Metaloproteasa – Desintegrinas (A Disintegrin And Metalloprotease -ADAM´s)

Los fenómenos de adhesión célula – célula, de adhesión célula – matriz y la proteólisis de la matriz extracelular son vitales para el desenvolvimiento normal de procesos como la morfogénesis tisular, la cicatrización de heridas, y en procesos patológicos como la invasión de células tumorales y la metástasis (Gould y cols, 1990; Wolfsberg y cols, 1995). Estos fenómenos se encuentran mediados por proteínas de adhesión de superficie celular, tales como las cadherinas, la superfamilia de las inmunoglobulinas, las selectinas, las integrinas y sindecans. Los receptores citoadhesivos conocidos como integrinas, conforman una superfamilia de moléculas heterodiméricas del tipo transmembrana, entre las que se encuentran, el receptor de fibrinógeno en la plaqueta llamado glicoproteína GPIIb/IIIa y los receptores de vitronectina y fibronectina, en la célula endotelial (Gould y cols, 1990). Otro grupo de proteínas involucradas son moléculas ancladas a la superficie de la membrana, las cuales se encuentran representadas por las metaloproteasas de matriz de membrana. Entre las proteasas acopladas a la matriz de la membrana, se encuentran aquellas que contienen un dominio metaloproteasa y un dominio desintegrina, codificadas por la familia de genes conocidos como ADAM´s (A Disintegrin And Metallorpotease) (Wolfsberg y cols, 1995). Esta familia de moléculas está formada por un significativo número de proteínas, que desempeñan diversos tipos de funciones en gran variedad de células. Su característica principal es la presencia de la secuencia tripeptídica conservada RGD (arginina-glicina-aspárico), que forma el sitio común de reconocimiento de las integrinas. Entre las moléculas con este tipo de dominio de reconocimiento, se encuentra un representativo número de ligandos proteicos de alto peso molecular como laminina, colágeno, el factor von Willebrand, la trombospondina, el fibrinógeno y la molécula C3bi del complemento (Gould y cols, 1990). Además de estas moléculas de alto peso molecular, también se han identificado otras proteínas, estas de bajo peso molecular, pero provenientes de algunos veneno de serpiente como Agkistrodon halys y A.rhodostoma, Trimeresurus gramineus y Echis carinatus (Gould y cols, 1990). Blobel, (1992) refiere que los primeros miembros de la familia de proteínas solubles pertenecientes a las desintegrinas, moléculas capaces de interrumpir la interacción célula – matriz, fueron descritos en los venenos de serpientes, específicamente la tigramina, aislada a partir del veneno de la serpiente Trimeresurus gramineus. La primera proteína integral de membrana descrita que contiene un dominio desintegrina fue la HP-30, presente en esperma de cerdo de guinea, con una importante función en el proceso de fusión entre el óvulo y el espermatozoide. Es una glicoproteína de naturaleza heterodimérica (subunidades y ß), cuyas subunidades se encuentran evolutivamente relacionadas. HP-30 posee un sitio potencial de fusión de péptido, mientras que HP-30ß contiene el dominio desintegrina, siendo esta, entonces la primera proteína integral de membrana en la cual se describe la presencia de la secuencia RGD (Blobel y cols, 1992).

La estructura básica de las ADAM´s está filogenéticamente bien conservada y los cambios estructurales son el producto de las funciones propias de cada proteína (Yamamoto y cols, 1999). Así por ejemplo, las ADAM designadas desde uno (1) hasta siete (7) se expresan, de manera principal, en órganos reproductores, jugando su papel durante la espermatogénesis y la fusión esperma – óvulo (Wolfsberg y cols, 1995; Yamamoto y cols, 1999), y donde cada una es expresada durante distintas etapas del proceso espermatogénico. ADAM 9, por su parte, también llamada MDC9 (Metalloprotease-like, Disintegrin-like Cysteine rich), ha sido descrita en varios tipos de órganos, entre los cuales se encuentran los pulmones y glándulas mamarias, pudiendo tener relación con el desencadenamiento de señales de transducción. Otra proteína referida es la ADAM 11, que se encuentra en células de órganos reproductores y no reproductores, mientras que ADAM 12 y 19, llamadas Meltrinas y ß respectivamente, se localizan en musculatura embrionaria y de estados neonatales y tejido óseo de embriones y adultos (Yamamoto y cols, 1999). Por otra parte, Yamamoto (1999) refiere que ADAM 17, conocida como TACE (Tumour necrosis factor Alfa Converting Enzyme) y ADAM 10, conocida como MADAM (bovine Mammalian A Metalloprotease-And Disintegrin), cumplen funciones importantes en la procesamiento de la forma acoplada a la superficie celular del precursor del factor de necrosis tumoral (TNF-) para liberar la forma madura de la citoquina.

Aún cuando las ADAM´s poseen secuencias diferentes a otras proteasas o moléculas de adhesión ancladas a membrana, se encuentran relacionadas con los dominios presentes en una familia de proteínas solubles de venenos de serpiente conocidas como Metaloproteasas de venenos de serpiente (SVMP´s: Snake Venom MetalloProteases) (Wolfsberg y cols, 1995; Yamamoto y cols, 1999).

Todas las proteínas pertenecientes a la familia de las ADAM contienen un dominio del tipo metaloproteasa, el cual es similar al encontrado en las SVMP´s dependientes de Zn+2, pero, a través de análisis de secuencia realizados a ambos tipos de proteínas se ha encontrado que a diferencia de las SVMP´s, solo algunos de estos dominios en las ADAM´s son proteolíticamente activos (Wolfsberg y cols, 1995). Estos autores también refieren que los dominios metaloproteasa de las SVMP´s poseen una secuencia consenso en su sitio activo HEXGHNLGXXHD, en donde, los tres residuos de His forman el sitio de unión para Zn+2, el residuo de Gly permite la formación de un giro, y finalmente el residuo de ácido glutámico (E) conforma el sitio catalítico. Por otra parte, los dominios tipo metaloproteasa de las ADAM´s 1, 8, 9 y 10 presentan residuos de sitios activos tipo SVMP´s, manteniendo también su propiedad catalítica, mientras que ADAM´s 2-7 y 11, contienen secuencias diferentes en su sitio activo. Así, a pesar de que sus dominios metaloproteasa son del tipo similar al encontrado en las SVMP´s, estos son catalíticamente inactivos (Wolfsberg y cols, 1995).

En relación con los dominios tipo desintegrina encontrados en las ADAM´s, todos son ligandos potenciales tanto para las integrinas como para otros receptores. A pesar de que todas las ADAM´s comparten ciertos residuos en el lazo desintegrina, muchos de los residuos no están conservados, sobre todo los del tipo Cys. Aproximadamente la mitad de las ADAM´s y todas las desintegrinas del tipo SVMP´s poseen un residuo de ácido aspártico (carga negativa) en el motivo RGD, el cual refiere ser crítico en su función como ligando de las integrinas. Adicionalmente, no todas las ADAM´s poseen el mismo número de residuos conformando su lazo desintegrina, tal diferencia en secuencias puede ser explicada a través de tres postulados: el primero, propone que la diferencia se basa en la diversidad de ligandos (integrinas y/o receptores) con los que las diferentes ADAM´s interactúan. El segundo, postula que diferentes ADAM´s son capaces de interactuar con los mismos receptores o receptores altamente relacionados, por lo cual, tales dominios tipo desintegrinas adoptarán estructuras similares. El último postulado propone que sólo un grupo de estas ADAM´s son moléculas funcionalmente adhesivas (Wolfsberg y cols, 1995).

Los dominios desintegrinas presentes en todas las ADAM´s y las SVMP´s del grupo P-III poseen un residuo extra de cisteína, en comparación con las SVMP´s del grupo II. Este residuo produce un número impar de residuos de cisteína en el dominio desintegrina y puede permanecer libre o formando un puente disulfuro con alguna cisteína del dominio rico en cisteína, el cual posee un número impar de residuos (Wolfsberg y cols, 1995). El mismo autor refiere que existen evidencias que sustentan que la presencia de este residuo “extra” de cisteína, en el dominio desintegrina, es típico de moléculas funcionalmente adhesivas. Así por ejemplo, las SVMP´s del grupo P-III inhiben la agregación plaquetaria. Sin embargo debe hacerse notar que en el dominio desintegrina de las hemorraginas de serpiente y las ADAM´s la secuencia RGD puede estar usualmente sustituida por TDE (Thr-Asp-Glu), EDE (Glu-Asp-Glu), RDE (Arg-Asp-Glu) o por otras secuencias (McLane y cols, (1998).

Wolfsberg y cols, (1995) también hace referencia a la existencia de un dominio de fusión potencial localizado en el dominio rico en cisteína, el cual de la misma manera a como ocurre en los péptidos de fusión viral, son capaces de promover la fusión de las membranas celulares, habiendo sido identificados por su total hidrofobicidad. En relación con la cola citoplasmática de las ADAM´s, son ricas en residuos de serina, prolina, ácido glutámico y/o lisina. Ninguna de las diferentes colas muestra similitud obvia en sus secuencias con respecto a las colas de otras proteínas, pudiendo estar, sin embargo, relacionadas con procesos de oligomerización o señalización (Wolfsberg y cols, 1995).

Los procesos regulatorios que modulan la actividad de estas proteínas son considerados como complejos. A nivel de su estructura primaria, sólo algunas ADAM´s son capaces de presentar dominios metaloproteasa o de fusión catalíticamente activos. La transcripción de los mensajeros primarios está regulada posicional y temporalmente, ya que si bien es cierto que ciertos mensajeros se transcriben de forma específica en ciertos tejidos, existes otros mensajeros cuya transcripción ocurre en una variedad de tejidos. Además de esta característica, otra forma en que los mensajeros son regulados es a través del “Splicing alternativo” a consecuencia de la presencia de múltiples exones de pequeño tamaño (Wolfsberg y cols, 1995). Estas proteínas también pueden ser objeto de regulación funcional a nivel de su estructura cuaternaria, debido a que de acuerdo con el tipo de dímero u oligómero formado, presentarán distintas funciones a nivel celular (Wolfsberg y cols, 1995). Otra manera de regular, referida por el autor, es a través de la modificación de su estructura terciaria por medio del procesamiento proteolítico en regiones que se localizan entre los dominios, como ocurre en ciertas SVMP´s, las cuales pueden contener grupos de dos o cuatro residuos básicos entre los dominios que pueden ser reconocidos por proteasas tipo subtilisina (Wolfsberg y cols, 1995). Por analogía con las SVMP´s, la regulación de la actividad metaloproteasa de las ADAM´s puede ocurrir a través de un mecanismo mediado por residuos de cisteína, en el que un pro dominio de cisteína se une al sitio activo de unión a Zn+2 manteniéndola en estado inactivo. Las ADAM´s que contienen los residuos del sitio activo del dominio metaloproteasa poseen un residuo de cisteína en su pro dominio, el cual se encuentra ausente en las ADAM´s que carecen de los residuos de histidina sitio para la unión del Zn+2 (Wolfsberg y cols, 1995).

Tang, B. (1999), reporta la existencia de proteínas con el dominio metaloproteasa – desintegrina, relacionadas con las ADAM´s, con una nueva característica ausente en las demás proteínas de este grupo, la presencia de un motivo trombospondina de tipo 1 (TSP1), localizado entre los dominios desintegrina y rico en cisteína. Otra diferencia entre estas proteínas y el resto de las ADAMS es que carecen de dominio transmembrana, por lo cual son secretadas en la matriz extracelular (Tang, B. 2001). Los motivos de trombospondina de tipo 1 son secuencias repetitivas encontradas en las trombospondinas 1 y 2, proteínas multifuncionales de matriz extracelular involucradas en motilidad, crecimiento y adhesión, que forman la mayor parte del contenido de los gránulos de las plaquetas. Tang, B (1999) también refiere que, además de su presencia en los gránulos plaquetarios, la expresión de trombospondina ha sido reportada en una gran variedad de células epiteliales y mesenquimales y sus niveles dependen del grado de desarrollo embrionario y de la respuesta a daño epitelial en los adultos. También indica que, a través de estudios de ARNm, se ha determinado que son susceptibles a inducción en estados de inflamación aguda, habiendo evidencias experimentales de que la función de este motivo está relacionada con la unión de la proteína a matriz extracelular. Aún cuando estas proteínas presentan homología en las secuencias clave para ser caracterizadas como una nueva familia, muestran divergencias suficientes en sus secuencias fuera de sus dominios metaloproteasa y trombospondina como para sugerir diferencias en sus funciones fisiológicas (Tang, B. 1999).