Caracterització del gen Acetoacetil-CoA sintetasa

Abstract

CATALÀ: <br/><br/>La cetogènesi és un procés mitocondrial a partir del qual es sintetitzen els cossos cetònics: acetona, acetoacetat i 3-hidroxibutirat, que són emprats com a font d'energia en el mitocondri dels teixits extrahepàtics a través de l'acció de la Succinil-CoA:3-cetoàcid-CoA transferasa (SCOT). Alternativament, en el citosol dels teixits lipogènics, l'acetoacetat pot ser activat a acetoacetil-CoA, a través de l'enzim Acetoacetil-CoA sintetasa (AACS), proporcionant unitats acetil-CoA de manera independent i anàloga al citrat produït en el mitocondri, transferit al citosol i escindit per l'ATP-citrat liasa.<br/><br/>1. Estudi de la funcionalitat de la seqüència del cDNA del gen AACS humà predit. <br/>Hem demostrat que la seqüència predita del cDNA del gen AACS humà codifica per una proteïna funcional. Els valors de les constants de Michaellis-Menten (Km) de la proteïna GST-AACS son de 37.6&#61472;&#61549;M, 155.24&#61472;&#61549;M i 2.3&#61472;&#61549;M per l'acetoacetat, l'ATP i el CoA, respectivament. A més, l'enzim AACS humà és inhibit a 15 &#61549;M de CoA. <br/><br/>2. Estudi de les modificacions posttraduccionals de la proteïna AACS humana.<br/>L'anàlisi de la seqüència aminoacídica de la proteïna AACS humana revela la presència de diversos residus de lisina com a putatius llocs d'acetilació. La substitució de la Lys634 per Arg provoca una disminució de l'estat d'acetilació de la proteïna però no l'aboleix totalment. Mitjançant la deleció de l'extrem COOH-terminal hem pogut concloure que aquesta regió és determinant per a l'estat d'acetilació, encara que no es pot descartar la possibilitat d'altres residus de lisina acetilables en l'extrem NH2-terminal.<br/><br/>3. Aportació al procés de la colesterogènesi del gen AACS humà.<br/>S'ha analitzat l'efecte de la sobreexpressió de la proteïna AACS humana en el procés de la colesterogènesi, mitjançant la generació d'un sistema induïble BDTMTet-On Gene Expression system en cèl·lules HeLa. L'acetoacetil-CoA, fruit de la reacció catalitzada per l'AACS, és incorporat de manera preferencial cap a la síntesi de colesterol, implicant que l'esquelet de quatre carbonis de l'acetoacetat o bé la seva forma activa, l'acetoacetil-CoA, no s'equilibra completament amb el pool de dos carbonis representat per l'acetat i l'acetil-CoA. Una de les hipòtesis que explicarien aquest fet és la possible existència d'interaccions (channeling) entre els primers enzims de la via de la colesterogènesi, és a dir, entre l'AACS i l'HMGCS1. No obstant això, els nostres experiments mostren que ambdues proteïnes no interaccionen ni de manera directa ni indirecta.<br/><br/>4. Estudi dels mecanismes de regulació transcripcional del gen AACS humà.<br/>Hem caracteritzat els elements necessaris per a que es produeixi l'activitat basal del gen AACS humà i hem estudiar la seva regulació transcripcional per factors de transcripció implicats en l'homeòstasi lipídica: LXR, SREBPs i PPAR&#61543;. Els nostres resultats mostren que l'Inr és funcional, i que les caixes GC presents en el promotor proximal del gen AACS uneixen el factor de transcripció Sp1, important en la mediació de l'activitat basal d'aquest promotor. Els putatius LXRE i SRE, localitzants en el promotor in silico, no són funcionals. En canvi, PPAR&#61543;&#61472;regula l'expressió del gen AACS d'una manera no canònica a través de la proteïna Sp1 i mitjançant la interacció amb les caixes GC. <br/><br/>5. Regulació de l'expressió del gen AACS de rata en diferents situacions fisiològiques: ritme circadiari.<br/>L'expressió del gen AACS està sotmesa a regulació circadiària, produint-se el zenit d'expressió en fetge i en TAB a l'inici de la fase fosca, coincidint amb el període de màxima activitat dels rosegadors. El patró d'expressió del factor de transcripció SREBP-1 i de l'AACS en fetge és paral·lel, suggerint que SREBP-1c podria ser responsable de mitjançar la regulació de l'expressió de l'AACS en aquest òrgan en les situacions fisiològiques estudiades: dejuni/realimentació en les fases diürna i nocturna, i administració d'insulina.

<i>Acetoacetyl-CoA synthetase (AACS, acetoacetate-CoA ligase, EC 6.2.1.16) is a cytosolic ketone body (acetoacetate)-specific ligase found in several lipogenic tissues that might play an important role in the provision of Acetyl-CoA units for lipogenesis. Transfer of acetyl as acetoacetate, from the mitochondria to the cytosol, would operate in parallel with transfer via citrate and ATP-citrate lyase.<br/><br/>1. Kinetic parameters of the human AACS.<br/>The KM values for acetoacetate, ATP and CoA were 37.6 &#61549;M, 155.24 &#61549;M, and 2.3 &#61549;M respectively. CoA exerts an inhibitory effect when concentration raised over 15 &#61549;M.<br/>2. Study of the posttranslational protein modification of human AACS.<br/>Sequence analysis of human AACS protein shows the presence of multiple lysine residues as a target of acetylation modification. The invariant lysine of the PX4GK domain, is not relevant for total levels of human AACS acetylation because the mutation of Lys-633 to arginine, did not abrogate the reactivity with the &#945;-acetyl-lysine antibody. However the replacement of Lys-634 with arginine yielded a decrease in the acetylation status of human AACS protein. <br/><br/>3. Human AACS and cholesterogenesis.<br/>We studied the effect of human AACS overexpression in HeLa cells using the BDTMTet-On Gene Expression system. As previosly reported, acetoacetate is used preferentially for cholesterol biosynthesis although we couldn't observe a substrate channeling in the early steps of cholesterogenesis.<br/><br/>4. Study of the mechanisms of transcriptional regulation of human AACS gene.<br/>We isolated the human AACS promoter, characterized the elements required to initiate transcription and analyzed the expression of the gene in response to LXR, SREBPs and PPAR&#61543;, all known important factors for lipidic homeostasis. We show that the human AACS promoter contains an Inr sequence and several GC boxes that are determinant for its basal activity. We also show that PPAR&#61543; transcriptionally induces the expression of the AACS gene by a non-canonical mechanism, since it is recruited to the AACS promoter by direct interaction with Sp1. <br/><br/>5. Circadian rhythm.<br/>AACS transcriptional regulation is under the control of circadian rhythm in liver and BAT but not in brain. Our results suggest that circadian expression in liver is driven by the rhytmic expression of SREBP-1c. </i>