Control transcripcional i al·lostèric del gen carnitina palmitoïl-transferasa 1B(CPT1B)

Abstract

CATALÀ:<br/><br/>L'enzim carnitina palmitoïltransferasa1 (CPT1), localitzat a la membrana mitocondrial externa, constitueix el principal punt de control de l'entrada d'àcids grassos de cadena llarga (LCFA) al mitocondri i és clau en el manteniment d'àcids grassos circulants. Existeixen tres isotips descrits (CPT1A, CPT1B i CPT1C) que codifiquen per enzims amb diferents característiques cinètiques i patrons d'expressió.<br/><br/>1.- Mecanismes de control transcripcional del gen CPT1B humà.<br/><br/>El promotor humà de la CPT1B inclou un element de resposta a PPAR i un lloc d'unió a MEF-2. Hem investigat el paper d'aquests elements de resposta i la possible interacció entre PPAR&#945; i MEF2C en la regulació transcripcional d'aquest promotor. Dels resultats obtinguts podem concloure que la resposta del promotor a PPAR&#945; depèn: del context cel·lular, de l'element de resposta a MEF-2 i de la disposició espacial d'aquest respecte al PPRE. La combinació d'aquests elements cis en el promotor de la CPT1B indueix l'expressió màxima del gen en resposta a diferents senyals. La concurrència de senyals metabòlics i miogènics en aquest promotor genera una conformació transcripcional permissiva d'aquest promotor que porta a una activació sinèrgica del promotor en aquells teixits on es troben els corresponents factors de transcripció (MEF2C, PPAR&#945;/RXR&#945;) i el substrat metabòlic de l'enzim, els àcids grassos que activen PPAR&#945;. En la mateixa una regió promotor una zona rica en GC capaç d'unir Sp1 ha resultat fonamental per l'expressió basal del gen i per la transactivació per PPAR&#945; però no per la de PPAR&#948;. <br/> <br/>2.- Relació estructura/funció de l'enzim CPT1 de porc.<br/><br/>A nivell cinètic, les CPT1A mostren una alta afinitat per la carnitina i una baixa sensibilitat al malonil-CoA mentre que les CPT1B presenten característiques contràries. Una excepció a aquesta relació és la CPT1A de porc (PLCPT1) que es comporta com una quimera natural entre els isotips A i B, presentant afinitats pels substrats similars a les CPT1A i una IC50 pel malonil-CoA típica de les CPT1B. <br/><br/>Utilitzant quimeres entre la CPT1A de rata i la CPT1A de porc hem demostrat que l'extrem C-terminal de les CPT1A es comporta com un únic domini que dicta la sensibilitat total a malonil-CoA de l'enzim. El grau de sensibilitat a l'inhibidor ve determinat per l'estructura adoptada per aquest domini. Utilitzant mutants delecionats hem mostrat que la sensibilitat a malonil-CoA també depèn de la interacció d'aquest únic domini carboxil amb els primers 18 aminoàcids de la proteïna. D'aquests resultats podem concloure que les CPt1A de rata i porc presenten diferent sensibilitats a malonil-CoA perquè els primers 18 aminoàcids dels enzims interaccionen diferent amb el domini C-terminal.<br/><br/>Hem aïllat l'isotip muscular de la CPT1 de porc (PMCPT1), una proteïna de 772 aminoàcids molt similar a les CPT1B. Expressada en Pichia pastoris la CPt1B de porc ha resultat ser un enzim amb característiques cinètiques pròximes a les CPT1A. <br/><br/>3.- Efecte de C75 sobre el sistema CPT. <br/><br/>Els enzims CPT1 i CPT2 són components del sistema llançadora CPT. Aquest sistema es troba finament regulat pels nivells de malonil-CoA, un inhibidor reversible de la CPT1. Per la seva capacitat d'inhibir la sintasa d'àcids grassos (FAS), el C75 és capaç d'incrementar els nivells intracel·lular de malonil-CoA intracel·lular. Paradoxalment també activa l'oxidació d'àcids grassos de cadena llarga. Per tal d'identificar la diana exacta del C75 en el sistema CPT vam analitzar l'activitat enzimàtica de CPT1A, CPT1B i CPT2 davant el tractament amb C75. Els resultats d'aquests experiments indiquen que el C75 actua sobre el sistema CPT activant CPT1A, CPT1B i CPT2 de manera independent de malonil-CoA.

<I>The outer mitochondrial membrane enzyme carnitine palmitoyltransferase1 (CPTI) catalyzes the initial and regulatory step in the &#946;-oxidation of long-chain fatty acids. There are three characterized isotypes: CPT1A, CPT1B and CPT1C. <br/><br/>The human CPT1B promoter includes a functional PPAR responsive element and a myocite-specific site that binds MEF2C. We investigated the roles of these sites and the potential interaction between PPAR&#945; and MEF2C regulating this promoter. The combination of cis elements in the promoter of the CPT1B maximally induces the expression of this gene in response to a combination of signals. The concurrence of myogenic and metabolic signals generates a transcriptionally permissive conformation of the promoter that gives rise to a synergistic transcription of the gene in tissues containing the corresponding transcription factors and fatty acids that activate PPAR&#945;.<br/><br/>Kinetic hallmarks of the CPT1A are high affinity for carnitine and low sensitivity to malonyl-CoA inhibition, while the opposite characteristics are intrinsic to the CPT1B isotype. Pig and rat CPT1A share common Km values for their substrates but differ in their sensitivity to malonyl-CoA inhibition. Using chimeras between rat CPT1A and pig CPT1A, we show that the C-terminal region behaves as a single domain, which dictates the overall malonyl-CoA sensitivity of this enzyme. Using deletion mutation analysis, we show that malonyl-CoA sensitivity also depends on the interaction of this single domain with the first 18 N-terminal amino acid residues. Pig and rat CPT1A have different malonyl-CoA sensitivity, because the first 18 N-terminal amino acids interact differently with the C-terminal domain. <br/><br/>Pig CPT1B is a protein of 772 amino acids that shares extensive sequence identity with CPT1B. Expressed in Pichia pastoris, pig CPT1B shows kinetic characteristics similar to those of the CPT1A isotype. <br/><br/>CPT1 and CPT2 enzymes are components of the CPT shuttle system. This system is tightly regulated by malonyl-CoA. Because of its ability to inhibit fatty acid synthase, C75 is able to increase malonyl-CoA intracellular levels. Paradoxically it also activates &#946;-oxidation. To identify the exact target of C75 within the CPT system, we expressed CPT1 and CPT2 in Pichia pastoris. We show that C75 acts on recombinant CPT1A, CPT1B and CPT2. </I>