Resumen de Thiol chemistry of human superoxide dismutase-1: effects of altered cellular redox systems in protein aggregation related to familial amyotrophic later al sclerosis
La superóxido dismutasa-1 (SOD1) es una metaloenzima antioxidante que se encuentra de las bacterias a los seres humanos y se localiza preferentemente en el citosol, y en niveles inferiores en las mitocondrias y el núcleo de las células eucariotas. SOD1 cataliza la desproporción de dos moléculas de anión superóxido (O2-) en O2 y H2O2.
Las histidinas en las posiciones 46, 48, 63, 71, 80 y 120 a lo largo de la cadena de la molécula fijan los iones Cu y Zn necesarios para las reacciones de oxidación / reducción. Cuatro cisteínas se extienden a lo largo de la molécula en las posiciones 6, 57, 111 y 146. De acuerdo con la estructura cristalina, se establece un enlace disulfuro intramolecular entre Cys57 y Cys146, que determina un bucle estructural aislado que contiene más de la mitad de la molécula. La presencia de Cys111 en este bucle flexible es un sello distintivo único de la enzima en primates, humanos y pollo y se encuentra en la superficie de la molécula donde puede oxidarse, cambiando la conformación molecular de la proteína y contribuye, entre otros, para mantener el Cu en la posición correcta.
Se han descrito más de 150 mutaciones a lo largo de la molécula en asociación con la forma familiar más prevalente de la esclerosis lateral amiotrófica (fALS), una enfermedad neurodegenerativa mortal que aniquila motoneuronas (MN) que causa una parálisis progresiva y la muerte dentro de los 3-5 años del diagnóstico. Los cambios en la conformación de la proteína, más que la pérdida de función, se han asociado a la letalidad de la enzima mutada. El equilibrio entre las formas oxidadas y reducidas del enlace disulfuro de SOD1 debe ser altamente dependiente del potencial redox del entorno citosólico que está controlado principalmente por los sistemas de tiorredoxina (Trx) o glutaredoxina (Grx).
Pudimos encontrar formas de enlaces disulfuro no conservadas, como Cys6-Cys111 y Cys146-Cys111 en dímeros de hSOD1, que están en equilibrio debido a los sistemas redox Trx / Grx. Sin embargo, los cambios mediante el bloqueo de los sistemas redox usando tratamientos específicos causaron la agregación de SOD1 mutante, lo que indica que la SOD1 mutante es susceptible al estrés oxidativo citoplásmico.
Nuestra hipótesis es que en el mutante hSOD1, Cys111 también se vuelve más sensible a las modificaciones redox, probablemente debido a un mayor acceso. Esta mayor exposición también contribuye con reacciones intermoleculares de intercambio tiol / disulfuro y agregación.
Nuestro nuevo ensayo utilizando force-clamp puede usarse para examinar sistemáticamente la química de tiol / disulfuro de las formas de hSOD1 relacionadas con la enfermedad, como se hace aquí para A4V y G93A, obteniendo una comprensión más profunda de la patogénesis molecular de la ELA. Encontramos que A4V y G93A mostraron diferentes patrones de reactividad a partir de proteína SOD1 salvaje (WT). Nuestros resultados sugieren que los cambios conformacionales asociados con mutaciones o estrés oxidativo, causan cambios en la química tiol de los mutantes de hSOD y su agregación, a través de la formación de enlaces desulfuró inter e intramoleculares no nativos.
