Estudio de los mecanismos de inactivación oxidativa de la glutamina sintetasa humana

Abstract

La glutamina sintetasa (GS) es una enzima altamente conservada y ubicua. Esta cataliza la síntesis ATP-dependiente de glutamina a partir de glutamato y amonio. En vertebrados, la expresión de la GS se concentra en hígado, con un rol primordialmente metabólico, y en cerebro, donde participa en el ciclo glutamato-glutamina. Este último hace posible la eficiente detoxificación astrocitaria del glutamato excedente en las neurosinapsis, evitando fenómenos de excitotoxicidad, al tiempo que da lugar a un acoplamiento funcional entre astrocitos y neuronas, proveyendo a estas últimas con los precursores necesarios para la biosíntesis de sus neurotransmisores. En la literatura científica existen numerosos reportes de disminución en los niveles y/o en la actividad de la GS en cerebros post-mortem de pacientes humanos con patologías neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer, así como en los cerebros de modelos animales de dicha patología. En varios de estos estudios se correlacionó este fenómeno con la oxidación de la cadena polipeptídica enzimática, sugiriendo un mecanismo de inactivación oxidativa. A su vez, numerosos trabajos in vitro lograron replicar esta inactivación. Estudios previos en el Centro de Investigaciones Biomédicas lograron determinar que la inactivación oxidativa de la GS humana (HsGS) resulta de la acumulación de una multiplicidad de modificaciones oxidativas sobre diferentes aminoácidos, incluyendo la nitración de varias tirosinas. Esta Tesina de Grado fue planteada como una continuación de esta línea de investigación. En ella me propuse como objetivo principal evaluar el rol de la nitración de las tirosinas 171 y 283 de la HsGS, identificadas previamente como dianas preferenciales de modificación, en la inactivación oxidativa de la enzima por peroxinitrito (ONOO-), un poderoso agente nitro-oxidante endógeno, producto de la reacción entre el óxido nítrico (●NO) y el radical superóxido (O2●-). Este trabajo se llevó a cabo in vitro, utilizando formas recombinantes de HsGS wild-type (WT) y dos mutantes de la misma, en cada una de las cuales se sustituyó una de las dos tirosinas de interés por una fenilalanina, bloqueando la nitración en forma sitio-específica. Estudios de dicroísmo circular me permitieron constatar que las mutantes Y171F e Y283F son estructuralmente idénticas a la enzima WT. Por su parte, ensayos de actividad comparativos demostraron que HsGS Y171F presenta una sensibilidad exacerbada frente a inactivación por ONOO- , mientras que la posterior caracterización de la mutante tratada evidenció una alteración en el patrón de modificación oxidativa de su cadena polipeptídica. Se propone, entonces, que la nitración de la Tyr 171 podría ejercer un rol protector de la actividad enzimática, consumiendo parte de los radicales derivados del ONOO-, sin causar mayores perjuicios a la función de la HsGS. Por su parte, la mutante Y283F demostró ser igual de sensible que la enzima WT frente a inactivación oxidativa por ONOO-, aunque también se constataron cambios en su patrón de oxidación, con un incremento drástico de los niveles de nitración de la Tyr 288, muy cercana a la 283 en la estructura tridimensional de la enzima, sugiriendo la existencia de un mecanismo compensatorio. Los resultados obtenidos en el marco de esta Tesina buscan contribuir a una mayor comprensión de los mecanismos bioquímicos que conducen a la inactivación oxidativa de la HsGS tanto in vitro como in vivo. Esto cobra especial relevancia al considerarse que esta pérdida de actividad inducida por insultos nitro-oxidantes podría constituir un mecanismo fisiopatogénico relevante en el desarrollo de desórdenes neurodegenerativos de enorme prevalencia poblacional.