Estrutura das Proteínas de Cobre

Adman ET Department of Biological Structure, University of Washington, Seattle 98115. Adv Protein Chem 42: 145-97 (1991)

A comparação estrutural das proteínas que contêm cobre tem proporcionado uma nova dimensão para os relacionamentos sugeridos por similaridade seqüencial. Ryden (1988) sumarizou o suposto relacionamento, sugerindo que um domínio de cupredoxina singular primordial evoluiu em oxidases de cobre de múltiplos domínios. As estruturas têm revelado o fato de que as diferenças residem primariamente em inserções e deleções nas junções entre elementos de estrutura secundária. O mecanismo da evolução (ou seja, a integração de novas sequências dentro de regiões não essenciais para a dobra em Chave grega) permanece desconhecida.

Quais das propriedades de um dobramento de cupredoxina são necessárias para a função é o objeto de estudos de mutagênese direcionada de sítio. Podem dois dos ligantes ser intercambiados (ou seja, a histidina a montante) e parcialmente respondidos pela estrutura de múltiplos domínios da oxidase de cobre? A sequência Tyr,Cys-Thr na plastocianina (na qual a treonina é um membro do par ligante a hidrogênio) é homóloga à sequência His-Cys-His na ascorbato oxidase. Nessa última, a transfência de elétrons acredita-se fluir do cobre de tipo I (ligado pela cisteína) para o conjunto trinuclear, provavelmente por via dos resíduos de histidina. Portanto, deve-se inferir que a tirosina e a treonina têm algum papel na transferência de elétrons.

[Obs.: Oxidação: é a perda de elétron;-Redução: é o ganho de elétron;-Agente oxidante: é a espécie química que provoca a oxidação(sofre redução);-Agente redutor: é a espécie química que provoca a redução(sofre oxidação).]

A tirosina 83 foi previamente implicada em estudos NMR como um sítio primário de transferência de elétron. As estruturas das proteínas de múltiplo cobre revelaram interessantes características novas. Os cobres extra são ligados na interface dos domínios, e podem ser metais singulares ou novos conjuntos tri-nucleares, dependendo da disponibilidade das histidinas ligantes. Um modelo estrutural da ceruloplasmina sugere que ela terá ao menos dois sítios de tipo I e, possivelmente, um terceiro sítio de tipo I como a stellacianina (não ligante a metionina), bem como um sítio de ligação para o conjunto trinuclear.

A similaridade das sequências de N2O redutase (óxido nítrico redutase) e de um domínio de citocromo oxidade para com as sequência de proteínas com estruturas conhecidas sugere que essas também terão domínios de Chave grega. A Galactose oxidade e a hemocianina não têm dobramentos de chave grega em seus domínios funcionais, embora cada um tenha um domínio de Chave Grega. A necessidade do dobramento em Chave grega permanece obscuro. As apoproteínas são claramente estáveis sem metais; existem exemplos outros, além das imunoglobulinas, do dobramento em Chave Grega. Até agora, o cobre parece ser encontrado em um subconjunto muito limitado de estruturas; o zinco e o ferro têm uma variedade muito mais ampla de ambientes na proteína. Pode ser que proteínas contendo Chave- Grega em cobre representem um nicho evolutivo muito pequeno.

O Papel da Micróglia e da Proteína Príon do Hospedeiro na Neurotoxidade de Um Fragmento da Proteína Prion

Brown DR; Schmidt B; Kretzschmar HA Institut fur Neuropathologie, Universitat Gottingen, Germany. Nature 380: 345-7 (1996)

[Obs.: Micróglia são pequenas células da neuroglia que podem tornar-se fagocíticas em áreas de lesão ou inflamação neural. Stedman.]

A proteína príon PrPc é uma glicoproteína de função desconhecida normalmente encontrada nos neurônios e na glia. [Obs.: células não neuronais, com funções metabólicas, interpostas entre os neurônios e os vasos sanguíneos que suprem sistema nervoso. No SNC, as células da oligodendróglia são os astrócitos, células ependimárias e as células da micróglia. As células satélites dos gânglios ao redor das fibras nervosas periféricas podem ser interpretadas como células da oligodendróglia do sistema nervoso periférico. Stedman.] Ela está envolvida em doenças como a encefalopatia espongiforme bovina (doença da vaca louca), scrapie (encefalopatia esponiforme do SNC transmissível de caprinos caracterizada por um período de incubação muito longo. Stedman) e doença de Creutzfeldt-Jakob.

[Omim 123400: A doença de Gerstmann-Strussler (GSD; 137440) e a insônia familial fatal (FFI; 600072) são duas outras doenças alélicas de príon herdadas causadas por mutação no gene PRNP.

Rosenthal e outros (1976) relatou uma família na qual 16 membros tinham doenças neurológicas oscilando de demência sub-crônica e aguda para várias anormalidades do sistema motor sem demência. A herança era autossômica dominante. Embora o probando tivesse típica doença de Creutzfeldt-Jakob com demonstração neuropatológica de encefalopatia espongiforme, uma primeira prima tinha demência crônica sem mudanças espongiformes. Ambos os pacientes tinham PAS positivo, placas de eosinófilos através do cérebro. Os autores sugeriram que a suscetibilidade para a doença neurológica nessa família foi herdada como um traço autossômico dominante.]

O PrPSc, uma isoforma alterada do PrPC que está associada com a doença, apresenta grande resistência a protease e é parte do agente infeccioso, o príon. As doenças derivadas de Príon são caracterizadas por degeneração neuronal, gliose e acumulação de PrPSc. Camundongos desprovidos de PrPC são resistentes à scrapie. Um framento da PrP humana consistindo dos aminoácidos de 106 a 126 que formam fibrilas ‘in vitro’ é tóxico para neurônios em cultura. Aqui nós mostramos que esse efeito tóxico requer a presença da microglia que responde ao PrP106-126 por aumento da sua produção de radical de oxigênio. Os efeitos combinados do PrP106-126 direto e mediados pela micróglia são tóxicos para neurônios normais mas são insuficientes para destruir neurônios de camundongos que não expressam PrPC.

A sequência do príon bovino, mostrando a repetição octapeptídica da área de ligação de cobre e o fragmento tóxico:

MVKSHIGSWILVLFVAMWSDVGLCKKRPKPGGGWNTGGSRYPGQGSPGGNRYP

Dissulfetos e Cisteínas no FVIII Humano

McMullen BA; Fujikawa K; Davie EW; Hedner U; Ezban M Department of Biochemistry, University of Washington, Seattle 98195, USA. Protein Sci 4: 740-6 (1995)

As localizações das ligações dissulfeto e das cisteínas livres nas cadeias pesada e leve do Fator VIII recombinante humano foram determinadas por análises seqüenciais de fragmentos produzidos por digestões químicas e enzimáticas. Os domínios A1 e A2 da cadeia pesada e o domínio A3 da cadeia leve contêm uma cisteína livre e duas ligações dissulfeto, enquanto os domínios C1 e C2 da cadeia leve têm somente uma ligação dissulfeto e nenhuma cisteína livre. As posições dessas ligações dissulfeto são conservadas no fator V e na ceruloplasmina exceto que a segunda ligação dissulfeto no domínio A3 está perdida em ambos o fator V e ceruloplasmina. As posições das três cisteínas livres no fator VIII são as mesmas de três das quatro cisteínas presentes na ceruloplasmina, entretanto, as posições das cisteínas livres no fator VIII e na ceruloplasmina não são conservadas no fator V.

Deficiência Hereditária da Ceruloplasmina com Hemossiderose [acúmulo de hemossiderina (proteína amarelo-ouro produzida pela digestão fagocítica da hematina {heme com ferro 3+} nos tecidos, particularmente no fígado e no baço]

Okamoto N; Wada S; Oga T; Kawabata Y; Baba Y; Habu D; Takeda Z; Wada Y Osaka Medical Center and Research Institute for Maternal and Child Health, Japan. Hum Genet 97: 755-8 (1996)

A deficiência hereditária da ceruloplasmina com hemossiderose (aceruloplasminemia) é uma nova doença caracterizada pela hemossiderose sistêmica, diabetes mellitus, anomalias neurológicas e degeneração do pigmento da retina. A perda da atividade de ferroxidase da ceruloplasmina resulta em deposição sistêmica de ferro e dano no tecido. Estudos de neuro-imagem revelam a deposição de ferro nos gânglios basais e em núcleos vermelhos e dentados. A ataxia do cerebelo (ausência total de oxigênio), sinais extrapiramidais (o sistema motor extrapiramidal é uma rede de nervos no cérebro cuja disfunção denota em sinais motores e sentimentais) e demência desenvolvem-se após a meia-idade.Análises da sequência do cDNA da ceruloplasmina a partir desse paciente revelaram uma inserção de adenina no éxon 3; isso produziu um sinal finalizador prematuro.

Expressão Celular da Ceruloplasmina nos Pulmões: Papel Anti-Oxidante

Yang F; Friedrichs WE; deGraffenried L; Herbert DC; Weaker FJ; Bowman BH; Coalson JJ Department of Cellular and Structural Biology, University of Texas Health Science Center, San Antonio 78284, USA.

A ceruloplasmina (CP) é um importante anti-oxidante extracelular e reciclador de radical livre. Embora CP seja expressada principalmente no fígado, estudos recentes identificaram os pulmões como outro sítio principal da síntese da CP. Os sítios e tipos celulares que são responsáveis pela expressão da CP nos pulmões do babuíno e do camundongo estão descritos. O mRNA da CP é detectado no epitélio brônquico em fetos de babuínos em sessenta dias de gestação e nas células do duto das glândulas submucosas. Em camundongos em desenvolvimento e maduros, os dados sugerem que as células da via respiratória são a maior fonte de CP no fluido dos pulmões e sustenta o papel crítico da ceruloplasmina na defesa do hospedeiro contra o dano oxidativo e a infecção nos pulmões.

O Papel da Ceruloplasmina na Oxidação do LDL por Células Monocíticas

Ehrenwald E; Fox PL Department of Cell Biology, Cleveland Clinic Research Institute, Ohio 44195, USA. A oxidação de lipídeos e lipoproteínas por macrófagos é um evento importante durante a aterogênese. A ativação de célula monocíticas por zimosan (carboidrato obtido das paredes celulares de leveduras que interfere com o complemento. Stedman) e outros agonistas (concorrentes) resulta na liberação de múltiplas espécies oxidantes e conseqüente oxidação do LDL. Agora nos mostramos evidência de que a ceruloplasmina, um reagente de fase aguda contendo cobre, é secretada por células monocíticas U937 ativadas por zimosan. Em uma abordagem, a ceruloplasmina mostrou exibir atividade oxidante sob condições apropriadas. A adição exógena de ceruloplasmina purificada humana simula a oxidação do LDL pela célula U937 quase na mesma extensão que a ativação pelo zimosan. Em contraste com experimentos prévios sem células, nos quais a ceruloplasmina por si mesma (em solução salina misturada com fosfato) oxida o LDL, sob as condições desse experimento (em meio de cultura celular RPMI 1640) a ceruloplasmina só oxidou a LDL na presença das células; o mecanismo pelo qual as células superaram a inibição por componentes do meio não foi verificado. Em suma, esses resultados são consistentes com um mecanismo no qual a ceruloplasmina derivada da célula participa na oxidação da LDL. Os dados também mostram que fatores celulares em adição à ceruloplasmina, possivelmente espécies de oxigênio ativo e/ou lipo-oxigenases, são essenciais e atuam sinergisticamente com a ceruloplasmina para oxidar o LDL.

Fonte: http://mad-cow.org/~tom/ceruloplasmin.html#Copper