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Oxidação do resíduo triptopfano 32 da hSOD1 provoca agregação não-amiloide da enzima

23/09/2014

Em artigo publicado online nesta semana no periódico The Journal of Biological Chemistry (JBC), a professora Ohara Augusto, do Instituto de Química da USP e coordenadora do INCT e do CEPID Redoxoma, e seu grupo demonstraram uma nova via de agregação da enzima humana superóxido dismutase (hSOD1), que é iniciada pela oxidação do resíduo triptofano 32 da enzima e pode estar envolvida na patogênese da esclerose lateral amiotrófica (ELA), uma doença neurodegenerativa fatal.

Os pesquisadores mostraram que os produtos da oxidação do resíduo triptofano 32, em particular o dímero covalente ligado por ditriptofano, causam o desenovelamento, oligomerização e agregação não-amiloide da hSOD1.

"A agregação proteica é a marca registrada de doenças neurodegenerativas. Nosso objetivo era avaliar se a atividade peroxidásica dependente de bicarbonato da hSOD1 desencadeava a agregação da enzima e entender o papel do resíduo triptofano 32 neste processo. Isso porque, em mamíferos, apenas as enzimas de símios, como a humana, possuem um resíduo de triptofano exposto ao solvente. Além disso, a ELA é uma doença descrita quase que exclusivamente em símios, sendo que os roedores modelo da doença são animais transgênicos que expressam mutantes da enzima humana", salientou a pesquisadora.

Formas desenoveladas e agregadas da hSOD1 são encontradas em extratos proteicos da medula de pacientes com ELA familiar e esporádica e em modelos animais da doença. Como a hSOD1 e várias das mutantes associadas à ELA familiar são muito estáveis, é razoável supor que a oxidação da enzima preceda sua transformação em formas desenoveladas e agregadas.

Várias modificações oxidativas da hSOD1 já foram descritas e relacionadas ao mecanismo patogênico da ELA, mas nenhuma delas era exclusiva da hSOD1.

O grupo da professora Ohara já havia caracterizado uma modificação exclusiva da hSOD1 resultante de sua atividade peroxidásica dependente de bicarbonato, um dímero covalente ligado por uma ligação ditriptofano, que é formado pela recombinação de radicais hSOD1-triptofanila.

A hSOD1 consome uma grande quantidade de peróxido de hidrogênio em presença do principal tampão fisiológico, o tampão bicarbonato, gerando níveis consideráveis de radical carbonato antes de ser inativada. O radical carbonato é altamente oxidante e se difunde para longe do sítio ativo oxidando alvos distantes, como outras proteínas, e, no caso da hSOD1, seu próprio resíduo triptofano 32.

Os resultados obtidos agora, tanto com a hSOD1 wild type quanto com a mutante G93A, que é expressa em roedores para criar modelos animais de ELA, demostraram que os resíduos de triptofano de ambas as enzimas são oxidados a radical triptofanila, que decai a hSOD1-N-formil-quinurenina e hSOD1-quinurenina ou reage com outro radical triptofanila para produzir o dímero covalente ditriptofano (hSOD1-Trp-Trp-hSOD1), causando desenovelamento, oligomerização e agregação não-amiloide da hSOD1. Estes processos foram estudados por várias metodologias, com a colaboração da professora Iolanda Cuccovia e do então doutorando Filipe S. Lima, também do Departamento de Bioquímica do Instituto de Química da USP.

Foi demonstrado que o desenovelamento, oligomerização e agregação da hSOD1 são inibidos pelo tempol, um antioxidante que se recombina com o radical triptofanila, e não ocorrem na ausência de bicarbonato ou em enzimas que não possuam o resíduo triptofano 32, como é o caso da SOD1 bovina e da mutante W32F da enzima humana, mesmo em presença de bicarbonato.

hSOD1 e ELA

A enzima Cu,Zn-superóxido dismutase (SOD1) é uma das mais importantes defesas antioxidantes do organismo, mas também pode apresentar atividades secundárias pró-oxidantes, como a atividade peroxidásica dependente de bicarbonato. Embora seja um homodímero não covalente muito estável, mutações na hSOD1 são associadas à ELA familiar.

Como em outras doenças neurodegenerativas, o desenovelamento e a agregação proteica são marcas registradas da ELA. Mas uma característica distinta da ELA é a formação de agregados amorfos de proteínas em vez de agregados amiloides como os que são encontrados em outras doenças.

Mutações na SOD1 são responsáveis por cerca de 20% dos casos de ELA familiar. No entanto, como a patologia e os sintomas das formas familiar e esporádica da doença são semelhantes, pressupõe-se um mesmo mecanismo patogênico para ambas.

Por este motivo, tanto a ELA quanto as mutantes da hSOD1 associadas à ELA vêm sendo muito estudadas nos últimos anos.

"Existe um consenso de que mutantes da hSOD1 associadas à ELA causam a morte de neurônios motores por um ganho de função tóxica, que é independente da atividade antioxidante da enzima", explica a pesquisadora.

Modificações oxidativas na hSOD1 poderiam explicar mudanças estruturais que desencadeiam sua agregação. A principal diferença entre as modificações oxidativas anteriormente descritas e aquelas apresentadas neste artigo é a oxidação do triptofano 32, que é específico para a enzima humana e de outros símios.

O Artigo Oxidation of the tryptophan 32 residue of human superoxide dismutase 1 caused by its bicarbonate-dependent peroxidase activity triggers the non-amyloid aggregation of the enzyme, de Fernando R. Coelho, Asif Iqbal, Edlaine Linares, Daniel F. Silva, Filipe S. Lima, Iolanda M. Cuccovia e Ohara Augusto, pode ser lido por assinantes em dx.doi.org/10.1074/jbc.M114.586370

Agregação da enzima superóxido dismutase
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