TRANSGLUTAMINASA TISULAR

Trabajo realizado por Llara Fernández Roza y Estela Fernández Rubio. Biología Sanitaria UAH.

La transglutaminasa 2 o transglutaminasa tisular (TG2 o Ttg) es una enzima perteneciente a la familia de las transglutaminasas que se encarga de catalizar reacciones de transamidación que dependen de calcio. Podemos encontrarla tanto en el citosol, en el núcleo o en la matriz como asociada a las mitocondrias y a las superficie celular.

La expresión de esta enzima es ubicua, tanto extracelular como intracelular, sintetizada por un amplio espectro de tipos celulares, aunque generalmente es retenida en compartimentos intracelulares.

Su principal función extracelular es la transamidación y desamidación de moléculas, aunque también podemos encontrarla como molécula de adhesión y reparación de tejidos.

Para entender mejor lo que se explicará sobre esta proteína, es necesario en primer lugar que conozcamos el mecanismo y la forma de actuación de este tipo de enzimas.

MECANISMO

La actividad de reticulación de la tTG (formación de red tridimensional partiendo de cadenas poliméricas homogéneas mediante la cual las moléculas adquieren rigidez) requiere que se le unan iones de calcio. Una tTG es capaz de unirse a 6 iones de calcio por 5 sitios distintos. Si ocurre algún tipo de mutación en alguno de estos 5 sitios de unión, existirá menor afinidad por el calcio y disminuye la actividad transglutaminasa de la enzima.

Además de su actividad transamidante, la tTG se une e hidroliza GTP y ADP. Si se une una molécula de GTP o GDP a la enzima, se inhibe totalmente la actividad de reticulación de la enzima. Por lo tanto, la unión de calcio y GTP/GDP regulan inversamente la actividad transamidante de la transglutaminasa tisular. Es decir, TG2 sólo es activo como transglutaminasa cuando se une al calcio e inactivo si se une a GTP o GDP.

CÓMO ACTÚAN LAS TRANSGLUTAMINASAS

La función principal de las transglutaminasas es la unión de proteínas (principalmente glutamina y lisina) mediante enlaces covalentes.

Imágen sacada de: https://www.youtube.com/watch?v=ncWtVOJmEYY

Veamos detalladamente la unión entre glutamina y lisina:

La transglutaminasa realizará la unión entre los aminoácidos glutamina y lisina cuando ambos estén unidos a péptidos.

La glutamina tiene un extremo al que se le llama grupo y-carboxamida (-CONH2).

La lisina tiene un extremo al que se le llama grupo ε-amino (-NH2).

La transglutaminasa unirá ambos aminoácidos por estos extremos llevando a cabo una reacción de transamidación por la cual se forma un enlace covalente llamado enlace isopeptídico entre la glutamina y la lisina.

En esta reacción se produce una transferencia de acilo entre un acil donador (grupo y-carboxamida) y un acil aceptor (grupo ε-amino).

El enlace covalente isopeptídico resultante se llama y-glutamyl- ε-lysine.

ESTRUCTURA TRANSGLUTAMINASA 2

La TG2 pertenece al grupo de las transglutaminasas que crean enlaces isopéptidos. Esta está compuesta por cuatro dominios:

  • Dominio N-terminal: presenta una conformación β-sándwich (aminoácidos del 1 al 140).
  • Un núcleo catalítico (aminoácidos de 141-460)
  • Dos dominios C-terminal: presenta una conformación β-barril (aminoácidos de 461-586 y de 587-687)

Además, presenta un centro de unión a GTP

Estructura de la TG2 en la que se diferencian los cuatro dominios

La TG2 puede formar estructuras cristalinas con el GTP. En ese caso, la transglutaminasa presentará su conformación cerrada, donde los dos dominios C-terminales se pliegan en el dominio del núcleo catalítico, lugar en el que también se encuentra el residuo Cys-277. En cambio, el dominio N-terminal presenta pequeños cambios estructurales entre las diferentes conformaciones. Por otra parte, el centro activo de la proteína, donde se encuentra un péptido inhibidor del gluten, adopta una conformación abierta. Aquí los cuatro dominios están extendidos permitiendo la actividad catalítica.

En esta imagen podemos observar la enzima de la transglutaminasa 2 (en color naranja) unida a GTP (en color azul), formando una estructura cristalina.

PDB:4PYG

En esta otra imagen podemos observar a la TG2 unida a calcio (color rojo), regulando la actividad de hidrólisis de la transamidasa y GTP de la TG2. PDB:6KZB

El gráfico inferior es el denominado gráfico de Ramachandran, en el que 21 aminoácidos se encuentran en zonas prohibidas, pero no es nada en comparación con los que se encuentran en zonas permitidas y posibles, que es donde se encuentran la gran mayoría de los aminoácidos de la transglutaminasa 2.

La ubicación de la TG2 en humanos se encuentra en el cromosoma 20 como podemos observar:

FUNCIONES TRANSGLUTAMINASA

  1. FUNCIÓN DE TRANSAMIDACIÓN

En el artículo de 1957 titulado «Una enzima cataliza la incorporación de aminas en proteínas» de Nirmal K. Sarkarab y Donald D. Clarke, comenzamos a escuchar el término transglutaminasa como la enzima que realiza la actividad transamidasa.

Dentro de la familia de las transglutaminasas, la más estudiada y de mayor importancia biológica es la transglutaminasa 2, por lo que todas las investigaciones que se han realizado en relación con esta familia giran en torno a esta enzima.

La transglutaminasa 2 es un biocatalizador enzimático, cuya reacción consiste en los siguientes pasos:

  • Se produce un ataque nucleofílico al carbono por parte del azufre de la cisteína del centro activo (C277) y también a la cadena lateral de glutamina unida al péptido, formando un enlace tioéster entre el sustrato y el C277, con el desprendimiento de una molécula de amoniaco.
  • El enlace formado en el paso anterior es atacado por la amina primaria (transamidación) o por una molécula de agua (desamidación). 

Visualización de la reacción:

A Desamidación

B Transamidación

C Enlace isopeptídico

D Enlace cruzado indirecto

La desamidación transforma el residuo de glutamina donante de acilo en un residuo de glutamato. Esta reacción se realiza cuando dicha proteína lo requiere, es independiente a la transamidación. Permite en el cuerpo que se convierta los aminoácidos que se encuentren en exceso en subproductos que pueden ser útiles. 

La transamidación es la unión de una amina primaria a una proteína para formar nuevos aminoácidos pudiendo formar un enlace isopeptídico. En el cuerpo es una de las reacciones más importantes para transformar aminoácidos esenciales en aminoácidos no esenciales. 

En la siguiente imagen podemos observar como la TG2 desamida los péptidos permitiendo que estos puedan ser presentados en moléculas. 

Proceso de desamidación de péptidos llevado a cabo por la TG2. Imagen sacada de: https://repositoriodigital.uns.edu.ar/bitstream/handle/123456789/2637/Tesis%20para%20imprimir.pdf?sequence=1&isAllowed=y
  1. FUNCIÓN QUINASA

La enzima TG2 tiene función intrínseca de la quinasa. Se descubrió que la TG2 fosforila a la proteína 3 de unión al factor de crecimiento, exhibiendo la actividad quinasa. Para ello se utilizaron diferentes preparaciones con distintos tipos de TG2 procedentes de diferentes lugares, lo que provocó que no bajase la probabilidad de contaminación.

3. FUNCIÓN GTPasa

En 1987, se realizó una investigación en la que se descubrió que otra de las funciones de la TG2 era la de hidrolizar ATP. Además, también se demostró que puede hidrolizar GTP cuando se encuentran unidos, siendo esta una unión competitiva. Si ocurriera una mutación que convirtiera la cisteína en serina en el centro activo, se pararía la hidrolización. 

La parte de esta función que se ha conseguido estudiar con mayor precisión son las aproximaciones desde la IC50 al GTP (de 300 nM a 6 μM). Dependiendo de como sea la unión de la TG2 al GTP puede provocar una acción u otra. Por ejemplo, si se une de forma corta provoca la diferenciación del neuroblastoma y con la forma larga lo suprime. Esto hace que podamos deducir que uno de los factores que impulsa la diferenciación es la actividad transamidante. 

El descubrimiento que más ayudó al futuro de la investigación fue el que hizo conocer que la TG2 y la Gαh son la misma proteína. En este campo aún queda mucho por estudiar, no se conocen todos los factores que hacen que esto sea imprescindible, hay pocos estudios que se hayan interesado en ello y queda aún mucho por descubrir.

4. FUNCIÓN REGULACIÓN DE LA FUNCIÓN MITOCONDRIAL Y ACTUACIÓN COMO PROTEÍNA DISULFURO ISOMERASA (PDI)

Se sabe que la TG2 tiene función de proteína disulfuro isomerasa (PDI), debido a la demostración en varias investigaciones de que la TG2 convierte a la ribonucleasa A, que está inactiva o bien desnaturalizada, en una enzima activa gracias a la formación de enlaces disulfuro. 

Los primeros estudios para conocer esta función estaban centrados en la TG2 de las mitocondrias, donde observaron que faltaba contenido en los enlaces disulfuro de los complejos respiratorios. Esto pudo ocurrir cuando la TG2 actuando como PDI creó puentes disulfuro en los complejos de la mitocondria. 

Gracias a la actividad PDI de la TG2, se polimeriza ANT1, una subunidad importante que interacciona con la TG2 para la transamidación. En muchas ocasiones gracias a esto se produce una aceleración de la actividad de transporte de ANT1 que hace que se creen factores que protegen a la mitocondria de su propio deterioro. 

RELACIÓN FUNCIÓN/ESTRUCTURA

Como hemos visto anteriormente, la TG2 tiene múltiples funciones. Dependiendo de sus características estructurales y a qué se una, puede tener unas funciones u otras. 

La TG2 crea una estructura cristalina cuando se une al PIB creando una forma cerrada, que se une al ATP y también una forma abierta que queda unida al inhibidor. 

La función transamidante ocurre en el lugar compuesto por una tríada catalítica de cisteína proteasas, que son la cisteína 277 (Cys277), la histidina 335 (His335) y el aspartato 358 (Asp358), los cuales son los residuos para la función transamidante. Cuando se produce una inactivación de la función de transamidación, es debido a que se produce una mutación de la cisteína, que pasa a ser serina.

En la imagen podemos diferenciar los residuos de cisteína, histidina y aspartato. Dentro de esta estructura, también son importantes otros residuos como el de tirosina (Tyr516), que como podemos ver en la siguiente imagen, forma un enlace de hidrógeno con la Cys277 en la conformación cerrada que estabiliza aún más la conformación y mantiene inactiva a la TG2. Cuando se afloja el enlace, Tyr516 muta y provoca que la transglutaminasa 2 sea más propensa a una conformación abierta. Otro residuo importante es el de triptófano (Trp241), necesario para la actividad transamidante.

El ATP y el GTP se unen en el mismo centro de nucleótidos. Como podemos ver en la imagen siguiente, este está formado por 10 residuos que están involucrados en la unión de nucleótidos de adenina y guanina. Los residuos interaccionan con el nucleótido en varios sitios, una mutación puede provocar la pérdida de la función GTPasa y por consecuencia la transamidación. 

Solo se conoce la estructura del factor XIII y TG3 con calcio, pero ha sido suficiente para hacernos pensar que la TG2 tiene seis lugares de unión al calcio en el dominio catalítico y que estos cooperan para que, cuando el calcio se una a uno de los lugares de unión, trabajen juntos para conseguir que se unan otros iones de calcio adicionales a otros de los sitios de unión. Si se muta uno de estos sitios, simplemente disminuye la actividad transamidante. En cambio si, mutan 3 o más de los 6 se anula la actividad completamente. Esto, sin embargo, no influye en la función GTPasa. 

El estado redox es importante a la hora de regular la actividad TG2, porque esta puede soportar 5 puentes disulfuro. Se demostró que dos de estos (los que se encuentran entre C370 y C371 y el de C370 y C230) inactivan la actividad transamidasa. En ciertos estudios se ha conocido que la presencia de estos enlaces en sitios donde hay alta cantidad de calcio, ayudan a tener inactiva a la TG2 en su función transamidasa. 

La TG2 puede externalizarse gracias a los endosomas que se reciclan perinuclearmente. Una mutación aquí puede resultar en la inhibición de la acción transamidante o en una señal para la exportación al exterior nuclear.

PAPEL BIOLÓGICO/ IMPLICACIONES BIOMÉDICAS

ENFERMEDADES RELACIONADAS CON LA TG2:

La TG2 el tipo de transglutaminasa más estudiado y ha sido asociada a muchas enfermedades, pero nunca causadas por una deficiencia de esta enzima. Hasta ahora no hay ninguna enfermedad atribuida a la falta de TG2.

En cambio, se relaciona fuertemente con la enfermedad celiaca y con la fisiopatología de muchas otras enfermedades, como muchos cánceres diferentes y enfermedades neurodegenerativas.

LA TG2 EN LA ENFERMEDAD CELIACA

La TG2 fue asociada por primera vez con la enfermedad celiaca en 1997 al descubrir que la enzima era el autoantígeno que reconocían los anticuerpos específicos contra la enfermedad celiaca.

La enfermedad celiaca es una enfermedad incurable en la que la ingesta de gluten genera una respuesta inmunitaria patológica que provoca inflamación en el intestino delgado y posteriormente atrofia de las vellosidades.

El gluten es una proteína formada por gliadina y glutenina, rica en glutaminas y prolinas, lo que provoca que su digestión sea incompleta y deje algunos péptidos sin digerir. Estos se introducen en la lámina propia del intestino.

El sistema inmunológico se encarga generalmente de buscar epítopos “extraños” (partes de proteínas que no pertenecen a nuestro cuerpo) y destruirlos mediante las células especializadas del sistema inmunológico, los linfocitos. Los epítopos suelen estar compuestos por entre 8 y 11 aminoácidos, que normalmente son descompuestos en aminoácidos individuales o pequeñas cadenas de aminoácidos durante la digestión por las enzimas digestivas del intestino delgado. Este proceso es necesario ya que el intestino es capaz de absorber únicamente aminoácidos individuales o, como máximo, cadenas de tres aminoácidos.

Por lo que parece, estas enzimas intestinales no son capaces de descomponer completamente la gliadina, y cadenas largas de aminoácidos ingresan a las células que recubren el intestino.

El sistema inmunológico de las personas celiacas identifica erróneamente partes de gliadina y glutenina como extrañas y las destruye. La gliadina de estas cadenas largas de aminoáciudos, rica en glutamina, se une a la TG2 que se encuentra dentro de las células. El complejo que se forma entre la cadena de aminoácidos y la enzima desencadena una reacción inmunitaria que ataca al complejo y daña las células intestinales en las personas celiacas. Esto se debe a que la TG2 desamina específicamente los residuos de glutamina, generando epítopos con mayor afinidad de unión a las moléculas HLA-DQ2 y HLA-DQ8 presentes en los linfocitos T presentadoras del antígeno, iniciando así una respuesta inmunitaria adaptativa.

No se sabe cuándo y dónde ocurre la desamidación mediada por TG2 en las personas celiacas pero una hipótesis planteada es que esta es activada por inflamación intestinal debida a una infección y que, una vez iniciada la enfermedad, la enfermedad de la enzima se mantiene por el estado de inflamación crónica.

Anticuerpos:

Como hemos dicho, la TG2 es el autoantígeno en la enfermedad celiaca. Esta es reconocida por el anticuerpo IgA. Estos anticuerpos IgA anti-transglutaminasa fluctúan ante su exposición al gluten en la dieta y disminuyen notablemente con dietas libres de gluten. En pacientes celiacos con deficiencia de IgA en los que no se detectaron IgA anti-transglutaminasa, se han reportado altos niveles de IgG anti-transglutaminasa tisular.

Los anticuerpos anti-transglutaminasa generan una sensibilidad al gluten que produce una respuesta celular al ingerir glúteos de Triticeae.

CONSECUENCIAS DE LA ENFERMEDAD CELIACA

Bajo ciertas condiciones las células liberan la TG2 y esta colabora en la reparación de tejidos por cross-linking de proteínas, intensificando la síntesis de colágeno e induciendo diferenciación en las células epiteliales del intestino.

Los anticuerpos anti-transglutaminasa producidos en la enfermedad celiaca interfieren en la diferenciación de estas células epiteliales (inhiben la actividad cross-linking de la TG2), lo que afecta a la formación de matriz extracelular o perjudica la activación de TGF-Betaa (factor de crecimiento) favoreciendo el desarrollo de la lesión celiaca. Una reducción en la actividad TGF-B permite que aumente la actividad de las células T en la mucosa intestinal.

EPIDEMIOLOGÍA

En los grupos de riesgo, como en los niños con síndrome de Down y en las enfermedades autoinmunes, la prevalencia de la celiaquía es mayor. Por ejemplo, la prevalencia de la enfermedad celiaca en las personas que tienen diabetes mellitus tipo 1 es alta debido a que ambas enfermedades son predispuestas por el mismo patrón de moléculas HLA (HLA-DQ2 y HLA-DQ8).

La enfermedad celiaca, aunque muchos puedan pensar lo contrario, no es una patología autoinmune ya que los anticuerpos anti-transglutaminasa desaparecen al adquirir una dieta libre de gluten.

RELACIÓN DE LA TG2 CON EL CÁNCER

Existen estudios recientes que sugieren que la TG2 tiene también un papel notable en la inflamación y la biología tumoral.

En múltiples células cancerosas se encuentra elevada la expresión de TG2 y está implicada en la resistencia a los fármacos y la metástasis debido a que es capaz de promover la transición mesenquimatosa (proceso por el cual las células epiteliales se transforman en células mesenquimales, que son células madre multipotentes situadas en la médula ósea e importantes para reparar el tejido esquelético) y propiedades similares a las de las células madre.

Además, la TTG unida a GTP contribuye a la supervivencia de las células cancerosas y parece ser impulsor del cáncer. Encontramos la TTG regulada al alza en células y tejidos cancerosos en gran variedad de tipos de cáncer, como la leucemia, cáncer de mama, cáncer de próstata, de páncreas…

Cuanto mayor sea la expresión de la TG2 mayor será la metástasis y la resistencia a la quimioterapia, encontrándonos ante tasas de supervivencia más bajas y pronósticos desfavorables.

Las células cancerosas pueden destruirse si aumentamos los niveles de calcio con la activación de la actividad de transamidación de la TG2. Hasta ahora, algunos ensayos preclínicos han demostrado que puede ser útil el uso de inhibidores de la TG2 como agentes terapéuticos contra el cáncer. Otros estudios demuestran que la actividad de transamidación podría estar relacionada con la inhibición de la invasividad de las células tumorales.

REFERENCIAS

Ferreira, S., Chamorro, M. E., Ortíz, J., Carpinelli, M. M., Giménez, V., & Langjahr, P. (2018). Anticuerpo anti-transglutaminasa tisular en adultos con enfermedad celíaca y su relación con la presencia y duración de la dieta libre de gluten. Revista de Gastroenterología del Perú, 38(3), 228-233. 

Gundemir, S., Colak, G., Tucholski, J., & Johnson, G. V. W. (2012). Transglutaminase 2: A molecular Swiss army knife. Biochimica et Biophysica Acta – Molecular Cell Research, 1823(2), 406–419. https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2011.09.012 

Blanca, B. (2016). Universidad Nacional del Sur Tesis en Doctor en Química María Georgina Herrera

Weitz, J. C., Montalva, R., Alarcón, T., & Contreras, L. (2003). Determinación de anticuerpos anti-transglutaminasa en el diagnóstico de enfermedad celíaca. Revista médica de Chile, 131(1), 31-36. 

Arranz, E., Montalvillo, E., & Garrote, J. A. (2012). Inmunopatogenia de la enfermedad celíaca. Rodrigo L. y Peña AS, editores

Moscoso, F., & Quera, R. (2016). Enfermedad celíaca. revisión. Revista médica de Chile, 144(2), 211-221. 

Piaggio, M. V., DEMONTE, A., Sihufe, G., Garcilazo, S., Esper, M. C., Wagener, M., & Aleanzi, M. (1999). Diagnóstico serológico de la enfermedad celíaca: Anticuerpos anti-peptidos de síntesis de gliadina y anti-transglutaminasa de tejido. MEDICINA (Buenos Aires), 59(6), 693-697. 

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