Lisil oxidase - Lysyl oxidase
A lisil oxidase ( LOX ), também conhecida como proteína-lisina 6-oxidase , é uma enzima que, em humanos, é codificada pelo gene LOX . Catalisa a conversão de moléculas de lisina em aldeídos altamente reativos que formam ligações cruzadas em proteínas da matriz extracelular . Sua inibição pode causar osteolatirismo , mas, ao mesmo tempo, sua regulação positiva por células tumorais pode promover metástase do tumor existente, tornando-o maligno e canceroso .
Estrutura
Na cepa de levedura Pichia pastoris , a lisil oxidase constitui uma estrutura homodimérica . Cada monômero consiste em um sítio ativo que inclui um átomo de Cu (II) coordenado com três resíduos de histidina , bem como 2,4,5-trihidroxifenalanina quinona (TPQ), um cofator crucial .
Em humanos, o gene LOX está localizado no cromossomo 5 q23.3-31.2. A sequência de DNA codifica um polipeptídeo de 417 aminoácidos, os primeiros 21 resíduos dos quais constituem um peptídeo sinal, com um peso de aproximadamente 32 kDa. O carboxiterminus contém o íon cobre (II) ativo, lisina, tirosina e resíduos de cisteína que constituem o sítio cataliticamente ativo. A estrutura tridimensional da lisil oxidase humana ainda não foi resolvida.
Mecanismo
| proteína-lisina 6-oxidase | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Mecanismo Lox
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| Identificadores | |||||||||
| EC nº | 1.4.3.13 | ||||||||
| CAS no. | 99676-44-5 | ||||||||
| Bancos de dados | |||||||||
| IntEnz | Vista IntEnz | ||||||||
| BRENDA | Entrada BRENDA | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme view | ||||||||
| KEGG | Entrada KEGG | ||||||||
| MetaCyc | via metabólica | ||||||||
| PRIAM | perfil | ||||||||
| Estruturas PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Ontologia Genética | AmiGO / QuickGO | ||||||||
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O mecanismo da lisil oxidase ocorre através da modificação do grupo ε-amino de uma cadeia lateral de lisina . A enzima se enquadra na categoria de oxidases de amina de cobre contendo quinona , e a reação é altamente dependente do cofator lisil tirosilquinona (LTQ). O cofator LTQ é único entre as quinonas devido à sua estrutura orto / benzoquinona e carga neutra sob pH fisiológico. Isso pode ser contrastado com o quinocofator ubíquo semelhante TPQ, que existe como uma estrutura carregada negativamente em condições fisiológicas e inclui a funcionalidade de ressonância orto / para-carbonil.
LTQ é crucial na conversão catalisada por LOX de resíduos de lisina em α-aminoadipídico-δ-semialdeídos, geralmente referidos como alisinas . Na oxidação da lisina, a ε-amina é primeiro convertida em uma base de Schiff por meio da reação com LTQ. Enquanto o LTQ ainda está ligado ao substrato, a remoção de limitação da taxa do ε-próton produz um intermediário imina. A hidrólise subsequente da imina leva à liberação do produto aldeído, alisina. O oxigênio molecular e o íon de cobre são utilizados para reoxidar o cofator e produzir outra imina, produzindo peróxido de hidrogênio como subproduto. A hidrólise adicional libera amônia e o cofator original, completando o ciclo catalítico.
Função biológica
A lisil oxidase é uma enzima extracelular dependente de cobre que catalisa a formação de aldeídos a partir de resíduos de lisina em precursores de colágeno e elastina . Esses aldeídos são altamente reativos e sofrem reações químicas espontâneas com outros resíduos de aldeído derivados da lisil oxidase ou com resíduos de lisina não modificados. Isso resulta na reticulação do colágeno e da elastina, que é essencial para a estabilização das fibrilas de colágeno e para a integridade e elasticidade da elastina madura.
As ligações cruzadas complexas são formadas no colágeno ( piridinolinas derivadas de três resíduos de lisina) e na elastina ( desmosinas derivadas de quatro resíduos de lisina) que diferem na estrutura.
A importância da reticulação derivada da lisil oxidase foi estabelecida a partir de estudos em animais nos quais a lisil oxidase foi inibida por deficiência nutricional de cobre ou por suplementação de dietas com β-aminopropionitrila (BAPN), um inibidor da lisil oxidase. Isso resultou em latirismo , caracterizado por má formação e resistência óssea, pele hiperextensível, ligamentos fracos e maior ocorrência de aneurismas aórticos . Essas anormalidades se correlacionaram bem com a diminuição da ligação cruzada de colágeno e elastina.
No desenvolvimento, níveis reduzidos de lisil oxidase foram implicados na doença de Menkes e na síndrome do corno occipital , dois distúrbios recessivos ligados ao X caracterizados por uma mutação em um gene para transporte de cobre. Assim, a LOX não é apenas crucial para o desenvolvimento cardiovascular, mas também desempenha um papel importante no desenvolvimento do tecido conjuntivo e também pode ser importante na função neurológica.
A lisil oxidase também se mostrou crucial para o desenvolvimento do sistema respiratório e da pele, pois o colágeno e a elastina representam 50-60% da composição do pulmão e 75% da pele. Em modelos de duplo nocaute de LOX ( Lox - / - ), a função de LOX foi reduzida em até 80% e o fenótipo dos pulmões se assemelha ao de pacientes humanos com enfisema e vias aéreas distais dilatadas.
Finalmente, a lisil oxidase desempenha um papel crucial na etapa de comprometimento da formação de adipócitos , ou células de gordura, a partir de células- tronco pluripotentes durante o desenvolvimento. Sua ausência pode levar a defeitos na superfamília de proteínas do fator de crescimento transformador beta , que controla o crescimento e a diferenciação celular .
Significado clínico
A expressão de LOX é regulada por fatores indutíveis por hipóxia (HIFs) e, portanto, a expressão de LOX é frequentemente regulada positivamente em tumores hipóxicos de mama e de cabeça e pescoço. Pacientes com tumores com alta expressão de LOX apresentam sobrevida global pobre. Além disso, foi demonstrado que a inibição de LOX elimina metástases em camundongos. A LOX secretada é responsável pelas propriedades invasivas das células cancerosas hipóxicas por meio da atividade de cinase de adesão focal e da adesão célula a matriz. A LOX pode ser necessária para criar um nicho permissivo para o crescimento metastático e, portanto, pode ser necessária para a metástase induzida por hipóxia. Na verdade, pesquisas recentes mostraram a superexpressão de LOX como crucial para promover o crescimento tumoral e metástase em vários tipos de câncer, incluindo câncer de mama, câncer de pulmão de células não pequenas e câncer colorretal.
A expressão de LOX também foi detectada em megacariócitos, ou células da medula óssea responsáveis pela produção de plaquetas. Dados derivados de um modelo de camundongo de mielofibrose LOX implicado na fibrose da medula óssea.
Em um modelo de roedor de câncer de mama, uma pequena molécula ou inibidores de anticorpos de LOX aboliram a metástase. A LOX secretada por células hipóxicas de tumor de mama reticula o colágeno na membrana basal e é essencial para o recrutamento de células mielóides CD11b + . As células CD11b +, por sua vez, aderem ao colágeno reticulado e produzem metaloproteinase-2 da matriz , que cliva o colágeno, aumentando a invasão de células tumorais em metástase. Em contraste, a inibição de LOX impede o recrutamento de células CD11b + e o crescimento metastático.
Em células sem receptores de TGF-β, uma deficiência que é característica do câncer de pulmão , a lisil oxidase é encontrada em altas concentrações. A imunocoloração de LOX revelou que a expressão de LOX elevada está associada a uma extensão elevada de invasão de carcinoma em amostras obtidas de adenocarcinomas de pulmão removidos cirurgicamente . Além disso, a expressão de LOX é um indicador de sobrevida em 5 anos em pacientes, com 71% de chance de sobrevida para pacientes com baixos níveis de LOX, em comparação com 43% para pacientes com altos níveis de LOX. Assim, a regulação positiva da lisil oxidase é um preditor de mau prognóstico em pacientes com adenocarcinoma em estágio inicial.
A lisil oxidase foi recentemente implicada na angiogênese tumoral , ou formação de vasos sanguíneos , tanto in vivo quanto in vitro . Foi demonstrado que a LOX derivada de tumor subcutâneo aumenta a expressão e secreção do fator de crescimento endotelial vascular (VEGF), que então promove a angiogênese por fosforilação da proteína quinase B , ou Akt, através do receptor do fator de crescimento derivado de plaquetas β ( PDGFRB ). Altos níveis de LOX foram associados a alta densidade de vasos sanguíneos em amostras de pacientes. Os inibidores de LOX clinicamente relevantes podem ajudar a retardar a progressão do câncer, regulando negativamente os fatores de crescimento cruciais que promovem a progressão do tumor sólido.
Portanto, os inibidores da enzima LOX podem ser úteis na prevenção da angiogênese, progressão tumoral e metástase, bem como no tratamento de outras doenças fibróticas envolvendo a remodelação da matriz extracelular , incluindo doenças neurodegenerativas e cardiovasculares.
Veja também
Referências
Leitura adicional
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links externos
- Lisil + oxidase nos cabeçalhos de assuntos médicos da Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA (MeSH)
