EJERCICIOS 1 Y 4
Documentar y revisar bibliográficamente la proteína asignada. Se trata de una tarea a desarrollar a todo lo largo del Curso. Su objetivo es reunir los trabajos científicos clave y los datos necesarios para conocer lo mejor posible la proteína asignada a cada alumno haciendo particular énfasis en los aspectos estructurales y funcionales. Incluir la revisión en el cuaderno personal de actividades (CPA), con formato HTML.
La proteína ACE2 (enzima convertidora de angiotensina 2) es una hidrolasa de los Homo sapiens. Esta proteína está implicada en la regulación del corazón y del riñón mediante la regulación de la actividad del sistema renina-angiotensina-aldosterona (SRAA), así como de la recepción de ciertos virus. Tiene una alta expresión en el corazón, testículos, riñones y pulmones.
SRAA es un sistema hormonal que regula la presión sanguínea, volumen extracelular y balance de sodio/potasio. Ante una situación de hipotensión arterial se va a liberar renina en el riñón, lo cual va a permitir que se produzca Angiotensina I a partir del Angiotensinógeno. La ACE (enzima convertidora de angiotensina) escindirá ese producto y se producirá Angiotensina II, hormona muy activa que responderá mediante una vasoconstricción de las paredes musculares de las arteriolas, aumentando así la presión vascular. Se estimulará además la liberación de la aldosterona y otras respuestas que ayudarán a paliar la hipotensión.
La función principal de ACE2 es degradar la Angiotensina II y permitir así la producción de Angiotensina 1-7, con funciones contrarias de vasodilatación y antiproliferativas. También va a facilitar, aunque en menor medida, la conversión de la Angiotensina I a Angiotensina 1-9. Por tanto, ACE2 es una enzima esencial en la regulación del sistema cardiovascular y renal, siendo un antagonista de la activación del sistema SRAA clásico y manteniendo el balance de este frente al anti-SRAA, de forma que juega un papel esencial en la protección contra daños pulmonares y de otros órganos.
Estructuralmente se trata de una glucoproteína transmembrana de tipo I compuesta por 805 aa. Posee un péptido señal (residuos 1-18) y una región transmembrana, y se encuentra codificada por genes del cromosoma X. Está compuesta por un dominio catalítico aminoterminal y uno carboxiterminal. Este último tiene gran homología con la colectrina, un transportador de las células del sistema renal, aunque su función es aún muy desconocida. El dominio aminoterminal comparte un 42% de identidades con el dominio catalítico aminoterminal de ACE; este extremo pertenece a la familia de las peptidasas M2, que tienen homología con las proteínas dipeptidil carboxilasas, y muchos miembros de esta familia tienen duplicaciones en tándem de dominios de 600 aa.
ACE2 es, además, la primera carboxipeptidasa de mamífero identificada que contiene un cinc ligado a las 2 His (residuos 374 y 378) y a la Glu (residuo 402) del motivo HEXXH conservado de la familia de las metalopeptidasas en el extremo aminoterminal. Los dominios de unión de cinc (dedos de cinc) son pequeños dominios que pueden coordinar iones de Zn para ayudar a la estabilización de los pliegues de la proteína. Suelen funcionar como módulos de interacción que unen ADN, ARN, proteínas y pequeñas moléculas. Además, el cinc no participa en los procesos catalíticos pero si aumenta la rapidez catalítica en las proteínas. Estos dominios suelen estar compuestos por cisteína e histidina principalmente.
Bibliografía:
1. Soler J.M., Lloveras S. y Batlle D. (2009). Enzima conversiva de la angiotensina 2 y su papel emergente en la regulación del sistema Renina-Angiotensina.
2. https://www.uniprot.org/uniprot/Q9BYF1
3. Gene: ACE2 (ENSG00000130234) - Summary - Homo_sapiens - Ensembl genome browser 102
A continuación, relacionaré la proteína asignada ACE2 con la pandemia que vivimos en la actualidad y el virus SARS-CoV-2.
ACE2 es un receptor celular que puede ser aprovechado por numerosos virus para entrar e infectar las células, sobre todo las epiteliales alveolares. Entre estos virus destacamos el SARS-CoV-2, por lo que es una proteína que está siendo actualmente muy estudiada para encontrar posibles mecanismos que reduzcan esta infección.
La entrada al la célula la realizarán gracias a una glucoproteína vírica trimérica (proteína Spike) que se escinde en 2 subunidades (S1 y S2) durante la infección. La unión de S1 con ACE2 causa una endocitosis del virus con la consiguiente introducción de la enzima transmembrana en un endosoma, lo cual causará la disminución funcional de esta proteína.
ACE2 tiene 2 conformaciones: ‘cerrada’ cuando sus 2 dominios proteasa (PD) se encuentran en contacto, y ‘abierta’ cuando están separados. En el proceso de infección predomina la primera y en ningún caso se ha observado aquí la conformación ‘abierta’. Cada PD se une al dominio de unión al receptor (RBD) del virus.
Contrariamente, debido a la función vasodilatadora y antiproliferativa de la angiotensina 1-7 producida gracias a ACE2, esta enzima ejercerá una función protectora frente al daño pulmonar causado por el virus. Sin embargo, debido a la internalización del receptor en el proceso de infección, se ha visto que una vez presente el virus en nuestro organismo, la expresión de esta proteína cae y, por tanto, su función protectora.
Estos conocimientos han dado pie a experimentos que pretenden reducir la tasa de infección disminuyendo los niveles del transportados ACE2. De forma opuesta, se cree que el aumento de ACE2 puede mejorar los daños de los síndromes respiratorios causados por SARS-CoV2, ya que aumentan el sistema anti-SRAA frente al SRAA clásico, aunque este campo está aún por investigar. Se ha visto que inhibidores de ACE (ACE-I) y del receptor tipo I de la Angiotensina II (ARB) previenen este daño pulmonar permitiendo restaurar el equilibrio entre ambas vías. Esta información ha causado una alentadora esperanza frente a la lucha contra el SARS-CoV2.
En la parte superior de la figura se muestra cómo la infección del virus causa un desequilibrio entre ambas vías debido al bloqueo de ACE2 y la disminución de la Ang 1-7, desembocando en enfermedades y patologías respiratorias (ARDS). Sin embargo, mediante inhibidores de AT1R tendremos una alta concentración de ACE2 y, por tanto, un equilibrio entre ambas vías.
El cambio de la conformación abierta y cerrada mencionadas en la bibliografía se realizan gracias a una región bisagra compuesta por los residuos (99 y 100, 284-293, 396 y 397, 409 y 410, 433 y 434, 539-548 y 564-568), mostrados a continuación en color amarillo:
Fig. 2. Visualización en RasMol de los residuos que componen la región bisagra en ACE2.
Bibliografía:
1. https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.05.21.20109652v2
2. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32522846/
3. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32221983/
4. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32639866/
Analizar el fichero de estructura de la proteína asignada (en caso de haber más de uno, elegir el más representativo). Visualizar la proteína con RASMOL (u otro visor equivalente) e identificar, con ayuda del programa, los elementos estructurales y funcionales más relevantes (elementos secundarios, centros activos, sitios de unión a ligandos, dominios reguladores, etc). Una vez localizados, grabarlos como imágenes *.GIF e incluir las imágenes en el CPA, incluyendo los comentarios pertinentes en formato HTML. Sugerencia : para lograr resultados adecuados será necesario “trabajar” el manual del programa “a fondo” y familiarizarse con su lenguaje de comandos. Recuerde que no se pide un simple “catálogo” de imágenes, sino un complemento visual más detallado de la actividad 1. Ambas actividades deben llevarse “en paralelo”, de modo que tanto la elección de los motivos a visualizar como los comentarios sobre su significado estructural y funcional deben inspirarse en la mencionada Revisión Bibliográfica.
Gracias a la revisión bibliográfica conocemos los residuos
que se encuentran en las dos subunidades de la proteína, que componen los
sitios activos de la proteína. En la Fig. 2. encontramos en color rojo el dominio aminoterminal,
en el que se encuentra embebido el dominio de unión a cinc. Este subdominio está
compuesto por los residuos 19-102, 290-397 y 417-430. En color azul he marcado
el subdominio II, al que pertenece el extremo carboxiterminal, compuesto por
los residuos 103-289, 398-416 y 431-615.
Ambos subdominios catalíticos se encuentran únicamente
conectados por una zona del sitio activo, que he marcado en color amarillo y
corresponde a una alfa hélice del subdominio II. Que este sitio activo
proteolítico se encuentre dentro de la estructura y protegido por el resto de
la proteína es una característica estructural común de las proteasas y permite
evitar la hidrolisis de proteínas correctamente plegadas y funcionales,
sirviendo así como mecanismo de regulación.
Los residuos coloreados de amarillo en la Fig. 2. (His374, His378
y Glu402) corresponden a los lugares de unión del cinc.
La secuencia señal (residuos 1-18) no se encuentra en esta
estructura mostrada, ya que es eliminada rápidamente.
Como se mencionó en la bibliografía, ACE2 posee glicosilaciones en su estructura. Para localizar estas, se midió la densidad electrónica en los 6 sitios ligados a N, observando que estos glúcidos se encuentran en los residuos Asn53, 90, 103, 322, 432, 546L.
A continuación atenderemos a las cisteínas presentes y los puentes disulfuro formados en la proteína, para así poder posteriormente contrastar los resultados con los datos obtenidos en el Ejercicio 11, en el que crearé una aplicación para predecir los puentes disulfuro.
Según la bibliografía consultada existen 6 Cys que forman puentes, que se muestran en la Fig. 4 en color amarillo. Estas son: Cys133-Cys141, Cys344-Cys361 y Cys530-Cys542.
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