Estudis sobre la conformació del segment d'activació de la procarboxipeptidasa A porcina i la seva relació amb proteïnes fixadores de Ca(2+) de la família EF-hand

Abstract

Molts enzims i proteïnes fisiològicament actives se sintetitzen en forma de precursors inactius o zimògens. La seva activació per proteòlisi limitada és un mecanisme de regulació enzimàtica. En aquesta treball s'ha estudiat el fragment alliberat en l'activació proteolítica d'un proenzim pancreàtic, la procarboxipeptidasa A (PCPA) monomèrica de pàncrees porcí. La caracterització estructural d'aquest segment es va portar a terme estudiant-lo aïllat i unit a l'enzim actiu amb la finalitat d'esbrinar si la conformació que presenta és la mateixa en els dos casos. Els resultats indicaren que un cop alliberat de l'enzim el segment d'activació de la PCPA presenta una conformació diferent amb un elevat grau de flexibilitat conformacional. El segment d'activació aïllat presentà una elevada termoestabilitat, molt superior a la del proenzim, essent el seu procés de desnaturalització reversible i presentant un únic domini estructural. Estudis per ressonància magnètica nuclear indicaren que aquest segment presenta una estructura globular, la qual es manté en un ample marge de valors de pH, i confirmaren l'elevada flexibilitat conformacional. La estructura primària del segment d'activació de la PCPA presentà una similitud important amb proteïnes fixadores de calci de la família EF-hand amb dos potencials regions fixadores de calci. Estudis teòrics de predicció de la seva estructura secundària corroboraren la presència d'aquestes dues regions. A fi de comprovar si aquest segment pertanyia a l'esmentada família proteica es comprovà experimentalment la seva capacitat per a fixar calci. Els resultats indicaren una feble unió de calci, per tant, no es podia considerar aquest segment com a membre de la família de proteïnes fixadores de calci de tipus EF-hand. No obstant, sí que la seva estructura es troba relacionada amb aquesta família de proteïnes ja que es va observar que presentava una sèrie de característiques que també acompleixen les proteïnes d'aquesta família. Va presentar capacitat per a fixar Tb3+, metall que pot substituir al Ca2+ i un comportament en interaccionar amb el colorant Stains-all semblant a la calmodulina, una proteïna que pertany a la família de proteïnes fixadores de calci tipus EF-hand. Els resultats, per tant, permeteren concloure que el segment d'activació de la PCPA de pàncrees porcí està estructuralment relacionat amb les proteïnes fixadores de calci de la família EF-hand. Aquest aspecte és interessant atesa la longitud del segment d'activació estudiat (94 aminoàcids) ja que permet hipotetitzar un possible origen evolutiu d'aquest segment. No és fàcil comprendre que un segment d'aquestes dimensions pugui tenir com a única funció actuar d'inhibidor d'un enzim.

Muchos enzimas y proteínas fisiológicamente activas se sintetizan en forma de precursores inactivos o zimógenos. Su activación por proteólisis limitada es un mecanismo de regulación enzimática. En este trabajo se ha estudiado el fragmento liberado en la activación proteolítica de un proenzima pancreático, la procarboxipeptidasa A (PCPA) monomérica de páncreas porcino. La caracterización estructural de este segmento se llevó a cabo estudiándolo aislado y unido al enzima activo con la finalidad de discernir si la conformación que presenta es la misma en los dos casos. Los resultados indicaron que, un una vez liberado del enzima, el segmento de activación de la PCPA presenta una conformación diferente con un elevado grado de flexibilidad conformacional. El segmento de activación aislado presentó una elevada termoestabilidad, muy superior a la del proenzima, siendo su proceso de desnaturalización reversible y presentando un único dominio estructural. Estudios de resonancia magnética nuclear indicaron que este segmento presenta una estructura globular, la cual se mantiene en un amplio margen de valores de pH, y confirmaron la elevada flexibilidad conformacional. La estructura primaria del segmento de activación de la PCPA presentó una similitud importante con secuencias de proteínas fijadores de calcio de la familia EF-hand con dos potenciales regiones fijadores de este metal. Estudios teóricos de predicción de su estructura secundaria corroboraron la presencia de estas dos regiones. Con la finalidad de comprobar si este segmento pertenecía a la citada familia de proteínas se comprobó experimentalmente su capacidad para a fijar calcio. Los resultados indicaron una débil unión de este metal, por tanto, no se podía considerar este segmento como un miembro de la familia de proteínas fijadores de calcio del tipo EF-hand. No obstante, sí que su estructura se halla relacionada con esta familia de proteínas ya que se observó que presentaba una serie de características que también se dan en les proteínas de esta familia. Presentó capacidad para fijar Tb3+, metal que puede sustituir al Ca2+ y un comportamiento al interaccionar con el colorante Stains-all muy similar al que presenta la calmodulina, una proteína que pertenece a la familia de proteínas fijadoras de calcio tipo EF-hand. Los resultados, permitieron concluir que el segmento de activación de la PCPA de páncreas porcino está estructuralmente relacionado con les proteínas fijadores de calcio de la familia EF-hand. Este aspecto es interesante, teniendo en cuenta la longitud del segmento de activación estudiado (94 aminoácidos), ya que permite hipotetizar un posible origen evolutivo del mismo. No es fácil comprender que un segmento de estas dimensiones pueda tener como única función actuar de inhibidor de un enzima.

Many enzymes and physiological active proteins are synthesized as inactive precursors or zymogens. Their activation by limited proteolysis is a mechanism of enzymatic regulation. In the present work, it has been studied the fragment released in the proteolytic activation of a porcine pancreatic zymogen, monomeric procarboxypeptidase A (PCPA). Its structural characterization was carried out studying the segment isolated and linked to the active enzyme forming the zymogen in order to test whether its conformation was the same in both cases. The results showed that, once released from the zymogene, the activation segment of PCPA presented a different conformation with a high conformational flexibility. The isolated activation segment showed a significant thermostability, higher than that presented by the proenzyme. Its thermal unfolding was completely reversible and it was observed that the protein was composed by single domain. NMR studies indicated that this segment is a globular protein, which structure is maintained in wide range of pH values, and confirmed its high degree of conformational flexibility. The activation segment of PCPA showed a significant degree of sequence homology with members of the EF-hand calcium binding protein family, with two potential sites for metal binding. Theoretical studies on the secondary structure prediction confirmed the presence of these two regions on its structure. To test whether this segment belonged to the above mentioned protein family, its ability to bind calcium was experimentally tested. The results showed a weak binding of this metal. Thus, it was not possible to consider this protein as a member of the EF-hand calcium binding protein family. Nevertheless, its structure was indeed related to this family of proteins because it was observed that the segment presented a set of characteristics typical of members of this family. It presented ability to bind Tb3+, a metal that can substitute Ca2+, and when its interaction with the dye Stains-all was tested, a similar behaviour to that presented by calmodulin, a protein that belongs to the calcium binding EF-hand protein family, was observed. In a whole the results allowed to conclude that the activation segment of monomeric porcine PCPA is structurally related to the members of the calcium binding EF-hand protein family. This finding is very interesting taking into account the length of this segment (94 residues. A possible evolutive origin can be envisaged. It is not easy to understand that such a long segment has as a unique function to act as inhibitor of an enzyme.