico desde dos fosfolípidos de membrana principales, el fosfatidilinositol y la fosfatidilcolina. El ácido araquidónico puede entonces 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]).La variante bacteriana Clostridium perfringens tipo A produce toxina alfa. Esta toxina posee 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 participan en las vías de transducción de señales. Se ha informado que la toxina activa la cascada del ácido araquidónico en la aorta aislada de rata. La contracción inducida por la toxina se relacionó con la generación de tromboxano A2 a partir del ácido araquidónico. Por lo tanto, es probable que la PLC bacteriana imite las acciones de la PLC endógena en las membranas celulares eucariotas.

Véase también

  • Glycosylphosphatidylinositol EC 4.6.1.14 Una enzima tripanosómica.
  • Phosphatidylinositol EC 4.6.1.13 Otra enzima bacteriana relacionada
  • fosfoinositida fosfolipasa C EC 3.1.4.11 La forma principal encontrada en eucariotas, especialmente mamíferos.
  • Fosfolipasa dependiente del cinc C familia de enzimas bacterianas EC 3.1.4.3 que incluye las toxinas alfa C. Perfringens (también conocido como lecitinasa), P. aeruginosa, y S. aureus.

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