ADP-ribosylation
durante muito tempo, acreditou-se que a função da coenzima NAD estava relacionada com o seu papel nas reacções redox. No entanto, nos últimos 20 anos, evidências experimentais sugeriram que NAD participa em eventos de ADP-ribossilação.
em NAD, a clivagem da ligação glicosídica entre o C1′ de ribose e o N11 de nicotinamida liberta nicotinamida e ADP-ribosil (Fig. 24.1). Isto pode ser ligado a uma variedade de moléculas aceitadoras. Numerosas reações NAD-dependentes para a transferência de ADP-ribose (ADP-ribosilação) são conhecidas; todas são de grande importância funcional.
Figura 24.1. ADP-ribose.
Mono-ADP-ribosilação. Nesta modificação pós-transferacional, o ADP ribosil do NAD é transferido para um resíduo aminoacílico (arginina, cisteína, asparagina ou histidina) de uma proteína aceitadora. Note-se que a ligação da ADP-ribosil nicotinamida à NAD é uma ligação energética elevada; sua ruptura fornece a energia que torna a reação possível. Mono-adenosinedifosfato-ribosil transferase (ART), inicialmente descrito em toxinas bacterianas e mais tarde em células eucarióticas, catalisa a reação.A toxina da cólera promove a transferência do mono-ADP-ribosil para a subunidade α da proteína Gs e activa-a. Isto leva à estimulação da adenilato ciclase, aumento dos níveis de AMP cíclico, e maior função dos canais de transporte iônico na membrana luminal dos enterócitos. Isto causa diarreia grave, um sintoma característico da infecção da toxina da cólera. A toxina pertussis (produzida pela bactéria que causa tosse convulsa) determina a ADP-ribosilação de resíduos de cisteinilo e liberta g de proteína do seu receptor. Toxina da difteria e Pseudomonas interrupção da síntese proteica por ADP-ribosilação do factor de alongamento 2 (EF2). Toxina de Clostridium ADP-ribosilatos moléculas de actina e impede a sua polimerização. Estas ações mostram que a mono-ADP-ribosilação influencia marcadamente a função da proteína modificada.No ser humano, várias enzimas de ADP-ribosilação foram reconhecidas. Alguns estão ancorados pelo glicosil-fosfatidilinositol na superfície externa da membrana plasmática (ectoenzimas) e outros estão dentro da célula (endoenzimas).
a descoberta de ectoenzimas que actuam sobre NAD localizadas dentro das células foi impressionante. Acredita-se que estas enzimas usam o NAD liberado no espaço intersticial por células lisadas; alternativamente, a existência de canais que permitem a saída de NAD através da membrana plasmática foi proposta. As ectoenzimas estão funcionalmente associadas à modulação da diferenciação dos miócitos e a outros processos associados às respostas imunitárias e inflamatórias, tais como quimiotaxia, recrutamento de neutrófilos, inibição da citotoxicidade das células T e adesão celular.As artes intracelulares estão envolvidas na regulação dos sistemas de transdução de sinais em que as proteínas G estão envolvidas e servem como substratos ART. A mono-ADP-ribosilação pode afetar a sinalização e promover vários efeitos celulares. A inibição da tradução de proteínas, a regulação do aparelho de Golgi e a função do citoesqueleto são resultado destas modificações pós-translacionais.
poli-ADP-ribosilação. This is another type of posttranslational modification catalyzed by poly-adenosinedifosfate-ribosyl polymerases (PARP). Dezoito genes PARP foram identificados, mas nem todas as enzimas codificadas por esses genes foram caracterizadas. O PARP liga-se inicialmente ao ADP-ribosil aos resíduos de glutamil ou aspartil na proteína aceitadora. Depois, continua a inserir moléculas de ADP-ribosilo, ligando-as linearmente por ligações glicosídicas de 1′
2′. A cada 40-50 unidades, os pontos de ramificação são criados na cadeia principal, inserindo ligações 1 ‘ 3′. PARP também pode sofrer auto-poli-ADP-ribosilação; um dos principais substratos de PARP é o próprio PARP.Os polímeros ADP-ribose são altamente electronegativos e afectam as propriedades da proteína modificada. O aumento da carga negativa proteica aumenta a repulsão da proteína ADP-ribosilada com outros polianiões, tais como o ADN.; ou atrai moléculas carregadas positivamente, como histonas.Entre as polimerases ADP-ribosil conhecidas, algumas estão localizadas no núcleo. O PARP – 1 e o PARP-2 são activados pela presença de locais clivados nas cadeias de ADN, aos quais a PARP se liga. Estes locais clivados geralmente ocorrem durante a replicação e reparação do DNA, ou podem ser causados por agentes externos. PARP-3, é frequentemente associado com o centrossoma e PARP-4 é associado com partículas de ribonucleoproteína. O PARP-7 e o PARP-10 estão envolvidos na ribossilação histona. Os TNKS e os TNKS-2 são também polimerases poli-ADP-ribosil e estão associados a telómeros.
the modification by poly-ADP-ribosylation of basic proteins, such as histones, alters DNA-histone interactions as well as intra – and internucleosome attractions, promoting a looser chromatin structure. Isso facilita o acesso ao DNA de enzimas envolvidas nos processos de replicação e reparação, incluindo helicase, topoisomerase, polimerase e ligase. O PARP-ADP-auto-poliribosilato tende a repelir as cadeias de DNA próximas à medida que sua carga eletronegativa aumenta, e finalmente se separa.
PARP associado a telómeros promove a actividade da telomerase no alongamento cromossómico. Além disso, a sua presença serve para repelir outras cadeias de ADN e prevenir anomalias, tais como translocações e fusões de recombinação end-to-end ou deletérios.
a Poli-ADP-ribossilação de algumas enzimas pode modificar a sua actividade; por exemplo, pode estimular a ligase do ADN e inibir a endonuclease, impedindo a degradação do ADN.
PARP está envolvido na regulação da estrutura cromatina, transcrição, replicação, reparação, manutenção da integridade do DNA e estimulação da ligase do DNA. A ausência ou diminuição da atividade do PARP leva à instabilidade do genoma.
PARP associado aos centrosomas contribui para uma separação ordenada dos cromossomas durante a mitose.
PARP também está envolvido na diferenciação celular e degradação proteica durante a morte celular programada (apoptose, Capítulo 32). Os mecanismos de Acção ainda não estão claramente compreendidos. A PARP mediata a apoptose através de sinais pró-inflamatórios. Controla a libertação do factor indutor da apoptose (AIF) das mitocôndrias. Estudos recentes também mostraram uma relação entre poli-ADP-ribosilação e poliubiquitinação em proteínas de rotulagem para degradação.
em casos de estresse celular, a sobreativação de PARP pode levar à depleção de NAD e ATP, com consequências devastadoras para a célula que termina em necrose celular.
estudos em animais de laboratório demonstraram que as condições isquémicas, no cérebro e no coração, sob choque séptico, ou os processos inflamatórios graves melhoram quando a PARP é inibida. É provável que estas observações tenham aplicação clínica; no entanto, o desafio da redução da atividade da ADP-ribose polimerase levando à desestabilização do genoma, acumulação de mutações e, eventualmente, à transformação maligna (carcinogênese), deve ser resolvido primeiro.Os polímeros ADP-ribose são degradados pela Poli-ADP-ribose glicohidrolase, que liberta ADP-ribose livre. Uma ADP-ribose lyase liberta a primeira unidade ligada à proteína. A pirofosfatase separa a AMP e o fosfato de ribose.
desacetilação NAD-dependente. Existe uma família proteica de deacetilases nad-dependentes chamadas sirtuinas, que libertam o grupo nicotinamida do NAD e utilizam acetato separado das proteínas como um aceitador de ADP-ribosil para formar 2′-o-acetil-ADP-ribose. Esta atividade foi observada pela primeira vez na levedura e foi designada com o acrônimo SIR (silent information regulator); mais tarde também foi demonstrada no nemátodo Caenorhabditis elegans e na Drosophila melanogaster. Sua ação aumenta o tempo de vida desses organismos, particularmente em condições onde os nutrientes no meio são restritos.Sirtuins (sait) é uma família de sete membros proteicos (sait-1 a sait-7), que pode ser considerada uma variante das ADP-ribosilases. Eles usam diversos substratos, tais como histonas, proteína p53, fatores de transcrição, fator Nuclear kB, e outros. Por exemplo, a deacetilação histona induz uma estrutura mais compacta da cromatina, que promove o silenciamento genético e protege áreas críticas de cromossomas, como telómeros e centrosomas. A desacetilação da proteína p53 é importante para a estabilidade genômica; ela controla o ciclo celular, reparo de DNA e apoptose. A desacetilação de p53 aparentemente aumenta a sua estabilidade bloqueando a ubiquitinação.
SIRT 1 está envolvido no metabolismo energético, na resposta ao stress oxidativo, na senescência celular e na protecção dos endotélios vasculares e dos nervos em diferentes condições patológicas.A nicotinamida libertada das desacetilações dependentes da NAD actua como um potente inibidor da actividade da sirtuina, contribuindo para a sua regulação.
uma vez que a acção das sirtuinas contribui para o prolongamento da vida em alguns organismos, considerou-se que era um factor de prolongação geral. No entanto, ainda não existem provas suficientes para extrapolar estes resultados para animais mais elevados.Acredita-se que a manutenção dos níveis normais de poli-PARP polimerases e sirtuinas nas células pode prevenir ou atrasar a carcinogénese e distúrbios relacionados com o envelhecimento.O produto 2 ‘ – o-acetil-ADP-ribose, resultante da actividade da sirtuina, funciona como segundo mensageiro.Reacções que não estão relacionadas com a modificação pós-transferacional das proteínas, mas que podem ser consideradas variantes da ADP-ribosilação, geram compostos com uma acção fisiológica importante: ADP-ribose cíclica e ácido nicotínico-ADP-ribose-fosfato (NAADP) (ver P. 669).