A xelsolina plasmática ou do plasma (pGSN) é unha proteína de 83 kDa abundante que é un compoñente normal do plasma sanguíneo e un importante compoñente do sistema inmunitario innato. A identificación da pGSN na mosca Drosophila melanogaster e no verme Caenorhabditis elegans indica que ten unha antiga orixe en épocas temperás da evolución dos seres vivos. A súa extraordinaria conservación estrutural reflicte o seu papel regulador crítico en múltiples funcións esenciais. Entre as súas funcións están a degradación dos filamentos de actina liberados polas células mortas, a activación dos macrófagos e a localización da resposta inflamatoria. Obsérvase unha diminución substancial dos seus niveis no plasma nas infeccións agudas e crónicas e lesións tanto en animais modelos coma en humanos. As terapias de suplementación con pGSN humana recombinante foron efectivas en máis de 20 animais modelos.
A pGSN ten unha isoforma chamada xelsolina citoplásmica (cGSN) que é unha proteína que se une á actina que controla a dinámica do citoesqueleto. A cGSN exprésase a partir do mesmo xene que a pGSN e é idéntica a ela excepto en que carece dunha extensión N-terminal de 24 aminoácidos.
Historia A isoforma celular da xelsolina descubriuse en 1979 no laboratorio de Thomas P. Stossel. O seu nome procede da observación de transicións reversibles dependentes do calcio de xel a sol de extractos citoplásmicos de macrófagos. Nesa mesma época descubriuse unha proteína de tamaño similar no plasma e demostrouse que despolimerizaba a actina; chamóuselle brevina, debido á súa capacidade de acurtar os filamentos de actina. En 1986 demostrouse que a brevina era idéntica á xelsolina celular ou citoplásmica excepto por ter unha extensión adicional de 24 aminoácidos no extremo N-terminal, e foi renomeada como xelsolina do plasma ou plasmática.
Estrutura miniatura|400px|Unha representación de fase en solución da pGSN en presenza de Ca2+ adaptada de e información obtida por SAXS de baixa resolución. A extensión N-terminal de 24 aminoácidos exclusiva da isoforma do plasma engadiuse manualmente (á esquerda en azul claro); non se coñece nin se representou información estrutural dela. As cores representan os seis dominios da xelsolina.
A xelsolina plasmática é unha proteína do plasma de 755 aminoácidos e 83 kDa constituída por seis "dominios de xelsolina", cada un dos cales está composto dunha folla β de 5 ou 6 febras situada entre unha hélice α curta e outra longa. Presenta unha débil homoloxía entre os dominios S1 e S4, S2 e S5, e S3 e S6, e é idéntica á forma citoplásmica da proteína excepto pola mencionada extensión N-teminal de 24 aminoácidos. Ademais, un péptido sinal doutros 27 aminoácidos é cortado antes da secreción da pGSN fóra da célula. Ambas as formas da proteína están codificadas por xenes moi conservados do cromosoma 9 en humanos, pero que están baixo o control de diferentes promotores. Ten un só enlace disulfuro formado no segundo dominio da proteína plasmática, non existen modificacións postraducionais naturais documentadas, e o pI ≈ 6.
Isoformas e mutacións Ademais da forma celular, a outra única isoforma coñecida é a xelsolina-3, unha proteína idéntica e non segregada que contén unha extensión N-terminal de 11 aminoácidos (en vez de 24). Atopouse en oligodendrocitos do cerebro, testículos e pulmóns e crese que está implicada na remodelación da mielina durante a espiralización arredor do axón.
A xelsolina do plasma está altamente conservada, e as súas únicas mutacións coñecidas son mutacións dunha soa base. Unha desas mutacións causa a amiloidose familiar finesa, un trastorno no cal a pGSN se fai flexible conformacionalmente e susceptible ao corte encimático, o que ten como resultado a acumulación de fragmentos de péptidos en fibrilas amiloides. D187N/Y é a mutación máis común e ademais hai informes na literatura médica das mutación G167R, N184K, P432R, A551P e Ala7fs. Ademais disto, as mutacións e a regulación á baixa da proteína están asociadas co cancro de mama.
Ca2+
A pH moderado en ausencia de Ca2+ a pGSN é compacta e globular. O pH baixo ou a presenza de concentracións >nM de Ca2+ están asociados cunha estrutura alongada con maior flexibilidade da columna vertebral da molécula. Esta flexibilidade expón os sitios de unión á actina. Como os niveis fisiolóxicos de Ca2+ son ~2 mM, a pGSN está alongada na súa forma nativa e pode unirse á actina que se escapa da célula cando hai danos celulares.
Funcións
Unión A xelsolina do plasma é unha proteína pegañenta que se une a varios péptidos e proteínas, como son: actina (ver: relacións coa actina), Apo-H, Aβ, α-sinucleína, integrina, Tcp-1, fibronectina, sintaxina-4, tropomiosina, ácidos graxos e fosfolípidos (ver: Unión e inactivación de diversos mediadores inflamatorios): LPA, Lipopolisacárido (endotoxina LPS), ácido lipoteicoico (LTA), factor activador das plaquetas (PAF), esfingosina-1-fosfato (S1P), polifosfoinosítidos incluíndo o PIP2; e ácidos nucleicos/nucleótidos: Ap3A, ATP, ADP. o PIP2, un fosfolípido compoñente das membranas celulares, compite co ATP e a actina pola unión á pGSN, e disocia a pGSN que cobre o extremo da F-actina.
Relacións coa actina Toxicidade e eliminación da actina
A actina é a proteína celular máis abundante, e a súa liberación no fluído extracelular e circulación despois dun dano celular debido a unha doenza ou lesión orixina un incremento de viscosidade do sangue, dificulta a microcirculación, e a activación das plaquetas. Os pacientes de hemodiálise con baixos niveis de pGSN e altos niveis de actina no sangue tiñan unha mortalidade marcadamente máis alto. A actina é un compoñente principal das biopelículas que se acumulan en sitios onde se produciu unha lesión ou infección, impedindo o acceso dos compoñentes inmunes do hóspede e dos axentes terapéuticos como os antibióticos. As biopelículas patóxenas formadas arredor de corpos estraños como catéteres internos permanentes e implantes de tecidos.
O cambio da actina entre as súas formas monómera (actina G) e filamentosa (actina F) segundo a súa concentración e a de ATP e catións. A pGSN xunto coa proteína que se une á vitamina D (DBP) únense e retiran a actina monomérica. A DBP únese con maior afinidade á actina G, deixando a pGSN dispoñible para cortar a actina F. Ademais, a DBP ten a capacidade de eliminar unha actina dun complexo 2:1 actina-pGSN, restaurando a súa capacidade de cortar a actina F. A actina F, cortada e cuberta nos extremos pola pGSN, é eliminada polas células endoteliais do fígado. A pGSN elimina o 60 % da actina atrapada en coágulos de fibrina in vitro orixinando un incremento da taxa de lise dos coágulos.
Corte, cuberta dos extremos, nucleación e polimerización Aínda que a pGSN pode iniciar a polimerización da actina por medio da nucleación, a súa primeira relación con ela no sangue é a despolimerización por corte dos filamentos. O corte da actina ocorre rapidamente en presenza de pGSN e Ca2+. A pGSN enróscase arredor dos filamentos, cortándoos non encimaticamente. Permanece unida, cubrindo ("capping") os extremos con pugas ou + do filamento cortado e inducindo un torcemento torsional que é cooperativo en toda a súa lonxitude. Esta cubrición dos extremos ten unha afinidade de unión <250 pM en presenza de Ca2+ que é substancialmente debilitada na súa ausencia. A cubrición dos extremos tamén bloquea unha maior polimerización no extremo + de rápido crecemento.
Aínda que non hai evidencias da nucleación/polimerización da actina G pola pGSN in vivo, a capacidade que esta ten de facelo in vitro está ben documentada. A polimerización da actina iníciase pola produción dun núcleo trímero de actina. A formación destes núcleos está desfavorecida enerxeticamente, pero os dímeros e/ou trímeros poden ser catalizados/estabilizados por varias proteínas celulares. En exceso dunha estequiometría 2:1 actina:xelsolina e en presenza de Ca2+, a xelsolina únese a tres monómeros de actina. Engádese un monómero ao trímero creando un tetrámero que sofre unha conversión interna a un tetrámero activo testemuñado por unha fase de retardo independente da concentración. A subseguinte fibrilación avanza por adición de monómeros. A xelsolina permanece unida ao extremo de rápido crecemento (+) da actina, producindo fibrilas curtas de lento crecemento.
Estas accións son similares ás da forma citoplásmica da xelsolina ou cGSN, o que contribúe aos cambios estruturais das células por nucleación/polimerización e por corte/cubrición dos extremos.
Prevención e retirada do amiloide A pGSN pode exercer un importante papel na prevención e tratamento da amiloidose en varias doenzas. Atópase en complexo co Aβ no plasma e sábese que inhibe a formación amiloide e a desfibrila as fibrilas formadas in vitro. Os ratos modelo da enfermidade de Alzheimer aos que se administra pGSN mostraron que unha diminución á quinta parte diminúe a progresión da anxiopatía amiloide cerebral. A pGSN tamén se atopa nos corpos de Lewy, agregados proteicos que conteñen amiloide asociados coa enfermidade de Parkinson e a demencia con corpos de Lewy.
Función nas inflamacións
Estimulación de macrófagos Receptor MARCO O receptor de macrófagos MARCO é responsable do recoñecemento de patóxenos e da fagocitose. Os macrófagos incubados con actina a concentracións consistentes con lesións pulmonares diminúen a súa captación de bacterias. Esta captación recupérase cando a actina se administra en presenza de pGSN.
NOS3 (óxido nítrico sintase 3) A NOS3 é un encima que protexe contra a inflamación sistémica e a disfunción do miocardio. A pGSN activa a fosforilación da Ser1177 da NOS3 e da Ser473 de Akt. A NOS3 actívase pola fosforilación de Akt. Os macrófagos de rato incrementan a súa captura e matanza de bacterias in vitro en presenza de pGSN, e non se observou ningún aumento significativo deste comportamento en macrófagos NOS3-/-. In vivo os ratos multiplicaban por 15 a súa eliminación de bacterias cando se lles administraba pGSN, e ningún aumento significativo en ratos NOS3-/-.
Mediadores inflamatorios A pGSN únese aos ácidos graxos mediadores inflamatorios LPA, LPS (endotoxina), LTA, PAF, S1P, e polifosfoinosítidos como o PIP2. Os mediadores de inflamación da inmunidade innata acumúlanse no sitio da lesión e dan inicio aos procesos de defensa e reparación, o que é posible grazas á diminución da pGSN local.
Ver Unión e inactivación de diversos mediadores inflamatorios
Potencial terapéutico O amplo potencial terapéutico da suplementación de pGSN reside en que a molécula encarna un sistema multifuncional que contribúe de forma importante á inmunidade innata en vez de ter que facer unha intervención farmacolóxica con actividades selectivas e específicas.
A función primaria da xelsolina plasmática é manter a inflamación local e potenciar a función do sistema inmunitario innato. Funciona por un mecanismo de acción pleiotrópico; cortando os filamentos tóxicos de actina (actina F), uníndose a mediadores inflamatorios e potenciando a eliminación dos patóxenos. Estes mecanismos son bastante distintos dos doutros axentes antiinflamatorios que funcionan como antagonistas de mediadores concretos ou inhibidores de encimas específicos, e funcionan eliminando a inflamación. A maioría dos axentes antiinflamatorios sistémicos tamén suprimen o sistema inmunitario e adoita ser necesario ter precaución na súa administración porque incrementan o risco de infección. A xelsolina plasmática ten a característica única de que potencia a acción antimicrobiana dos macrófagos, os cales fagocitan e dixiren os restos celulares e patóxenos, aumentando a inmunidade contra infeccións bacterianas grampositivas e gramnegativas.
Mecanismos de acción