The LM3 modelling exercise

El H2S es sintetizado en los tejidos de diversas especies incluido el hombre,

involucrando tanto vías enzimáticas como no-enzimáticas.

La síntesis enzimática de H2S, a partir de la L-cisteína, involucra la acción de dos

enzimas dependientes de la piridoxal-5’-fosfato, la cistationina γ–liasa (CSE) y la cistationina β–sintasa (CBS) y por una enzima independiente de la piridoxal-5’-fosfato, la 3-mercaptopiruvatosulfuro transferasa (3-MST) (Figura VIII) (Kolluru et al., 2013b; Shibuya & Kimura, 2013; Kimura, 2014). Los recientes avances en el estudio de la síntesis de H2S han permitido identificar una nueva vía de síntesis de H2S a partir de la D-

cisteína (Shibuya & Kimura, 2013; Shibuya et al., 2013). El proceso de síntesis de H2S, a

partir de la D-cisteína, involucra mecanismos diferentes a la síntesis de H2S a partir de la

L-cisteína y están íntimamente relacionados con las características del medio, por ejemplo, el H2S sintetizado a partir de la D-cisteína, requiere un pH de 7.4 y no es

L-cisteína, es óptimo a pH alcalinos y requiere la acción de enzimas dependientes de la piridoxal-5’-fosfato (Shibuya & Kimura, 2013).

L-cisteína D-cisteína L-homocisteína CBS CSE H2O CAT -cetoglutarato H2S H2S H2S DAO 3-mercaptopiruvato L-cistationina L-serina Trx, DHLA 3-MST piruvato

Figura VIII. Representación esquemática de las vías de síntesis de H2S endógeno. La CBS

cataliza la substitución del grupo β de la L-cisteína para formar H2S y L-cistationina. La CSE cataliza la hidrólisis de la L-cisteína para formar H2S y L-serina. La 3-MST sintetiza H2S a partir del 3-mercaptopiruvato, que se forma por acción de la cisteína aminotransferasa (CAT) y D- aminoacidoxidasa (DAO) a partir de la L-cisteína y D-cisteína, respectivamente. La tiorredoxina (Trx) y el ácido dihidrolipoico (DHLA), son cofactores reductores endógenos que facilitan la liberación de H2S del 3-mercaptopiruvato. Adaptado de (Shibuya & Kimura, 2013).

La expresión y regulación molecular de las enzimas de síntesis CBS, CSE y 3-MST depende del tipo de tejido u órgano. La CBS es la enzima que predomina en el SNC, hígado y riñón, pero también se ha identificado en el íleon, útero, placenta y en los islotes pancreáticos. Esta enzima cataliza la formación de H2S a través de una reacción

de eliminación del átomo del carbono β de la L-cisteína, formando H2S y L-cistationina.

La producción de H2S por mecanismos dependientes de la enzima CBS se incrementa

por acción de su activador alostérico, S-adenosilmetionina, y se inhibe en presencia de NO y CO (Kolluru et al., 2013b; Kimura, 2014).

La CSE es la principal enzima de síntesis de H2S en el sistema cardiovascular,

íleon, placenta y riñones. En el encéfalo esta enzima apenas se detecta, no siendo su actividad relevante para la síntesis de H2S en el SNC. En condiciones fisiológicas, la CSE

puede catalizar la síntesis de H2S a través de la escisión en β de la cisteína, formando

piruvato, amonio y el intermediario tiocisteína que, en presencia de otro tiol, se descompone para formar H2S. Sin embargo, debido a la baja concentración intracelular

relevante. Por otro lado, las altas concentraciones de homocisteína causados por la homocisteinemia dan lugar a reacciones de escisión en α,γ de la cisteína y de eliminación γ generando H2S. Siendo este proceso considerado la principal fuente de síntesis de H2S

endógeno (Kolluru et al., 2013a; Kimura, 2014).

El H2S pude además ser sintetizado por la actividad enzimática de la 3-MST. La 3-

MST se expresa en el hígado, riñones y sistema vascular. Esta enzima utiliza como sustrato el 3-mercaptopiruvato, formado a partir de la reacción de transaminación de la L-cisteína con α-cetoglutarato, catalizada por la cisteína aminotransferasa y a partir de la D-cisteína como resultado de la acción catalítica de la D-aminoacidoxidasa (Shibuya & Kimura, 2013; Shibuya et al., 2013; Kimura, 2014). A diferencia de las enzimas CBS y CSE, la 3-MST requiere la acción de cofactores reductores endógenos como la tiorredoxina y el ácido dihidrolipoico, para facilitar la liberación de H2S del 3-

mercaptopiruvato. Por esta razón, la enzima 3-MST no fue inicialmente reconocida como una enzima productora de H2S (Kabil & Banerjee, 2010; Kimura, 2014).

La sintesis de H2S, via mecanismos dependientes de la CSE, se incrementa con el

aumento de las concentraciones citosólicas. Así, se ha demostrado que la actividad catalítica de CSE pura se incrementa más del doble de los valores basales como consecuencia de la formación del Complejo Ca2+_{-calmodulina, sin embargo, el Ca}2+ _{o la}

calmodulina per se no influyen la síntesis de H2S (Yang et al., 2008; Kimura, 2014).

Una vez sintetizado, el H2S puede ejercer sus efectos directamente a través de su

interacción con diferentes moléculas de señalización intracelular, o ser almacenado, en cantidades muy bajas, y liberado más tarde en respuesta a una señal fisiológica. En los mamíferos, el H2S se almacena formando conexiones divalentes de sulfuro con

persulfatos o polisulfuros (Wang, 2012; Shibuya & Kimura, 2013). No obstante, el H2S

suele ser rápidamente metabolizado por diferentes vías. Así, dicho gas puede reaccionar con el tiol S-metiltransferasa, conduciendo a su metilación y formación de sulfuro de dimetilo y metanotiol (Barr & Calvert, 2014). El H2S puede además ser catabolizado por

desprotonación seguido de una oxidación mitocondrial, proceso que se produce en varios tejidos, como el encéfalo, el pulmón, el riñón y el intestino y que descompone el H2S en persulfato, sulfito, tiosulfato y sulfato (Kabil & Banerjee, 2010; Barr & Calvert,

2014). El sulfato formado de la oxidación de H2S corresponde a más del 70% del total de

sulfuro urinario (Kabil & Banerjee, 2010). El H2S también pude interaccionar con

hemoderivados que están íntimamente relacionados con la síntesis de CO (Barr & Calvert, 2014).