EGLN1 - EGLN1
O fator indutível por hipóxia prolil hidroxilase 2 (HIF-PH2), ou proteína 2 contendo o domínio de prolil hidroxilase (PHD2), é uma enzima codificada pelo gene EGLN1 . É também conhecido como Egl nine homólogo 1 . PHD2 é uma hidroxilase dependente de α-cetoglutarato / 2-oxoglutarato , uma superfamília não heme de proteínas contendo ferro. Em humanos, o PHD2 é uma das três isoformas do fator prolina dioxigenase induzível por hipóxia , também conhecida como HIF prolil-hidroxilase .
A resposta à hipóxia
O HIF-1α é um fator de transcrição onipresente, sintetizado constitutivamente, responsável pela regulação positiva da expressão de genes envolvidos na resposta celular à hipóxia . Esses produtos gênicos podem incluir proteínas, como enzimas glicolíticas e fatores de crescimento angiogênicos . Na normóxia, as subunidades alfa do HIF são marcadas para a via de degradação da ubiquitina-proteassoma por meio da hidroxilação de prolina -564 e prolina-402 por PHD2. A hidroxilação de prolil é crítica para promover a ligação de pVHL a HIF, que tem como alvo HIF para poliubiquitilação.
Estrutura
PHD2 é uma enzima de 46 kDa que consiste em um domínio N-terminal homólogo aos domínios MYND de dedo de zinco e um domínio C-terminal homólogo às dioxigenases 2-oxoglutarato . O domínio catalítico consiste em um núcleo de hélice β de fita dupla que é estabilizado por três hélices α compactadas ao longo da folha β principal. O sítio ativo, que está contido na bolsa entre as folhas β, quela o ferro (II) por meio da coordenação da histidina e do aspartato. O 2-oxoglutarato desloca uma molécula de água para ligar o ferro também. O sítio ativo é revestido por resíduos hidrofóbicos , possivelmente porque tais resíduos são menos suscetíveis a danos oxidativos potenciais por espécies reativas que vazam do centro de ferro.
PHD2 catalisa a hidroxilação de dois locais em HIF-α, que são denominados o domínio de degradação dependente de oxigênio N-terminal (resíduos 395-413, NODD) e o domínio de degradação dependente de oxigênio C-terminal (resíduos 556-574, CODD). Esses dois substratos de HIF são geralmente representados por peptídeos de 19 aminoácidos em experimentos in vitro . A cristalografia de raios-X e a espectroscopia de RMN mostraram que ambos os peptídeos se ligam ao mesmo sítio de ligação no PHD2, em uma fenda na superfície do PHD2. Um mecanismo de ajuste induzido foi indicado a partir da estrutura, em que os resíduos 237-254 adotam uma conformação em malha fechada, enquanto na estrutura sem CODD ou NODD, os mesmos resíduos adotaram uma conformação tipo dedo aberto. Tal mudança conformacional foi confirmada por espectroscopia de RMN, cristalografia de raios-X e cálculos de dinâmica molecular. Um estudo recente encontrou um segundo sítio de ligação de peptídeo em PHD2, embora a ligação de peptídeo a este sítio alternativo não pareça afetar a atividade catalítica da enzima. Mais estudos são necessários para compreender completamente o significado biológico deste segundo sítio de ligação de peptídeo.
A enzima tem alta afinidade pelo ferro (II) e 2-oxoglutarato (também conhecido como α-cetoglutarato) e forma um complexo de longa vida com esses fatores. Foi proposto que as concentrações de co-substrato e ferro aumentam as hidroxilases de HIF para responder a uma "janela hipóxica" apropriada para um tipo de célula ou tecido específico. Estudos revelaram que o PHD2 tem um K M de dioxigênio ligeiramente acima de sua concentração atmosférica, e o PHD2 é considerado o sensor mais importante do status de oxigênio da célula.
Mecanismo
A enzima incorpora um átomo de oxigênio do dioxigênio no produto hidroxilado e um átomo de oxigênio no coproduto succinato . Suas interações com o HIF-1α dependem de uma região de alça móvel que ajuda a encerrar o local de hidroxilação e ajuda a estabilizar a ligação do ferro e do 2-oxiglutarato. Um mecanismo de regulação de feedback que envolve o deslocamento do HIF-1α pelo HIF-1α hidroxilado quando o 2-oxoglutarato é limitante também foi proposto.
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Papel biológico e relevância da doença
O PHD2 é o regulador primário dos níveis de estado estacionário do HIF-1α na célula. Um knockdown de PHD2 mostrou níveis aumentados de HIF-1α sob normóxia e um aumento no acúmulo nuclear de HIF-1α e transcrição dependente de HIF. A acumulação de HIF-1α em estado estacionário era dependente da quantidade de silenciamento de PHD efetuado por siRNA em células HeLa e uma variedade de outras linhas de células humanas.
No entanto, embora pareça que PHD2 infrarregula HIF-1α e, portanto, também tumorigênese, tem havido sugestões de papéis paradoxais de PHD2 na proliferação tumoral . Por exemplo, um estudo animal mostrou redução do tumor em camundongos deficientes em PHD2 por meio da ativação da sinalização antiproliferativa de TGF-β . Outros modelos in vivo mostraram atividade supressora de tumor para PHD2 no câncer de pâncreas, bem como no câncer de fígado . Um estudo de 121 pacientes humanos revelou PHD2 como um forte marcador de prognóstico no câncer gástrico , com pacientes PHD2-negativos tendo sobrevida reduzida em comparação com pacientes PHD2-positivos.
Estudos recentes de associação do genoma sugeriram que EGLN1 pode estar envolvido no fenótipo de baixo hematócrito exibido pela população tibetana e, portanto, que EGLN1 pode desempenhar um papel na adaptação hereditária dessa população para viver em grandes altitudes.
Como um alvo terapêutico
O importante papel do HIF como mediador homeostático implica o PHD2 como um alvo terapêutico para uma variedade de distúrbios relacionados à angiogênese, eritropoiese e proliferação celular. Tem havido interesse em potencializar e inibir a atividade de PHD2. Por exemplo, a inibição de HIF-1α por metilselenocisteína (MSC) levou à inibição do crescimento tumoral no carcinoma de células renais de uma maneira dependente de PHD. Acredita-se que esse fenômeno dependa da estabilização do PHD, mas os detalhes mecanicistas desse processo ainda não foram investigados. Por outro lado, telas de quelantes de pequenas moléculas revelaram hidroxipironas e hidroxipiridonas como inibidores potenciais para PHD2. Recentemente, descobriu-se que os diidropirazóis, uma pequena molécula à base de triazóis, são um potente inibidor de PHD2 que é ativo tanto in vitro quanto in vivo . Peptídeos análogos de substrato também foram desenvolvidos para exibir seletividade inibidora para PHD2 sobre o fator de inibição de HIF (FIH), para o qual alguns outros inibidores de PHD mostram especificidade de sobreposição. Gasotransmissores, incluindo monóxido de carbono e óxido nítrico, também são inibidores de PHD2, competindo com o oxigênio molecular pela ligação ao íon Fe (II) do sítio ativo.
Referências
Leitura adicional
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