El gen Rv3722c codifica la principal proteïna aminotransferasa present al bacteri causant de la tuberculosi, Mycobacterium tuberculosis H37Rv.
La proteïna Rv3722c és responsable de la reacció metabòlica reversible entre aspartat (Asp) i oxaloacetat a α-cetoglutarat (αKG) i glutamat (Glu). Distribueix el nitrogen a través de la ruta entre l'aspartat i altres aminoàcids, nucleòtids i cofactors. És un mediador metabòlic essencial per a la biosíntesi d'aspartat i el metabolisme del nitrogen, factors determinants del creixement i virulència del bacteri. Pertany a la família Classe Ic de les proteïnes lligades a fosfat de piridoxal (PLP), també coneguda com la família aspartat-aminotransferasa. És una subfamília proteínica gairebé exclusiva dels bacteris.
La proteïna Rv3722c es troba entre el 10 i el 25 per cent de les proteïnes de Mycobacterium tuberculosis H37Rv. miniatura|Estructura tridimensional de la proteïna Rv3722c de Mycobacterium tuberculosis. Estructura La Rv3722c és una proteïna que s’estructura en dues cadenes polipeptídiques iguals (subunitats), és a dir que es tracta d'un homodímer. Conté 435 aminoàcids.
Centre actiu El centre actiu d'aquest enzim està format per aminoàcids d'ambdues subunitats, una característica comuna en moltes aminotransferases. Aquest centre actiu es troba quan les dues cadenes s’ajunten, és a dir, a la interfície de dimerització. Aquest fet també proporciona més estabilitat a Rv3722c. Alguns dels residus més importants del centre actiu són: Arg14, que forma ponts salins amb el grup carboxilat del substrat; Arg36, que interacciona amb el Asp140 per a fixar el substrat; Asp140,m que interacciona amb el Arg36 per a fixar el substrat, i Tyr69, que interacciona hidrofòbicament amb el substrat.
Tots aquests aminoàcids serveixen per unir el substrat amb la proteïna. Els residus que fan la funció catalítica són: Lys257, Asp223, Gly258 i Ser259.
Dominis Cada subunitat de Rv3722c està organitzada per dos dominis estructurals: el domini auxiliar i el domini nucli. El primer està format per les regions C-terminal i N-terminal de la cadena, les quals s’ajunten per a formar aquest domini. Els dos dominis auxiliars (un de cada cadena polipeptídica) entren en contacte i permeten conformar una part del centre actiu de la proteïna. Comprèn els residus Ser2-Leu53 i Asp303-Ser430 aproximadament, i la seva estructura secundària varia, presentant 5 alfa-hèlixs i una làmina-beta antiparal·lela. Aquest domini estructural se superposa a l'altre domini, l'anomenat nucli.
El domini nucli comprèn els aminoàcids catalítics i proporciona una certa geometria determinada per a que la reacció enzimàtica es pugui dur a terme. A més, desenvolupa un paper important a l'hora d'unir el pèptid amb el cofactor. En aquest cas, es poden distingir en aquesta regió una estructura de làmina-beta envoltada per 8 alfa-hèlixs.
Cofactor El cofactor de la Rv3722c és el piridoxal-5-fosfat (PLP). Aquesta molècula (que és la forma activa de la vitamina B), s’uneix covalentment al residu Lys257, situat al centre actiu de la proteïna. Forma un enllaç imina (-CH=N-), també anomenat base de Schiff entre el carbonil aldehid del cofactor i el grup amino de la Lys257.
A part d'aquest aminoàcid, també reacciona amb altres residus del centre actiu, com Arg36 i Arg141, que orienten i mantenen alineats el cofactor i el substrat, o Asp223, que interacciona amb el fosfat del PLP per a estabilitzar càrregues.
Classificació Els enzims aminotransferases, com Rv3722c, estan classificats en subgrups segon la seva estructura. Principalment existeixen dos grups: les Ia i les Ib. Les Ia es troben majoritàriament en organismes eucariotes mentre que les Ib en bacteris.
Tot i la classificació ja existent, es va haver de crear un altre grup d'aquest tipus d'enzims, Ic, a causa de Rv3722, ja que presentava diferències amb les altres dues categories.
Funció La funció principal de Rv3722c és d'aminotransferasa reguladora del cicle de Krebs, transfereix el grup amino des del Glu al oxaloacetat per formar Asp i αKG, o la reacció inversa. Un altre paper clau és l'equilibri entre la cataplerosi i anaplerosi d'aquest mateix cicle. miniatura|Activitat de Rv3722c (vermell) al cicle de Krebs de Mycobacterium tuberculosis. Les conversions d'Asp a oxaolacetat i de Glu a αKG representen les reaccions anapleròtiques del cicle TCA, mentre que les seves reaccions inverses són catapleròtiques. Aquesta activitat de Rv3722c permet un equilibri entre reaccions d'oxidació i reducció, essencials per al metabolisme bacterià.
La proteïna Rv3722c duu a terme una funció vital en el seu creixement i proliferació a l'interior d'una cèl·lula hoste del bacteri. El metabolisme del nitrogen és un factor determinant en la patogenicitat del Mycobacterium tuberculosis. miniatura|Inhibició per part de Rv3722c (vermell) de les reaccions de senyalització en cascada de TRAF3 Una altra funció important de Rv3722c és la de promoure la supervivència del Mycobacterium tuberculosis a l'interior de macròfags. Aquesta funció es deu a la interacció amb la proteïna TRAF3, un important regulador immunitari multifuncional, responsable de les reaccions de senyalització en cascada d'IL-1ɑ, IL-1ß, factors de necrosi tumoral (TNF-ɑ), IL-12, IL-6 i IL-10. Això fa reduir l'expressió de citocines i interleucines i, per tant, facilita la proliferació del bacteri en un medi fagocitari.
Activitat catalítica miniatura|4) Reacció aminotransferasa reversible de Rv3722c (vermell) en la formació d'Asp i ɑKG. La proteïna Rv3722c catalitza la reacció d'un donant d'un grup amino (-NH2) a un cetoàcid receptor (ɑKG). Per tant, és indispensable per a l'alliberació i distribució de nitrogen des de diferents aminoàcids.
Rv3722c també té la capacitat d'unir-se a la proteïna TRAF3 per tal d'inhibir les seves reaccions de senyalització en cascada, anul·lant la síntesi de diverses interleucines i factors de necrosi.
Regulació L'activitat de Rv3722c està regulada de manera complexa per l'estat carboni-nitrogen de la cèl·lula, que reflecteix la disponibilitat de nutrients i l'equilibri metabòlic intern. Aquesta proteïna actua com a enllaç funcional entre l'assimilació del nitrogen i la seva distribució en forma d'aspartat, un metabòlit central per a nombroses vies biosintètiques.
La velocitat amb què Rv3722c produeix aspartat depèn directament de la relació entre α-cetoglutarat i glutamat, dos intermediaris essencials del cicle del glioxilat i de la via de l'assimilació del nitrogen. Aquesta relació serveix com a sensor metabòlic que indica l'estat nutritiu de la cèl·lula i ajusta la transferència d'aminogrups segons la demanda de nitrogen.
A més d'aquest control directe, el metabolisme del nitrogen en Mycobacterium tuberculosis està fortament regulat per la disponibilitat de nutrients, la font de nitrogen utilitzada i l'activitat de diverses vies interconnectades, com la síntesi de glutamina i glutamat. El bacteri té mecanismes globals que integren aquests senyals per mantenir l'equilibri metabòlic i afavorir la supervivència en entorns limitats en nitrogen, com el medi intracel·lular dels macròfags.
Rv3722c també pot estar influïda per factors de l'hoste durant la infecció. S'ha observat que aquesta proteïna pot interaccionar amb TRAF3, una molècula que intervé en la via immunitària NF-κB dels macròfags. Aquesta interacció redueix parcialment la resposta inflamatòria de l'hoste i afavoreix un entorn intracel·lular més estable per al bacteri. D'aquesta manera, Mycobacterium tuberculosis integra senyals externs amb la seva pròpia regulació metabòlica per adaptar-se a condicions d'estrès i escassetat de nutrients, mantenint l'activitat de Rv3722c i el flux de nitrogen per a la supervivència.
Importància biològica Mycobacterium tuberculosis H37Rv és l'agent causant de la tuberculosi, la principal causa de mort per un agent infecciòs.
Paper metabòlic fonamental El gen Rv3722c codifica una proteïna que ha estat identificada com la principal aminotransferasa de l'aspartat (AspAT) de Mycobacterium tuberculosis. Es va demostrar que la proteïna és essencial per al creixement in vitro i que catalitza la transferència de grups amino des del glutamat cap a l'aspartat o inversa, de manera que participa en la biosíntesi d'aspartat i en la distribució del nitrogen assimilat dins la cèl·lula bacteriana. Aquest fet, categoritza aquesta proteïna com a un objectiu potencial en el desenvolupament de fàrmacs, donada la seva importància biològica per a Mycobacterium tuberculosis.
Implicació en virulència i supervivència La inactivació o la reducció de l'expressió del gen Rv3722c causa un greu defecte de creixement in vitro i redueix significativament la virulència del bacteri en macròfags i en models murins. Aquest fenotip indica que la funció metabòlica de la proteïna Rv3722c és imprescindible tant en condicions de cultiu com durant la infecció, ja que permet al bacteri sostenir la síntesi d'aminoàcids i altres processos dependents del nitrogen en ambients hostils. Cada cop són més els estudis que demostren que el metabolisme del carboni està estretament relacionat amb la patogenicitat del Mycobacterium tuberculosis. També se n'ha demostrat un paper similar per al metabolisme associat a la ingesta i assimilació del nitrogen.
Això suggereix que Rv3722c contribueix directament a la capacitat del patogen per establir-se, replicar-se i resistir les defenses immunitàries de l'hoste. A més, la deficiència del gen que codifica la proteïna Rv3722c disminueix la virulència del bacteri.
Referències
__FORÇATAULA__
Categoria:Proteïnes