Receptor da manosa 6-fosfato

Os receptores da manosa 6-fosfato (MPR) son glicoproteínas transmembrana que se encontran principalmente en membranas intracelulares (máis raramente na plasmática), que se unen e marcan encimas para o seu envío aos lisosomas por medio de vesículas do aparato de Golgi en vertebrados.

Os receptores da manosa 6-fosfato únense a hidrolases lisosómicas acabadas de sintetizar na rede trans-Golgi e entréganas en compartimentos prelisosómicos. Hai dus tipos de MPR, un de ~300 kDa e outro máis pequeno e dimérico, de ~46 kDa. O receptor meirande coñécese como receptor de manosa 6-fosfato independente de catión ou CI-MPR (CI significa independente de catión en inglés), mentres que o receptor pequeno, chamado CD-MPR (onde CD é dependente de catión), necesita catións divalentes para recoñecer eficazmente as hidrolases lisosómicas. Aínda que os catións divalentes non son esenciais para a unión de ligandos polo CD-MPR humano, mantívose a nomenclatura orixinal.

Ambos os tipos de receptores únense a residuos de manosa 6-fosfato terminais con similar afinidade (CI-MPR = 7 μM, CD-MPR = 8 μM) e teñen sinais similares nos dominios citoplasmáticos para o tráfico intracelular.

 Historia 

A Premio Nobel de 1988 Elizabeth Neufeld estaba estudando pacientes que tiñan nas súas células múltiples corpos de inclusión. Debido a esta gran cantidade de corpos de inclusión, chamou a esta condición enfermidade da célula I ou da célula con inclusións (I-cell disease), tamén chamada mucolipidose II. Estes corpos de inclusión representaban lisosomas que estaban cheos de material indixerible. Ao principio Neufeld pensou que estes pacientes debían ter unha carencia de encimas lisosómicos. Un estudo posterior mostrou que producían todos os encimas lisosómicos pero eran incorrectamente transportados dentro da célula, de modo que en vez de seren enviados aos lisosomas eran segregados ao exterior. Ademais, estes encimas enviados na dirección incorrecta non estaban fosforilados, como debería ser normal. Por tanto, Neufeld suxeriu que a enfermidade da célula I era causada por unha deficiencia nos encimas que engadían unha etiqueta ou marca específica de manosa 6-fosfato aos encimas lisosómicos para que estes puidesen ser dirixidos cara ao lisosoma.

Os estudos feitos sobre esta enfermidade levaron ao descubrimento dos receptores que se unen a esta etiqueta específica. Primeiramente, descubriuse o CI-MPR e illouse utilizando cromatografía de afinidade. Porén, os científicos descubriron que algúns dos encimas lisosómicos aínda conseguian chegar aos lisosomas en ausencia de CI-MPR. Isto conduciu á identificación doutro receptor de unión á manosa 6-fosfato, o CD-MPR, que se une ao seu ligando en prexenza de catións divalentes como o Mn2+.

Os xenes de cada un destes receptores foron clonados e caracterizados. Pénsase que evolucionaron a partir do mesmo xene ancestral, xa que presentan conservación nalgúns dos seus límites intrón/ exón e teñen homoloxía nos seus dominios de unión.

 Función 

A principal función dos MPR é enviar os encimas lisosómicos ao lisosoma.

 Mecanismo de recoñecemento de diana 

Os encimas lisosómicos sintetízanse no retículo endoplasmático rugoso xunto con outras proteínas secretoras. Unha etiqueta de recoñecemento específica evolucionou para impedir que estes encimas potencialmente nocivos sexan segregados fóra da célula e asegurar que son enviados aos lisososmas. Esta etiqueta ou marca é un residuo de mansosa 6-fofato.

Unha vez que o encima lisosómico é translocado ao retículo endoplasmático rugoso, un oligosacárido composto por Glc3Man9GlcNAc2 transfírese en bloque á proteína. O oligosacárido presente en encimas lisosómicos é procesado da mesma maneira que ocorre noutras proteínas secretorias mentres é translocado desde o retículo endoplasmático ao cis-Golgi.

No cis-Golgi unha N-acetilglicosamina (GlcNAc) fosfotransferase (EC 2.7.8.17) engade un residuo de GlcNAc-1-fosfato nun grupo 6-hidroxilo dun residuo de manosa específico do oligosacárido. Isto forma un fosfodiéster: Man-fosfato-GlcNAc. Unha ez que se formou o fosfodiéster o encima lisosómico será translocado a través do aparato de Golgi ao trans-Golgi. No trans-Golgi unha fosfodiesterase (EC 3.1.4.45) eliminará o residuo de GlcNAc deixando exposta a etiqueta de manosa 6-fosfato, o que permite que os encimas lisosómicos se unan ao CI-MPR e CD-MPR. O complexo MPR-encima lisosómico é translocado a un compartimento prelisosómico, chamado endosoma, por medio dunha vesícula revestida de clatrina que se desprende do Golgi. Esta desviación da vía secretora débese á presenza dun sinal específico para a clasificación de moléculas, que consiste nun motivo agrupamento ácido/dileucina, que hai nas colas citoplasmáticas dos MPR. Ambos os tipos de MPR únense aos seus ligandos de forma máis efectiva a  pH 6 – 7; o que capacita os receptores para unirse aos encimas lisosómicos no trans-Golgi e liberalos no ambiente ácido do endosoma. Unha vez que o encima se disociou do receptor da manosa 6-fosfato, é translocado desde o endosoma ao lisosoma, onde a etiqueta de fosfato é retirada do encima.

Os MPR non se encontran nos lisosomas, xa que circulan principalmente entre a rede trans-Golgi e os endosomas. O CI-MPR está tamén presente na superficie celular. Arredor do 10-20% dos CI-MPR poden encontrarse na membrana plasmática. A súa función alí é capturar calquera encima etiquetado con manosa 6-fosfato que entrase accidentalmente na vía secretora para saír fóra da célula. Unha vez que se une alí a un encima lisosómico o receptor é introducido dentro da célula rapidamente. Esta internalización está mediada por un sinal de clasificación de moléculas que se encontra na súa cola citoplásmica, un motivo YSKV (tirosina-serina-leucina-valina). Isto asegura que todos os potencialmente nocivos encimas lisosómicos sexan dirixidos cara ao lisosoma.

 Estudos en ratos knockout 

CI-MPR

Os ratos knockout que carecen de CI-MPR morren aos 15 días de xestación debido a hiperplasia cardíaca. O rato sofre este crecemento anormal porque é incapaz de regular os niveis de IGF-II (factor de crecemento similar á insulina tipo II). Pode evitarse a morte do rato se o alelo do IGF-II é tamén sometido a knockout. As análises posteriores dos embrións mostraron tamén que presentaban defectos na distribución dos encimas lisosómicos, xa que tiñan un nivel incrementado de encimas lisosómicos fosforilados no líquido amniótico. Aproximadamente o 70% dos encimas lisosómicos son segregados en ausencia de CI-MPR, o que suxire que o CD-MPR non pode compensar esta perda.

CD-MPR

Cando o CD-MPR é sometido a knock out en ratos observouse que os ratos parecían saudables excepto en que tiñan defectos na distribución de múltiples encimas lisosómicos. Estes ratos mostraban niveis elevados de encimas lisosómicos fosforilados no seu sangue e acumulaban material sen dixerir nos seus lisososmas.

A partir do estudo destes ratos knockout pódese deducir que son necesarios ambos os receptores para unha clasificación e distribución na célula eficiente dos encimas lisosómicos. Se comparamos os encimas lisosómicos que son segregados por dúas liñas célulares knockout diferentes atoparemos nelas distintos conxuntos de encimas. Isto suxire que cada MPR interacciona preferentemente cun subconxunto de encimas lisosómicos.

 Estrutura 

O CI-MPR e o CD-MPR son estruturalmente distintos, pero teñen unha estrutura xeral común, xa que ambos son proteínas integrais de membrana de tipo I. Ambos os receptores teñen un gran dominio extracitoplasmático N-terminal, un dominio transmembrana e unha curta cola citoplasmática C-terminal. Estas colas citoplasmáticas conteñen múltiples sinais para clasificar moléculas; algúns dos cales poden ser fosforilados ou palmitoilados.

 miniatura | 400px | Os primeiros tres dominios N-terminais (dominios 1, 2 e 3) do receptor de manosa 6-fosfato independente de catión co seu ligando unido. Imaxe xerada do arquivo PDB: = 1SZ0 1SZ0 usando PyMOL.

CI-MPR: O CI-MPR pesa ~300 kDa. O dominio extracitoplasmático N-terminal contén 15 dominios de recoñecemento de carbohidratos de tipo P contiguos. Estes denomínanse dominios MRH (de homoloxía do receptor da manosa 6-P). Os dominios son homólogos porque teñen:
 Un tamaño similar. Cada un ten uns 150 residuos de aminoácidos.
 Residuos de aminoácidos conservados, con entre o 14 e o 38% de identidade de secuencia.
 Posicións conservadas de 6 residuos específicos de cisteína que están implicados na formación de enlaces disulfuro.
Determinouse a estrutura de 7 dos 15 dominios por cristalografía de raios X, e parecen compartir un pregamento similar. O CI-MPR existe principalmente como dímero na membrana. Os dominios 3, 5 e 9 únense á manosa 6-fosfato. Os dominios 3 e 9 poden unirse á manosa 6-fosfato con alta afinidade. O dominio 5 só se une á manosa 6-fosfato con débil afinidade. Porén, o dominio 5 únese ao fosfodiéster Man-fosfato-GlcNAc. Este é un mecanismo de seguridade para a célula, o que significa que pode unirse a encimas lisosómicas que escaparon á acción dos encimas que eliminan o residuo de GlcNAc. Combinando estes tres dominios o CI-MPR pode unirse a unha ampla variedade de estruturas de glicanos fosforiladas. O dominio 11 únese ao IGF-II.

CD-MPR: O CD-MPR é moito máis pequeno que o CI-MPR, de só ~46 kDa. O seu dominio extracitoplasmático N-terminal contén só un dominio de recoñecemento de carbohidrato de tipo P. O CD-MPR está principalmente en forma de dímero na membrana plasmática, pero pénsase que existen tamén formas monómeras e tetrámeras. O equilibrio entre estes distintos oligómeros é afectado polo pH, a temperatura e a presenza de residuos de manosa 6-fosfato. Cada monómero forma un barril ß de 9 febras e pode unirse a un só residuo de manosa 6-fosfato.
miniatura | 400px | O receptor de manosa 6-fosfato dependente de catión co seu ligando unido. A esfera púrpura representa o catión, Mn2+. Imaxe xerada a partir do ficheiro PDB: = 1C39 1C39 usando PyMOL.

 Unión da manosa 6-fosfato 

O CI-MPR e o CD-MPR únese de maneira similar á manosa 6-fosfato. Ambos os dous forman un conxunto de enlaces de hidróxeno entre residuos de aminoácidos clave e grupos hidroxilo característicos no residuo de manosa. Os enaces de hidróxeno con grupos hidroxilo nas posicións 2, 3 e 4 fan que o sitio sexa específico só para a manosa.

Ambos os MPR comparten 4 residuos que son esenciais para a unión do ligando. A mutación de calquera destes residuos ten como resultado a perda da capacidade de unión coa manosa 6-fosfato. Estes residuos son glutamina, arxinina, ácido glutámico e tirosina e son responsables da formación dos enlaces de hidróxeno que toman contacto con grupos hidroxilo específicos do residuo de manosa.

Os encimas lisosómicos pode presentar unha ampla variedade de estruturas de N-glicano. Estes glicanos poden variar en:
 Tipo: estruturas híbridas ou altas en manosa.
 Tamaño. 
 Presenza de fosfomonoéster (manosa 6-fosfato) ou fosfodiéster (Man-fosfato-GlcNAc).
 Número de etiquetas de manosa 6-fosfato.
 Localización da etiqueta de manosa 6-fosfato.
O CI-MPR e o CD-MPR poden unirse a esta ampla gama de estruturas de N-glicano por teren unha diferente arquitectura do sitio de unión. Os MPR tamén se unen ao grupo fosfato dunha maneira lixeiramente diferente. O dominio 3 do CI-MPR usa a Ser-386 e unha molécula de auga ordenada para unirse ao residuo de fosfato. Por outra parte, o CD-MPR utiliza os residuos de Asp-103, Asn-104 e His-105 para formar enlaces de hidróxeno favorables co grupo fosfato. O CD-MPR tamén contén un catión divalente Mn2+, que forma enlaces de hidróxeno favorables co residuo de fosfato.

 CI-MPR e cancro 

Está ben establecido que o CI-MPR se une a manosa 6-fosfato pero hai evidencias crecentes que indican que o CI-MPR tamén se une a IGF-II non glicosilado. Pénsase que cando o CI-MPR está presente na membrana plasmática, o dominio 11 pode unirse a calquera IGF-II libre que haxa na matriz extracelular. O receptor é despois internalizado rapidamente, xunto co IGF-II, por medio dun motivo YSKV (tirosina-serina-leucina-valina) presenta na cola citoplasmática do CI-MPR. O IGF-II será despois dirixido ao lisosoma, onde será degradado. Isto regula o nivel de IGF-II no corpo.

Esta función do CI-MPR foi determinada utilizando ratos knockout. Observouse que os ratos deficientes en CI-MPR tiñan un nivel incrementado de IGF-II libre e órganos agrandados (cun 30% de aumento do seu tamaño normal). Estes ratos morrían aos 15 días de xestación debido á hiperplasia cardíaca. A morte dos ratos podía evitarse se tamén se sometía a knockout o alelo do IGF-II. Cando o CI-MPR e o alelo IGF-II eran sometidos ambos a knockout os ratos eran normais porque xa non había factor de crecemento que tivese que ser regulado.

Debido a esta capacidade dos CI-MPR de modular os niveis de IGF-II suxeriuse que pode xogar un papel como supresor de tumores. Estudos de moitos cancros humanos mostraron que a perda da fnción do CI-MPR está asociada cunha progresión da tumoroxénese. A perda de heterocigose no locus CI-MPR foi observada en moitos tipos de cancro, como o de fígado e de mama. Porén, este é un concepto relativamente novo e deben facerse aínda moitos máis estudos para investigar as relacións entre o CI-MPR e o cancro.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Bibliografía 






 Ligazóns externas 
 Imperial College Lectins Research Information
 UniProtKB/ Swiss-Prot entry for the human cation-independent mannose 6-phosphate receptor
 UniProtKB/ Swiss-Prot entry for the human cation-dependent mannose 6-phosphate receptor

Categoría:Receptores