Molecular insights into the binding mechanisms of human and mouse Glutamate-cysteine ligases

Información molecular sobre los mecanismos de unión de las ligasas de glutamato-cisteína humana y de ratón

Este estudio se centró en la glutamato-cisteína ligasa (GCL), una enzima clave en la síntesis de glutatión, vital para neutralizar especies reactivas. Aunque se conoce su importancia, la caracterización molecular detallada sigue siendo limitada. Se realizó un modelado de homología de GCL humano y de ratón usando diversas herramientas de servidor web. Los modelos predichos mostraron alta calidad, con más del 89% de los residuos en regiones favorables del diagrama de Ramachandran. Se evaluaron las interacciones moleculares con naftaleno y sus metabolitos, revelando bolsillos de unión con interacciones pi como principales enlaces no covalentes y puntajes de unión superiores al glutatión. Estos resultados sugieren un mecanismo de catálisis mejorado para GCL, preservando los residuos esenciales para una síntesis efectiva de glutatión.

INTRODUCCIÓN

El glutatión (GSH) es un tripéptido (γ-glutamil-cisteinil-glicina), el tiol no proteico más abundante en la célula, que se expresa de forma ubicua como antioxidante celular para prevenir los efectos adversos de un exceso de ROS [1]. También es un cofactor de las GPX y las GST [2]. Se ha demostrado que la subunidad catalítica de la glutamato-cisteína ligasa, la glutatión sintasa y la glutatión reductasa son responsables de la síntesis de GSH [3]. Las acciones secuenciales glutamato-cisteína ligasa (GCL) (EC 6.3.2.2) y GSH sintetasa (EC 6.3.2.3) es una vía sintética que se produce en casi todos los tipos celulares de mamíferos y que conduce principalmente a la generación de GSH. Se ha descubierto que la capacidad catalítica y la expresión del gen GCL están correlacionadas con la síntesis de GSH. La GCL es una enzima heterodímera compuesta por una subunidad pesada catalíticamente activa y una subunidad ligera (modificadora). La subunidad pesada contiene todos los sitios de unión de sustrato que cataliza el paso limitante de la velocidad en la síntesis de novo de GSH [4, 5]. Cataliza la formación de un enlace γ peptídico entre el grupo γ-carboxilo del glutamato y el grupo amino de la cisteína. La GCL es una importante enzima antioxidante, que podría funcionar en la reducción de peróxidos de hidrógeno y lípidos, la detoxificación de electrófilos tóxicos y el mantenimiento del estado redox celular [6]. El control de los procesos metabólicos en los que interviene la GCL depende de la regulación de la actividad de las enzimas, que puede lograrse alterando la tasa de síntesis, degradación, inducción, represión y eficacia catalítica de la enzima mediante la inhibición por retroalimentación y la modulación de la afinidad de la subunidad catalítica por sustratos e inhibidores a través de la subunidad reguladora ligera (modificadora).

Se ha demostrado que diversos trastornos fisiológicos, como las infecciones víricas y el marcado aumento del estrés oxidativo, comprometen la síntesis de glutatión en mamíferos, ya que se correlacionan con una disminución de los niveles de GSH celular [3, 7]. Las sustancias químicas electrofílicas ambientales, como los hidrocarburos aromáticos, las quinonas y los metales pesados, pueden inducir estrés oxidativo mediante la formación de aductos con diversos nucleófilos biológicos, como el GSH y las proteínas.