Yodotironina desyodasa

yodotironina desyodasas (EC 1.21.99.4 y EC 1.21.99.3) son una subfamilia de enzimas desyodasas importantes en la activación y desactivación de las hormonas tiroideas. La tiroxina (T₄), el precursor de la 3,5,3'-triyodotironina (T₃) se transforma en T₃ por actividad desyodasa. T₃, al unirse a un receptor de hormona tiroidea nuclear, influye en la expresión de genes en prácticamente todas las células de vertebrados. Las yodotironina desyodasas son inusuales porque estas enzimas contienen selenio, en forma de un aminoácido raro, selenocisteína.

Estas enzimas no deben confundirse con las yodotirosina desyodasas que también son desyodasas, pero no miembros de la familia de las yodotironinas. Las yodotirosina desyodasas (a diferencia de las yodotironina desyodasas) no utilizan selenocisteína o selenio. Las enzimas de yodotirosina funcionan en moléculas de residuos de tirosina simples yodadas para eliminar el yodo y no utilizan como sustratos las moléculas de residuos de tirosina doble de las diversas yodotironinas.

Activación e inactivación

En los tejidos, las desyodasas pueden activar o desactivar las hormonas tiroideas:

• Activación ocurre por la conversión de la tiroxina (T₄) a la hormona activa triiodothyronina (T)₃) a través de la eliminación de un átomo de yodo en el anillo exterior.
• Inactivación de las hormonas tiroideas ocurre por la eliminación de un átomo de yodo en el anillo interior, que convierte la tiroxina a la triiodotironina inactiva inversa (rT₃), o que convierte la triiodotironina activa a la diiodothyronina (T₂).

La mayor parte de la desyodación de la tiroxina ocurre dentro de las células.

La actividad de la desyodasa 2 se puede regular mediante la ubiquitinación:

• El apego covalente de ubiquitina inactiva D2 alterando la dimerización y la dirige a la degradación en el proteosome.
• La deubicuación que elimina la ubiquitina de D2 restaura su actividad y evita la degradación proteosomal.
• La cascada Hedgehog actúa para aumentar la ubicución D2 a través de la actividad WSB1, disminuyendo la actividad D2.

D-propranolol inhibe la tiroxina desyodasa, bloqueando así la conversión de T₄ a T₃, proporcionando un efecto terapéutico mínimo.

Reacciones

Reacciones catalizadas por isoformas deiodinas específicas

Iodothyronine deiodinase activity and regulation

Estructura

Las tres enzimas desyodasas comparten ciertas características estructurales en común, aunque su identidad de secuencia es inferior al 50 %. Cada enzima pesa entre 29 y 33 kDa. Las desyodasas son proteínas de membrana integrales diméricas con segmentos transmembrana únicos y grandes cabezas globulares (véase más adelante). Comparten un pliegue TRX que contiene el sitio activo, incluido el raro aminoácido selenocisteína y dos residuos de histidina. La selenocisteína está codificada por un codón UGA, que generalmente significa la terminación de un péptido a través de un codón de parada. En experimentos de mutación puntual con desyodasa 1, el cambio de UGA al codón de terminación TAA resultó en una pérdida completa de la función, mientras que el cambio de UGA a cisteína (TGT) hizo que la enzima operara con una eficiencia normal de alrededor del 10 %. Para que UGA se lea como un aminoácido de selenocisteína en lugar de un codón de terminación, es necesario que esté presente una secuencia de bucle de tallo aguas abajo, la secuencia de inserción de selenocisteína (SECIS), para unirse con la proteína de unión SECIS-2 (SBP-2).), que se une con el factor de elongación EFsec. La traducción de selenocisteína no es eficiente, aunque es importante para el funcionamiento de la enzima. La desyodasa 2 se localiza en la membrana del RE, mientras que las desyodasas 1 y 3 se encuentran en la membrana plasmática.

Los dominios catalíticos relacionados de las desiodinasas 1-3 presentan un pliegue de peroxirredoxina relacionado con la tiorredoxina. Las enzimas catalizan una eliminación reductora de yodo, por lo que se oxidan de manera similar a la Prx, seguido de un reciclaje reductor de la enzima.

Tipos

En la mayoría de los vertebrados, existen tres tipos de enzimas que pueden desyodar las hormonas tiroideas:

Función

La desyodasa 1 activa T₄ para producir T₃ y desactiva T₄. Además de su función aumentada en la producción de T₃ extratiroidea en pacientes con hipertiroidismo, su función es menos conocida que la D2 o la D3. La desyodasa 2, ubicada en la membrana del RE, convierte la T₄ en T₃ y es una fuente importante de la reserva citoplasmática de T₃. La desyodinasa 3 previene la activación de T₄ e inactiva T₃. D2 y D3 son importantes en la regulación homeostática para mantener los niveles de T₃ a nivel plasmático y celular. En el hipertiroidismo, D2 está regulado a la baja y D3 está regulado al alza para eliminar la T₃ adicional, mientras que en el hipotiroidismo D2 está regulado al alza y D3 está regulado a la baja para aumentar los niveles citoplasmáticos de T₃.

Los niveles séricos de T₃ permanecen bastante constantes en individuos sanos, pero D2 y D3 pueden regular los niveles intracelulares específicos de tejido de T₃ para mantener la homeostasis ya que T_{3 Los niveles de} y T₄ pueden variar según el órgano. Las desyodinasas también proporcionan un control del desarrollo espacial y temporal de los niveles de hormona tiroidea. Los niveles de D3 son más altos al principio del desarrollo y disminuyen con el tiempo, mientras que los niveles de D2 son altos en momentos de cambios metamórficos significativos en los tejidos. Por lo tanto, D2 permite la producción de suficiente T₃ en los puntos de tiempo necesarios, mientras que D3 puede proteger el tejido de la sobreexposición a T₃.

Además, las yodotironina desyodasas (tipo 2 y 3; DIO2 y DIO3, respectivamente) responden a cambios estacionales en la secreción de melatonina impulsada por el fotoperíodo y gobiernan el catabolismo peri-hipotalámico de la prohormona tiroxina (T4). En los largos días de verano, la producción de T3 hipotalámica aumenta debido a la conversión de T4 mediada por DIO-2 en la hormona biológicamente activa. Este proceso permite activar vías neuroendocrinas anabólicas que mantienen la competencia reproductiva y aumentan el peso corporal. Sin embargo, durante la adaptación a los fotoperíodos inhibidores de la reproducción, los niveles de T3 disminuyen debido a la expresión de DIO3 peri-hipotalámico que cataboliza T4 y T3 en aminas inactivas del receptor.

La desyodasa 2 también desempeña un papel importante en la termogénesis del tejido adiposo marrón (BAT). En respuesta a la estimulación simpática, la caída de la temperatura o la sobrealimentación de BAT, la D2 aumenta la oxidación de los ácidos grasos y desacopla la fosforilación oxidativa a través de la proteína desacopladora, lo que provoca la producción de calor mitocondrial. D2 aumenta durante el estrés por frío en BAT y aumenta los niveles intracelulares de T₃. En los modelos con deficiencia de D2, los escalofríos son una adaptación conductual al frío. Sin embargo, la producción de calor es mucho menos eficiente que desacoplar la oxidación de lípidos.

Relevancia de la enfermedad

En la miocardiopatía, el corazón vuelve a una programación genética fetal debido a la sobrecarga del corazón. Al igual que durante el desarrollo fetal, los niveles de hormona tiroidea son bajos en el tejido cardíaco sobrecargado en un estado de hipotiroidismo local, con niveles bajos de desyodasa 1 y desyodasa 2. Aunque los niveles de desyodasa 3 en un corazón normal son generalmente bajos, en la miocardiopatía la actividad de la desyodasa 3 está aumentada. para disminuir el recambio de energía y el consumo de oxígeno.

El hipotiroidismo es una enfermedad que se diagnostica por la disminución de los niveles de tiroxina sérica (T₄). La presentación en adultos conduce a disminución del metabolismo, aumento de peso y complicaciones neuropsiquiátricas. Durante el desarrollo, el hipotiroidismo se considera más grave y conduce a neurotoxicidad como cretinismo u otros trastornos cognitivos humanos, metabolismo alterado y órganos subdesarrollados. Los medicamentos y las exposiciones ambientales pueden provocar hipotiroidismo con cambios en la actividad de la enzima desyodasa. El fármaco ácido iopanoico (IOP) disminuyó la proliferación de células cutáneas mediante la inhibición de la enzima desyodasa tipo 1 o 2 reduciendo la conversión de T₄ a T₃. El químico ambiental DE-71, un retardante de llama bromado con PBDE pentaBDE disminuyó la transcripción de la desyodasa I hepática y la actividad enzimática en ratas recién nacidas con hipotiroidismo.

Cuantificación de la actividad enzimática

In vitro, incluidos los experimentos de cultivo celular, la actividad de desyodación se determina incubando células u homogeneizados con altas cantidades de tiroxina marcada (T₄) y cosustratos necesarios. Como medida de la desyodación, se determina y expresa la producción de yodo radiactivo y otros metabolitos fisiológicos, en particular T₃ o T₃ inversa (p. ej., como fmol/mg de proteína /minuto).

In vivo, la actividad de desyodación se estima a partir de los niveles de equilibrio de T₃ libre y T₄ libre. Una aproximación simple es la relación T₃/T₄, un enfoque más elaborado es calcular la actividad total de las desyodasas periféricas (GD) a partir de T₄ libre, T₃ libre y parámetros de unión a proteínas, disociación y cinética hormonal. En casos atípicos, este último enfoque puede beneficiarse de las mediciones de TBG, pero generalmente solo requiere la medición de TSH, fT3 y fT4, por lo que no tiene requisitos de laboratorio adicionales además de la medición de los mismos.