Proteína disulfuro-isomerasa

La proteína disulfuro isomerasa (EC 5.3.4.1), o PDI, es una enzima del retículo endoplásmico (RE) en eucariotas y del periplasma de bacterias que cataliza la Formación y rotura de enlaces disulfuro entre residuos de cisteína dentro de las proteínas a medida que se pliegan. Esto permite que las proteínas encuentren rápidamente la disposición correcta de los enlaces disulfuro en su estado completamente plegado y, por lo tanto, la enzima actúa para catalizar el plegamiento de las proteínas.

Estructura

La proteína disulfuro-isomerasa tiene dos dominios catalíticos similares a tiorredoxina (sitios activos), cada uno de los cuales contiene el motivo canónico CGHC, y dos dominios no catalíticos. Esta estructura es similar a la estructura de las enzimas responsables del plegamiento oxidativo en el espacio intermembrana de las mitocondrias; un ejemplo de esto es la importación y ensamblaje de IMS mitocondrial (Mia40), que tiene 2 dominios catalíticos que contienen un CX₉C, que es similar al dominio CGHC de PDI. La DsbA bacteriana, responsable del plegamiento oxidativo, también tiene un dominio tiorredoxina CXXC.

Función

Plegamiento de proteínas

La PDI muestra propiedades de oxidorreductasa e isomerasa, las cuales dependen del tipo de sustrato que se une a la proteína disulfuro-isomerasa y de los cambios en el estado redox de la proteína disulfuro-isomerasa. Este tipo de actividades permiten el plegamiento oxidativo de las proteínas. El plegamiento oxidativo implica la oxidación de residuos de cisteína reducidos de proteínas nacientes; tras la oxidación de estos residuos de cisteína, se forman puentes disulfuro, que estabilizan las proteínas y permiten estructuras nativas (es decir, estructuras terciarias y cuaternarias).

Mecanismo y vía de plegamiento oxidativo regular

La PDI es específicamente responsable del plegamiento de proteínas en el RE. En una proteína desplegada, un residuo de cisteína forma un disulfuro mixto con un residuo de cisteína en un sitio activo (motivo CGHC) de la proteína disulfuro-isomerasa. Luego, un segundo residuo de cisteína forma un puente disulfuro estable dentro del sustrato, dejando los dos residuos de cisteína del sitio activo de la proteína disulfuro-isomerasa en un estado reducido.

Después, la PDI se puede regenerar a su forma oxidada en el retículo endoplásmico transfiriendo electrones a proteínas reoxidantes como ER oxidorreductina 1 (Ero 1), VKOR (vitamina K epóxido reductasa), glutatión peroxidasa (Gpx7/8) y PrxIV. (peroxiredoxina IV). Se cree que Ero1 es la principal proteína reoxidante de PDI, y la vía de reoxidación de PDI para Ero1 se comprende mejor que la de otras proteínas. Ero1 acepta electrones del PDI y los dona a moléculas de oxígeno en el RE, lo que conduce a la formación de peróxido de hidrógeno.

Mecanismo de proteínas mal plegadas

La forma reducida (ditiol) de la proteína disulfuro-isomerasa es capaz de catalizar la reducción de un puente disulfuro mal formado de un sustrato mediante la actividad reductasa o la actividad isomerasa. Para el método de la reductasa, un enlace disulfuro de sustrato mal plegado se convierte en un par de residuos de cisteína reducidos mediante la transferencia de electrones del glutatión y NADPH. Posteriormente, se produce un plegamiento normal con la formación de enlaces disulfuro oxidativos entre los pares correctos de residuos de cisteína del sustrato, lo que lleva a una proteína plegada adecuadamente. Para el método de la isomerasa, el reordenamiento intramolecular de los grupos funcionales del sustrato se cataliza cerca del extremo N de cada sitio activo. Por lo tanto, la proteína disulfuro-isomerasa es capaz de catalizar el intercambio de disulfuro de modificación postraduccional.

Señalización redox

En los cloroplastos del alga unicelular Chlamydomonas reinhardtii, la proteína disulfuro-isomerasa RB60 sirve como componente sensor redox de un complejo proteico de unión a ARNm implicado en la fotorregulación de la traducción de psbA, el ARN. Codifica la proteína central D1 del fotosistema II. También se ha sugerido que la proteína disulfuro-isomerasa desempeña un papel en la formación de enlaces disulfuro reguladores en los cloroplastos.

Otras funciones

Sistema inmunológico

La proteína disulfuro-isomerasa ayuda a cargar péptidos antigénicos en las moléculas del MHC de clase I. Estas moléculas (MHC I) están relacionadas con la presentación de péptidos por parte de las células presentadoras de antígenos en la respuesta inmune.

Se ha descubierto que la proteína disulfuro-isomerasa participa en la rotura de enlaces de la proteína gp120 del VIH durante la infección por VIH de células CD4 positivas, y es necesaria para la infección por VIH de linfocitos y monocitos. Algunos estudios han demostrado que está disponible para la infección por VIH en la superficie de las células agrupadas alrededor de la proteína CD4. Sin embargo, estudios contradictorios han demostrado que no está disponible en la superficie celular, sino que se encuentra en cantidades significativas en el plasma sanguíneo.

Actividad de acompañante

Otra función importante de la proteína disulfuro-isomerasa se relaciona con su actividad como chaperona; es b' El dominio ayuda en la unión de proteínas mal plegadas para su posterior degradación. Esto está regulado por tres proteínas de la membrana del RE: la proteína quinasa quinasa del retículo endoplásmico similar al ARN (PERK), la quinasa 1 que requiere inositol (IRE1) y el factor de transcripción activador 6 (ATF6). Responden a altos niveles de proteínas mal plegadas en el RE a través de cascadas de señalización intracelular que pueden activar la actividad chaperona de la PDI. Estas señales también pueden inactivar la traducción de estas proteínas mal plegadas, porque la cascada viaja desde el RE hasta el núcleo.

Ensayos de actividad

Ensayo de turbidez de la insulina: la proteína disulfuro-isomerasa rompe los dos enlaces disulfuro entre dos cadenas de insulina (ayb), lo que da como resultado la precipitación de la cadena b. Esta precipitación se puede controlar a 650 nm, que se utiliza indirectamente para controlar la actividad de la proteína disulfuro-isomerasa. La sensibilidad de este ensayo está en el rango micromolar.

Ensayo ScRNase: la proteína disulfuro-isomerasa convierte la RNasa codificada (inactiva) en RNasa nativa (activa) que actúa aún más sobre su sustrato. La sensibilidad está en el rango micromolar.

Ensayo Di-E-GSSG: este es el ensayo fluorométrico que puede detectar cantidades picomolares de proteína disulfuro-isomerasa y, por lo tanto, es el ensayo más sensible hasta la fecha para detectar la actividad de la proteína disulfuro-isomerasa. Di-E-GSSG tiene dos moléculas de eosina unidas a glutatión oxidado (GSSG). La proximidad de las moléculas de eosina provoca la extinción de su fluorescencia. Sin embargo, tras la rotura del enlace disulfuro por la proteína disulfuro-isomerasa, la fluorescencia aumenta 70 veces.

Estrés e inhibición

Efectos del estrés nitrosativo

La desregulación redox conduce a un aumento del estrés nitrosativo en el retículo endoplásmico. Estos cambios adversos en el entorno celular normal de las células susceptibles, como las neuronas, conducen a enzimas que contienen tioles que no funcionan. Más específicamente, la proteína disulfuro-isomerasa ya no puede reparar proteínas mal plegadas una vez que su grupo tiol en su sitio activo tiene un grupo de monóxido nítrico unido; como resultado, se produce una acumulación de proteínas mal plegadas en las neuronas, lo que se ha asociado con el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson.

Inhibición

Debido al papel de la proteína disulfuro-isomerasa en varios estados patológicos, se han desarrollado moléculas pequeñas inhibidoras de la proteína disulfuro-isomerasa. Estas moléculas pueden apuntar al sitio activo de la proteína disulfuro-isomerasa de forma irreversible o reversible.

Se ha demostrado que la actividad de la proteína disulfuro-isomerasa es inhibida por el vino tinto y el jugo de uva, lo que podría ser la explicación de la paradoja francesa.

Miembros

Los genes humanos que codifican proteínas disulfuro isomerasas incluyen: