TUTORIAL DE PROTEÍNAS

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CFTR

Genética

Se trata de una enfermedad autosómica recesiva que afecta a los pulmones, páncreas, hígado, glándulas sudoríparas, tubo digestivo y epidídimo. En su forma más común, una mutación de un aminoácido (falta una fenilalanina en la posición 508) conduce a un fallo del transporte celular y localización en la membrana celular de la proteína CFTR. Aunque se han descrito más de 1.500 mutaciones, la gran mayoría de las cuales son mutaciones puntuales o pequeñas delecciones (de 184 pares de bases). Menos del 1% de todas estas mutaciones descritas se deben a mutaciones en el promotor o a reorganizaciones cromosómicas.

El gen CFTR (acrónimo del inglés Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator, "regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística") está localizado en el brazo largo del cromosoma 7, en la posición 7q31.2, ocupando 180.000 pares de bases: más precisamente, desde el par 116.907.252 al 117.095.950 del cromosoma. Es un gen de gran tamaño, que posee 250 kb y que incluye 27 exones. Dicho gen fue uno de los primeros genes en ser localizado y secuenciado por mapeo genético.

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Este gen codifica la síntesis de una proteína integrada por 1.480 aminoácidos, que transporta iones cloruro a través de las células epiteliales, y que controla la regulación de otros transportadores. En las personas con fibrosis quística, aquella proteína está ausente o bien se encuentra en proporciones sensiblemente menores a las habituales. Debido a que el agua sigue, por ósmosis, a los iones cloruro, la ausencia de cloruro por la falla en su transporte da como resultado una repleción de agua y la producción de moco viscoso.

 

Estructura

La proteína tiene un peso molecular de 170,000 daltons y esta conformada por dos dominios transmembranales (MSD1 y MSD2), con seis subdominios transmembranales (TM), dos dominios enlazadores de nucleótidos (NBD1 y NBD2), un dominio regulador R. Se encuentra mayormente embebida en la membrana, que provee al canal o poro de intercambio de iones Cl- a través de ella. Cada MSD esta conformado por 6 hélices transmembranales y, aparte de los “giros” que intervienen entre las hélices TM 1 y 2 en el MSD1 y entre 7 y 8 en la posición correspondiente en el MSD2, poca mas del CFTR se presenta expuesta en la superficie exofacial de la membrana celular (Kopito, 1999).

 

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 Figura 1. Diagrama que muestra los cinco dominios de la CFTR (Sheppard 1999).

 

Figura 2. La proteína CFTR intacta forma un canal permeable de cloruro en la membrana externa de muchas células.

 

La estructura completa de la proteína CFTR todavía no se ha determinado experimentalmente. Esto es porque las proteínas de las membranas , como CFTR, con regiones substancialmente hidrofóficas son extremadamente difíciles de cristalizar, y la cristalografía de rayos x se puede realizar solo en proteínas cristalizadas.

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 Figura 3. Modelo teórico del dominio NBD1. Theoretical Model of NBD1. PDB ID 1NBD en la base de datos

Se han propuesto algunos modelos de la estructura de la proteína CFTR por comparación con otras proteínas conocidas como transportadores ABC. En el modelo de la figura 1 (arriba a la izquierda) la CFTR esta constituida de cinco dominios: dos dominios MSD1 y MSD2 que forman un canal de ion cloruro (Cl-), dos dominios de enlace con nucleótido (NBD1 y NBD2) que se unen al ATP (trifosfato de adenosina) y lo hidrolizan y un dominio de regulación (R). La eliminación (deleción) de la fenilalanina en la posición 508 (delta F508) es la causa más común de mutación, que ocurre en la secuencia de ADN que codifica el primer dominio que se une al nucleótido (NBD1).

Mientras que la mayoría de transportadores ABC consisten de cuatro dominios (dos que atraviesan la membrana y dos dominios de enlace con nucleótidos), la CFTR es la única que se conoce que posee un dominio regulador. Las modificaciones en el dominio regulador, ya sea por adición o remoción de grupos fosfato, se ha demostrado que controla el movimiento de iones cloruro a través de la membrana.

Todavía no hay estructuras completas de la proteína CFTR en la base de datos de proteínas en internet (Protein Data Bank, http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do), que es un archivo internacional de datos de estructuras moleculares, sin embargo, una estructura similar de un transportador ABC esta disponible en formato PDB. En septiembre de 2001, la revista Journal Science publicó un artículo sobre la estructura de rayos X de la proteína CFTR relacionada con proteínas ABC en E. Coli. El código de identificación de este archivo en la base de datos es 1JSQ. La base de datos contiene un archivo (1NBD) con la estructura basada en un modelo teórico del primero dominio de enlace a nucleótido (NBD1) Observe la figura 3. También hay un  archivo de NBD1 con ATP, 1R0X constituido por cuatro cadenas y una molécula de ATP en cada una de ellas.

La base de datos Protein Data Bank, también contiene estructuras sintéticas de péptidos (de 25 a 26 aminoácidos de largo) de la región de la hélice alfa que contiene la mutación delta F508. Las estructura de uno de estos péptidos es  1CKX.

 

Mutaciones en la fibrosis quística

Para ayudar en la comprensión de este tema, observe el video: Formación de Proteínas

Acerca del 70% de mutaciones observadas en pacientes con fibrosis quística resulta de la deleción de tres pares de bases en la secuencia del nucleótido de la CFTR. Esta deleción causa la pérdida del aminoácido fenilalanina localizado en la posición 508 de la proteína, así, esta mutación es referida como delta F508 o F508. Mirar figura 4.

 

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 Figura 4. La deleción deltaF508 es la causa más común de la fibrosis quística. La isoleucina (Ile) en la posición 507 permanece sin cambio debido a que tiene los códigos ATC y ATT.

 

Con la CFTR normal, una vez la proteína es sintetizada, es transportada al retículo endoplásmico (RE) y aparato de Golgi para procesamiento adicional antes de ser integrada en la membrana celular. Cuando la proteína CFTR con la mutación delta F508 llega al retículo endoplásmico, el mecanismo de control de calidad de este componente celular reconoce que esta proteína no tiene la conformación correcta y marca la proteína como defectuosa para su degradación. De esta manera, la delta F508 nunca llega a la membrana celular.

La personas que son homocigotos para la mutación F508 tienden a tener los síntomas más severos para la fibrosis quística debido a la pérdida crítica del transportador de iones cloruro. Esto altera el balance iónico de sodio y cloruro y crea una capa de moco denso y pegajoso que no puede ser removida por los cilios atrapando bacterias, resultando en infecciones crónicas. Mientras que el mecanismo que lleva a daño pulmonar no esta completamente comprendido, las enfermedades pulmonares es la causa más importante de morbilidad y mortalidad entre los pacientes de fibrosis quística.

 

Función

Los dominios transmembrana forman un "canal de cloro". Cuando se produce una fosforilación del dominio R y el ATP se uno a los 2 dominios NBF, el canal de cloro se abre y los iones Cl- salen de la célula.

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Hasta hoy se han descrito más de 400 anomalías moleculares del gen de la mucoviscidosis. La mutación más frecuente resposable de la mucoviscidosis es una deleción de 3 nucleótidos del exón 10 que supone la formación de una proteína a la que le falta el aminoácido 508. una fenilalanina. Esta mutación se localiza en el primer dominio NBF. En ausencia de Phe, el ATP no se une y esto altera el funcionamiento del canal de cloro: los iones Cl- se acumulan en el interior de las células y con ellos iones Na+. Por tanto, el agua queda retenida en el interior de las células. El moco secretado por estas células no contiene agua suficiente y es demasiado viscoso.

Además, la proteína CFTR con la mutación deltaF508 casi no se encuentra en la membrana. Un defecto en su maduración es el responsable de que se quede en el citoplasma en lugar de insertarse en la membrana celular.

A continuación se presentan dos modelos moleculares de canales de cloro y una animación del problema generado en el canal de cloro.

  1. canal de cloruro  

  2. canal de cloruro 2

 

 

 

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