Estudio comparativo sobre la glicación de la lisozima al utilizar diferentes agentes glicantes: la ribosa, el glicolaldehído y el metilglioxal
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[1] Universitat de les Illes Balears
Universitat de les Illes Balears
Palma de Mallorca, España
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- Localización: IV Jornadas Doctorales Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad de Murcia (Eidum), 2019, ISBN 978-84-09-09200-0, págs. 676-682
- Idioma: español
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Resumen
La diabetes mellitus (DM) es un desorden metabólico asociado a un defecto en la se- creción de insulina, en su acción o en la combinación de ambos que conlleva la aparición de una hiperglucemia crónica. En 2012 la mortalidad asociada a la hiperglucemia fue de 3.7 millones de personas, 1.5 millones causadas directamente por la diabetes y 2.2 millones atri- buibles a enfermedades asociadas a niveles altos de glucemia (retinopatía, cardiopatía, ne- fropatía, etc) (WHO, 2016). Además, se ha observado que personas que padecen diabetes presentan también una elevada predisposición a sufrir enfermedades neurodegenerativas. Tal es así, que la tendencia a desarrollar Alzheimer en diabéticos es entre dos y cinco veces mayor que en personas sanas (Haan, 2006)including insulin and insulin resistance, inflam- matory cytokines, and oxidative stress. Obesity or physical inactivity might also influence AD through effects on hypertension, insulin sensitivity or inflammation. Typical AD patho- logy, such as amyloid-beta deposits, might be exacerbated by insulin dysregulation, T2DM itself, or microvascular disease that is a consequence of T2DM. T2DM patients are not routi- nely evaluated for cognitive outcomes, and cognitive impairment in T2DM is rarely treated. Similarly, AD patients are not routinely evaluated for T2DM or hyperinsulinemia. Current treatments for AD have only modest benefits, and several drugs that target metabolic and inflammatory pathways are being evaluated, most notably the statins, which reduce LDL and inflammation but might not influence amyloid- deposition, an important precursor for AD. Although some evidence supports a potentially important role for peroxisome proli- ferative activated receptor agonists such as glitazones, at present there are no published randomized clinical trials in AD patients of any drugs that target insulin or insulin resistan- ce. Clinical implications of the T2DM-AD link include cognitive evaluations of patients with T2DM, and potential benefits for such patients through treatment with statins or diabetes drugs that target insulin.”, “author” : [ { “dropping-particle” : “”, “family” : “Haan”, “gi- ven” : “Mary N”, “non-dropping-particle” : “”, “parse-names” : false, “suffix” : “” } ], “con- tainer-title” : “Nature clinical practice. Neurology”, “id” : “ITEM-1”, “issue” : “3”, “issued” : { “date-parts” : [ [ “2006”, “3” ] ] }, “page” : “159-66”, “publisher” : “Nature Publishing Group”, “title” : “Therapy Insight: type 2 diabetes mellitus and the risk of late-onset Alzhei- mer’s disease.”, “title-short” : “Nat Clin Pract Neuro”, “type” : “article-journal”, “volume” : “2” }, “uris” : [ “http://www.mendeley.com/documents/?uuid=412f3602-b36b-411e-95b2- 307660c97a00” ] } ], “mendeley” : { “formattedCitation” : “(Haan, 2006, y su riesgo a de- sarrollar Parkinson aumenta en un 38% (Yue et al., 2016).
El mecanismo molecular mediante el cuál la DM induce el desarrollo de dichas patolo- gías no se conoce con exactitud. Sin embargo, se hipotetiza que la presencia de azúcares reductores en altas concentraciones podría favorecer la modificación de las proteínas me- diante un proceso no enzimático denominado glicación proteica (GP).
La GP se inicia mediante la reacción reversible entre un grupo amino primario de una pro- teína y un grupo carbonilo de un azúcar reductor formando una base de Schiff. La base de Schiff posteriormente reordena hacia la formación de un compuesto de Amadori, que evolu- ciona irreversiblemente mediante un conjunto heterogéneo de reacciones (condensación, reorganización, deshidratación, ...), formando los compuestos finales de la glicación (AGEs). Sin embargo, tanto los azúcares reductores como las bases de Schiff y los compuestos de Amadori pueden oxidarse produciendo radicales libres (RL) y compuestos carbonílicos y di- carbonílicos (RCS) altamente reactivos que pueden reaccionar con las cadenas laterales de los aminoácidos proteicos contribuyendo también a la formación de AGEs (Figura 1).
Figura 1. Mecanismo general de la glicación proteica.
El desarrollo de las patologías neurodegenerativas se asocia a la degeneración de zo- nas específicas del cerebro como resultado de la formación de depósitos neuronales de agregados proteico. Así, la alfa-sinucleína se relaciona con el desarrollo de Parkinson; la proteína tau y el péptido β-amiloide con el Alzheimer; la huntingtina con la enfermedad de Huntington y los priones con la enfermedad de Creutzfeld-Jakob, entre otras (Stefani & Dobson, 2003). Si se considera que la glicación y la formación de AGEs puede acelerar la agregación, estos AGEs deberían aparecer en los agregados proteicos. De hecho, los agregados de alfa-sinucleína de pacientes diabéticos con Parkinson presentan una canti- dad de AGEs mucho mayor que los aislados de personas no diabéticas (Castellani, Smith, Richey, & Perry, 1996). Lo mismo ocurre en las placas del péptido β-amiloide, característico de la enfermedad del Alzheimer (Lüth et al., 2005). Cabe indicar que la presencia de AGEs en los depósitos neuronales no demuestra que la agregación proteica se produzca como consecuencia de la GP dado que la formación de AGEs podría llevarse a cabo después de la agregación. Con el fin de tener un mayor conocimiento sobre el mecanismo molecular que relaciona ambos procesos, se ha estudiado la glicación y la agregación proteica de la lisozi- ma de clara de huevo de gallina (HEWL) con tres agentes glicantes diferentes: la ribosa, el glicolaldehído (GLA) y el metilglioxal (MG).
La HEWL (Figura 2) es una proteína globular formada por 129 residuos que ha sido am- pliamente utilizada como modelo para el estudio de la GP (Fazili & Naeem, 2013), ya que presenta una baja tendencia a agregar en condiciones fisiológicas y contiene 11 argininas y 6 lisinas, todas ellas potenciales dianas de glicación. Su actividad fisiológica se centra en catalizar la hidrólisis de las uniones 1,4-betaglucosídicas del peptidoglucano de la pared de las bacterias Gram-positivas (Horton, Moran, Scrimgeour, Perry, & Rawn, 2006).
Figura 2. Estructura de la HEWL (PDB:1e8l) A B C Figura 3. Estructura de (A) ribosa, (B) GLA y (C) MG.
De entre los tres agentes glicantes utilizados tan sólo uno es un azúcar reductor, la ribo- sa (Figura 3), la cual se encuentra en unos niveles anormalmente elevados en la orina de pa- cientes diabéticos (Tao et al., 2013). Los otros agentes glicantes utilizados, el glicolaldehído y el metilglioxal (Figura 3), son RCS formados a raíz de la degradación oxidativa de la gluco- sa. Éstos también incrementan su concentración en plasma de pacientes diabéticos, siendo la del MG entre 2 y 6 veces más alta que en individuos sanos (McLellan, Thornalley, Benn, & Sonksen, 1994; Wang, Meng, Gordon, Khandwala, & Wu, 2007). Aun aumentando su con- centración, ésta es mucho menor que la de los azúcares reductores. La concentración de glucosa en sangre en pacientes diabéticos es mayor de 7mM (Ledru et al., 2001) y en cam- bio, la de los RCS se encuentra en el rango de µM (Odani, Shinzato, Matsumoto, Usami, & Maeda, 1999). A pesar de su baja concentración, los RCS se caracterizan por tener una capacidad glicante mucho más elevada que los azúcares reductores. Por ejemplo, el GLA y el MG tienen una reactividad 2109 y 20000 veces mayor que la glucosa (Hayashi & Namiki, 1986; Thornalley, 2005)constituting branch points in the reaction progress and establishing many parallel reaction pathways. Reactive intermediates produced by these processes are often alpha-oxoaldehydes. The formation of alpha-oxoaldehydes enhances and redirects glycating activity in the Maillard reaction since alpha-oxoaldehydes are up to 20,000-fold more reactive than glucose in glycation processes and are predominantly arginine-directed glycating agents. alpha-Oxoaldehydes bypass a requirement for a fructosamine precursor in the formation of advanced glycation end products (AGEs.
Al incubar la HEWL con cada agente glicante y estudiar las mezclas de reacción se obser- vó un comportamiento diferente en su tendencia a la agregación debido a la propia glica- ción. Por ello, se estudió cada mezcla de reacción con el fin de entender las modificaciones producidas por la glicación y ver cómo éstas afectan a las propiedades proteicas y a su ten- dencia a la agregación. Todo ello ha permitido demostrar que el mecanismo molecular que relaciona la GP con la agregación proteica tiene una fuerte dependencia de la naturaleza química del agente glicante (Adrover et al., 2014; Mariño et al., 2017).
