# Pappalisina-1

La pappalisina-1, també coneguda com a proteïna plasmàtica associada a l'embaràs, és una proteasa d'unió al factor de creixement similar a la insulina que codifica el gen PAPPA en humans.
Aquesta és un producte de la placenta i la decídua que es segrega al torrent sanguini de la mare mentre està embarassada. S'ha identificat com una proteïna d'unió a IGF (IGFBP)-4 proteasa que protelitza IGFBP-4 i, per tant, augmenta la biodisponibilitat d'IGF. L’activació de la via IGF es produeix quan els factors de creixement de la insulina es desancoren de IGFBPs (proteïnes d’ancoratge dels factors de creixement de la insulina) i posteriorment s’enllaçen amb els receptors d’IGF. A més, es pot trobar en fibroblasts humans, líquid fol·licular ovàric i cèl·lules de granulosa. Pel que fa a la mida, l'enzim associat a aquesta proteïna és un heterotetràmer d'uns 500 kDa.
La pappalisina-1, coneguda com a PAPPA, es va descobrir en 1972 com un antigen present en el plasma humà de l’embaràs sense funció o activitat coneguda.
Entre les seves funcions podem trobar la fertilitat, formació d’ossos, curació de ferides i inflamació.

## Introducció

A més d'ADAM/ADAMTS, MMP, astacines i serrylysines, les pappalisines pertanyen a una cinquena família de metzincines. Quan es va començar a investigar la PAPPA, es va veure que aquesta no pertanyia a les quatre subfamílies conegudes de la superfamília metzincina, fent que es crees una de nova anomenada les pappalisines.
Les proteïnes de l'embaràs com la PAPPA augmenten en plasma unes 150 vegades durant l'embaràs en comparació a quan no s'està embarassada. Quan un fetus amb síndrome de Down està present en el primer trimestre de l'embaràs, els nivells sèrics materns de PAPPA es redueixen significativament.

## Superfamília Metzincina: PAPPA

La superfamília metzincina és caracteritzada per la presència de dos motius (tres residus d'histidina representadas en HEXXHXXGXXH, importants per la unió del Zn (catalíticament essencial) i una metionina amb enllaç beta-1,4 qui forma part del "Met-turn") presents en les biomolècules PAPPA.
La superfamília metzincina engloba 80 proteïnes dins el genoma humà, entre les quals podem trobar la proteïna PAPPA, mentre que en els ratolins engloba 93. Aparentment, la complexitat d’aquestes proteïnes prové de les duplicacions donades en el procés evolutiu, específicament en moments previs a la partició del sarcopterigi-actinopterigi.
Dintre de les molècules PAPPA, trobem PAPPA1 i PAPPA2 on PAPPA2 no és capaç d'unir-se a IGFBP-4.

## Linatge biològic

Eukaryota; Metazoa; Chordata; Craniata; Vertebrata; Euteleostomi; Mammalia; Eutheria; Euarchontoglires; Primates; Haplorrhini; Catarrhini; Hominidae; Homo.

## Estructura

El gen PAPPA es troba al cromosoma 9, concretament a la ubicació 116153791 - 116402321 bq (Cytoband: q33.1). Aquest gen es transcriu una única vegada i té tres transcripcions.
La pappalisina-1 és una proteasa, i és determinada per una seqüència de 1542 aminoàcids. Conté 82 residus de cisteïna, que formen ponts disulfur. Aquestes interaccions són importants per a mantenir l'estructura tridimensional de la proteïna. Té 14 llocs possibles per a l'N-glicosilació i 7 per a la unió amb glicosaminoglicans. La part C-terminal conté aproximadament 5 motius de 60 residus cadascun que tenen breus repeticions de consens presents en les selectines i proteïnes del complement. Aquestes localitzacions estarien relacionades amb les interaccions amb altres molècules. Conté tres repeticions de la primera línia (LNR) i cinc repeticions de consens curtes i, per aquest motiu, la PAPPA es classifica a la classe III de SCR (short consensus repeat). La proteïna Pappalisina-1 es sitúa a la cara extracel·lular de la membrana plasmàtica, a l'espai extracel·lular (i no és secretada al flux sanguini). A més a més, la Pappalisina-1 té 1 lloc d'unió a un cofactor (Zn2+), és a dir, uneix un ió de zinc per cada subunitat de la proteïna.
El substrat principal de la PAPPA són les proteïnes d'unió al factor de creixement similar a la insulina (proteïna-4).

## Activitat Catalítica

Escissió de l'enllaç 135-Met-|-Lys-136 en la proteïna d'unió al factor de creixement similar a la insulina (IGFBP)-4, i l'enllaç 143-Ser-|-Lys-144 en IGFBP-5.

## Funció

PAPPA és una metaloproteinasa que interacciona amb IGFBP-4 i IGFBP-5. Aquestes interaccions resulten en la presencia de IGF, on l'ancoratge o interacció a IGFBP-4 es veu potenciat per la presència d’aquesta i l’ancoratge a IGFBP-5 es veu lleument inhibit per la presència de la Pappalisina-1.
La PAPPA genera la senyalització d'IGF a través de la unió de SCR3-4 (seqüència consens) a GAG (glucosaminoglicà) el qual podem trobar a la superfície cel·lular.
PAPPA codifica una metal·loproteïnasa secretada que trenca les proteïnes d'unió al factor de creixement bioactiu semblant a la insulina (IGFBP) per un sol lloc. Després de l'escissió d'IGFBP, els factors de creixement de la insulina es dissocien de les IGFBP i s'uneixen als receptors d'IGF, resultant en l'activació de la via IGF. L'absència d'escissió d'IGFBP-4 en fibroblasts embrionaris derivats de ratolins knockout PAPPA indica que la PAPPA funciona fisiològicament com una proteasa IGFBP-4. Les repeticions de Lin12-Notch (LNR) a la proteïna PAPPA s'uneixen a Ca2+ i són necessàries perquè PAPPA trenqui IGFBP-4, però no IGFBP-5.
La proteïna plasmàtica-A associada a l'embaràs (Pappalisina-1) s'expressa àmpliament en múltiples teixits, tot i haver sigut descoberta poc a proteïna associada a la placenta. Com a metal·loproteïnasa altament específica, la PAPPA s'uneix fortament als glicosaminoglicans presents a les superfícies cel·lulars. Per tant, la PAPPA funciona dins dels teixits com un enzim promotor del creixement mitjançant la separació de proteïnes d'unió al factor de creixement similar a la insulina (IGFBP), alliberant IGF bioactiva prop del receptor IGF.
L'activitat enzimàtica de la Pappalisina i el seu paper en l'eix PAPPA-IGFBP-4-IGF està subjecta a diverses regulacions, entre les quals hi ha la inhibició proteolítica de la Pappalisina-1(la qual pot estar causada per l'estaniocalcina-2 (STC2), les reaccions competidores que poden segrestar IGF d'IGFBP-4 (i per tant, l'activació d'IGF mediada per PAPPA anti-acció) i el control transcripcional.
La PAPPA humana recombinant (rh) és una proteasa activa que trenca IGFBP-4 i IGFBP-5. Aquest rhPAPP-A de longitud completa, que conté els cinc dominis de Sushi C-terminal, és aproximadament 9 vegades més actiu per a l'escissió d'IGFBP-5 que el rh PAPPA truncat terminalment C. La millora de l'expressió d'aquesta proteïna s'associa amb nefropatia diabètica en pacients humans i aquesta proteïna pot promoure la invasió tumoral i el creixement en diversos càncers humans. La funció proteolítica de PAPPA s'activa en unir-se al col·lagen. Es creu que està involucrat en processos proliferatius locals com ara la cicatrització de ferides i la remodelació òssia. S'ha suggerit un baix nivell plasmàtic d'aquesta proteïna com a marcador bioquímic per als embarassos amb fetus aneuploides (fetus amb un nombre anormal de cromosomes). Per exemple, la PAPPA baixa es pot veure habitualment en la detecció de la síndrome de Down. Els nivells baixos poden predir alternativament problemes amb la placenta, la qual cosa dona resultats en complicacions adverses com la restricció del creixement intrauterí, la preeclàmpsia, el desprendiment de la placenta, el part prematur o la mort fetal.

## Inhibició

PAPPA presenta diferències en funció de les seves unions per formar molècules. S'ha demostrat que la pappalisina-1 interactua amb les proteïnes bàsiques principals.
La pappalisina-1 pot és inhibida per part de la proMBP (proform de la proteïna bàsica major d'electròfils). ProMBP té la capacitat d'unir-se covalentment a PAPPA a través d'enlaços de disulfur, formant un heterotetròmer compost per dues PAPPA en enllaç covalent amb dues molècules de proMPB. Aquesta interacció entre PAPPA i proMBP és fonamental per regular l'activitat de PAPPA, ja que impedeix que talli lliurement l'IGFBP-4 en situacions no desitjades. Per altra banda, PAPPA també pot trobar-se sense estar associada a proMPB, formant un dímer amb una altra PAPPA (denominem aquest cas com homodímer). En aquest cas PAPPA es troba activa.
La STC2 (estanniocalcina-2) també s'ha classificat com un inhibidor de la PAPPA que impedeix la seva activitat proteolítica en un procés molt similar al del complex proMBP. El complex PAPP-A unit a STC2 és un conjunt altament flexible de múltiples dominis amb nombrosos contactes entre ells. Per a evitar la seva dissociació, el complex forma un enllaç de disulfur específic entre les subunitats de PAPPA i STC2. L'estructura d'aquest complex és important per a la seva funció en l'activació de vies com IGF i, poder desenvolupar agents farmacèutics que modifiquin la seva senyalització.

## Estudis sobre la Pappalisina-1 (PAPPA)

Estudis realitzats al Royal London Hospital al Regne Unit han demostrat que un marcador de la síndrome de Down es pot expressar durant el primer i el segon trimestre de l'embaràs. Les concentracions del gen de la proteïna plasmàtica associada a l'embaràs (PAPPA), així com altres marcadors, poden ajudar a detectar la síndrome de Down en les etapes inicials del període gestacional d'una dona.
A part d’estar relacionada amb la sínderome de Down, també està associada amb la nefropatia diabètica i pot provocar invasió i creixement tumoral tant com malalties associades a la placenta i el síndrome orofaciodigital VIII (OFD-8).
A més a més, gràcies a un estudi realitzat per Cheryl A. Conover i Laurie K. Bale sobre si la senescència indueix la secreció proteolíticament activa de PAPPA i l'associació amb vesícules extracel·lulars en preadipòcits (cèl·lules de mida petita de morfologia semblant un fibroblast) humans va demostrar que la Pappalisina-1 era proteolíticament activa a la superfície de vesícules extracel·lulars secretades per preadipòcits senescents. Com a resultat, van identificar la PAPPA com un component enzimàticament actiu del SASP preadipòcit humà. A la llum d'aquest reconeixement, la PAPPA s'hauria d'examinar més a fons com a potencial biomarcador de senescència i diana terapèutica per controlar la propagació de la senescència en el teixit adipós.
A banda dels estudis anteriors, també s'ha trobat indicis de que la Pappalisina-1 podria presentar algun vincle amb l'aparició d'alguns tipus de càncer, com el càncer de mama (la PAPPA es presenta com un predictor independent de la recurrència primerenca del càncer de mama en estat I i està associat a un fenotip agressiu), el càncer d'ovari (mitjançant l'ús d'una estratègia de lisi i transefrència cel·lular es va disminuir la senyalització del IGF i es va observar el creixement i la migració de cèl·lules de càncer d'ovari in vitro a més a més d'una alta expressió de la proteïna PAPPA, la qual es pensa que és la substància que va promoure el càncer d'ovari amb metastasis in vivo. Van descobrir que la bikunina, un inhibidor de la proteasa de tipus Kunitz, regula negativament l'expressió del ARNm de la PAPPA), i el càncer de pulmó (els nivells sèrics de PAPPA augmenten lleugerament en pacients amb aquest tipus de càncer).

## Referències

* 1 2 3 «UniProt». [Consulta: 27 octubre 2023].
* 1 2 3 «PAPPA Gene - Pappalysin-1». [Consulta: 21 octubre 2023].
* ↑ «Medical vocabulary: What does Pregnancy-Associated Plasma Protein-A mean». [Consulta: 28 octubre 2023].
* ↑ «220 - Pappalysin-1 (pregnancy-associated plasma protein-A)». [Consulta: 29 octubre 2023].
* 1 2 Conover, Cheryl A. «Key Questions and Answers about Pregnancy-Associated Plasma Protein-A». Trends in Endocrinology and Metabolism, 23, 5, 5-2012, pàg. 242–249. DOI: 10.1016/j.tem.2012.02.008. ISSN: 1043-2760. PMC: 3348390. PMID: 22463950.
* ↑ Stöcker, W.; Grams, F.; Baumann, U.; Reinemer, P.; Gomis-Rüth, F. X. «The metzincins--topological and sequential relations between the astacins, adamalysins, serralysins, and matrixins (collagenases) define a superfamily of zinc-peptidases.». Protein Science : A Publication of the Protein Society, 4, 5, 5-1995, pàg. 823–840. ISSN: 0961-8368. PMC: 2143131. PMID: 7663339.
* ↑ Huxley-Jones, Julie; Clarke, Toni-Kim; Beck, Christine; Toubaris, George; Robertson, David L. «The evolution of the vertebrate metzincins; insights from Ciona intestinalis and Danio rerio». BMC Evolutionary Biology, 7, 1, 17-04-2007, pàg. 63. DOI: 10.1186/1471-2148-7-63. ISSN: 1471-2148. PMC: PMC1867822. PMID: 17439641.
* ↑ «PAPPA pappalysin 1 [Homo sapiens (human) - Gene - NCBI]». [Consulta: 29 octubre 2023].
* ↑ «Protein structure - PAPPA - The Human Protein Atlas». [Consulta: 18 octubre 2023].
* ↑ Kristensen, T.; Oxvig, C.; Sand, O.; Møller, N. P.; Sottrup-Jensen, L. «Amino acid sequence of human pregnancy-associated plasma protein-A derived from cloned cDNA». Biochemistry, 33, 6, 15-02-1994, pàg. 1592–1598. DOI: 10.1021/bi00172a040. ISSN: 0006-2960. PMID: 7508748.
* ↑ Fialova, L.; Malbohan, I. M. «Pregnancy-associated plasma protein A (PAPP-A): theoretical and clinical aspects». Bratislavske Lekarske Listy, 103, 6, 2002, pàg. 194–205. ISSN: 0006-9248. PMID: 12448565.
* ↑ «UniProt». [Consulta: 21 octubre 2023].
* ↑ «Structure of the proteolytic enzyme PAPP-A with the endogenous inhibitor stanniocalcin-2 reveals its inhibitory mechanism». [Consulta: 22 octubre 2023].
* ↑ Bale, Laurie K.; Chakraborty, Suban; Conover, Cheryl A. «Inducible Reduction in Pregnancy-Associated Plasma Protein-A Gene Expression Inhibits Established Atherosclerotic Plaque Progression in Mice». Endocrinology, 155, 4, 4-2014, pàg. 1184–1187. DOI: 10.1210/en.2013-2110. ISSN: 0013-7227. PMC: 3959602. PMID: 24506074.
* ↑ Bale, Laurie K.; Conover, Cheryl A. «Disruption of insulin-like growth factor-II imprinting during embryonic development rescues the dwarf phenotype of mice null for pregnancy-associated plasma protein-A». The Journal of Endocrinology, 186, 2, 8-2005, pàg. 325–331. DOI: 10.1677/joe.1.06259. ISSN: 0022-0795. PMID: 16079258.
* ↑ Baxter, Robert C. «IGF binding proteins in cancer: mechanistic and clinical insights». Nature Reviews. Cancer, 14, 5, 5-2014, pàg. 329–341. DOI: 10.1038/nrc3720. ISSN: 1474-1768. PMID: 24722429.
* 1 2 Oxvig, Claus «The role of PAPP-A in the IGF system: location, location, location». Journal of Cell Communication and Signaling, 9, 2, 6-2015, pàg. 177–187. DOI: 10.1007/s12079-015-0259-9. ISSN: 1873-9601. PMC: 4458251. PMID: 25617049.
* ↑ «Recombinant Human Pappalysin-1/PAPP-A (aa 82-1627), CF» (en anglès). Biotechne. [Consulta: 17 octubre 2023].
* ↑ «PAPPA pappalysin 1 [Homo sapiens (human) - Gene - NCBI]». [Consulta: 27 octubre 2023].
* ↑ Claw, O.; Sand, O.; Kristensen, T.; . Gleich, G.J.; Sottrup-Jensen, L. «Circulating Human Pregnancy-associated Plasma Protein-A Is Disulfide-bridged to the Proform of Eosinophil Major Basic Protein.». Communication, 26-02-1993, pàg. 12243.
* ↑ Overgaard, M.T.; Sørensen, E.S.; Stachowiak, D.; Boldt, H.B.; Kristensen, L.; Sottrup-Jensen, L.; Oxvig, C. Complex of Pregnancy-associated Plasma Protein-A and the Proform of Eosinophil Major Basic Protein: DISULFIDE STRUCTURE AND CARBOHYDRATE ATTACHMENT SITES, 05-11-2002.
* ↑ Overgaard, Michael T.; Haaning, Jesper; Boldt, Henning B.; Olsen, Inger M.; Laursen, Lisbeth S. «Expression of Recombinant Human Pregnancy-associated Plasma Protein-A and Identification of the Proform of Eosinophil Major Basic Protein as Its Physiological Inhibitor». Journal of Biological Chemistry, 275, 40, 10-2000, pàg. 31128–31133. DOI: 10.1074/jbc.m001384200. ISSN: 0021-9258.
* ↑ Kobberø, Sara Dam; Gajhede, Michael; Mirza, Osman Asghar; Kløverpris, Søren; Kjær, Troels Rønn «Structure of the proteolytic enzyme PAPP-A with the endogenous inhibitor stanniocalcin-2 reveals its inhibitory mechanism» (en anglès). Nature Communications, 13, 1, 18-10-2022. DOI: 10.1038/s41467-022-33698-8. ISSN: 2041-1723.
* ↑ Zhong, Qihang; Chu, Honglei; Wang, Guopeng; Zhang, Cheng; Li, Rong «Structural insights into the covalent regulation of PAPP-A activity by proMBP and STC2» (en anglès). Cell Discovery, 8, 1, 22-12-2022. DOI: 10.1038/s41421-022-00502-2. ISSN: 2056-5968.
* ↑ Calabrese, G; Baldi, M; Fantasia, D; Teresa Sessa, M; Kalantar, M «Detection of chromosomal aneuploidies in fetal cells isolated from maternal blood using single‐chromosome dual‐probe FISH analysis» (en anglès). Clinical Genetics, 82, 2, 8-2012, pàg. 131–139. DOI: 10.1111/j.1399-0004.2011.01775.x. ISSN: 0009-9163.
* ↑ Wald, N.; Stone, R.; Cuckle, H. S.; Grudzinskas, J. G.; Barkai, G. «First trimester concentrations of pregnancy associated plasma protein A and placental protein 14 in Down's syndrome.». BMJ : British Medical Journal, 305, 6844, 04-07-1992, pàg. 28. ISSN: 0959-8138. PMC: 1882510. PMID: 1379094.
* ↑ Conover, Cheryl A.; Bale, Laurie K. «Senescence induces proteolytically-active PAPP-A secretion and association with extracellular vesicles in human pre-adipocytes». Experimental Gerontology, 172, 2-2023, pàg. 112070. DOI: 10.1016/j.exger.2022.112070. ISSN: 1873-6815. PMC: 9868105. PMID: 36549546.
* ↑ Mansfield, Aaron S.; Visscher, Daniel W.; Hart, Steven N.; Wang, Chen; Goetz, Matthew P. «Pregnancy-associated plasma protein-A expression in human breast cancer». Growth Hormone & IGF Research, 24, 6, 01-12-2014, pàg. 264–267. DOI: 10.1016/j.ghir.2014.10.007. ISSN: 1096-6374. PMC: PMC4308469. PMID: 25468445.
* ↑ Tanaka, Yoshiko; Kobayashi, Hiroshi; Suzuki, Mika; Hirashima, Yasuyuki; Kanayama, Naohiro «Genetic downregulation of pregnancy‐associated plasma protein‐A (PAPP‐A) by bikunin reduces IGF‐I‐dependent Akt and ERK1/2 activation and subsequently reduces ovarian cancer cell growth, invasion and metastasis» (en anglès). International Journal of Cancer, 109, 3, 10-04-2004, pàg. 336–347. DOI: 10.1002/ijc.11700. ISSN: 0020-7136.
* ↑ Bulut, Ismet; Gulcan, Erim; Coskun, Abdurrahman; Ciftci, Abdullah; Cetinkaya, Erdogan «Relationship Between Pregnancy-Associated Plasma Protein-A and Lung Cancer». The American Journal of the Medical Sciences, 337, 4, 4-2009, pàg. 241–244. DOI: 10.1097/maj.0b013e31818967a3. ISSN: 0002-9629.