Mecanismos moleculares de regulación alostérica de la enzima IMP deshidrogenasa

Resumen

La enzima inosina-5’-monofosfato deshidrogenasa (IMPDH) es una enzima esencial que cataliza el paso de velocidad limitante en la ruta de novo de biosíntesis de nucleótidos de guanina. Su inhibición farmacológica provoca una fuerte reducción en los niveles de estos nucleótidos y tiene efectos antiproliferativos; por ello, la enzima IMPDH es una diana terapéutica en el tratamiento de múltiples enfermedades, como infecciones microbianas y cáncer. Debido a su potencial terapéutico, la IMPDH ha sido estudiada durante décadas, sin embargo, sólo durante los últimos años hemos comenzado a entender la complejidad de sus mecanismos de su regulación fisiológica. Recientemente, el grupo de investigación en el que se desarrolló esta tesis doctoral demostró que los nucleótidos de purina regulan alostéricamente la actividad catalítica de la IMPDH del hongo Ashbya gossypii. La relevancia fisiológica de este mecanismo de regulación alostérica se pone de manifiesto por el hecho de que, en humanos, múltiples mutaciones que podrían alterar dicho mecanismo se han asociado a retinopatías. En este trabajo, mediante el uso de múltiples metodologías de biología estructural como cristalografía de macromoléculas, SAXS y microscopía electrónica; así como metodologías de biología celular y bioquímica e ingeniería de proteínas, demostramos que el mecanismo alostérico de regulación controlado por nucleótidos de purina está universalmente conservado, si bien ha evolucionado divergentemente para adaptarse a las particularidades específicas de cada organismo. También caracterizamos algunos mecanismos que, adicionalmente, modulan la regulación alostérica, adaptándola a la demanda de nucleótidos de guanina que pueda presentarse en un determinado tejido o situación. Concretamente, la unión de dinucleótidos y la filamentación de la IMPDH modulan finamente la regulación alostérica, compitiendo eficientemente con los mononuclótidos de purina e induciendo un estado insensible a la inhibición alostérica, respectivamente. Por último, demostramos que la mayoría de mutaciones en la IMPDH humana asociadas a retinopatías alteran la regulación alostérica inducida por nucleótidos de purina y la dinámica de los filamentos de la enzima. Estos resultados pueden tener importantes implicaciones en el diseño de fármacos con actividades antimicrobianas o antitumorales, además, aportan información sobre el modo en el que ciertas mutaciones en la IMPDH humana dan lugar al desarrollo de retinopatías.