Mecanismos bioquímicos de la nitración de tirosinas en membranas: estudios con peroxinitrito y otros sistemas oxidantes

Abstract

La nitración de tirosinas es una modificación oxidativa postraduccional que ocurre en proteínas por reacciones del peroxinitrito y otras especies nitrantes derivadas del óxido nítrico. Este proceso está asociado a condiciones de estrés nitro-oxidativo en sistemas biológicos, y puede llevar a alteraciones en la estructura y función de proteínas. Hasta el presente, se han descrito mecanismos bioquímicos de nitración de tirosinas en sistemas acuosos, la mayoría de los cuales implican la participación de radicales libres, incluyendo el radical tirosilo. Sin embargo, un conjunto de proteínas nitradas en residuos de tirosina que han sido detectadas in vivo, están asociadas o incorporadas a biocompartimientos hidrofobicos como biomembranas o lipoproteínas. En este sentido, los mecanismos bioquímicos y determinantes fisico-quimicas que participan en la nitración de tirosinas asociadas a ambientes hidrofobicos pueden tener importantes diferencias con lo estudiado hasta el presente en sistemas acuosos, entre otros factores, porque en entornos hidrofóbicos existe una gran concentración de ácidos grasos insaturados que pueden competir por las especies nitrantes, y una exclusión de antioxidantes como el glutatión, que no se encuentran presentes en membranas y que por lo tanto no actúan inhibiendo la nitración como ocurre en fases acuosas; así como la relevancia de agentes nitrantes como el NO y NO2 que pueden fácilmente difundir hacia estos ambientes hidrofóbicos y concentrarse, favoreciendo las reacciones de nitración. Basado en estas consideraciones, en este trabajo de tesis hemos realizado un estudio exhaustivo de los mecanismos bioquímicos de nitración de tirosinas en sistemas modelo de membrana. Para ello, hemos utilizado sondas hidrofóbicas de tirosina en bicapas artificiales tales como, el análogo de bajo peso molecular BTBE (N-t-BOC tert butil ester L-tirosina) y péptidos hidrofóbicos de tirosina conteniendo 23 amino ácidos que fueron incorporados a liposomas de fosfatidilcolina. Los sistemas nitrantes y oxidantes utilizados en esta tesis fueron el peroxinitrito, un dador de radicales peroxilo, ABAP (2,2 '-azobis (2) amidinopropano cloruro de hidrógeno) e hidroperóxidos en presencia de hemina en ausencia y presencia de nitrito (NO2 -). Los resultados obtenidos indican que la nitración de tirosinas en membranas ocurre por mecanismos radicalares, con la formación intermediaria del radical tirosilo; en el caso del BTBE además de la nitración para formar 3-nitroBTBE, las reacciones con peroxinitrito llevaron a la formación de cantidades menores de el dímero 3,3´di-BTBE y del derivado hidroxilado 3-hidroxi BTBE. Mientras que el rendimiento de nitracion de BTBE en función de la concentración de peroxinitrito fue menor pero en el orden de lo observado en sistemas acuosos, el rendimiento de producto de dimerización fue mucho menor, en linea con una difusión limitada del radical tirosilo en la estructura organizada de la membrana. Por otra parte, la deteccion del derivado hidroxilado apoya el concepto de la homólisis de ONOOH a OH y NO2 en la superficie o en el interior de la bicapa. Se exploró el efecto de una serie de moléculas de relevancia biológica como atrapadores de radicales libres y metales de transición en los rendimientos de nitracion, siendo el resultado más contrastante con lo ocurrido en fases acuosas, el efecto del CO2, el cual inhibió la nitración del BTBE incorporado a liposomas, lo que se explica por la incapacidad del radical carbonato (CO3) de permear la membrana liposomal y oxidar por un electrón a la tirosina incorporada a la membrana. Un hallazgo particularmente importante de la tesis fue la observación que los procesos de nitracion de BTBE ocurrian tanto en liposomas conteniendo fosfolípidos con ácidos grasos saturados (ej. DLPC, 1,2-dilauril-sn-glicero-3-fosfocolina) como insaturados (ej. EYPC, fosfatidilcolina de yema huevo). Dada la alta abundancia de fosfolípidos y su reacción con radicales libres oxidantes para disparar procesos de lipoperoxidacion, exploramos de que manera los radicales lipídicos podrían influir en el proceso de nitracion. Los resultados indicaron que los radicales lipídicos peroxilo (LOO) son capaces de oxidar a la tirosina por un-electron para rendir radical tirosilo, y de esta manera alimentar el proceso de oxidación de tirosinas en membranas. En efecto, se logro la detección simultánea de los radicales tirosilo y lipídicos cuando se adicionó peroxinitrito a liposomas de PC conteniendo fosfolípidos insaturados y con BTBE incorporado. La constante de reaccion determinada para la reaccion entre radicales peroxilo lipídicos y la tirosina fue 4.800 M-1s-1. La conexión entre el proceso de lipoperoxidación y la nitración de tirosina fue confirmada por una serie de experimentos, entre los cuales destacamos la inhibición concomitante de ambos procesos a bajas tensiones de oxigeno y por la incorporación a liposomas de alfa-tocoferol. Finalmente, pudimos sintetizar, purificar y utilizar en un conjunto exploratorio de experimentos a péptidos hidrofóbicos de 23 camino ácidos conteniendo tirosina en distinta posición de la esctructura primaria y que se incorporan a traves de la membrana liposomal. Hemos demostrado la capacidad del peroxinitrito de nitrar los residuos de tirosina de estos péptidos, confirmando los resultados principales obtenidos con BTBE. En suma, esta tesis ha aportado a las bases bioquímicas y mecanísticas de la nitración de tirosina en proteínas asociadas a membranas.