Huntingtina
La huntingtina és una proteïna humana, essencial, que es troba expressada en tot el cos de l'ésser humà, però que principalment es troba al sistema nerviós central (a la zona del còrtex, el nucli estriat i l'hipocamp). Si el gen que la codifica (el Gen de Huntington) pateix certes mutacions, la huntingtina que en resulta és coneguda per ser la causant de la malaltia de Huntington (MH), una greu malaltia neurodegenerativa que afecta els ganglis basals del cervell.[6] Les mutacions del Gen de Huntington que s'ha demostrat que tinguin relació amb l'aparició de la malaltia són les que causen una repetició excessiva de glutamines a l'inici de la proteïna, la també anomenada regió amino-terminal (N-terminal). Aquesta és l'única regió que s'ha aconseguit cristal·litzar fins ara i conseqüentment se'n té més informació, fet que ha facilitat l'estudi de les causes de la malaltia.
Estructura
[modifica]L'estructura de la huntingtina és difícil d'estudiar, ja que la seva cristal·lització, que en permet conèixer l'estructura secundària i la conformació en l'espai, no s'ha aconseguit fer amb resultats satisfactoris. Tot i això es coneix la seva seqüència i, segons els estudis realitzats fins al moment, la seva seqüència d'aminoàcids no presenta similituds significatives amb cap altra proteïna.[6] [7]
Estructura primària
[modifica]La seqüència que forma la huntingtina té 3.142 aminoàcids i té un pes d'aproximadament 347.603 Daltons. La seqüència completa de la huntingtina es pot trobar a la base de dades següent: [8][9]
Estructura secundària
[modifica]Encara que l'estructura secundària de tota la proteïna es desconeix, se sap que té diverses cadenes capaces de formar hèlix α i diverses que poden formar làmines β. S'han trobat evidències, però, que la quantitat de làmines beta és alta i compactada en les proteïnes mutades.[10]
La regió N-terminal de la huntingtina (que conté 449 aminoàcids) s'ha comprovat que conté aproximadament 21 hèlix α i 21 làmines β.[11]
Estructura terciària i quaternària
[modifica]
Degut a la impossibilitat de cristal·litzar la huntingtina, no es coneix amb detall la conformació en l'espai de la huntingtina.
L'estructura de la regió N-terminal però, sí que es coneix, així com la seva estructura quaternària i les seves respectives subunitats.
Dominis i alteracions
[modifica]La huntingtina presenta una sèrie de microdominis anomenats dominis repetidors HEAT. Aquests formen part dels dominis proteics solenoides, i hi ha estudis que suggereixen que els repetidors HEAT compleixen un paper important en el transport intracel·lular.[6][12]
També es coneix que la huntingtina conté aminoàcids modificats. Bàsicament són serines fosforilades i lisines acetilades, la majoria d'elles abans del primer quart de la cadena proteica.[13]
Gen de Huntington
[modifica]La huntingtina (htt) és una proteïna codificada pel gen de Huntington (HTT), localitzat al braç curt (p) del cromosoma 4 a la posició 16.3.[14] El locus del HTT és força gran, format per 180 kilobases (kb) i 67 exons. Les regions transcrites varien de 10,3 kb a 13,7 kb, aquesta última expressada sobretot al cervell.[15] El primer exó conté una seqüència repetida de codons CAG, que correspon a l'aminoàcid glutamina, que varia de 6 a 26 còpies en individus sans. Els genotips amb el rang de variació de 29 a 35 es consideren inestables, ja que encara que no es relacionen amb la malaltia, són molt susceptibles a canvis durant la reproducció que habitualment resulten en l'allargament. A partir de 36 repeticions es considera que se sintetitza la huntingtina mutant (mhtt). S'ha demostrat que la llargada de les repeticions CAG és inversament proporcional a l'inici de la malaltia,[16] per aquest motiu entre 36 i 39 es mostren fenotips lleus amb inicis de la malaltia més tardans i a partir de 40 es manifesta completament la malaltia. Els genotips que contenen més de 55 repeticions mostren els primers símptomes durant la segona dècada de la seva vida, causant l'anomenada Malaltia de Huntington Juvenil (JHD), tot i que és molt poc freqüent.[17]
Funció
[modifica]És una proteïna ubiqüitària, és a dir que es troba en totes les cèl·lules del cos, però és especialment abundant en les cèl·lules neuronals.[18] No s'ha pogut identificar la funció exacta de la huntingtina, però els nombrosos estudis que s'han realitzat permeten determinar les seves interaccions amb altres components coneguts de la cèl·lula, i per tant fer-nos una idea del seu funcionament. S'ha descobert la seva implicació en diferents mecanismes cel·lulars importants.
En el citoplasma
[modifica]Encara que el rol exacte de la huntingtina no és del tot conegut, s'ha demostrat que és una proteïna principalment citoplasmàtica associada al transport vesicular.[19] Aquest transport es fa al llarg dels microtúbuls del citoesquelet de la cèl·lula i s'ha establert que la huntingtina interactua amb la tubulina beta (β), una de les dues tubulines que formen els microtúbuls. La tubulina β és ubiqüitària i, així com la huntingtina, és particularment abundant en les neurones. Aquesta interacció s'ha pogut observar in vitro i in vivo.[20]
La huntingtina es reparteix per tot el citoplasma, però es concentra sobretot en les zones perinuclears de la cèl·lula i en les regions centrosomals, on es co-localitza amb la tubulina gamma (γ), una tubulina especialitzada dels centrosomes.[20]
De fet, la huntingtina es localitza durant la mitosi en els fus acromàtics, que són les estructures encarregades de separar els cromosomes durant la divisió cel·lular. Un estudi ha demostrat que quan la huntingtina és inactiva, hi ha una localització anormal de la proteïna NuMA (Nuclear mitotic Apparatus Protein), que és essencial per l'establiment i el manteniment d'una correcta orientació dels fus acromàtics.[21] A més, també causa la incorrecta localització de la subunitat p150Glued de la dinactina, una proteïna que s'associa a la dineïna i que assegura la seva capacitat de moviment al llarg del microtúbuls.[22] L'associació dineïna/dinactina és essencial per la separació dels cromosomes durant la mitosi, mitjançant la força de tracció que efectuen sobre els microtúbuls.[23]
In vitro, aquesta inactivació de la huntingtina es tradueix en un augment de l'apoptosi post-mitosi; in vivo, s'observa que afecta l'orientació del fus acromàtic i el destí cel·lular en cèl·lules d'embrions. La huntingtina té doncs un rol significatiu en les cèl·lules durant la divisió.[23]
Aquest paper en el destí cel·lular es veu consolidat per la seva funció anti-apoptòtica. En efecte, un estudi va mostrar que la huntingtina, tan normal com mutada, inhibeix una ruta apoptòtica activada per l'excisió de Pak2 (p21 activated kinase 2). Pak2 és una cinasa expressada ubiqüitariament i s'ha demostrat que quan la cèl·lula rep certs estímuls de mort (com les radiacions UV, xocs de calor o senyals moleculars), Pak2 pot ser seccionada per una caspasa per alliberar el seu fragment C-terminal (Pak2p34). Aquest fragment Pak2p34 és una resposta a un senyal de mort i és un tòxic i un mediador essencial per la mort cèl·lular. En l'excisió de la Pak2 poden intervenir diferents caspases, entre les quals la caspasa-3. La huntingtina no només inhibeix l'activació de la caspasa-3,[24] sinó que també inhibeix l'excisió de Pak2 en si. Això evita que es formi Pak2p34: es pot dir que la huntingtina és un citoprotector i que té una funció anti-apoptòtica.[25]
Segons un estudi, la huntingtina millora el transport vesicular de BDNF a través dels microtúbuls. Aquest transport implica un complex de proteïnes, entre elles la subunitat p150Glued de la dinactina i també HAP-1, essencial per l'efecte estimulant de la huntingtina en el tràfic de BDNF. Quan hi ha una mutació de la huntingtina, una repetició de glutamines a l'inici de la proteïna, aquesta comporta la disminució de les proteïnes juntament amb la dineïna IC i kinesina HC dels microtúbuls. Per tant, el fet d'una reducció de les proteïnes provoca que el transport intracelul·lar disminueixi però sense un bloqueig total, ja que es pot observar en la malaltia de Huntington com aquesta progressa abans de l'aparició dels primers simptomes.[26]
En el nucli
[modifica]Si es troba en gran part en el citoplasma de les cèl·lules, estudis han demostrat que també es localitza i actua en el nucli de certes neurones.[27] La seva funció en el nucli és rellevant, ja que s'ha demostrat que la huntingtina, pel seu extrem N-terminal, interactua amb diferents proteïnes que tenen una funció nuclear. Una d'aquestes proteïnes és la CTBP1 (proteïna 1 d'unió a l'extrem C-terminal), un correpressor transcripcional.[28] A més d'això, s'ha observat que també interactua amb el correpressor 1 de receptor nuclear (NCOR1), un altre repressor transcripcional.[29] Així doncs, la huntingtina té un paper en la repressió de la transcripció de gens.
Implicacions clíniques
[modifica]Els símptomes clínics de la malaltia de Huntington són moviments coreics involuntaris, disfunció cognitiva i problemes psiquiàtrics, principalment depressió i canvis de personalitat.[17] S'ha observat que les zones cerebrals on la plasticitat i activitat neuronal es veu més alterada tant en pacients com en models amb ratolins són el nucli estriat, l'hipocamp i el còrtex. Aquesta evidència es pot relacionar amb el quadre clínic de la malaltia, ja que el nucli estriat i el còrtex estan implicats en les funcions motores i d'aprenentatge i l'hipocamp és essencial per la memòria espacial i el reconeixement d'objectes, funcions que es troben alterades a MH.[30]
Una de les causes d'aquesta degeneració cerebral és la desregulació del factor neurotròfic del cervell (BDNF), la transcripció i el transport del qual està determinat per la htt. El BDNF és una proteïna que s'expressa principalment a les zones del cervell més afectades per MH, sobretot al còrtex. Té un rol essencial en el desenvolupament de les neurones d'aquesta àrea i a més a més, quan s'uneix al receptor TrkB afavoreix la supervivència de les neurones i la diferenciació de cèl·lules mare neuronals. En models de ratolins que no expressaven BDNF s'han obtingut resultats molt semblants als que pateixen MH, cosa que suporta que la huntingtina mutant disminueix la transcripció del BDNF i l'afinitat del receptor TrkB per aquest [31][32]. Per aquest motiu s'està estudiant incrementar l'expressió de BDNF com a tractament per MH, i s'ha aconseguit fer-ho amb models de ratolins mitjançant diferents tipus d'estímuls externs.[33]
La pèrdua de memòria a llarg termini és també un símptoma de la Malatia de Huntington. Una de les explicacions possibles és la sobre activació de la quinasa A (PKA) a l'hipocamp que s'ha observat en models de ratolins amb MH. És conegut el rol essencial d'aquest enzim en la formació de memòries a llarg termini[34] i tant un dèficit com excés de la seva activitat són perjudicials.[35]
Referències
[modifica]- ↑ «Malalties que s'associen genèticament amb huntingtina, vegeu/editeu les referències a wikidata».
- ↑ 2,0 2,1 2,2 GRCh38: Ensembl release 89: ENSG00000197386 - Ensembl, May 2017
- ↑ 3,0 3,1 3,2 GRCm38: Ensembl release 89: ENSMUSG00000029104 – Ensembl, May 2017
- ↑ «Human PubMed Reference:». National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
- ↑ «Mouse PubMed Reference:». National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
- ↑ 6,0 6,1 6,2 «"Normal" huntingtin and Huntington's disease» (en anglès). HOPES, from web.stanford.edu, 30-07-2011. [Consulta: 15 octubre 2015].
- ↑ «Crystallization of Huntingtin Exon 1 Using Microgravity (CASIS PCG HDPCG-1)» (en anglès). nasa.gov, 27-08-2016. [Consulta: 20 octubre 2015].
- ↑ «Seqüència comprimida de la huntingtina» (en anglès). [Consulta: 21 octubre 2015].
- ↑ «UniParc - UPI000013D567» (en anglès). [Consulta: 21 octubre 2015].
- ↑ A. Poirier, Michelle A structure-based analysis of huntingtin mutant polyglutamine aggregation and toxicity: evidence for a compact beta-sheet structure. Human Molecular Genetics, 14, 6, 24-01-2005, pàg. 765-774. DOI: 10.1093/hmg/ddi071.
- ↑ «Huntingtin amino-terminal region with 17 Gln residues - crystal C95» (en anglès). RCSB Protein Data Bank, 2009. [Consulta: 21 octubre 2015].
- ↑ R. Groves, Matthew The Structure of the Protein Phosphatase 2A PR65/A Subunit Reveals the Conformation of Its 15 Tandemly Repeated HEAT Motifs, 96, 08-01-1999, pàg. 99-110. DOI: 10.1016/S0092-8674(00)80963-0.
- ↑ «Huntingtin» (en anglès). uniprot.org. [Consulta: 28 octubre 2015].
- ↑ MacDonald, Marcy E.; Ambrose, Christine M; Duyao, Mabel P. «A novel gene containing a trinucleotide repeat that is expanded and unstable on Huntington's disease chromosomes». Cell, 26-03-1993, pàg. Volume 72, Issue 6, p971–983.
- ↑ «NCBI GenBank: homo sapiens HTT, mRNA».
- ↑ Trottier; Biancalana; Mandel «Instability of CAG repeats in Huntington's disease: relation to parental transmission and age of onset». J Med Genet., 5-1994, pàg. 31(5): pàg. 377–382.
- ↑ 17,0 17,1 Roos «Huntington's disease: a clinical review». Orphanet Journal of Rare Diseases, 2010, pàg. 5:40.
- ↑ H. Sharp, Alan; J. Loev, Scott; Schilling, Gabriele; et al «Widespread expression of Huntington's disease gene (IT15) protein product». Neuron, 5-1995, pàg. 1065-1074.
- ↑ DiFiglia, Marian; Sapp, Ellen; Chase, Kathryn; et al «Huntingtin Is a Cytoplasmic Protein Associated with Vesicles in Human and Rat Brain Neurons». Neuron, 5-1995, pàg. 1075-1081.
- ↑ 20,0 20,1 Hoffner, Guylaine; Kahlem, Pascal; Djian, Philippe «Perinuclear localization of huntingtin as a consequence of its binding to microtubules through an interaction with β-tubulin: relevance to Huntington's disease». Journal of Cell Science, 2002, pàg. 941-948.
- ↑ D. Silk, Alain; et al «Requirements for NuMA in maintenance and establishment of mammalian spindle poles». The Journal of Cell Biology, 02-03-2009, pàg. 677-690.
- ↑ R. Gill, Steven; et al «Dynactin, a Conserved, Ubiquitously Expressed Component of an Activator of Vesicle Motility Mediated by Cytoplasmic Dynein». The Journal of Cell Biology, 15-12-1991, pàg. 1639-1650.
- ↑ 23,0 23,1 D. Godin, Juliette; Colombo, Kelly; et al «Huntingtin Is Required for Mitotic Spindle Orientation and Mammalian Neurogenesis». Neuron, 12-08-2010, pàg. 392–406.
- ↑ «"Wild-Type Huntingtin Protects from Apoptosis Upstream of Caspase-3"» (en anglès). The Journal of Neuroscience, May 15, 2000. [Consulta: 28 octubre 2015].
- ↑ «"Huntingtin promotes cell survival by preventing Pak2 cleavage”» (en anglès). Journal of Cell Science, 2009. [Consulta: 28 octubre 2015].
- ↑ «Huntingtin Controls Neurotrophic Support and Survival of Neurons by Enhancing BDNF Vesicular Transport along Microtubules» (en anglès). Science, 9 July 2004. [Consulta: 28 octubre 2015].
- ↑ T. Hoogeveen, André; Willemsen, Rob; Meyer, Nicolle; et al «Characterization and localization of the Huntington disease gene product». Human Molecular Genetics, 12-1993, pàg. 2069-2073.
- ↑ B. Kegel, Kimberly; R. Meloni, Alison; Yi, Yong; et al «Huntingtin Is Present in the Nucleus, Interacts with the Transcriptional Correpressor C-terminal Binding Protein, and Represses Transcription». The Journal of Biological Chemistry, 01-03-2002, pàg. 7466-7476.
- ↑ M. Boutell, Jonathan; Thomas, Philip; W. Neal, James; et al «Aberrant Interactions of Transcriptional Repressor Proteins with the Huntington's Disease Gene Product, Huntingtin». Human Molecular Genetics, 1999, pàg. 1647-1655.
- ↑ Giralt, Albert; Saavedra, Ana «Cognitive Dysfunction in Huntington's Disease: Humans, Mouse Models and Molecular Mechanisms». Journal of Huntington's Disease, 2012, pàg. 155-173.
- ↑ Ferrer; Goutan; Marin «Brainderived neurotrophic factor in Huntington disease». Brain Res., 2000.
- ↑ Baquet; Gorski; Jones «Early striatal dendrite deficits followed by neuron loss with advanced age in the absence of anterograde cortical brain-derived neurotrophic factor». J Neurosci., 2004.
- ↑ Zajac; Pang; Wong «Wheel running and environmental enrichment differentially modify exon-specific BDNF expression in the hippocampus of wild-type and pre-motor symptomatic male and female Huntington's disease mice». Hippocampus, 2010, May.
- ↑ Abel; Nguyen «Regulation of hippocampus-dependent memory by cyclic AMP-dependent protein kinase». Brain Res., 2008.
- ↑ Arnsten; Ramos; Birnbaum «Protein kinase A as a therapeutic target for memory disorders: rationale and challenges.». Trends Mol. Med., 2005.