215
La proteïna ALDP (adrenoleukodystrophy protein) també coneguda com a ABCD1, és una proteïna peroxisomal que forma part de la família de transportadors ABC (ATP-binding cassette) i pertany a la subfamília ALD.[6]
Aquesta proteïna intervé en el transport o catabolisme peroxisomal dels àcids grassos de cadena molt llarga.[6]
Quan la proteïna ALDP no funciona correctament —per mutacions en el gen ABCD1—, és causant d'una malaltia hereditària greu anomenada adrenoleucodistròfia (ALD).[6]
L'any 1993: Mosser, Douar, Sarde, Kioschis, Feil, Moser, Poustka, Mandel i Aubourg van fer servir la clonació posicional per identificar un gen parcialment eliminat en 6 de 85 pacients independents amb ALD. Finalment, es va detectar una deleció idèntica en dos germans que presentaven fenotips clínics diferents d'ALD, és a dir, que en casos familiars, les delecions segregaven amb la malaltia.[7]
Els exons candidats es van identificar mitjançant l'anàlisi informàtica de seqüències genòmiques i es van utilitzar per aïllar ADN complementari mitjançant connexió d'exons i cribratge de biblioteques d'ADN complementari. La seqüència proteica deduïda va mostrar una semblança significativa amb una proteïna de membrana peroxisomal de 70 kDa, implicada en la biogènesi dels peroxisomes i que pertany a la superfamília dels transportadors ATP-binding cassett.[7]
La proteïna ALDP és un transportador ABC de la subfamília D homodímer;[8] és a dir, que està format per dues còpies idèntiques. Cada monòmer conté dos dominis principals:



En el dímer transportador, dos dominis transmembrana formen el camí de translocació del substrat, i dos dominis d'unió a nucleòtids formen el lloc d'unió a l'ATP, que s'encarrega de la unió i hidròlisi d'aquest nucleòtid.[11]
L'ALDP presenta activitat ATPasa dependent de substrat, característica de les proteïnes ABC.[12] Assajos bioquímics han demostrat que la presència d'àcids grassos de cadena molt llarga (VLFCA) conjugats amb CoA, com el C22:O-Coa, estimula significativament la hidròlisi d'ATP.
En condicions experimentals, l'activitat ATPasa augmenta amb la concentració d'ATP[12] de manera sigmoïdal, suggerint cooperativitat positiva entre els dominis d'unió a nucleòtids (NBD). Això indica que la unió d'una molècula d'ATP facilita la unió de les següents, coherent amb un mecanisme de dimerització funcional dels NBD.[13]
D'altra banda, l'activitat també depèn del tipus de substrat lipídic. Aquest comportament es reflecteix en el gràfic de la (Figura 2)[9] amb dos panells, l'ALDP mostra una cinètica clara davant VLFCA-CoA com C22:O, C24:O, C26:O, mentre que substrats curts com l'acetil-CoA no generen activitat detectable. Això confirma especificitat de substrat per cadenes llargues, coherent amb la seva funció en el transport peroxisomal.[14]
Panell a: L'activitat ATPasa augmenta amb la concentració d'ATP en presència de C22:O-CoA, mentre que els controls no mostren activitat. La corba és hiperbòlica, compatible amb una cinètica de Michaelis-Menten, indicant un mecanisme no cooperatiu en la unió d'ATP.[9]
Panell b: L'activitat ATPasa s'incrementa amb la concentració de VLFCA-CoA, però no amb acetil-CoA. Algunes corbes mostren una forma sigmoidal, suggerint cooperativitat positiva en la unió del substrat lipídic, d'acord amb un model de Hill amb coeficient n>1.[9]
La topologia d'una subunitat de l'ABCD1 es mostra en la figura 3. Cada monòmer conté sis hèlixs transmembrana (TM1-TM6) que travessen la membrana peroxisomal, així com un domini citosòlic d'unió a nucleòtids (NBD), responsable de la hidròlisi d'ATP.[15]
A la representació esquemàtica d'una subunitat en estat outward-facing, es poden identificar diversos elements estructurals:
És una organització modular que permet la coordinació entre el reconeixement del substrat, l'activació per ATP i el canvi conformacional que impulsa el trasport a través de la membrana peroxisomal.[15]
La funció principal de la proteïna ALDP és el transport peroxisomal d'àcids grassos de cadena molt llarga (very long-chain fatty acids, VLCFAs) des del citosol fins al lumen dels peroxisomes per la seva degradació mitjançant la β-oxidació.[16]
Respecte a l'activitat transportadora dependent d'ATP, també té una activitat tioesterasa d'acil-Coenzim A d'àcids grassos (ACOT). De manera que hidrolitza els VLCFA-coA en VLCFA abans del seu transport dependent d'ATP cap als peroxisomes, sent aquesta activitat ACOT essencial durant aquest procés de transport.[14]
A més a més, està involucrada en diversos processos: controla la fase activa de la mielinització en regular negativament l'activitat de l'elongació microsomal d'àcids grassos, i també pot jugar un paper crucial en el manteniment de l'axó i la mielina. Amb tot això, intervé en la resposta cel·lular a l'estrès oxidatiu en regular funcions mitocondrials com la fosforilació oxidativa i la despolarització mitocondrial. En darrera instància, modula la resposta inflamatòria en regular la β-oxidació peroxisomal dels VLCFA.[17]
Per tant, l'ALDP participa tant en la regulació dels VLCFA com del metabolisme energètic, concretament en la degradació i biosíntesi d'àcids grassos.[16]

Les quatre estructures de la proteïna ALDP orientades cap a l'interior presenten un canal obert al citosol amb mides variables. El substrat hexacosanoil-CoA (C26:0-CoA) s'uneix als dominis transmembrana (TMDs) i estimula l'activitat ATPasa dels dominis d'unió a nucleòtids (NBDs). El residu W339 de l'hèlix transmembrana 5 (TM5) és essencial per a la unió del substrat i per a l'estimulació de la hidròlisi d'ATP induïda pel substrat. L'ABCD1 un domini únic de bobina enrotllada (coiled-coil) al terminal C que modula negativament l'activitat dels NBDs. A més, l'estructura de la proteïna en l'estat orientat cap a l'exterior indica que les molècules d'ATP apropen els dos NBDs i obren els TMDs cap al lumen del peroxisoma per alliberar el substrat.[11]

Els VLCFAs requereixen una oxidació prèvia al peroxisoma abans de poder patir la β-oxidació als mitocondris. Aquest procés rep el nom de β-oxidació peroxisomal (Figura 5). Tot i que les seves reaccions són molt similars a les de la β-oxidació dels mitocondris, aquestes utilitzen diferents enzims catalítics, diferent cadena de transport d’electrons, i diferent orientació dels metabòlits.[18]
La ALDP transporta els VLCFAs des del citosol cap a l’interior del peroxisoma i aquests són activats per l’enzim VLCFA-CoA sintetasa, que afegeix un grup CoA gastant ATP, formant VLCFA-CoA (un acyl-CoA). Aquest patirà diferents oxidacions fins a arribar a Fatty acyl-CoA + Acetil-CoA.
L'enzim Acyl-CoA Oxidase 1 (ACOX1) deshidrogena el VLCFA-CoA, i dona com a producte un Enoyl-CoA. En aquesta recció també tindrà lloc la reducció d’un FAD a FADH2, de manera que aquest serveixi per reduir un O2 a H2O2 (a través de la seva oxidació a FAD). El producte d’aquesta reacció patirà una hidròlisi per l’enzim D-bifunctional protein (D-BP), que donarà com a producte un 3-hydroxyacyl-CoA. Es donarà una segona deshidrogenació per l’enzim D-bifunctional protein (D-BP) que donarà com a producte un 3-ketoacyl-CoA. A més, en aquesta reacció també es produirà la reducció d'un NAD+ a NADH+H+. Finalment, es dona una tiòlisi del 3-ketoacyl-CoA que pot ser catalitzada per 2 isoenzims, la CoA Acyltransferase 1 (ACAA1) i el Sterol carrier protin-x (SCP-X). Un d'aquests enzims catalitzarà el trencament de la molècula en un Fatty acyl-CoA i un Acetil-CoA (2 carbonis).[18]
Aquest procés es repetirà tantes vegades com calgui fins que el nombre de carbonis de la cadena sigui inferior a 18 fins a un mínim de 8 carbonis, un nombre que varia en funció del tipus de teixit. Això implica que es poden obtenir cadenes d’àcids grassos amb un rang d'entre 16 i 8 carbonis, tot i que també es poden obtenir altres longituds més petites en menys freqüència.

Com que la membrana peroxisomal és impermeable als èsters de CoA, el Fatty acyl-CoA no pot sortir directament del peroxisoma, per tant, haurà de patir una modificació per poder fer-ho. El Fatty acyl-CoA pot patir una conversió en Fatty acyl-Carnitina o ser alliberat com a àcid gras lliure per poder sortir del peroxisoma.[19]
Per ser transformat en Fatty acyl-carnitina, l'enzim carnitina acetiltransferasa peroxisomal transfereix el grup acil (R–CO-) des del CoA a la carnitina, formant un CoA lliure + Fatty acyl-carnitina. Per obtenir un àcid gras lliure, una tiolasa o acil-CoA hidrolasa allibera el Fatty acyl-CoA com a àcid gras lliure (R-COOH). Aquests dos productes si que podràn travessar la membrana peroxisomal cap al citosol per després ser introduïts al mitocondri.[19]
Si el producte entra com a àcid gras lliure aquest és activat per l’enzim acil-CoA sintetasa consumint ATP, transformant-lo en LCFA-CoA. Si entra com a Fatty acyl-carnitina l'enzim carnitina acetiltransferasa mitocondrial el tornarà a transformar de nou en LCFA-CoA consumint ATP. Un cop obtenim el LCFA-CoA ja es pot iniciar la β-oxidació mitocondrial. [19]
Un cop l’acyl-CoA ha estat activat, les reaccions del cicle de la β-oxidació tant peroxisomal com mitocondrial no consumeixen ATP pel fet que aquestes són energèticament favorables, per tant, només consumeix ATP en l’activació de l’acyl-CoA en les entrades del VLCFA al peroxisoma i de l’àcid gras lliure (R-COOH) o Fatty acyl-carnitina al mitocondri.
La proteïna ALDP es troba a la membrana dels peroxisomes cel·lulars, on forma part del sistema transportador de membrana.[20] S'ha vist que ALDP interactua amb la proteïna peroxina PEX19p, involucrada en la biogènesi peroxisomal. La interacció succeeix en una regió N-terminal interna de l'ALDP, que és important per a una correcta orientació peroxisòmica d'aquesta proteïna.[21]
La superfamília dels transportadors ATP binding cassette (ABC) està formada per proteïnes de membrana que participen en el transport d'una gran varietat de molècules a través de membranes biològiques. Els transportadors ABC estan formats per dues meitats homòlogues, cadascuna amb una regió que travessa la membrana, la qual conté múltiples segments transmembrana, i un domini d'unió a nucleòtids.[17]
Els gens ABC es classifiquen en set subfamílies (ABC1, MDR/TAP, MRP, ALD, OABP, GCN20, White).[22]
En els eucariotes, els transportadors ABC es poden trobar com a transportadors complets o com a mig transportadors, els quals s'han de dimeritzar per formar un transportador actiu. El transportador de resistència múltiple a fàrmacs (MDR) i el regulador de la conductància transmembrana de la fibrosi quística (CFTR) són exemples del primer cas, mentre que les proteïnes TAP1 i TAP2 són exemples del segon.[17]
En els mamífers, s'han identificat quatre proteïnes d'unió a ATP de la família de les ATP-binding cassette (ABC) que pertanyen a la subfamília D. Les proteïnes ABCD1, ABCD2 i ABCD3 es localitzen a la membrana peroxisomal i tenen un paper fonamental en el transport de diversos derivats de l'àcid gras-CoA cap als peroxisomes.[23]
L'ABCD4, en canvi, es troba a la membrana lisosomal i es creu que participa en el transport de la vitamina B12 dels lisosomes al citosol. No obstant això, encara no se sap amb precisió el mecanisme de transport exacte d'aquests transportadors ABC quan faciliten la importació o exportació del substrat.[23]
Pel que fa a la membrana del peroxisoma humà, s'han identificat quatre proteïnes mig transportadores ABC: la proteïna de membrana peroxisomal PMP70 (de 70 kDa), la proteïna ALDP, la proteïna P70R (relacionada amb la PMP70) i la proteïna ALDR (relacionada amb l'ALDP).[17]
Gen ABCD1
La proteïna ALDP és codificada pel gen ABCD1. Aquest gen està situat al cromosoma X, en la posició Xq28. Té aproximadament 21 kb, conté 10 exons i codifica un RNAm per la proteïna ALDP.[24]
El gen ABCD1 pertany a la família de gens de transportadors ABC, específicament, a la subfamília ALD, la qual participa en la importació d’àcids grassos i/o acil-coenzims A grasses al peroxisoma.
Almenys 5 polimorfismes de nucleòtic simples (SNP) han estat descrits d’aquest gen. Molts laboratoris han dut a terme anàlisis de mutacions en sèries molt àmplies de pacients amb la patologia X-ALD en diversos grups ètnics. De totes les mutacions, aproximadament el 55% són mutacions amb canvi de sentit (missense), el 27% per desplaçament del marc de lectura (frameshift), el 10% mutacions sense sentit (nonsense), el 4% petites delecions i insercions, i l’altre 4% grans delecions d’un o més exons.[24]
La mutació més freqüent consisteix en la deleció de dos nucleòtids que produeixen un codó prematur de parada en la posició 554. En conseqüència, es perd el domini ATP-binding en la proteïna ALDP, que es preveu que sigui inestable i inactiva.[24]
Els VLCFA són molt perjudicials i tòxics per a algunes cèl·lules i òrgans. Per raons que encara es desconeixen, el cervell, la medul·la espinal, els testicles i les glàndules suprarenals/adrenals són els principals òrgans afectats. La toxicitat dels VLCFA per a les cèl·lules de les glàndules adrenals provoca el seu deteriorament, el que causa una insuficiència suprarenal (malaltia d’Addison).[25]
Respecte al cervell, com que no es poden degradar els VLCFA, s’acumulen al citoplasma i especialment a les membranes cel·lulars dels oligodendròcits. Aquests s'encarreguen de formar les beines de mielina, pel fet que aquestes són molt riques en lípids.[26]
Quan els VLCFA són incorporats als fosfolípids de membrana, poden sorgir tres potencials problemes, els quals són:
Donat que la substància blanca està formada pels axons mielinitzats, la seva desmielinització els deixa desprotegits. Això produeix una pèrdua de velocitat conductora nerviosa, disfunció neuronal i finalment, la mort axonal, que comporta el deteriorament progressiu de la substància blanca (leucodistròfia).
Per tant, l'ALD (adrenoleucodistròfia) comporta el deteriorament de les glàndules adrenals (adreno-) i el deteriorament progressiu de la substància blanca del cervell (-leucodistròfia).
L'adrenoleucodistròfia (X-ALD), lligada al cromosoma X, és el transtorn peroxisomal hereditari més comú, causat per mutacions en el gen ALD, que codifica la proteïna ALDP. Tot i que també pot donar-se de forma molt menys freqüent durant la formació de l'òvul o de l'espermatozou.[17]
Aquesta malaltia afecta en gran part al gènere masculí. Al gènere femení, en canvi, se solen trobar afectacions i formes molt més lleus de l'afecció.[27]
El límit biològic perquè un àcid gras pugui patir el procés de β-oxidació al mitocondri és d’un màxim de 20 carbonis de llargada a la seva cadena. Tots aquells amb una cadena més llarga (VLCFA) han de ser sotmesos a una degradació prèvia a l’interior del peroxisoma. Gràcies a certs enzims específics, arribaran a assolir una longitud d'entre 16 i 8 carbonis per així poder ser oxidats al mitocondri.[28]
L'adrenoleucodistròfia (X-ALD) és caracteritzat per una acumulació anormal d'àcids grassos de cadena molt llarga, principalment a la substància blanca cerebral, a l'escorça suprarenal i als testicles. Una mutació en el gen ABCD1 és responsable d'aquesta condició, perquè desencadena una alteració en la funció transportadora dels àcids grassos de cadena molt llarga a l'interior dels peroxisomes de la proteïna codificant ALDP, impedint la posterior degradació dels VLCFA i la formació de cúmuls d'aquests tant en teixits com a la circulació.[29]
Els motifs de la regió d'unió a nucleòtids (NBF, nucleotide binding fold), Walker A, Walker B i 19-mer, són seqüències conservades a la meitat carboxil-terminal dels transportadors ABC. Les mutacions del gen ALD en pacients amb adrenoleucodistròfia tendeixen a agrupar-se dins o prop de la regió NBF, ja que l'alineament dels NBF procariotes i eucariotes revela diversos residus altament conservats.[17]
En funció del teixit i zona afectada existeixen 3 categories d'aquesta malaltia, però la que comporta més rellevància és la forma cerebral, que afecta el teixit nerviós i que es dona en nens d'entre 4 i 8 anys amb una esperança de vida màxima de deu anys a causa de la neurodegeneració progressiva, on la substància blanca del cervell es deteriora progressivament (leucodistròfia).[27]
Informasi ini disarikan dari Wikipedia dan disajikan kembali untuk tujuan edukasi. Konten tersedia di bawah lisensi CC BY-SA 3.0. Kami tidak bertanggung jawab atas ketidakakuratan data yang bersumber dari kontribusi publik tersebut.