Fosfolipase D
| fosfolipase D | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identificadores | |||||||||
| Número EC | 3.1.4.4 | ||||||||
| Número CAS | 9001-87-0 | ||||||||
| Bases de datos | |||||||||
| IntEnz | vista de IntEnz | ||||||||
| BRENDA | entrada de BRENDA | ||||||||
| ExPASy | vista de NiceZyme | ||||||||
| KEGG | entrada de KEGG | ||||||||
| MetaCyc | vía metabólica | ||||||||
| PRIAM | perfil | ||||||||
| Estruturas PDB | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum | ||||||||
| Gene Ontology | AmiGO / EGO | ||||||||
| |||||||||
A fosfolipase D ou PLD (EC 3.1.4.4, lipofosfodiesterase II, lecitinase D, colina fosfatase) é un encima da superfamilia das fosfolipases, que hidroliza o enlace das cabezas polares de certos fosfolípidos. As fosfolipases son encimas amplamente distribuídos, que se poden encontrar nunha ampla gama de organismos, incluíndo bacterias, lévedos, plantas e animais, e tamén en virus.[1][2] O principal substrato sobre o que actúan as fosfolipases D é o fosfolípido fosfatidilcolina, á cal hidroliza para producir a molécula de sinalización celular ácido fosfatídico (PA), e colina soluble, polo que separa a cabeza polar (colina) do fosfolípido. As plantas conteñen numerosos xenes que codifican varios isoencimas PLD, que teñen pesos moleculares entre 90 e 125 kDa.[3] As células de mamíferos codifican dúas isoformas da fosfolipase D: PLD1 e PLD2.[4] A fosfolipase D é un importante actor en moitos procesos fisiolóxicos, como o tráfico de membranas, reorganización do citoesqueleto, endocitose mediada por receptor, exocitose, e migración celular.[5] Por medio destes procesos, pode estar ademais implicado na fisiopatoloxía de múltiples doenzas, en especial na progresión das enfermidades de Parkinson e de Alzheimer, e en varios tipos de cancro.[3][5]
Descubrimento
[editar | editar a fonte]Os primeiros informes da actividade encimática de tipo PLD datan de 1947, publicados por Donald J. Hanahan e I. L. Chaikoff.[1] Porén, ata 1975 non se dilucidou o mecanismo hidrolítico de acción en células de mamíferos. As isoformas de plantas da PLD purificáronse primeiramente en col e rícino; e posteriormente a PLDα foi clonada e caracterizada de varias plantas, como o arroz, millo, e tomate.[1] As PLDs de plantas foron clonadas en tres isoformas: PLDα, PLDβ, e PLDγ.[6] Despois de máis de medio século de estudos bioquímicos sábese que a fosfolipase D e a actividade do fosfatidato (PA) están implicadas en moitos procesos fisiolóxicos e doenzas, como a inflamación, diabetes, fagocitose, sinalización neuronal e cardíaca, e na oncoxénese.[7]
Función
[editar | editar a fonte]Falando estritamente, a fosfolipase D é unha transfosfatidilase, xa que media no intercambio de grupos de cabeza polar unidos covalentemente a lípidos de membrana. Utilizando auga como nucleófilo, este encima cataliza a clivaxe do enlace fosfodiéster en fosfolípidos estruturais como a fosfatidilcolina e a fosfatidiletanolamina.[3] Os produtos desta hidrólise son o lípido unido a membranas ácido fosfatídico e colina, a cal difunde no citosol. Como a colina ten pouca actividade como segundo mensaxeiro, a actividade da PLD é transducida maiormente pola produción de ácido fosfatídico.[5][8] O ácido fosfatídico está fortemente implicado na transdución de sinais intracelular.[9] Ademais, algúns membros da superfamilia da PLD poden empregar alcohois primarios como o etanol ou 1-butanol na clivaxe do fosfolípido, catalizando o intercambio de cabeza polar.[3][10] Outros membros desta familia poden hidrolizar outros substratos fosfolípidos, como as cardiolipinas, ou mesmo os enlaces fosfodiéster que forman o esqueleto da molécula de ADN.[4]
Ácido fosfatídico
[editar | editar a fonte]- Artigo principal: Ácido fosfatídico.
Moitas das funcións celulares das fosfolipases D son mediadas polo seu produto principal, o ácido fosfatídico (PA). O ácido fosfatídico é un fosfolípido cargado negativamente, cuxa pequena cabeza polar favorece a curvatura da membrana.[4] Crese que facilita a fusión vesícula-membrana e a súa fisión de maneira análoga á da endocitose mediada por clatrina.[4] O ácido fosfatídico pode tamén recrutar proteínas que conteñen un dominio de unión correspondente, que é unha rexión de unión caracterizada por ter rexións ricas en aminoácidos básicos. Adicionalmente, o ácido fosfatídico pode converterse noutros lípidos, como o ácido lisofosfatídico (liso-PA) ou o diacilglicerol, que son moléculas sinalizadoras que teñen multitude de efectos sobre as vías metabólicas celulares de augas abaixo.[10] O ácido fosfatídico e os lípidos derivados del están implicados en gran número de procesos entre os que están o tráfico de vesículas intracelular, a endocitose, exocitose, dinámica do citoesqueleto de actina, proliferación diferenciación, e migración celulares.[4]
A PLD de mamíferos interacciona directamente con quinases como a PKC, ERK, TYK e controla a sinalización, o que indica que a PLD é activada por estas quinases.[11] Como a colina é moi abondosa na célula, a actividade da PLD non afecta significativamente aos niveis de colina, e é improbable que a colina interveña na sinalización.
O ácido fosfatídico é unha molécula sinalizadora e actúa recrutando o encima SK1 nas membranas. O ácido fosfatídico ten unha vida extremadamente curta e é hidrolizado rapidamente polo encima fosfatidato fosfatase para formar diacilglicerol (DAG). O DAG pode tamén ser convertido en ácido fosfatídico pola DAG quinase. Aínda que o ácido fosfatídico e o diacilglicerol son interconvertibles, non actúan nas mesmas vías metabólicas. Os estímulos que activam a PLD non activan encimas situados augas abaixo do DAG e viceversa.
É posible que aínda que o PA e o DAG sexan interconvertibles, se poidan manter conxuntos separados de lípidos sinalizadores e non sinalizadores. Algúns estudos indican que a sinalización do DAG está mediada por DAG poliinsaturado mentres que o ácido fosfatídico derivado da PLD é monoinsaturado ou saturado. Así, o ácido fosfatídico saturado/monoinsaturado funcional pode ser degradado ao hidrolizalo para formar DAG saturado/monoinsaturado non funcional, mentres que o DAG poliinsaturado funcional pode ser degradado ao convertelo en ácido fosfatídico poliinsaturado non funcional.[12][13][14]
Identificouse recentemente que unha lisofosfolipase D chamada autotaxina ten un importante papel na proliferación celular por medio do ácido lisofosfatídico (LPA).
Estrutura
[editar | editar a fonte]| Fosfolipase D | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identificadores | |||||||||||
| Símbolo | PLDc | ||||||||||
| Pfam | PF00614 | ||||||||||
| InterPro | IPR001736 | ||||||||||
| SMART | SM00155 | ||||||||||
| PROSITE | PDOC50035 | ||||||||||
| SCOPe | 1byr / SUPFAM | ||||||||||
| CDD | cd00138 | ||||||||||
| |||||||||||
Ad PLDs de plantas e animais teñen unha estrutura molecular similar, caracterizada por sitios activos rodeados secuencias reguladoras.[3] O sitio activo das PLDs consta de catro secuencias de aminoacidos moi conservadas (I-IV), das cales os motivos II e IV están particularmente conservados. Estes dominios estruturais conteñen a secuencia catalítica distintiva HxxxxxxxKxD (HKD), na que H, K, e D son os aminoácidos histidina (H), lisina (K), e ácido aspártico (D), e x representa aminoácidos non conservados.[3][4] Estes dous motivos estruturais confírenlle á PLD actividade de hidrolase, e son esenciais para a súa actividade encimática in vitro e in vivo.[4][7] A hidrólise do enlace fosfodiéster ocorre cando estas secuencias HKD están na proximidade e orientación correctas.
As proteínas humanas que conteñen este motivo son:
A PLD que hidroliza fosfatidilcolina (PC) é un homólogo da cardiolipina sintase,[15][16] a fosfatidilserina sintase, as PLDs bacterianas, e de certas proteínas virais. Cada unha delas parece posuír un duplicación do dominio que orixina dous motivos estruturais HKD que conteñen os residuos ben conservados histidina, lisina, e asparaxina, que poden contribuír ao ácido aspártico do sitio activo. Unha endonuclease de Escherichia coli (nuc) e proteínas similares parecen ser tamén homólogas da PLD pero posúen só un destes motivos.[17][18][19][20]
Os xenes PLD codifican ademais dominios reguladores conservados: a secuencia consenso pbox (PX), o dominio de homoloxía de pleckstrina (PH), e un sitio de unión para o fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP2).[2]
Mecanismo de acción
[editar | editar a fonte]Propúxose que a hidrólise catalizada pola PLD ocorre en dúas fases por medio dun mecanismo "ping-pong". Nese esquema, os residuos de histidina de cada motivo HKD atacan sucesivamente ao substrato fosfolípido. Os residuos imidazol das histidinas funcionan como nucleófilos e forman enlaces covalentes transitorios co fosfolípido, producindo un intermediario de vida curta que pode ser doadamente hidrolizado pola auga nunha reacción posterior.[3][9]
Isoformas
[editar | editar a fonte]Identificáronse dúas isoformas da fosfolipase D en células de mamíferos: PLD1 e PLD2 (53% de homoloxía),[21] cada unha codificada por distintos xenes.[4] A actividade de PLD parece estar presente na maioría dos tipos celulares, coa posible excepción dos linfocitos periféricos e outros linfocitos.[7] Ambas as isoformas requiren PIP2 como cofactor para a catálise.[4] A PLD1 e a PLD2 teñen diferentes localizacións subcelulares que cmbian dinamicamente no decurso da transdución de sinais. A actividade de PLD foi observada na membrana plasmática, citosol, retículo endoplasmático, e complexo de Golgi.[7]
PLD1
[editar | editar a fonte]A PLD1 é unha proteína de 120 kDa que está localizada principalmente nas membranas internas da célula. Está principalmente presente no complexo de Golgi, endosomas, lisosomas, e gránulos secretores.[4] Despois da unión á célula dun ligando ou estímulo extracelular, a PLD1 é transportada á membrana plasmática. Porén, a actividade basal de PLD1 é baixa, e para transducir o sinal extracelular debe primeiro ser activada por proteínas como o ARF, Rho, Rac, e a proteína quinase C.[4][5][8]
PLD2[editar | editar a fonte]A diferenza da anterior, a PLD2 é unha proteína de 106 kDa que se localiza principalmente na membrana plasmática, onde se sitúa en balsas lipídicas.[3][5] Ten unha alta actividade catalítica intrínseca, e é a única que é debilmente activada polas moléculas mencionadas antes.[3] |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Regulación
[editar | editar a fonte]A actividade da fosfolipase D está moi regulada por hormonas, neurotransmisores, lípidos, pequenas GTPases monoméricas, e outras pequenas moléculas que se unen aos seus correspondentes dominios de unión nos encimas.[3] Na maioría dos casos, a transdución de sinais é mediada pola produción de ácido fosfatídico, que funciona como un segundo mensaxeiro.[3]
En células de plantas e animais fosfolípidos específicos son reguladores da actividade de PLD.[1][3] A maioría das PLDs require como cofactor o fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP2).[2][3] O PIP2 e outros fosfoinosítidos son modificadores importantes da dinámica do citoesqueleto e do transporte de membranas. As PLDs reguladas por estes fosfolípidos están xeralmente implicadas na transdución de sinais intracelular.[3] A súa actividade depende da unión destes fosfoinosítidos preto do sitio activo.[3] En plantas e animsais, este sitio de unión caracterízase pola presenza dunha secuencia conservada de aminoácidos básicos e aromáticos.[3][9] En plantas como Arabidopsis thaliana, esta secuencia está constituída por un motivo RxxxxxKxR xunto coa súa repetición invertida, onde R é arxinina e K é lisina. A súa proximidade ao sitio activo asegura un alto nivel de actividade de PLD1 e PLD2, e promove a translocación de PLD1 a membranas diana en resposta a sinais extracelulares.[3]
Dominio C2
[editar | editar a fonte]O calcio actúa como un cofactor en isoformas de PLD que conteñen o dominio C2. A unión de Ca2+ ao dominio C2 orixina un cambio conformacional no encima que reforza a unión encima-substrato, mentres se debilita a asociación con fosfoinosítidos. Nalgúns isocimas de plantas, como a PLDβ, o calcio pode unirse directamente ao sitio activo, incrementando indirectamente a súa afinidade polo substrato ao fortalecer a unión do activador PIP2.[3]
Dominio PX
[editar | editar a fonte]A secuencia consenso pbox (dominio PX) crese que media a unión de fosfatidilinositol fosfatos adicionais (en particular de fosfatidilinositol 5-fosfato ou PtdIns5P, un lípido que se cre que cómpre para a endocitose) e pode axudar a facilitar a reinternalización da PLD1 desde a membrana plasmática.[1]
Dominio PH
[editar | editar a fonte]O altamente conservado dominio de homoloxía de pleckstrina (dominio PH) é un dominio estrutural de aproximadamente 120 aminoácidos. Únese a fosfoinosítidos como o fosfatidilinositol (3,4,5)-trisfosfato (PIP3) e o fosfatidilinositol (4,5)-bisfosfato (PIP2). Pode unirse tamén a proteínas G heterotriméricas por medio das súas subunidades βγ. Crese que a unión a este dominio tamén facilita a reinternalización da proteína ao incrementar a súa afinidade a balsas lipídicas endocíticas.[1]
Interaccións con GTPases pequenas
[editar | editar a fonte]En células animais, certos factores proteicos pequenos son reguladores adicionais importantes da actividade da PLD. Estas son pequenas GTPases monoméricas que son membros das familias de Rho e de ARF da superfamilia Ras. Algunhas destas proteínas, como Rac1, Cdc42, e RhoA, activan alostericamente a PLD1 de mamíferos, incrementando directamente a súa actividade. En especial, a translocación do ARF citosólico á membrana plasmática é esencial para a activación da PLD.[1][3]
Funcións fisiolóxicas e fisiopatolóxicas
[editar | editar a fonte]No cancro
[editar | editar a fonte]A fosfolipase D é un regulador de varios procesos celulares fundamentais, como o transporte de vesículas, endocitose, exocitose, migración celular, e mitose.[5] A mala regulación destes procesos biolóxicos é algo común na carcinoxénese,[5] e á súa vez, en anormalidades na expresión da PLD, e foi implicada na progresión de varios tipos de cancro.[2][4] En varios cancros de mama observouse a presenza dunha mutación que causa unha elevada actividade de PLD2.[4] A expresión elevada de PLD foi tamén correlacionada co tamaño do tumor en carcinomas colorrectais, gástricos, e renais.[4][5] "/> Porén, as rutas moleculares polas que a PLD pode levar á progresión do cancro non están claras.[4] Unha hipótese dálle un papel crítico á fosfolipase D na activación de mTOR, un supresor da apoptose da célula cancerosa.[4] A capacidade da PLD de suprimir a apoptose en células con elevada actividade de tirosina quinase faino un oncoxene candidato en cancros onde esa expresión é típica.[5]
En doenzas neurodexenerativas
[editar | editar a fonte]A fosfolipase D pode tamén xogar un importante papel fisiopatolóxico na progresión de doenzas neurodexenerativas, principalmente por medio da súa capacidade como transdutor de sinais en procesos celulares indispensables como a reorganización do citoesqueleto e o tráfico de vesículas.[21] A mala regulación da PLD pola proteína α-sinucleína causa a perda específica de neuronas dopaminérxicas en mamíferos. A α-sinucleína é o principal compoñente estrutural dos corpos de Lewy, que son agregados de proteínas que son indicativos da enfermidade de Parkinson.[4] A disinhibición da PLD pola α-sinucleína pode contribuír ao fenotipo deletéreo do Parkinson.[4]
A actividade anormal da PLD tamén se sospeita que está implicada na enfermidade de Alzheimer, onde se observou a interacción coa presenilina 1 (PS-1), o compoñente principal do complexo γ-secretase responsable da clivaxe encimática da proteína precursora amiloide (APP). As placas extracelulares do produto β-amiloide son unha característica definitoria do cerebro con enfermidade de Alzheimer.[4] A acción da PLD1 sobre a PS-1 afecta ao tráfico intracelular da proteína precursora amiloide a este complexo.[4][21] A fosfolipase D3 (PLD3), que é un membro non clásico e pouco caracterizado da superfamilia da PLD, tamén foi asociada coa patoxénese desta doenza.[22]
Galería
[editar | editar a fonte]-
-
-
-
Sitios de clivaxe das fosfolipases.
Notas
[editar | editar a fonte]- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 Jenkins GM, Frohman MA (outubro de 2005). "Phospholipase D: a lipid centric review.". Cell Mol Life Sci. 62 (19-20): 2305–16. PMID 16143829. doi:10.1007/s00018-005-5195-z.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 Exton JH (2002). "Phospholipase D-structure, regulation and function.". Rev Physiol Biochem Pharmacol. 144: 1–94. PMID 11987824. doi:10.1007/BFb0116585.
- ↑ 3,00 3,01 3,02 3,03 3,04 3,05 3,06 3,07 3,08 3,09 3,10 3,11 3,12 3,13 3,14 3,15 3,16 3,17 3,18 Kolesnikov YS, Nokhrina KP, Kretynin SV, Volotovski ID, Martinec J, Romanov GA, Kravets VS. (xaneiro de 2012). "Molecular structure of phospholipase D and regulatory mechanisms of its activity in plant and animal cells.". Biochemistry (Mosc). 77 (1): 1–14. PMID 22339628. doi:10.1134/S0006297912010014.
- ↑ 4,00 4,01 4,02 4,03 4,04 4,05 4,06 4,07 4,08 4,09 4,10 4,11 4,12 4,13 4,14 4,15 4,16 4,17 4,18 4,19 Peng X., M. A. Frohman (febreiro de 2012). "Mammalian Phospholipase D Physiological and Pathological Roles.". Acta Physiologica 204 (2): 219–226. PMC 3137737. PMID 21447092. doi:10.1111/j.1748-1716.2011.02298.x.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,7 5,8 Foster DA (setembro de 2003). "Phospholipase D in cell proliferation and cancer.". Mol Cancer Res. 1 (11): 789–800. PMID 14517341. doi:10.2174/157436206778226941.
- ↑ Banno, Y. (2002). "Regulation and Possible Role of Mammalian Phospholipase D in Cellular Functions". Journal of Biochemistry 131 (3): 301–306. ISSN 0021-924X. doi:10.1093/oxfordjournals.jbchem.a003103.
- ↑ 7,0 7,1 7,2 7,3 McDermott M, Wakelam MJ, Morris AJ. (febreiro de 2004). "Phospholipase D.". Biochem Cell Biol. 82 (1): 225–53. PMID 15052340. doi:10.1139/o03-079.
- ↑ 8,0 8,1 Balboa MA, Firestein BL, Godson C, Bell KS, Insel PA. (April 1994). "Protein kinase C alpha mediates phospholipase D activation by nucleotides and phorbol ester in Madin-Darby canine kidney cells. Stimulation of phospholipase D is independent of activation of polyphosphoinositide-specific phospholipase C and phospholipase A2.". J Biol Chem. 269 (14): 10511–6. PMID 8144636.
- ↑ 9,0 9,1 9,2 Leiros I, Secundo F, Zambonelli C, Servi S, Hough E. (2002). "The first crystal structure of a phospholipase D.". Rev Physiol Biochem Pharmacol. 1 (144): 1–94. PMID 10873862. doi:10.1016/S0969-2126(00)00150-7.
- ↑ 10,0 10,1 Banno Y (2000). "Regulation and Possible Role of Mammalian Phospholipase D in Cellular Functions.". Structure. 8 (6): 655–67. doi:10.1093/oxfordjournals.jbchem.a003103.
- ↑ Paruch S, El-Benna J, Djerdjouri B, Marullo S, Périanin A (xaneiro de 2006). "A role of p44/42 mitogen-activated protein kinases in formyl-peptide receptor-mediated phospholipase D activity and oxidant production". FASEB J. 20 (1): 142–4. PMID 16253958. doi:10.1096/fj.05-3881fje.
- ↑ Bocckino S, Blackmore P, Wilson P, Exton J (1987). "Phosphatidate accumulation in hormone-treated hepatocytes via a phospholipase D mechanism". J Biol Chem 262 (31): 15309–15. PMID 3117799.
- ↑ Bocckino S, Wilson P, Exton J (1987). "Ca2+-mobilizing hormones elicit phosphatidylethanol accumulation via phospholipase D activation". FEBS Lett 225 (1-2): 201–4. PMID 3319693. doi:10.1016/0014-5793(87)81157-2.
- ↑ Hodgkin M, Pettitt T, Martin A, Michell R, Pemberton A, Wakelam M (1998). "Diacylglycerols and phosphatidates: which molecular species are intracellular messengers?". Trends Biochem Sci 23 (6): 200–4. PMID 9644971. doi:10.1016/S0968-0004(98)01200-6.
- ↑ M. Nowicki and M. Frentzen (2005). "Cardiolipin synthase of Arabidopsis thaliana". FEBS Letters 579 (10): 2161–2165. PMID 15811335. doi:10.1016/j.febslet.2005.03.007.
- ↑ M. Nowicki (2006). "Characterization of the Cardiolipin Synthase from Arabidopsis thaliana". Ph.D. thesis, RWTH-Aachen University. Arquivado dende o orixinal o 05 de outubro de 2011. Consultado o 02 de xaneiro de 2016.
- ↑ Ponting CP, Kerr ID (1996). "A novel family of phospholipase D homologues that includes phospholipid synthases and putative endonucleases: identification of duplicated repeats and potential active site residues". Protein Sci. 5 (5): 914–922. PMC 2143407. PMID 8732763. doi:10.1002/pro.5560050513.
- ↑ Koonin EV (1996). "A duplicated catalytic motif in a new superfamily of phosphohydrolases and phospholipid synthases that includes poxvirus envelope proteins". Trends Biochem. Sci. 21 (7): 242–243. PMID 8755242. doi:10.1016/0968-0004(96)30024-8.
- ↑ Wang X, Xu L, Zheng L (1994). "Cloning and expression of phosphatidylcholine-hydrolyzing phospholipase D from Ricinus communis L". J. Biol. Chem. 269 (32): 20312–20317. PMID 8051126.
- ↑ Singer WD, Brown HA, Sternweis PC (1997). "Regulation of eukaryotic phosphatidylinositol-specific phospholipase C and phospholipase D". Annu. Rev. Biochem. 66: 475–509. PMID 9242915. doi:10.1146/annurev.biochem.66.1.475.
- ↑ 21,0 21,1 21,2 Lindsley CW, Brown HA. (xaneiro de 2012). "Phospholipase D as a therapeutic target in brain disorders.". Neuropsychopharmacology 37 (1): 301–2. PMC 3238067. PMID 22157867. doi:10.1038/npp.2011.178.
- ↑ Cruchaga; et al. (2013). "Rare coding variants in the phospholipase D3 gene confer risk for Alzheimer's disease". Nature 505: 550–554. doi:10.1038/nature12825.
Véxase tamén
[editar | editar a fonte]Ligazóns externas
[editar | editar a fonte]- Phospholipase D Medical Subject Headings (MeSH) na Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA.
