La ribonucleasa 7 (RNasa 7) és una proteïna humana de secreció del grup de ribonucleases, en concret, és un membre de la superfamília RNasa A, o també anomenades ribonucleases pancreàtiques. És expressada de manera abundant i constant pels queratinòcits de la pell humana i s’acumula a la superfície cutània.
Desenvolupa les funcions característiques de les ribonucleases, degradació activa de l'ARN. D’altra part, també participa en la protecció antimicrobiana, contribuint al control de creixement bacterià a la superfície de la pell. Elimina microorganismes gràcies a la seva estructura carregada positivament, especialment al domini N-terminal, que s’uneix fàcilment a les membranes bacterianes carregades negativament. Aquesta unió provoca la destrucció de la membrana del patogen, fent que el bacteri perdi el seu contingut i mori.
Història La ribonucleasa 7 va ser descoberta l’any 2002 per Harder i Schröder, que buscaven nous factors antimicrobians presents a la pell humana. Durant aquest estudi van identificar una proteïna nova de 14,5 kDa, que van anomenar RNasa 7. Va ser aïllada a partir d’extractes de queratinòcits humans, que va demostrar tenir una potent activitat antimicrobiana contra bacteris grampositius i gramnegatius.
Subsegüentment, el 2003, Zhang i els seus companys van identificar el gen RNASE7 a partir de recerques computacionals en el genoma humà, demostrant la seva capacitat bactericida expressant la proteïna recombinant en Escherichia coli.
Més endavant, el 2007, Huang et al. caracteritzen l’activitat antimicrobiana independent de la funció ribonucleasa i assenyalen la importància de residus catiònics N-terminals per la funció microbicida.
Al voltant del 2009-2010, diversos investigadors, entre ells, Harder, Simanski i Torrent, van detallar els mecanismes d’interacció amb la membrana bacteriana, la regulació de l’expressió en queratinòcits, i l’acció contra patògens en teixits epitelials.
Actualment, s’investiga la regulació in vivo per l'inhibidor de la ribonucleasa (RI, de l'anglès ribonuclease inhibitor), que es pensa que regula l’expressió en diversos teixits i el potencial terapèutic de RNasa 7 en defensa antimicrobiana.
Gen miniatura|Elaboració pròpia (basada en Cho et al., 2005). Posició del gen RNAse 7 al cromosoma 14 dins el seu clúster: Les bandes corresponen al patró de bandes G del cromosoma en fer la tinció de Giemsa (en rosa i blau les zones del cromosoma amb més rellevància i relació amb el gen).El gen codificant d’aquesta proteïna s’anomena RNASE7, també conegut com a RAE1. Aquest gen es troba al braç llarg (q) del cromosoma 14, en la regió 1, subregió 1.2 (14q11.2).
En els humans, tots els gens coneguts fins ara de la superfamília de les ribonucleases A (RNASA1-RNASA13) es troben conjuntament en un mateix clúster d’aproximadament 500 kB al locus mencionat (14q11.2), resultat de duplicacions gèniques en tàndem al llarg del temps. Com a resultat, els gens d’aquesta superfamília codifiquen proteïnes amb estructura i funció semblant, però amb petites diferències clau que les caracteritzen.
Expressió i localització La RNasa 7 és una proteïna clau en la immunitat innata, i com a tal, s’expressa en els teixits que fan de barrera amb l’exterior, que es troben en contacte amb microorganismes exògens.
A més, la seva expressió augmenta quan es dona una infecció al teixit on es troba. Per exemple, un estudi va demostrar que, quan una persona s’infectava del virus del papil·loma humà, augmentava considerablement l'expressió de RNAasa 7 al coll uterí.
La seva expressió tissular és mèdia a la pell (queratinòcits de l'epidermis), a la vagina (epiteli escamós) i en el teixit limfàtic (amígdales); en canvi, és baixa en teixits de l'aparell digestiu (epiteli escamós de la mucosa oral i esòfag) i en el coll uterí (epiteli escamós).
Com a proteïna de secreció, aquesta té unes ubicacions concretes a la cèl·lula; es troba a l'espai extracel·lular i a la membrana plasmàtica.
Seqüència i dominis Per entendre per què totes les proteïnes d’aquesta família són tan similars, cal saber que els membres d’una família de proteïnes són aquells que provenen d’un mateix ancestre comú, i mantenen una seqüència d’aminoàcids i funció molt conservada entre si. miniatura|Elaboració pròpia: Seqüència d'aminoàcids de la proteïna RNasa 7. Així, tots els membres de la família RNasa A tenen en comú la seva estructura tridimensional, triada catalítica, i mecanisme d’acció sobre ARN monocatenari. Això és pel fet que, tot i diferir puntualment en alguns residus de la seva seqüència d’aminoàcids, totes comparteixen un domini catalític únic, que pel fet de ser l'únic domini a aquestes proteïnes, també s’anomena “domini RNasa A”, i engloba pràcticament la totalitat de la seqüència de la proteïna madura, que té 156 aminoàcids, i el domini ocupa des de la posició d’aminoàcids 35 a la 153. La proteïna madura, sense la seqüència senyal (1-28), té 128 aminoàcids.
El domini RNasa que comparteixen conté el centre actiu, que està compost per la triada catalítica histidina (H15), lisina (K38) i histidina (H123), totes 3 carregades positivament a pH fisiològic. És una proteïna altament catiònica amb un punt isoelèctric (pI) de 10.5, a causa de l'excés de residus de lisina (K). Aquesta propietat contribueix a la seva potent activitat antimicrobiana.
L'estructura de la proteïna es caracteritza per la presència de 8 residus de cisteïna (Cys) connectats mitjançant ponts disulfur. Dos dels ponts disulfur es troben a prop de l'extrem N i C terminal, i contribueixen de forma significativa a l'estabilitat conformacional de la proteïna. Concretament, a causa de la presència de ponts d’hidrogen, la proteïna madura presenta tres hèlixs α, i dues làmines β, cadascuna formada per 3 cadenes beta antiparal·leles (en total, 6 cadenes beta), com la resta de proteïnes de la família
Funció i mecanisme d'acció La ribonucleasa 7 actua de dues maneres diferents: com a enzim ribonucleasa, trencant els enllaços fosfodièster de l’ARN, i com a proteïna antimicrobiana, perforant la membrana plasmàtica de les cèl·lules procariotes.
Funció hidrolasa miniatura|Mecanisme d'hidròlisi de la família de RNases sobre l'enllaç fosfodièster La primera funció és portada a terme per tota la família d'enzims ribonucleases. En concret, el seu centre actiu està format pels aminoàcids catalitzadors H15, K38 i H123, els quals hidrolitzen els enllaços fosfodièster formats entre nucleòtids d'ARN. Aquesta hidròlisi es dona a terme en dues etapes. A la primera, la H15 extreu un H del grup OH del carboni 2' del primer nucleòtid, de manera que l'àtom d'oxigen carregat negativament crea un enllaç amb l'àtom de fòsfor, formant un intermedi pentacovalent de fosfat (estat de transició); com a resultat, es trenca l'enllaç fosfodièster, s'allibera un ribonucleòtid i l'altre, en canvi, es queda en forma de 2'-3'-cíclic fosfat. A la segona etapa, H123 actua com a base general, desprotonant un H2O i, unint-se el grup OH- resultant a l'àtom de fòsfor del 2'-3'-cíclic fosfat. H15 actuarà com a àcid general, donant un protó al grup 2'-O que s'allibera. Finalment, K38 estabilitza aquesta transició.
Funció antimicrobiana miniatura|344x344px|P. aeruginosa, E. coli i E. faecalis abans (A-C) i després (D-F) d'exposar-se durant 45 minuts a 2,5 µM de RNasa 7. La ribonucleasa 7 es caracteritza també per ser un potent agent antimicrobià. Gràcies a la seva alta càrrega positiva, s'uneix als fosfolípids de membrana carregats negativament, realitzen porus i desestabilitzen la bicapa lipídica, provocant la mort cel·lular. La naturalesa amfipàtica li permet aconseguir grans concentracions en medis hidròfils (com el citosol o la matriu extracel·lular) i hidròfobs (com la membrana plasmàtica). D'altra banda, l’estructura secundària d'α-hèlixs i fulles ß promouen la formació de porus en les membranes plasmàtiques bacterianes, mentre que els ponts disulfur conserven l’estructura integral i funcional de la proteïna (156 aminoàcids).
La seva funció es podria resumir, pas a pas, de la següent manera:
La càrrega total positiva assegura la seva afinitat i acumulació en les regions aniòniques de la superfície cel·lular de bacteris que contenen àcids grassos, com els lipopolisacàrids, i els àcids teïcoics associats a la paret bacteriana en bacteris gram-positius i gram-negatius, respectivament. (La presència de càpsula bacteriana redueix l’efectivitat de la ribonucleasa 7, ja que dificulta que aquesta arribi a la membrana plasmàtica.) A continuació, travessen la paret bacteriana de mureïna a través de l’absorció autopromoguda (self-promoted uptake). Posteriorment, aquests pèptids entren en contacte amb la superfície aniònica de la membrana plasmàtica i s'insereixen de tal manera que superposen la interfície dels grups de cap hidrofílic i les cadenes d’àcids acils grassos dels fosfolípids de membrana. Després de la seva inserció en la membrana, els pèptids antimicrobians actuen interrompent la integritat física de la bicapa, mitjançant l’aprimament de la membrana, el desenvolupament de porus transitoris i/o la interrupció de la funció de barrera.
Malalties associades L’associació de ribonucleasa 7 (RNase 7) amb malalties prové principalment de la seva funció com a defensa antimicrobiana en teixits epitelials, algunes de les patologies més comunes són:
Infeccions del tracte urinari: Diversos estudis han demostrat que mutacions en el gen RNASE7 poden afavorir infeccions urinàries recurrents, especialment en nens, perquè disminueixen la capacitat bactericida de la proteïna. Hi ha variants genètiques, com el polimorfisme rs1263872, que redueixen l’activitat de RNase 7 i augmenten el risc d’infecció. Malalties cutànies (dermatitis atòpica, psoriasis): La manca o disminució de RNase 7 a la pell s’associa amb un augment del risc d’infeccions per bacteris com Staphylococcus aureus, responsables de sobreinfeccions en dermatitis atòpica i psoriasis. Les persones amb nivells baixos de RNase 7 tenen més moments d’inflamació i infecció cutània.
Referències
Categoria:Proteïnes humanes