UNIVERSIDAD DE SONORADEPARTAMENTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO EN ALIMENTOS

CIENCIA Y TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

CONSERVACIÓN Y PROCESAMIENTO DE PRODUCTOS MARINOS

BIOQUIMICA DE ALIMENTOS

Biosíntesis de ácidos grasos: Complejo de ácido graso sintasa en células eucariotas

ROSA LINDA LOPEZ ENRÍQUEZ

HERMOSILLO, SONORA OCTUBRE, 2012

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CONTENIDO

Página

CONTENIDO 2

RESUMEN 3

INTRODUCCIÓN 3

ANTECEDENTES BIBLIOGRAFICOS 5

Síntesis de Ácidos Grasos Saturados 5

Síntesis de Palmitato a Partir de Acetil-CoA 5

Complejo Ácido Graso Sintasa 7

Estructura y Organización del Ácido Sintasa Tipo I 7

Regulación de la Actividad de Ácido Graso Sintasa 9

Regulación Hormonal y Nutricional de la Ácido Graso Sintasa 9

Transcripción y el Promotor de Ácido Graso Sintasa 10

Regulación Post-Translacional de la Ácido Graso Sintasa 11

Inhibidores de Ácido Graso Sintasa 12

Inhibidores del Dominio Cetoacil Sintasa (CS) 12

CONCLUSIONES 13

BIBLIOGRAFIA 14

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RESUMEN

La síntesis de ácidos grasos representa un proceso central por el cual se producen cadenas de acilo para su utilización en productos finales tales como las membranas biológicas. La síntesis de ácidos grasos de cadena larga a partir de acetil-CoA, malonil-CoA, y NADPH es un proceso complejo catalizado por la ácido graso sintasa (AGS) (Smith, 1994; Smith et al., 2003). Las ácido graso sintasas (AGS) se pueden dividir en dos clases, tipo I y II, que corresponden a eucariotas y plantas/bacterias, respectivamente. En tejidos animales, la AGS es un complejo enzimático multifuncional que consiste en dos monómeros idénticos de aproximadamente 270 kDa, que tienen una conformación cabeza-cola en forma de x, generando dos sitios activos catalíticos (Wakil, 1989; Chirala y Wakil, 2004). Cada uno de los monómeros contiene siete actividades enzimáticas que desde el grupo amino al grupo carboxilo terminal del monómero, están en el siguiente orden: cetoacil sintasa, acetil CoA y malonil-Coa transacilasas, dehidratasa, enoil reducasa, cetoacil reductasa, proteína acarreadora de acilo (ACP) y tioesterasa (Wakil, 1989; Smith et al., 2003). La AGS se puede regular por hormonas, nutrientes, trascripcionalmente y post-translacionalmente. La AGS se regula hormonal y nutricionalmente por la insulina, glucagón, fructosa, glucosa y la grasa de la dieta. En ratas alimentadas con una dieta en exceso de carbohidratos, induce la producción de insulina, la cual, promueve la expresión de AGS a través de activación de factores de transcripción, sin embargo también inhibe de manera extrema la actividad de la enzima AGS hepática ya expresada. En cambio, dietas altas en grasas se suprimió la expresión del gen de AGS a niveles muy bajos (Sánchez et al., 2009). El metabolismo y la homeostasis de la ácido graso sintasa está regulado transcripcionalmente por factores estimulantes Upstream (USF1 y USF2) y sterol regulatory element binding protein-1c (SREBP-1c) en respuesta a la alimentación/insulina en los animales vivos. La actividad de AGS post –translacional se disminuye considerablemente por la insulina. La fosforilación y la acetilación disminuyen la actividad de AGS (Zhao et al., 2010). Enfermedades como la obesidad, diabetes y cáncer han sido atribuidas a mala regulación de la AGS, por lo que se piensa que la inhibición de este complejo enzimático puede utilizarse como tratamiento para dichas enfermedades.

INTRODUCCIÓN

Los lípidos biológicos constituyen un grupo químicamente diverso de compuestos, cuya característica común y definitoria es su insolubilidad en agua. Las funciones biológicas de los lípidos son igualmente diversas. En muchos organismos las grasas y los aceites son las formas principales de almacenamiento energético, mientras que los fosfolípidos y los esteroles constituyen la mitad de la masa de las membranas biológicas (Elliot y Elliot, 2001). Otros lípidos, aun estando presentes en cantidades relativamente pequeñas, juegan papeles cruciales como cofactores enzimáticos, transportadores electrónicos, agentes emulsionantes, hormonas y mensajeros intracelulares (Smith y Vangipuram, 2002).

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Los lípidos de mayor importancia fisiológica son: los ácidos grasos y sus ésteres (triacilgliceroles), que son la principal forma de almacenamiento de energía en tejidos adiposos; los fosfolípidos, que conforman la membrana de las células; y el colesterol, que es importante componente de las membranas y base para la formación del resto de los esteroides y otros esteroles (Mathews, 2010).

Las grasas en la digestión son emulsionadas por la bilis y las lipasas, dando como productos finales glicerina y ácidos grasos, los que una vez absorbidos sufren en el hígado un proceso de hidrólisis, separándose los ácidos biliares de los grasos, que se unen a la glicerina formando grasas orgánicas: trigliceridos, colesterol, fosfolipidos, ácidos grasos no esterificados, todos ellos con la función primordial de generar energía (Matthews, 2001). Los ácidos grasos, esterificados en triacilgliceroles, representan la principal forma de almacén de energía en animales. Una proporción relativamente pequeña de exceso de ingesta de calorías en forma de carbohidratos es almacenada como glucógeno, la mayoría se convierte en grasa vía síntesis de ácidos grasos de novo. En la mayoría de los animales, el hígado y el tejido adiposo son los principales sitios de la síntesis de ácidos grasos, aunque esta vía metabólica es también de gran importancia para otros tejidos durante ciertas etapas de desarrollo (Rangan y Smith, 2002).

Hasta 1958 se creía que la ruta metabólica de la β-oxidación operaba de manera inversa a la síntesis de ácidos grasos, sin embargo, es una ruta diferente. Los ácidos grasos se sintetizan por medio de un sistema extramitocondrial, que se encarga de la síntesis completa de palmitato a partir de acetil-CoA en el citosol. En casi todos los mamíferos, la glucosa es el sustrato primario para la lipogénesis, la principal molécula combustible producida por la dieta. El proceso de síntesis de palmitato comprende la adición escalonada de unidades de dos carbonos, de tal manera que cada paso tiene lugar mediante una condensación, reducción, deshidratación y una nueva reducción (Mathews et al., 2001).

La ácido graso sintasa (AGS) es una proteína multienzimática que cataliza la síntesis de ácidos grasos. La función principal de esta proteína es catalizar la síntesis de ácidos grasos saturados a partir de acetil-CoA y malonil-CoA, y NADPH (Wakil et al., 1983; Wakil, 1989; Smith, 1994; Smith et al., 2003). La AGS juega un papel importante en la homeostasis de energía, pues convierte el exceso de grasas procedente de la dieta en lípidos de almacenamiento, que producen energía por β-oxidación cuando el organismo la necesita (Chirala y Wakil, 2004).

En la presente revisión se discute el estado del conocimiento de la síntesis de ácidos grasos con un enfoque en la estructura, función y la regulación del complejo ácido graso sintasa tipo I. Así también se hace una pequeña revisión acerca de la inhibición de este complejo y su importancia para el control de ciertas enfermedades.

ANTECEDENTES BIBLIOGRÁFICOS

Síntesis de Ácidos Grasos Saturados en Células Eucariotas

Cuando se descubrió que la oxidación de ácidos grasos transcurría mediante eliminación oxidativa sucesiva de unidades de carbono (acetil-CoA), los bioquímicos creyeron que la

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biosíntesis de los ácidos grasos podría tener lugar mediante la simple inversión de los mismos pasos enzimáticos utilizados en su oxidación. Sin embargo, la biosíntesis y la degradación de los ácidos grasos transcurre por vías diferentes, son catalizadas por conjuntos de enzimas distintas, y tienen lugar en partes diferentes de la célula. Además en la biosíntesis de ácidos grasos participa un intermediario de 3 carbonos, el malonil-CoA, que no participa en la degradación (Rangan y Smith, 2002).

El proceso global de la síntesis de los ácidos grasos es similar en todos los procariotas y eucariotas analizados hasta la fecha. Hay tres sistemas enzimáticos distintos que catalizan, respectivamente, (1) la biosíntesis de palmitato a partir de la acetil-CoA, (2) la elongación de la cadena a partir del palmitato, y (3) la desaturación. En las células eucariotas, la primera ruta tiene lugar en el citosol, la elongación de la cadena se produce tanto en las mitocondrias como en el retículo endoplásmico, y la desaturación tiene lugar en el retículo endoplásmico (Mathews et al., 2001). Para este trabajo se hará énfasis en la descripción de la biosíntesis de palmitato a partir de acetil-CoA, pues este proceso es catalizado por el complejo enzimático ácido graso sintasa, principal objeto de estudio del presente trabajo.

Síntesis de Palmitato a Partir de Acetil-CoA

El proceso de síntesis de palmitato comprende la adición escalonada de unidades de dos carbonos. La ruta de reacción es idéntica en todos los organismos conocidos., pero la química proteica que interviene en ella es sorprendentemente variable. En E. coli, en otras bacterias y en las plantas, las reacciones las catalizan siete enzimas diferentes, que pueden purificarse por separado. En cambio en los animales y en los eucariotas inferiores todas las actividades están asociadas en un complejo multienzimático muy estructurado al que se denomina ácido graso sintasa (AGS). A continuación se analizaran primero las siete reacciones y se considerara luego la naturaleza del complejo ácido graso sintasa (Mathews et al., 2001).

La síntesis de ácidos grasos saturados requiere a una molécula elemental, que usualmente es ácido acético en forma esterificada con coenzima A, y un alargador de cadena, malonil-CoA. Primeramente se forma malonil-CoA a partir de acetil-CoA por la actividad de la enzima acetil-CoA carboxilasa, la cual tiene a la biotina como grupo prostético. La reacción consiste en la transferencia del dióxido de carbono unido a la fracción de biotina (cofactor de acetil-CoA carboxilasa) al acetil-CoA para formar malonil-CoA; dicha reacción es dependiente de una molécula de ATP (Mathews et al., 2001).

La síntesis de ácidos grasos catalizada por la ácido graso sintasa (AGS) involucra tres principales pasos generales (1) se inicia con la condensación de malonil-CoA y acetil-CoA catalizada por las enzimas malonil/acetil transacilasa (MAT); (2) Se procede a la elongación, un ciclo repetitivo de reducción y deshidratación para añadir 2 carbonos en cada ciclo para alargar la cadena de ácido graso, este paso es catalizado por cetoacil sintasa (CS), deshidratasa (DH), enoil reductasa (ER) y cetoacil reductasa (CR); y (3) la

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terminación para liberar el palmitato de ACP catalizado por tioesterasa (TE) (Liu et al., 2010; Figura 1).

Figura 1. Pasos generales de la síntesis de palmitato catalizada por la ácido graso sintasa (AGS). DH=Deshidrogenasa; ER=Enoil reductasa; CR: Cetoacil reductasa; ACP=Proteína acarreadora de acilo; TE: Tioesterasa.Fuente: Liu et al. (2010)

En el primer paso de la síntesis, una molécula preparadora de acetil-CoA se combina con un grupo –SH de cisteína, lo cual es catalizado por la acetil transacilasa. La malonil-CoA se combina con el –SH adyacente en la 4’fosfopanteteína de la ACP del otro monómero (de AGS), lo cual es catalizado por la malonil transacilasa, para formar la enzima acetil (acil)-malonil (malonil-ACP) (Mathews, 2001; Murray et al., 2010).

Se da la condensación de los grupos malonilo y acetilo, donde el grupo acetilo ataca al grupo metileno del residuo malonilo, lo cual es catalizado por la 3-cetoacil sintasa, y libera CO2; esto forma el tioéster β-cetoacil-ACP y libera el grupo –SH de la cisteína (Mathews, 2001; Murray et al., 2010). Después se da una reducción del tioéster β-cetoacil-ACP) para formar 3-Hidroxiacil-ACP, reacción catalizada por la enzima β-cetoacil reductasa. El compuesto anterior es deshidratado para formar trans-Δ2-enoil-ACP, esta reacción es catalizada por la enzima 3-hidroxiacil-ACP deshidrasa.

En el último paso, se da una reducción de trans-Δ2-enoil-ACP para formar butiril-ACP, reacción catalizada por enoil-ACP-reductasa (Mathews, 2001; Murray et al., 2010). Aquí termina el primer ciclo de síntesis, y para iniciar el segundo ciclo, una nueva molécula de malonil-CoA se combina con el –SH de la 4´-fosfopanteteína, lo que desplaza el residuo acilo saturado (butiril) sobre el grupo –SH de cisteína libre. La secuencia de reacciones se repite seis veces más hasta que se ha montado un radical acilo de 16 carbonos saturado (palmitil). Se libera del complejo enzimático mediante la actividad de una séptima enzima en el complejo, la tioesterasa (Murray et al., 2010).

Al igual que en la mayor parte de las rutas de biosíntesis, ésta requiere tanto energía (en forma de ATP) como equivalentes reductores (en forma de NADPH). La ecuación para la síntesis general de palmitato a partir de acetil-CoA y malonil-CoA es:

Acetil-CoA + 7 malonil-CoA + 14 NADPH + 14 H+ Palmitato + 7CO2 + 14NADP+ + 8 CoA-SH + 6H2O

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Complejo de Ácido Graso Sintasa

La síntesis de ácidos grasos de cadena larga a partir de acetil-CoA, malonil-CoA, y NACPH es un proceso complejo catalizado por la ácido graso sintasa (AGS). La ruta de reacción para la síntesis de ácidos grasos es idéntica en todos los organismos conocidos, pero la química proteica del AGS que interviene en ella es sorprendentemente variable (Mathews, 2001).

La ácido graso sintasa (AGS) es un complejo proteico multienzimático que consiste en siete dominios proteicos conservados, los cuales catalizan más de 50 reacciones en la producción de ácidos grasos (Maier et al., 2006). Es notable que casi cada tejido del cuerpo humano tiene cierto nivel de expresión de AGS, pero AGS es altamente expresada en tejidos como los del hígado, tejidos adiposos, y glándulas mamarias lactantes (Jayakumar et al., 1995).

La mayoría de los progresos iniciales para identificar las enzimas individuales involucradas en la ruta de la biosíntesis de ácidos grasos fue hecho utilizando el sistema celular de Escherichia coli y no fue hasta mediados de 1970 que quedó claro que en eucariotas, las enzimas son ligadas covalentemente en un polipéptido “multifuncional”. En procariotas, por ejemplo E. coli, más de 10 proteínas individuales están involucaradas en la biosíntesis de ácidos grasos saturados de cadena larga a partir de acetil-CoA. Este sistema, en el cual cada enzima se presenta en un polipéptido sencillo, es conocido como el sistema AGS del tipo II y el sistema polipeptídico multifuncional, por ejemplo de levaduras y animales, es conocido como el sistema AGS tipo I. En los animales, los componentes catalíticos necesarios para todo el camino biosintético de ácidos grasos están integrados en dos polipéptidos multifuncionales, acetil-CoA carboxilasa (ACC) y la ácido graso sintasa (AGS) (Ragan y Smith, 2002).

Estructura y Organización de Ácido Graso Sintasa Tipo I

Inicialmente, se creía que AGS era un complejo multienzimático de enzimas como la AGS de E. coli debido a la presencia de muchas bandas de proteínas en geles de SDS-PAGE. Pero controlando la proteólisis durante el aislado y la desnaturalización inmediata antes de la corrida de electroforesis, se determinó que la AGS de animales contiene un polipéptido simple de aproximadamente 270 kDa. El análisis por centrifugación de la enzima activa reveló que era un homodímero, es decir la unión cadenas polipeptídicas iguales (Stoops et al., 1975). La AGS se sometió a disociación en soluciones amortiguadores de baja fuerza iónica y bajas temperaturas, y se encontró que los monómeros disociados de AGS eran inactivos para la síntesis de ácidos grasos (Wakil, 1989).

Incluso antes de ADNc, estaban disponibles las secuencias derivadas de aminoácidos, el orden de las actividades de los componentes en el monómero se establecieron por proteólisis parcial usando varias proteasas, aislamiento de varias fracciones componentes, y por determinación de las actividades contenidas en AGS.

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Estos análisis revelaron que el monómero de AGS contenía todas las actividades de los componentes en el siguiente orden: Cetoacil sintasa, acetil-CoA y malonil-CoA transacilasas, deshidratasa, enoil reductasa, cetoacil reductasa, proteica acarreadora de acilo (ACP) y tioesterasa (Wakil et al., 1983; Wakil, 1989; Tsukamoto y Wakil, 1988; Smith et al., 2004; Figura 2).

Figura 2. Organización de los dominios enzimáticos del complejo ácido graso sintasa tipo I. CS=cetoacil sintasa; MAT= Malonil/acetil transferasa; DH=Deshidrogenasa; ER=Enoil reductasa; CR= Cetoacil reductasa; ACP=Proteína acarreadora de acilo; TE=Tioesterasa.Fuente: Liu et al. (2010).

Se han determinado las secuencias de cADN de la AGS de pollo, rata, humano, y ratón (Smith et al., 2004). La comparación de la secuencia aminoacídica de AGS de animales y humanos mostró que eran altamente homólogos.

Análisis proteolíticos en la AGS de animales, como se describió anteriormente, sugirió que las distintas actividades del complejo están organizadas en 3 dominios. El dominio I contiene cetoacil sintasa, acetil y malonil transacilasas y dehidratasa. El dominio II contiene enol reductasa, cetoacil reductasa y la proteína acarreadora de acilo (ACP) y el dominio II contiene tioesterasa (Wakil et al., 1983; Wakil, 1989; Tsukamoto y Wakil, 1988). Además, se demostró que el sitio activo de cetoacil sintasa (cisteína-SH) y la fospanteteina (Pan-SH) de ACP estaban enlazadas y el dímero tenía un tamaño aproximado de 500 kDa en geles de SDS-PAGE. Por lo tanto, en el homodímero de AGS, los dos monómeros están con una conformación de cabeza-cola, teniendo como amino terminal a cetoacil sintasa-Cys-S de uno de los monómeros a una distancia de 2 Å del grupo carboxilo terminal localizado en la ACP-fosfopanteteína-SH del otro monómero (Asturias et al., 2005). Este arreglo generó dos sitios activos, donde se da la síntesis de ácidos grasos de manera simultánea (Stoops et al., 1987; Smith et al., 2004). Aunque estas investigaciones indicaron inicialmente que los monómeros de AGS estaban orientados en forma de cabeza-cola, estudios estructurales recientes han demostrado que la orientación cabeza-cola de los monómeros está entrelazada en su centro para dar forma de X (Asturias et al., 2005; Maier et al., 2006; Figura 3).

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Figura 3. Estructura y conformación de la enzima ácido graso sintasa (AGS)

La AGS es una proteína soluble y se piensa que se localiza en el citoplasma, aunque los detalles de su localización subcelular están, en gran parte, sin explorar. Su distribución es amplia tejido con los más altos niveles en el hígado, el tejido adiposo y los pulmones (Jayakumar et al., 1995; Semenkovich et al., 1995).

Regulación de la Actividad de Ácido Graso Sintasa

La regulación transcripcional de AGS se ha caracterizado bien, pero se conoce poco acerca de la regulación post-traslacional de la actividad AGS. Similarmente, los efectos a largo plazo de las hormonas y nutrientes en la expresión de AGS son claras pero sus efectos inmediatos no son bien comprendidos.

Regulación Hormonal y Nutricional de la Ácido Graso Sintasa. La AGS hepática se regula por la insulina, cAMP (adelinato ciclasa activa), fructosa, glucosa, y la grasa de la dieta.

La sobrealimentación de ratones o ratas con una dieta alta en carbohidratos después de un ayuno prolongado produce una inducción de una fuerte expresión de AGS en comparación con el ayuno o la dieta restringida (Horton et al., 1998; Sánchez et al., 2009). El efecto de la sobrealimentación con hidratos de carbono está mediada tanto por la insulina y la glucosa. La insulina regula la AGS a través de los mecanismos de transcripción y los no-transcripcionales. Bajo condiciones de exceso de nutrientes, la síntesis de lípidos de novo puede promover el almacenamiento del exceso de energía en forma de triglicéridos hepáticos. La insulina promueve la expresión de AGS a través de la la activación de factores de transcripción del elemento regulador de esteroles proteína de unión-1c (SREBP-1c) y los factores estimuladores 1 y 2 (USF1 y USF2) (Foretz et al.,

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1999). A la inversa, el glucagón y AMP cíclico inhiben el aumento en la actividad de AGSinducida por la sobrealimentación con carbohidratos en ratas.

Mientras que la insulina promueve la expresión de AGS, la insulina inhibe de manera extrema la actividad enzimática de AGS hepática, causando una disminución en la actividad de AGS dentro de minutos. Esta inhibición es dependiente de la presencia del antígeno carcinoembrionario relacionados con la molécula de adhesión celular 1 (CEACAM1), que se fosforila en respuesta a la insulina y, posteriormente, se asocia con la AGS (Najjar et al., 2005).

Los carbohidratos promueven directamente la expresión de AGS hepática en el hígado, además de tener un efecto indirecto al estimular la secreción de insulina. La alimentación de los ratones con una dieta alta en glucosa o fructosa-alto por 1 semana conduce a incrementos de 3 y 8 veces, respectivamente, en la concentración de en proteína de AGS (Miyazaki et al., 2004).

Cuando las grasas son ya muy abundantes, las grasas de la dieta inhiben la expresión de AGS para disminuir la síntesis de lípidos de novo. Los ácidos grasos poliinsaturados pueden reducir la expresión de la AGS a través de la inhibición de la actividad de SREBP-1c y ChREBP (Moon et al.¸2002; Dentin et al., 2005). Las dietas que consisten en 10% de aceite inhiben la actividad hepática de AGS cuando se alimentan ratas en el transcurso de 4 semanas, con la mayor reducción en los ratones alimentados con aceite de pescado [60]. La sobrealimentación de ratas con una dieta libre de carbohidratos y alta en grasas suprimió la expresión del gen AGS a niveles tan bajos como los observados en ratas en ayunas durante 24 horas (Sánchez et al., 2009).

Transcripción y el Promotor de Ácido Graso Sintasa. Gran parte del trabajo en la regulación transcripcional de AGS se ha hecho en ratas, pero el promotor de AGS está altamente conservado entre especies, lo que sugiere que los estudios del promotor AGS en ratas es probable que sean relevantes para ratones y seres humanos.

Como se señaló anteriormente, SREBP-1c se activa por la insulina y en condiciones apropiadas promueve la expresión de genes lipogénicos, incluyendo AGS. El promotor AGS contiene un elemento regulador de esteroles (SRE) a -150 así como tándem SREs en las posiciones -72 y -62 que se requieren para una óptima activación de la expresión de AGS en ratas mediada por SREBP-1c- (Latasa et al., 2003).

Además, como se señaló anteriormente, ChREBP desempeña un papel central en la regulación transcripcional inducida por glucosa de AGS así como otros genes lipogénicos y glicolíticos en el hígado (Ishii et al., 2004) .

Receptor X del hígado (LXR), es un factor de transcripción activado por oxiesteroles, regula la alza de la expresión de AGS a través de mecanismos directos e indirectos. Indirectamente, LXR puede promover la expresión de AGS mediante la unión a elementos del receptor Xdel hígado (LXREs) en los promotores de los genes SREBP y

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ChREBP para promover su transcripción. SREBP y ChREBP a su vez activan la transcripción AGS. La activación de LXR mediada de SREBP-1c es el mecanismo principal de la insulina inducida por la activación SREBP (Cha et al., 2007).

Figura 4. El promotor de ratón AG proximal. Los elementos reguladores nucleares y factores de unión de nucleotidos se resaltan en amarillo. IRE=elemento de respuesta de la insulina; LXRE= elemento receptor X del hígado; NF-Y, el factor nuclear Y el sitio de unión; Sp1= factor de especificidad del sitio 1 de unión; SER=elemento regulador de esteroles.

Regulación Post-Translacional de la Ácido Graso Sintasa. La regulación transcripcional de la AGS puede requerir horas para afectar los niveles de la proteína hasta que tanto mRNA y la proteína de la AGS estén bastante estables, amortiguando los cambios bruscos debido al aumento de la transcripción y traducción posterior.

Hay varios informes de proteína AGS donde es activada o inhibida en plazos más cortos de tiempo, así como los informes de cambios en la actividad de AGS que no se correlacionan con los cambios en los niveles de proteína AGS. La insulina disminuye extremadamente la actividad enzimática de AGS. En las células del hepatoma, la actividad de AGS disminuye linealmente desde 2 hasta 15 min después de un tratamiento con insulina, seguido por un aumento en la actividad de FAS durante 75 minutos (Najjar et al., 2005). El peroxinitrato inhibe la actividad de AGS en adipocitos dentro de 10 min, sin ningún efecto sobre los niveles de la proteína AGS (An et al., 2007). La activación y la inhibición de la AGS sin los correspondientes cambios en los niveles de proteína FAS se han reportado en una variedad de líneas celulares de cáncer (Sabbisetti et al., 2009; Jin et al., 2010). Estos datos sugieren la presencia regulación post-translacional de AGS.

La fosforilación se ha propuesto como un mecanismo de regulación de AGS en las células cancerosas, adipocitos, y el hígado. En hígados de palomas que se mantuvieron en ayunas y después de ser sobrealimentadas, se incorporó fosfato radiomarcado en AGS en la fracción citosólica. El evento de fosforilación se asocia con la baja actividad

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AGS, y la desfosforilación de la AGS por incubación con fosfatasas causó un aumento de 20-veces en la actividad AGS (Qureshi et al., 1975).

Además de la fosforilación, la AGS fue una del gran número de enzimas metabólicas hepáticas que recientemente se ha encontrado que es una lisina acetilada. La acetilación estaba relacionada con diversos efectos sobre las enzimas metabólicas, incluyendo la desestabilización de proteínas, la activación y la inhibición, lo que sugiere que la acetilación puede jugar un papel importante en la regulación metabólica. La acetilación de AGS podría representar un nuevo mecanismo para controlar su actividad (Zhao et al., 2010).

Inhibidores de Ácido Graso Sintasa

Inhibidores del Dominio Cetoacil Sintasa (CS)

El desarrollo de inhibidores de ácido graso sintasa (AGS) han incrementado ha atraído cada vez más atención en los últimos años debido a su potencial uso terapéutico en obesidad y cáncer.

Durante mucho se ha considerado que la desregulación de la ácido graso sintasa (AGS) puede estar implicado en la obesidad y la diabetes (Kuhajda, 2000). Estudios recientes también han demostrado que hay una sobreexpresión de AGS en muchos tipos de cáncer humano, incluyendo los cánceres de mama, colon, y próstata. Además, la sobreexpresión de AGS está asociada con mal pronóstico en los pacientes con cánceres de mama y de próstata. Así, se ha pensado que la AGS pueda ser un blanco potencial, no sólo para el tratamiento de la obesidad y la diabetes, sino también para la terapia del cáncer (Kim et al., 2002).

La AGS de los mamíferos consiste en siete dominios, incluyendo tres dominios N-terminales (cetoacil sintasa (CS), malonil/acetil transacilasa (MAT) y deshidratasa (DH)), y cuatro dominios de C-terminales (enoil reductasa (ER), cetoacil reductasa (CR), proteína acarreadora de acilo (ACP) y tioesterasa (TE)) (Smith et al., 2004). En la cual, CS es el dominio de la N-terminal y es uno de los dominios catalíticos más importantes, desde que la reacción catalizada por CS, llamada unión covalente acetato malonato, es la primera reacción y es un paso clave en el proceso de síntesis de ácidos grasos. Hasta ahora, se han reportado solo unos cuantos inhibidores en dirección al dominio KS (Kuhajda et al., 2000); los cuales, el más representativo es la cerulenina, C75, olistato, polifenole, flavonoides y triclosan (Liu et al., 2010).

Hasta el 2006, fue reportada la primera estructura del dominio CS en mamíferos (cerdo) (Maier et al., 2006). Y en el 2010, se reportó la estructura del dominio de CS del humano, la cual ayudo para el estudio y desarrollo de la base estructural del fármaco dirigido al dominio de KS de AGS; una comparación de las estructuras cristalinas de los dominios CS del humano y el cerdo muestran grandes diferencias en el sitio activo. Zeng et al. (2011) descubrieron un nuevo compuesto que tuvo una buena potencia de inhibición

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contra células tumorales con sobreexpresión de AGS con IC50 = 12.7 μM. Este compuesto ha sido sometido a modificación química adicional, por lo que se informarán los resultados en un futuro próximo.

CONCLUSIONES

La ácido graso sintasa (AGS) juega un papel importante en la homeostasis de energía, pues convierte el exceso de grasas procedente de la dieta en lípidos de almacenamiento, que producen energía por β-oxidación cuando el organismo la necesita. La AGS presente en animales es el tipo I y es un complejo multienzimatico compuesto de dos polipétidos de aproximadamente 270 kDa. Cada polipéptido tiene siete actividades enzimáticas que son las que catalizan las reacciones de conversión de acetil y malonil-CoA a palmitato. Los dos monómeros se orientan cabeza-cola y se entrelazan en su centro para dar la forma de x.

Generalmente, se piensa que la AGS hepática es una proteína de la limpieza, pues sintetiza ácidos grasos para la separación y el almacenamiento del exceso de energía. La AGS está regulada en parte a través de efectos sobre la expresión génica. Sin embargo, los rápidos cambios en la actividad enzimática asociada con alteraciones en el estado nutricional sugieren que los mecanismos post-translacionales subyacen en las respuestas enzimáticas a los estímulos externos. La insulina, la fosforilación y la acetilación disminuyen la actividad de AGS (Zhao et al., 2010).

Dado que las reservas almacenadas de hidratos de carbono están estrictamente limitadas (solo en hígado), la síntesis o generación de ácidos grasos a partir de glucosa para producir triacilgliceroles (almacen de energía en tejido adiposo), ha tomado gran importancia. Lo anterior debido a que en los últimos años, los hidratos de carbono han constituido gran parte del consumo calórico de los seres humanos, por lo que han aumentado los problemas relacionados con el sobrepeso y obesidad. Enfermedades como la obesidad, diabetes y cáncer han sido frecuentemente atribuidas a una mala regulación de la AGS, por lo que se ha considerado que la utilización de inhibidores para de este complejo enzimático puede ser un tratamiento para estas enfermedades.

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BIBLIOGRAFÍA

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