Glucosa-6-fosfato isomerasa
Glucosa-6-fosfato isomerasa (GPI), conocida alternativamente como fosfoglucosa isomerasa/fosfoglucoisomerasa (PGI ) o fosfohexosa isomerasa (PHI), es una enzima (EC 5.3.1.9) que en humanos está codificada por el gen GPI en el cromosoma 19. . Este gen codifica un miembro de la familia de proteínas glucosa fosfato isomerasa. La proteína codificada ha sido identificada como una proteína pluriempleada debido a su capacidad para realizar funciones mecánicamente distintas. En el citoplasma, el producto genético funciona como una enzima glicolítica (glucosa-6-fosfato isomerasa) que interconvierte la glucosa-6-fosfato (G6P) y la fructosa-6-fosfato (F6P). Extracelularmente, la proteína codificada (también conocida como neuroleucina) funciona como un factor neurotrófico que promueve la supervivencia de las neuronas motoras esqueléticas y las neuronas sensoriales, y como una linfocina que induce la secreción de inmunoglobulinas. La proteína codificada también se denomina factor de motilidad autocrina (AMF) debido a una función adicional como citoquina secretada por tumores y factor angiogénico. Los defectos en este gen son la causa de la anemia hemolítica no esferocítica y una deficiencia enzimática grave puede asociarse con hidropesía fetal, muerte neonatal inmediata y deterioro neurológico. El empalme alternativo da como resultado múltiples variantes de transcripción. [proporcionado por RefSeq, enero de 2014]
Estructura
GPI funcional es un dímero de 64 kDa compuesto por dos monómeros idénticos. Los dos monómeros interactúan notablemente a través de las dos protuberancias en un abrazo. El sitio activo de cada monómero está formado por una hendidura entre los dos dominios y la interfaz del dímero.
Los monómeros GPI están formados por dos dominios, uno formado por dos segmentos separados llamado dominio grande y el otro formado por el segmento intermedio llamado dominio pequeño. Cada uno de los dos dominios es sándwiches αβα, donde el dominio pequeño contiene una hoja β de cinco hebras rodeada por hélices α, mientras que el dominio grande tiene una hoja β de seis hebras. El dominio grande, ubicado en el terminal N y el terminal C de cada monómero, también contiene dominios "en forma de brazo" protuberancias. Varios residuos en el dominio pequeño sirven para unir fosfato, mientras que otros residuos, particularmente His388, de los dominios grande y C-terminal son cruciales para el paso de apertura del anillo de azúcar catalizado por esta enzima. Dado que la actividad de isomerización ocurre en la interfaz del dímero, la estructura del dímero de esta enzima es crítica para su función catalítica.
Se plantea la hipótesis de que la fosforilación de serina de esta proteína induce un cambio conformacional en su forma secretora.
Mecanismo
El mecanismo que utiliza GPI para interconvertir glucosa 6-fosfato y fructosa 6-fosfato (aldosa en cetosa) consta de tres pasos principales: abrir el anillo de glucosa, isomerizar la glucosa en fructosa a través de un intermediario enediol y cerrar el anillo de fructosa.
Isomerización de la glucosa
| D-Glucose | Phosphoglucose isomerase | D- fructosa | |
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| Phosphoglucose isomerase | |||
| α-D-Glucose 6-fosfato | Phosphoglucose isomerase | α-D-Fructosa 6-fosfato | |
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| Phosphoglucose isomerase | |||
Compuesto C00668 en KEGG Pathway Database. Enzima 5.3.1.9 en KEGG Base de datos de rutas. Compuesto C05345 en KEGG Pathway Database. Reacción R00771 en KEGG Pathway Database.
La glucosa 6-fosfato se une al GPI en su forma de piranosa. El anillo se abre en un movimiento "push-pull" mecanismo por His388, que protona el oxígeno C5, y Lys518, que desprotona el grupo hidroxilo C1. Esto crea una aldosa de cadena abierta. Luego, el sustrato se gira alrededor del enlace C3-C4 para posicionarlo para la isomerización. En este punto, Glu357 desprotona C2 para crear un intermedio cis-enediolato estabilizado por Arg272. Para completar la isomerización, Glu357 dona su protón al C1, el grupo hidroxilo del C2 pierde su protón y se forma la cetosa fructosa 6-fosfato de cadena abierta. Finalmente, el anillo se cierra girando nuevamente el sustrato alrededor del enlace C3-C4 y desprotonando el hidroxilo C5 con Lys518.
Al pasar de fructosa-6-fosfato a glucosa-6-fosfato, el resultado podría ser manosa-6-fosfato si al carbono C2 se le da la quiralidad incorrecta, pero la enzima no permite ese resultado excepto a un nivel muy bajo. tasa no fisiológica.
Función
Este gen pertenece a la familia GPI. La proteína codificada por este gen es una enzima dimérica que cataliza la isomerización reversible de G6P y F6P. Dado que la reacción es reversible, su dirección está determinada por las concentraciones de G6P y F6P.
glucosa 6-fosfato ↔ fructosa 6-fosfato
La proteína tiene diferentes funciones dentro y fuera de la célula. En el citoplasma, la proteína participa en la glucólisis y la gluconeogénesis, así como en la vía de las pentosas fosfato. Fuera de la célula, funciona como un factor neurotrófico para las neuronas espinales y sensoriales, llamado neuroleucina. La misma proteína también es secretada por las células cancerosas, donde se denomina factor de motilidad autocrina y estimula la metástasis. También se sabe que el GPI extracelular funciona como factor de maduración.
Neuroleucina
Aunque originalmente se trataron como proteínas separadas, la tecnología de clonación demostró que GPI es casi idéntica a la proteína neuroleucina. La neuroleucina es un factor neurotrófico para las neuronas espinales y sensoriales. Se encuentra en grandes cantidades en los músculos, el cerebro, el corazón y los riñones. La neuroleucina también actúa como una linfocina secretada por las células T estimuladas por la lectina. Induce la secreción de inmunoglobulinas en las células B como parte de una respuesta que activa las células secretoras de anticuerpos.
Factor de motilidad autocrina
Los experimentos de clonación también revelaron que GPI es idéntico a la proteína conocida como factor de motilidad autocrina (AMF). AMF producido y secretado por células cancerosas y estimula el crecimiento y la motilidad celular como factor de crecimiento. Se cree que el AMF desempeña un papel clave en la metástasis del cáncer al activar las vías MAPK/ERK o PI3K/AKT. En la vía PI3K/AKT, AMF interactúa con gp78/AMFR para regular la liberación de calcio del ER y, por lo tanto, protege contra la apoptosis en respuesta al estrés del ER.
Glucosa-6-fosfato isomerasa bifuncional procariótica
En algunas arqueas y bacterias, la actividad de la glucosa-6-fosfato isomerasa se produce a través de una enzima bifuncional que también exhibe actividad fosfomanosa isomerasa (PMI). Aunque no está estrechamente relacionada con las GPI eucariotas, la enzima bifuncional es lo suficientemente similar como para que la secuencia incluya el grupo de treoninas y serinas que forma el sitio de unión del azúcar fosfato en la GPI convencional. Se cree que la enzima utiliza los mismos mecanismos catalíticos tanto para la apertura del anillo de glucosa como para la isomerización para la interconversión de G6P en F6P.
Importancia clínica
La deficiencia de GPI es responsable del 4% de las anemias hemolíticas debidas a deficiencias de la enzima glucolítica. Recientemente se han identificado varios casos de deficiencia de GPI.
Los niveles elevados de GPI en suero se han utilizado como biomarcador de pronóstico para el cáncer colorrectal, de mama, de pulmón, de riñón, gastrointestinal y otros cánceres. Al igual que el AMF, al GPI se le atribuye la regulación de la migración celular durante la invasión y la metástasis. Un estudio demostró que las capas externas de los esferoides de tumores de mama (BTS) secretan GPI, que induce la transición epitelial-mesenquimatosa (EMT), invasión y metástasis en BTS. Se encontró que los inhibidores de GPI ERI4P y 6PG bloquean la metástasis de BTS pero no la glucólisis de BTS o la viabilidad de los fibroblastos. Además, el GPI es secretado exclusivamente por células tumorales y no por células normales. Por estas razones, los inhibidores de GPI pueden ser un enfoque más seguro y específico para la terapia contra el cáncer. GPI también participa en un circuito de retroalimentación positiva con HER2, un objetivo terapéutico importante para el cáncer de mama, ya que GPI mejora la expresión de HER2 y la sobreexpresión de HER2 mejora la expresión de GPI, y así sucesivamente. Como resultado, la actividad de GPI probablemente confiere resistencia a las células de cáncer de mama contra las terapias basadas en HER2 que utilizan Herceptin/Trastuzumab, y debe considerarse como un objetivo adicional al tratar a los pacientes.
Aplicaciones
El GPI humano es capaz de inducir artritis en ratones con antecedentes genéticos variados mediante inyección intradérmica.
Interacciones
Se sabe que GPI interactúa con:
Mapa de ruta interactivo
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