APPENDICES

Las modificaciones postraduccionales contribuyen a generar la gran diversidad estructural y funcional de las especies proteicas, alterando su secuencia y sus grupos funcionales. Estas pueden ocurrir de forma enzimática o no enzimática.

1.1.1. Modificaciones postraduccionales enzimáticas

Existe una gran variedad de enzimas capaces de catalizar reacciones que añaden o eliminan grupos químicos en las proteínas modificando su función. Ejemplos son la fosforilación, la metilación o la acetilación, aunque hasta la fecha se conocen más de 100 tipos de modificaciones postraduccionales enzimáticas.

La fosforilación consiste en la adición de grupos fosfato en residuos de serina, treonina o tirosina, y es catalizada por quinasas. Esta reacción ocasiona un incremento de la carga negativa de la proteína. Es una modificación que está implicada en la regulación de las rutas de señalización celular (Day y col., 2016).

La metilación puede ocurrir en grupos amino de lisinas de la proteína, de forma que varios de estos grupos pueden incorporarse sobre el mismo

42

aminoácido (Lanouette y col., 2014). Esta modificación, catalizada por metil transferasas, es de especial importancia en la regulación de la expresión de genes. Además, la metilación del carboxilo terminal de las proteínas puede influir en su localización subcelular (Noguera-Salva y col., 2017).

La acetilación ocurre frecuentemente en la metionina del N-terminal de la proteína, aumentando su estabilidad, o en lisinas (Drazic y col., 2016). En el caso de las histonas, la acetilación de las lisinas puede interferir en su afinidad con el ADN. En esta reacción, el donador es el acetil coenzima A y puede ser una reacción enzimática, llevada a cabo por acetiltransferasas, o no enzimática (Verdin y Ott, 2015).

1.1.2. Modificaciones postraduccionales no enzimáticas

Algunas modificaciones postraduccionales pueden ocurrir sin la participación activa de enzimas. Las proteínas se encuentran en constante exposición a sustancias reactivas, tanto exógenas como endógenas, que pueden participar en su modificación.

El estrés oxidativo en condiciones fisiopatológicas se debe a la formación de especies reactivas de oxígeno y de nitrógeno (Tabla 1). Estas especies pueden dar lugar a la formación de productos de la peroxidación de lípidos como el malondialdehído, el propanal, el hexanal, el hidroxinonenal (HNE) y las prostaglandinas ciclopentenonas (Esterbauer y col., 1991; Benedetti y col., 1980) que pueden interaccionar con proteínas. En concreto, el HNE puede formar aductos de Michael (Sayre y col., 2006) o bases de Schiff (Aldini y col., 2015) con aminoácidos nucleofílicos como la lisina. Las prostaglandinas ciclopentenonas pueden modificar diversas proteínas, interaccionando principalmente con residuos de cisteína de proteínas Ras, de la glutatión-S-transferasa P1-1 (GSTP1-1) (Oeste y Pérez-Sala, 2014) o de las subunidades del factor de transcripción NF-κB (Pérez-Sala y col., 2003; Cernuda-Morollón y col., 2001), entre otras. También pueden interaccionar con compuestos con grupos tioles como el glutatión (GSH). En este caso, la

43

interacción entre las prostaglandinas ciclopentenonas y el GSH puede reducir la modificación de la GSTP1-1 (Gayarre y col., 2007).

Tabla 1: Resumen de las principales especies reactivas del oxígeno y del nitrógeno.

A su vez, las especies reactivas formadas pueden interaccionar directamente con las proteínas (Davies, 2016). Se conocen numerosas reacciones de especies reactivas con diferentes aminoácidos de las proteínas. Por ejemplo, el peróxido de hidrógeno puede interaccionar con la cisteína 34 de la albúmina (Regazzoni y col., 2013). El radical hidroxilo puede formar aductos con la glicina y la alanina de pequeños péptidos (L. Hawkins y J. Davies, 1998). El oxígeno singlete se puede unir a residuos de histidina, triptófano, metionina y

cisteína (Wilkinson y col., 1995).

Además de las modificaciones postraduccionales llevadas a cabo directa o indirectamente por las especies reactivas, las proteínas también se pueden modificar por sustancias exógenas como tóxicos ambientales o fármacos. En concreto, sustancias generadas en el ambiente por la oxidación de compuestos orgánicos como la acroleína, pueden formar aductos mediante adición de Michael en cisteínas de las proteínas (Cai y col., 2009). También compuestos químicos carcinógenos, como los epóxidos derivados de hidrocarburos poliaromáticos, forman aductos en grupos carboxílicos de la hemoglobina y la albúmina sérica (Tannenbaum y col., 1993). Además, las sustancias exógenas pueden inducir modificaciones postraduccionales

Especies reactivas del oxígeno y del nitrógeno

Radicales libres Especies reactivas no radicales

Superóxido O2.- Peróxido de

hidrógeno

H2O2

Hidroxilo OH- _{Hidroperóxidos ROOH}

Alcoxi RO Hipoclorito ClO-

Peroxi ROO Oxígeno singlete 1_O

2

Carbonato CO₃-

Peroxinitrito ONOO-

Óxido nítrico NO·

44

mediante mecanismos indirectos. Por ejemplo, los metales pesados presentes en el ambiente debido a la contaminación aumentan en el organismo los niveles de las especies reactivas del oxígeno (Shen y Dryhurst, 1998; Fowler y col., 2004) y, como consecuencia, se podrían producir las modificaciones anteriormente descritas. Los fármacos o sus metabolitos pueden modificar también diversos aminoácidos en proteínas. Una de las proteínas diana de fármacos mejor estudiada es la albúmina. Por ejemplo, la cisteína 34 de esta proteína se modifica por los antivirales abacavir y nevirapina y por sales de oro como las empleadas en el tratamiento de la artritis reumatoide (Meng y col., 2014; Meng y col., 2013; Talib y col., 2006).

En cuanto a las proteínas diana, las modificaciones no enzimáticas no ocurren de forma aleatoria: no todas las proteínas se modifican en la misma proporción, ni tampoco todos los residuos de una proteína. En general, las modificaciones afectan a residuos en los que se combina una especial reactividad (son altamente nucleofílicos), accesibilidad (para permitir la proximidad de la molécula que va a formar el aducto) y en muchos casos, un entorno determinado que favorece que se produzcan interacciones con los grupos químicos de la molécula reactiva y den estabilidad al complejo. De hecho, en ciertas proteínas existen residuos especialmente reactivos que pueden ser diana de numerosas modificaciones y se considera que desempeñan un papel "sensor" ante diversos tipos de estrés.

1.2. Importancia de las modificaciones postraduccionales en