miniatura|upright=2|S-acilació La S-acilació de proteïnes (coneguda també com a S-palmotoilació) és un mecanisme que controla les propietats i les funcions d'una àmplia gamma de proteïnes. Aquest procés, que es produeix mitjançant un enllaç tioèster làbil, consisteix en l'addició enzimàtica de lípids de cadena llarga sobre residus de cisteïna de proteïnes solubles i transmembrana.Forrester, M. T.; Hess, D. T.; Thompson, J. W.; Hultman, R.; Moseley, M. A.; Stamler, J. S.; Casey, P. J. (2010). "Site-specific analysis of protein S-acylation by resin-assisted capture". The Journal of Lipid Research. 52 (2): 393–398. doi:10.1194/jlr.D011106. PMC 3023561. Com a conseqüència, es produeix un augment en la hidrofobicitat i un canvi en les propietats fisiològiques de les proteïnes.Aicart-Ramos C, Valero RA, Rodriguez-Crespo I. Protein palmitoylation and subcellular trafficking. Biochim Biophys Acta. 2011 Dec;1808(12):2981-94. doi: 10.1016/j.bbamem.2011.07.009. Epub 2011 Jul 23. PMID: 21819967.
Les lipidacions habituals són l'acilació i la isoprenilació de greixos. Aquesta última modificació implica la fixació de les cadenes de farnesil i geranigeranil a residus de cisteïna COOH-terminals mitjançant un enllaç tioèster irreversible. Quant a l'acilació, els principals tipus són la N-miristoilació i la S-acilació. La N-miristoilació implica l'addició cotraduccional de l'àcid mirístic sobre un residu de glicina, mentre que la S-acilació es postraductiva i implica l'acoblament d'àcids grassos als residus de cisteïna. L'àcid gras que s'uneix normalment a les proteïnes S-acilades és el palmitat. Per aquesta raó, aquesta modificació també es denomina palmitoilació.Roth AF, Wan J, Bailey AO, Sun B, Kuchar JA, Green WN, Phinney BS, Yates JR 3rd, Davis NG. Global analysis of protein palmitoylation in yeast. Cell. 2006 Jun 2;125(5):1003-13. doi: 10.1016/j.cell.2006.03.042. PMID: 16751107; PMCID: PMC2246083.
Característiques generals La S-acilació es produeix en tots els organismes eucariotes. L'estudi del perfil proteòmic de proteïnes S-acilades al llevat, Saccharomyces cerevisiae, va permetre identificar 47 proteïnes acilades, mentre que estudis similars han detectat diversos centenars de proteïnes S-acilades en mamífers.
Biològicament, la reacció S-acilació és catalitzada per una família d'enzims anomenats proteïna S-aciltransferases (PAT), mentre que la reacció inversa, desacilació, es catalitza per les anomenades tioesterases acilproteiques (APT) o desacilases.
La labilitat de l'enllaç tioèster confereix a la S-acilació una característica essencial: la seva reversibilitat. La naturalesa de tioèster làbil en el medi intracel·lular permet que moltes proteïnes S-acilades puguin fer cicles ràpids de S-acilació i de desacilació. S'han dut a terme multituds d'estudis sobre la dinàmica de S-acilació mitjançant radiomarcatge amb àcid palmític [3 H]. Aquest àcid es converteix en [3 H] palmitoil-CoA a les cèl·lules i s'incorpora a proteïnes S-acilades. En el primer experiment que es va posar de manifest la reversibilitat de la S-acilació, es va demostrar que la vida mitjana del palmitat de [3 H] incorporat a N-Ras era d'uns 20 min. Treballs més recents, que fan ús d'un informador indirecte sobre l'estat d'acilació, suggereixen que la desacilació de N-Ras pot produir-se 10-20 vegades més ràpid que el que es calcula mitjançant anàlisis de radiomarcatge. Aquesta característica explica per què la S-acilació i la desacilació tenen un paper fonamental en la regulació del cicle vital de moltes proteïnes, afectant a la seva síntesi, el seu trànsit intracel·lular i la seva degradació. No obstant, la S-acilació no és universal; és a dir, en algunes proteïnes es produeix la desacilació a un ritme molt baix i, en altres, fins i tot no ocorre.Chamberlain LH, Shipston MJ. The physiology of protein S-acylation. Physiol Rev. 2015 Apr;95(2):341-76. doi: 10.1152/physrev.00032.2014. PMID: 25834228; PMCID: PMC4551212.
Tot i que també es poden afegir altres àcids grassos, el palmitat n'és el principal. Un estudi que va analitzar els diferents àcids grassos alliberats per les proteïnes S-acilades mitjançant Cromatografia de Gasos acoblada a Espectroscopia de Masses (GC/MS), va demostrar que el 74% era palmitat, el 22% estearat i el 4% oleat. Aquest anàlisi, que es va dur a terme amb el tractament de hidroxilamina (que divideix els enllaços tioèster entre els grups acil i la cisteïna), mostra la diversitat lipídica de les proteïnes S- acilades.Towler D, Glaser L. Acylation of cellular proteins with endogenously synthesized fatty acids. Biochemistry 25: 878–884, 1986.
Funció reguladora Unió a la membrana A les proteïnes perifèriques, la S-acilació és el procés encarregat de formar enllaços estables amb les membranes. Si presenten doble lipidació, el grup prenil o miristoil proporciona una lleugera atracció membrana-pèptid, donant lloc a un enllaç transitori que permet la unió del segon àcid gras. La raó és que, a diferència dels enzims N-miristoil i preniltransferasa, les S-aciltransferases només es troben a les membranes cel·lulars i, per tant, necessiten que la proteïna s'apropi prèviament per tal de realitzar l'ancoratge. No obstant, hi ha proteïnes que no tenen cap grup prenil o miristoil i són S-acilades, gràcies a que presenten una afinitat de membrana intrínseca.Shahinian S, Silvius JR. Doubly-lipid-modified protein sequence motifs exhibit long-lived anchorage to lipid bilayer membranes. Biochemistry. 1995 Mar 21;34(11):3813-22. doi: 10.1021/bi00011a039. PMID: 7893678.
En canvi, les proteïnes transmembrana ja es troben integrades a la bicapa lipídica, de manera que les S-acilacions tenen una funció diferent. Aquesta funció consisteix a inclinar els dominis transmembrana respecte a l'eix de la membrana per tal d'establir un ajustament hidrofòbic entre ambdós elements.Blaskovic, S., Blanc, M. and van der Goot, F.G. (2013), What does S‐palmitoylation do to membrane proteins?. FEBS J, 280: 2766-2774. doi:10.1111/febs.12263 Això es pot comprovar amb la proteïna LRP6, un correceptor transmembrana involucrat en la via Wnt. Quan es troba al reticle endoplasmàtic, el bloqueig de la S-acilació indueix a un desajustament hidrofòbic que reté el LRP6 al reticle endoplasmàtic i no permet que arribi a la membrana plasmàtica.Abrami L, Kunz B, Iacovache I, van der Goot FG. Palmitoylation and ubiquitination regulate exit of the Wnt signaling protein LRP6 from the endoplasmic reticulum. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2008;105(14):5384-5389. doi:10.1073/pnas.0710389105
Microdominis membranals Una altra funció que se li ha atribuït a la S-acilació és la de senyalitzar proteïnes i controlar la seva distribució lateral a la membrana, ja que intervé en l'acumulació de proteïnes en determinats microdominis. Aquesta característica no afecta només a la membrana plasmàtica, sinó que es coneixen altres regions involucrades, com ara la membrana del reticle endoplasmàtic, que també està dividida en microdominis que fan possible la multifuncionalitat del compartiment.
En molts casos, la S-acilació provoca que les proteïnes s'associïn a les basses lipídiques.Biochemistry 2010, 49, 30, 6305–6316 Publication Date:June 28, 2010 Una de les excepcions és el receptor TEM8, en què l'acilació busca precisament el contrari. Si la proteïna no es pot S-acilar, acabarà en una bassa lipídica, fet que portarà a la seva ubiquitinació i posterior degradació.Laurence Abrami, Stephen H. Leppla, F. Gisou van der Goot; Receptor palmitoylation and ubiquitination regulate anthrax toxin endocytosis . J Cell Biol 16 January 2006; 172 (2): 309–320. doi: https://doi.org/10.1083/jcb.200507067 En diverses proteïnes, la manca de S-acilació pot conduir a una degradació prematura, i és per aquest motiu que es considera una reacció necessària per mantenir l'estabilitat proteica.
Trànsit de proteïnes La S-acilació és fonamental en el trànsit de proteïnes, i no només per la seva funció de senyal, sinó perquè també té un efecte indirecte sobre el "sorting": en desplaçar-se les proteïnes del citosol a les membranes, certs dominis poden interaccionar amb estructures que les portaran cap a altres compartiments. És per tot això que la S-acilació controla els cicles que realitzen múltiples proteïnes dins de la cèl·lula.
Aquest fet es pot observar a la proteïna SNAP25, que està associada a sinaptosomes de 25 kDa. SNAP25 és una proteïna perifèrica SNARE amb quatre palmitoilacions que permet la fusió de membranes vesiculars a la membrana plasmàtica i al compartiment endosomal.Corradini I, Verderio C, Sala M, Wilson MC, Matteoli M. SNAP-25 in neuropsychiatric disorders. Ann N Y Acad Sci. 2009;1152:93-99. doi:10.1111/j.1749-6632.2008.03995.x Aquest procés està regulat per la S-acilació, de manera que l'impediment de la lipidació suposa l'acumulació de la proteïna als endosomes.Jennifer Greaves, Luke H. Chamberlain. Journal of Cell Science 2011 124: 1351-1360; doi: 10.1242/jcs.079095 A més, s'ha demostrat que la localització en basses lipídiques de SNAP25 i SNAP23, també associada a la S-acilació, regula la funció SNARE i, per consegüent, l'exocitosi de la vesícula.Salaün C, Gould GW, Chamberlain LH. Lipid raft association of SNARE proteins regulates exocytosis in PC12 cells. J Biol Chem. 2005;280(20):19449‐19453.
Un altre cas és el de la sortilina, que s'encarrega de transportar proteïnes solubles cap als lisosomes fent cicles entre Golgi i els endosomes. Si la sortilina no és S-acilada, aquesta és més susceptible a la ubiquitina i acaba degradant-se als lisosomes en comptes de tornar a l'Aparell de Golgi.Biochemical and Biophysical Research Communications, ISSN: 0006-291X, Vol: 433, Issue: 1, Page: 90-95
Enzims involucrats en la S-acilació Enzims per a la S-acilació de proteïnes Malgrat que la S-acilació es va descobrir per primera vegada en la dècada dels 70, durant molt temps no es va saber si aquest procés era espontani o catalitzat per enzims. Va ser gràcies a un històric esforç en els laboratoris de Linder, Deschenes i Davis que es van descobrir a principis de la dècada del 2000 els enzims que catalitzen la S-acilació. Aquests enzims es coneixen com a aciltransferases DHHC (DHHC-PAT), pel seu motiu tetrapèptid Asp-His-His-Cys altament conservat necessari per a la catàlisi.
Les DHHC-PAT són proteïnes transmembrana politòpiques que es localitzen a les membranes de Golgi, del reticle endoplasmàtic i de la membrana plasmàtica. La S-acilació és un mecanisme de dos passos que implica la autoacilació de la cisteïna del motiu DHHC i la posterior transferència de l'acil a la proteïna substrat.
Gran part de les investigacions pioneres sobre aquest tema es va fer sobre la Saccharomyces cerevisiae (llevat de cervesa) per la qual cosa se sap que el llevat codifica de cinc a set proteïnes que contenen el domini DHHC, xifra que augmenta a 23 en el cas dels humans.
És interessant destacar que, tot i que les proteïnes bacterianes poden S-acilar-se en un hoste eucariota, els procariotes no tenen DHHC-PAT. Per aquest motiu, els bacteris patògens recluten enzims DHHC de la cèl·lula hoste amb la finalitat de modificar les proteïnes efectores que després s'injecten de nou en la cèl·lula hoste per a la seva supervivència i la seva proliferació.
De la família d'enzims DHHC, una subfamília proteica important són les zDHHC, les quals són necessàries per a una eficient S-acilació de substrats específics. A més, s'ha descobert l'existència de funcions diferents a la S-acilació en alguns membres de la família zDHHC, com ara el transport de membrana, la senyalització intracel·lular i la regulació del citoesquelet.