BIOQUÍMICA CLÍNICA

Flavoproteínas que actúan como amino-oxidasas: Estructura, función e importancia clínica

Flavoproteins acting as amine oxidases: Structure, function and clinical significance

Flavoproteínas atuando como amina oxidases: Estrutura, função e significado clínico

 

Alicia Beatriz Pomilio¹, Jorge Oscar Ciprian Ollivier², Arturo Alberto Vitale³

¹ Doctora de la Universidad de Buenos Aires, Investigadora Superior de CONICET. Instituto de Bioquímica y Medicina Molecular [IBIMOL, ex PRALIB] (UBA y CONICET).
² Médico. Doctorado en la Facultad de Medicina, Universidad de Buenos Aires. IBIMOL [ex PRALIB] (UBA y CONICET).
³ Doctor en Ciencias Químicas, UBA; Investigador de CONICET. IBIMOL [ex PRALIB] (UBA y CONICET).

Instituto de Bioquímica y Medicina Molecular [IBIMOL, ex PRALIB] (UBA y CONICET), Facultad de Farmacia y Bioquímica (FFyB), Universidad de Buenos Aires (UBA), Junín 956, C1113AAD Ciudad Autónoma de Buenos Aires. Argentina. E-mail: pomilio@ffyb.uba.ar

CORRESPONDENCIA PROF. DRA. ALICIA B. POMILIO IBIMOL (ex PRALIB) (UBA y CONICET) Facultad de Farmacia y Bioquímica (FFyB) Universidad de Buenos Aires (UBA) Junín 956, C1113AAD CIUDAD AUTÓNOMA DE BUENOS AIRES, Argentina E-mail: pomilio@ffyb.uba.ar

Todos los autores contribuyeron de igual manera a este trabajo.

 

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Resumen

Se destaca la actividad de las flavoenzimas como amino-oxidasas, que intervienen en el metabolismo de las aminas biogénicas como biorreguladores, especialmente en el crecimiento y la diferenciación celular. La clasificación de las amino-oxidasas incluye flavoenzimas y quinoenzimas. Se analizan las amino-oxidasas que son flavoproteínas, como las monoamino-oxidasas y las poliamino-oxidasas. Se discuten las isoformas, estructuras y función de ambas, sus sustratos e inhibidores, la expresión de MAO-A y MAO-B en tejidos humanos y sus implicancias clínicas. MAO plaquetaria es un biomarcador de desórdenes mentales y neurodegenerativos. Los inhibidores selectivos de MAO-A resultaron ser eficaces antidepresivos, mientras que algunos de MAO-B se utilizan en el tratamiento de enfermedades de Parkinson y de Alzheimer. La identificación de elevadas concentraciones de poliaminas en varias enfermedades, desde cáncer y psoriasis hasta infecciones parasitarias, hace que la manipulación de su metabolismo sea un blanco terapéutico o preventivo en ciertas enfermedades. Se discute además qué poliamino-oxidasas actúan en el metabolismo de las poliaminas en humanos, frente a las presentes en plantas, bacterias y protistas. Las poliaminas y las enzimas de su metabolismo desempeñan funciones relevantes en los procesos de envejecimiento y en algunas enfermedades, como cáncer, diabetes mellitus, accidentes cerebro-vasculares, insuficiencia renal y trastornos psiquiátricos.

Palabras clave: Flavoproteínas; Amino-oxidasas; Monoamino-oxidasas; Poliamino-oxidasas; Estructura; Función; Implicancia clínica.

Summary

The activity of flavoenzymes as amine oxidases involved in the metabolism of biogenic amines as bioregulators is highlighted, particularly for cell growth and differentiation. The classification of amine oxidases includes flavoenzymes and quinoenzymes. Amine oxidases that are flavoproteins, such as monoamine oxidases and polyamine oxidases, are analyzed herein. The isoforms, structures and functions of both enzyme families, their substrates and inhibitors, the expression of MAO-A and MAO-B in human tissues, and their clinical implications are discussed. Platelet MAO is a biomarker of mental and neurodegenerative disorders. Selective MAO-A inhibitors proved to be effective antidepressants, while some MAO-B inhibitors are used for treatment of Parkinson's and Alzheimer's diseases. The identification of high concentrations of polyamines in a variety of diseases, from psoriasis to cancer and parasitic infections, makes handling their metabolism a therapeutic or preventive target for the treatment of some diseases. Also polyamine oxidase activity on polyamine metabolism in humans, compared to those present in plants, bacteria and protists,is discussed. Polyamines and the enzymes involved in their metabolism play important roles in the aging processes, as well as in certain diseases such as cancer, diabetes mellitus, stroke, kidney failure, and defined psychiatric disorders.

Keywords: Flavoproteins; Amine oxidases; Monoamine oxidases; Polyamine oxidases; Structure; Function; Clinical significance.

Resumo

Foi enfatizada a atividade de flavoenzimas como as amina oxidases envolvidas no metabolismo de aminas biogênicas como biorreguladores, especialmente no crescimento e diferenciação celular. A classificação das amina oxidases inclui flavoenzimas e quinoenzimas. Amina oxidases que são flavoproteínas, tais como monoamina oxidases e poliamina oxidases, são analisadas. Isoformas, estrutura e função das duas oxidases são discutidas, os seus substratos e inibidores, a expressão de MAO-A e MAO-B em tecidos humanos e suas implicações clínicas. MAO plaquetária é um biomarcador de desordens mentais e neurodegenerativas. Os inibidores selectivos da MAO-A resultaram ser eficazes antidepressivos, embora alguns dos MAO-B sejam utilizados no tratamento da doença de Parkinson e de Alzheimer. A identificação de elevadas concentrações de poliaminas em várias doenças, desde câncer e psoríase a infecções parasitárias, faz com que a manipulação do seu metabolismo seja um alvo terapêutico ou preventivo em certas doenças. Também se discute que a poliamina oxidase atua sobre o metabolismo das poliaminas no ser humano, em comparação com aquelas presentes em plantas, bactérias e protistas. As poliaminas e enzimas do seu metabolismo desempenham papéis relevantes nos processos de envelhecimento e em algumas doenças, tais como câncer, diabetes miellitus, acidente vascular cerebral, insuficiência renal e perturbações psiquiátricas.

Palavras-chave: Flavoproteínas; Amina oxidases; Monoamina oxidases; Poliamina oxidases; Estrutura; Função; Implicações clínicas.

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Introducción

Las flavoproteínas participan en variados procesos biológicos y además, actúan como enzimas. Estas proteínas se caracterizan por poseer un nucleótido derivado de la vitamina B2, como flavín-adenín-dinucleótido (FAD) o flavín-mononucleótido (FMN) conocido también como riboflavina-5'-monofosfato. Las flavoenzimas de interés en este trabajo son las monoamino-oxidasas.
Las amino-oxidasas son enzimas que están muy distribuidas en los organismos vivos (bacterias, plantas, animales) ⁽¹⁾⁽²⁾ y que catalizan la desaminación oxidativa de las aminas (mono-, di- y poliaminas), con consumo de oxígeno y agua, y producen el aldehído correspondiente, amoníaco y peróxido de hidrógeno ⁽²⁾, según la reacción general:

RCH₂NH₂ (mono-, di- y poliaminas) + H₂O + O₂ g RCHO + NH₃ + H2O₂

Las amino-oxidasas de mamíferos son una familia heterogénea de enzimas que metabolizan varias monoaminas (primarias y secundarias), diaminas, cadenas laterales metiladas de lisina en las proteínas y poliaminas, endógenas o xenobióticas y también de origen dietario ⁽²⁾.
Su función en el metabolismo de las aminas biogénicas les confiere un rol importante durante los procesos esenciales en los que estas aminas intervienen como la proliferación (3) (4), la diferenciación celular y la apoptosis ⁽⁵⁾.

Clasificación de las amino-oxidasas

La familia de las amino-oxidasas se puede dividir en dos grupos, en base a la naturaleza química de sus cofactores:

1) Las amino-oxidasas con FAD como cofactor, denominadas FAD-amino-oxidasas, comprenden las monoamino-oxidasas (MAOs; EC 1.4.3.4) y las poliamino-oxidasas [PAOs; EC 1.5.3.13 hasta 1.5.3.17, siendo importantes en humanos la N1-acetilpoliamino-oxidasa, (PAO o APAO peroxisomal humana; EC 1.5.3.13) y la espermina-oxidasa (SMO; EC 1.5.3.16)].
Estas flavoenzimas catalizan la oxidación de aminas primarias y secundarias, con la transferencia de un equivalente de hidruro de un enlace carbono-nitrógeno al cofactor flavina.
Dentro de las flavoproteínas se encuentra también el grupo de enzimas con aminoácidos como sustratos, que no serán tratados en el presente trabajo. Como por ejemplo: L-aminoácido-oxidasa (LAO) que fue aislada primero de veneno de serpiente, cataliza la desaminación oxidativa de L-aminoácidos y los convierte en cetoácidos, amoníaco y peróxido de hidrógeno ⁽⁶⁾. LAO es una proteína específica de la glándula mamaria en el período de lactancia de humanos y en mamíferos en general, que presenta actividad antibacteriana por la producción de peróxido de hidrógeno; se encuentra también en la leche. También se conoce la D-aminoácido-oxidasa (DAAO; también DAO, OXDA, DAMOX), que es una enzima peroxisomal, que se expresa en una variedad de especies, desde levaduras a humanos, pero no en bacterias ni en plantas ⁽⁷⁾⁽⁸⁾. Su función es la oxidación de los D-aminoácidos a los correspondientes iminoácidos, produciendo amoníaco y peróxido de hidrógeno. Recientemente, la DAAO de mamíferos se ha asociado al metabolismo de D-serina en el cerebro y a la regulación de la neurotransmisión glutamatérgica. En un estudio postmortem, se encontró que la actividad de DAAO era dos veces mayor en la esquizofrenia (9). El activador de la DAAO (DAOA, sigla del inglés: D-amino acid oxidase activator), también conocido como G72, es una proteína enriquecida en varias partes del cerebro, médula espinal y testículos, que interactúa con DAAO y su gen ⁽¹⁰⁾, pudiendo jugar un rol en los mecanismos glutamatérgicos de la esquizofrenia ^(11-13); confiere susceptibilidad al trastorno bipolar.
También la enzima D-aspartato-oxidasa [aspártico-oxidasa; D-aspártico-oxidasa; nombre sistemático:D-aspartato:oxidorreductasa de oxígeno (desaminante)] ⁽¹⁴⁾ participa en el metabolismo de alanina y aspartato; es codificada por el gen DDO.
2) Las amino-oxidasas que tienen cobre en su sitio activo y un cofactor orgánico con uno o más grupos carbonilo, como: fosfato de piridoxal, quinona de pirroloquinolina o 6-hidroxidopa (también llamadas amino-oxidasas carbonilo-dependientes) denominadas Cu-amino-oxidasas.
Estas quinoenzimas, con actividad enzimática de amino-oxidasas, comprenden la diamino-oxidasa (DAO; EC 1.4.3.22), la MAO circulante, MAO plasmática o amino-oxidasa sensible a la semicarbazida (SSAO, sigla del inglés: semicarbazide-sensitive amine oxidases) o proteína-1 de adhesión vascular (VAP-1, sigla del inglés: vascular adhesion protein-1) (EC 1.4.3.21) (15) (16) y la enzima del tejido conectivo: lisil-oxidasa (LOX; EC 1.4.3.13).
Las MAO, las PAO y las SSAO parecen contribuir al metabolismo de los xenobióticos ^(16)(17).
Esta compilación estará enfocada hacia el primer grupo de amino-oxidasas que son flavoenzimas, como las MAOs y las PAOs.

Monoamino-oxidasas: isoformas, estructuras, función, sustratos e inhibidores

La monoamino-oxidasa (MAO) fue aislada por primera vez en 1928 por Hare y llamada tiramino-oxidasa por su capacidad para catalizar la desaminación oxidativa de la tiramina. Más tarde, surgieron otros sustratos de MAO, tipo monoaminas, como las catecolaminas (dopamina, noradrenalina, adrenalina) y la serotonina, por lo que se la denominó monoamino-oxidasa.
Por lo tanto, MAO (EC 1.4.3.4) es una flavoenzima que cataliza la desaminación oxidativa de las monoaminas naturales, como los neurotransmisores y las aminas biogénicas. MAO es importante en la regulación de la degradación metabólica de las catecolaminas y de la serotonina en el tejido nervioso y en otros tejidos ⁽¹⁸⁾. MAO hepática tiene un papel defensivo crucial en la desactivación de las monoaminas circulantes o aquellas que, como la tiramina, se originan en el intestino y son absorbidas por la circulación portal.

ISOFORMAS DE MAO
Existen dos isoformas de MAO, llamadas MAO-A y MAO-B, diferenciadas históricamente por la selectividad de ciertos inhibidores de bloquear una u otra de las dos formas: clorgilina bloquea MAO-A ⁽¹⁹⁾ y L-deprenilo resulta específico para MAO-B ^(20)(21).
También hay una preferencia de sustrato, MAO-A metaboliza preferentemente serotonina, mientras que MAO-B tiene preferencia por β-feniletilamina. Tiramina, adrenalina, noradrenalina y dopamina son metabolizadas igualmente por las dos isoenzimas ⁽²²⁾.
Ambas isoformas de MAO tienen pesos moleculares ligeramente diferentes: 60 kDa para MAO-A y 58 kDa para MAO-B en humanos ⁽²³⁾.
A nivel genómico, las MAOs son codificadas por dos genes diferentes situados en el cromosoma X ⁽²⁴⁾. Su organización genómica es muy similar: 15 exones y 14 intrones ⁽²⁵⁾. Además, la clonación de ADNc mostró en humanos una homología de secuencia en aminoácidos del 70% entre las dos isoformas ⁽²⁶⁾. Con los clones de ADNc de MAO-A y -B se demostró la distribución en los tejidos y la estructura genómica de MAO-A y -B, sugiriendo que derivan del mismo gen ancestral. Se han establecido los sitios activos, el rol de las unidades de cisteína, los modelos tridimensionales y los dominios blanco de las mitocondrias de ambas isoenzimas ⁽²⁷⁾.
Los estudios de los ratones MAO-A y de los MAO-B KO sugirieron que ambas MAOs tienen distintas funcio nes bioquímicas y fisiológicas ⁽²⁷⁾.
La comparación de las secuencias de MAO-A y de MAO-B entre especies también mostró una conservación significativa de cada una de las isoformas, con una homología del 87% entre MAO-A humana y bovina, del 85% con la rata ^(28)(29) y del 88% entre MAO-B humana y bovina ^(29)(30).

ESTRUCTURAS DE MAOs
Las MAOs están formadas por dos subunidades unidas por un puente disulfuro, asociado con un grupo FAD que actúa como cofactor: MAOs son así enzimas que pertenecen a la familia de las flavoproteínas. Mediante el estudio dirigido por mutagénesis del sitio activo de las MAOs se demostró que ciertos aminoácidos juegan un papel clave en la actividad enzimática ⁽³¹⁾ o en la especificidad del sustrato ⁽³²⁾.
La cristalografía (Fig. 1) de MAOs se realizó recientemente y permitió avanzar en el conocimiento de sus sitios catalíticos y de sus sitios de unión a los inhibidores o a sus sustratos ^{(33) (34)}; este nuevo enfoque debería permitir el modelado de nuevas moléculas.

LOCALIZACIÓN DE MAOs
Las MAOs son flavoenzimas ubicuas altamente conservadas en eucariotas y situadas a nivel subcelular en la membrana mitocondrial externa, ya sea en las terminales nerviosas, en el hígado u otros órganos.
La localización tisular de MAOs se ha estudiado principalmente en el sistema nervioso central debido a su rol en el turn-over de las catecolaminas, de la dopamina y de la serotonina, cuya vida media puede verse afectada en muchas patologías neurodegenerativas, como en la enfermedad de Parkinson y en la enfermedad de Alzheimer. La ubicación de MAOs dentro de las neuronas no necesariamente corresponde a aquella de su sustrato natural: MAO-A está a menudo presente en las neuronas catecolaminérgicas y MAO-B en las neuronas serotoninérgicas ⁽³⁷⁾.
La expresión de MAOs en los tejidos periféricos humanos, en los de ratón y de rata se ha estudiado intensamente, en función de la edad ^(48)(49), de la relación de MAO-A vs MAO-B ⁽⁴²⁾ y del tejido ^{(38)(40)(43)(46)}. La Tabla I es una lista no exhaustiva de la expresión de MAO-A y -B en diferentes tejidos periféricos humanos y unos de rata.

Tabla I. Expresión de MAO-A y -B en diferentes tejidos humanos

Figura 1. Estructura cristalográfica de las monoamino-oxidasas humanas. MAO-A: Cristaliza bajo forma monomérica ⁽³⁵⁾ ; N: N-terminal; C: C-terminal. El dominio extra-membrana se muestra en amarillo y rojo, y el dominio de unión a la membrana en azul. El dominio extra-membrana se divide en dos regiones: la región de unión a FAD (amarillo) y la región de unión al sustrato/inhibidor (rojo). Se muestran las moléculas de FAD en negro y de harmina en verde. La flecha de color negro indica la posición de G110, una unidad en la que se han introducido mutaciones ⁽³⁶⁾. MAO-B: Cristaliza en forma dimérica. Los dos monómeros están representados en verde y en amarillo; el cofactor FAD se muestra en violeta ⁽³⁵⁾.

FUNCIÓN DE MAOs
Las MAOs están implicadas en la desaminación oxidativa de las monoaminas (adrenalina, noradrenalina, dopamina, serotonina, triptamina, tiramina). Por lo tanto, juegan un rol primordial en el mantenimiento de la homeostasis de las monoaminas y catecolaminas en el control de sus concentraciones, especialmente a nivel de las vesículas sinápticas (sistema nervioso). También intervienen en la desintoxicación, incluyendo el metabolismo de las monoaminas dietarias ⁽⁵⁰⁾.

REACCIÓN ENZIMÁTICA CATALIZADA
Ambas MAOs catalizan la desaminación oxidativa de aminas primarias alifáticas y aromáticas, así como algunas aminas secundarias y terciarias, de acuerdo con la siguiente reacción general:

RCH₂NH₂ + H₂O + O₂ RCHO + NH₃ + H2O₂

Esta reacción se desarrolla en tres etapas: el sustrato se oxida primero, generando la imina correspondiente y el cofactor FAD (FAD está unido a la enzima: E-FAD) se reduce a hidroquinona (reacción 1). La imina después se hidroliza a aldehído con liberación de amoníaco (reacción 2). Durante la reoxidación del cofactor FAD por el oxígeno, se produce peróxido de hidrógeno (reacción 3).

(reacción 1) RCH₂NH₂ + E-FAD → RCH=NH + E-FADH₂
(reacción 2) RCH=NH + H₂O → R-CHO + NH₃
(reacción 3) E-FADH₂ + O₂ → E-FAD + H₂O₂

El aldehído producido en esta reacción se convierte a continuación en ácido carboxílico o en alcohol, mediante las respectivas enzimas, aldehído-deshidrogenasa o aldehído-reductasa.

ROL EN EL SISTEMA NERVIOSO CENTRAL
A nivel central, ambas MAOs participan en el turn-over y, por lo tanto, en la inactivación de catecolaminas y de serotonina, así como también en la desintoxicación de ciertos xenobióticos.
Así, 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridina o MPTP, un potente neurotóxico proveniente de drogas sintéticas (meperidina), es metabolizado por MAO-B en MPP+ o 1-metil-4-fenilpiridinio, un metabolito capturado específicamente por las neuronas dopaminérgicas y su destrucción, causando síntomas similares a los de la enfermedad de Parkinson.
Algunas enfermedades debidas a un defecto en la síntesis de las monoaminas (enfermedad de Parkinson y de Alzheimer) son tratadas con inhibidores de monoamino-oxidasas (IMAOs). La enfermedad de Alzheimer está aparentemente asociada con un aumento en la actividad de MAO-B ⁽⁴⁹⁾.
Además, los estudios de comportamiento realizados en animales con eliminación de MAO-A o MAO-B permiten una mejor comprensión de la importancia de cada isoforma a nivel central. Los ratones knock-out (KO) para MAO-A presentan un aumento de serotonina y de noradrenalina centrales ⁽⁵¹⁾; muestran una agresividad exagerada. Los animales knock-out para MAO-B presentan un aumento de β-feniletilamina ⁽⁵²⁾; no tienen un comportamiento especialmente agresivo, a diferencia de lo que ocurre en el hombre, donde una disminución en MAO-B plaquetaria parece estar asociada con un aumento de la agresividad ⁽⁵³⁾. Sin embargo, estos ratones son más susceptibles al estrés y presentan poca capacidad para habituarse a actividades motoras ⁽⁵⁴⁾.
No se puede hacer un doble KO por cruzamiento de las dos líneas debido a la proximidad demasiado grande de los dos genes, pero tal doble KO pudo ser aislado por mutación espontánea ⁽⁵⁵⁾. Presenta el mismo tipo de comportamiento agresivo que KO de MAO-A.
Por último, ambas MAOs intervienen en el desarrollo y la maduración de ciertas áreas del cerebro ⁽⁵⁶⁾ y, debido a la importante producción de especies reactivas del oxígeno (ROS, sigla del inglés: reactive oxygen species) intervienen en los procesos de envejecimiento cerebral ^(57)(58), sobre todo porque aumenta su expresión con la edad en ciertas regiones del cerebro ^(56)(59)(60).
Se considera que la actividad de MAO plaquetaria es un índice de la actividad serotoninérgica cerebral. Se ha evaluado la actividad de MAO plaquetaria en 29 pacientes con trastorno obsesivo compulsivo (TOC) frente a controles sanos apareados por edad, género y consumo de tabaco ⁽⁶¹⁾. Los pacientes con TOC y obsesiones agresivas presentaron niveles significativamente menores de actividad MAO plaquetaria que los pacientes sin obsesiones agresivas. Por lo tanto, la actividad de MAO plaquetaria puede ser un marcador de la gravedad de TOC y la actividad baja de MAO plaquetaria puede asociarse con obsesiones agresivas en pacientes con TOC.
Recientemente, se estudiaron los marcadores bioquímicos en 34 pacientes psicóticos frente a controles, efectuándose dosaje de MAO plaquetaria y amino-oxidasa sérica (AO sérica, SSAO o MAO circulante), actividad transmetilante y dosaje de N,N-dimetilindol-alquilaminas urinarias: bufotenina y N,N-dimetiltriptamina ⁽⁶²⁾. Se realizaron simultáneamente ensayos neuropsicológicos para evaluar los parámetros psicométricos en los mismos sujetos de estudio. Los niveles urinarios de DMT y bufotenina fueron evaluados por cromatografía gas-líquido-espectrometría de masas y por cromatografía líquida de alta resolución. Las enzimas fueron dosadas por métodos espectrofluorimétricos. Se establecieron relaciones entre los valores estadísticamente significativos de bufotenina urinaria y MAO plaquetaria, de DMT urinaria con MAO plaquetaria y con AO sérica. Los valores estadísticamente significativos de MAO plaquetaria y los de actividad de transmetilación fueron satisfactoriamente correlacionados lográndose así categorizar el 91,1% de los 34 sujetos participantes en cuatro tipos principales. La marcada disminución de MAO plaquetaria mostró concordancia con el aumento de bufotenina y DMT, y con la alteración perceptual observada en los ensayos neuropsicológicos. La disminución de AO sérica fue moderada, pero acorde con la actividad transmetilante registrada. Los resultados apoyan la teoría de transmetilación patológica de la esquizofrenia y muestran que estas indolalquilaminas metiladas son marcadores de estado para estas patologías ⁽⁶²⁾.

ROL EN LOS ÓRGANOS PERIFÉRICOS
A nivel hepático e intestinal, ambas MAOs participan en la desintoxicación de las aminas biogénicas como tiramina ⁽⁶³⁾ (Fig. 2), pero también de algunos xenobióticos, como 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridina o MPTP ⁽⁶⁴⁾.

Figura 2. Metabolismo de la tiramina alimentaria ⁽⁶⁷⁾.

 

Las MAOs renales ^(38)(45) participan de la regulación de la concentración de las monoaminas producidas. Estas monoaminas (serotonina, dopamina) desempeñan un papel importante en la regulación de las funciones renales (filtración, excreción, reabsorción). Las MAOs, al regular las concentraciones de estas aminas podrían participar en la regulación de la función renal ^(65)(66).

FUNCIÓN RELACIONADA CON EL ESTRÉS OXIDATIVO Y LA PRODUCCIÓN DE ROS
La MAO pancreática podría participar en la liberación de insulina. En efecto, la estimulación farmacológica de los receptores β2-adrenérgicos (terbutalina) parece estimular la actividad de MAO pancreática, resultando en un cambio del estado redox de los islotes β del páncreas por la liberación de peróxido de hidrógeno (H₂O₂) ⁽⁶⁸⁾.
El riñón es un órgano con una de las actividades más importantes de MAO ^{(38)(44)(45)(69)}. En las células del túbulo proximal las MAOs son la principal vía de degradación de serotonina y de dopamina, que participan en la regulación de la reabsorción de sodio ^(70)(71)(72). Además, el peróxido de hidrógeno producido por las MAOs durante la degradación de dopamina puede,

dependiendo de su concentración (y de la concentración de sustrato) ser proliferativo ⁽³⁾ o pro-apoptótico ⁽⁷³⁾. In vivo, el peróxido de hidrógeno producido por las MAOs durante los fenómenos de isquemia/reperfusión en ratas es responsable de daños tisulares ^(74)(75).
El tejido adiposo blanco y marrón de la rata, y los adipocitos humanos expresan MAO, incluyendo MAO-A ⁽³⁹⁾, capaz de generar peróxido de hidrógeno durante el metabolismo de tiramina ⁽⁷⁶⁾. Además, el transporte de glucosa ⁽⁷⁷⁾ y la producción de AMPc ⁽⁷⁶⁾ por los adipocitos se incrementará mediante la tiramina en relación con la producción de peróxido de hidrógeno por MAOs. La lipólisis está también regulada negativamente por las MAOs ⁽⁷⁸⁾. Estos resultados indican un rol importante de MAOs en el balance de almacenamiento/ lipólisis del tejido adiposo, favoreciendo más bien al almacenamiento.
Muchos otros órganos también expresan una u otra isoforma de MAO. Así, el corazón es un órgano de alta expresión de MAO-A ^(79)(80). La expresión de MAO aumenta con la edad en algunos órganos como el corazón ⁽⁸¹⁾ y podría contribuir a los procesos de envejecimiento tisular debido al estrés oxidativo que se genera ⁽⁵⁸⁾.

SUSTRATOS E INHIBIDORES DE MAOs
La especificidad por el sustrato y por el inhibidor de ambas isoformas de MAO ⁽⁸²⁾ se resume en la Tabla II ⁽⁸³⁾.

Tabla II. Principales sustratos e inhibidores de MAOs

 

SUSTRATOS DE MAOs
Hay especificidad de sustrato para ambas enzimas, MAO-A metaboliza sobre todo serotonina, MAO-B tiene como sustrato preferencial a la β-feniletilamina.
Algunos sustratos son comunes a las dos isoformas de MAOs, como dopamina y tiramina que son metabolizadas con la misma eficiencia por ambas enzimas (Tabla II).
Sin embargo, aunque cada isoforma tiene una afinidad variable en función del sustrato (teniendo cada una sus sustratos preferidos), a altas concentraciones de la enzima o del sustrato, las enzimas metabolizan de manera menos específica un sustrato con el que tienen menos afinidad.
Los xenobióticos, como por ejemplo el más conocido MPTP, son también susceptibles a la degradación por MAOs ⁽⁸⁴⁾.
Entre los sustratos de MAOs, se encuentran algunos derivados O- y N-metilados de catecolaminas o de serotonina, producidos respectivamente por la catecol-O-metiltransferasa (COMT) y la 5-hidroxiindol-O-metiltransferasa (5-HIOMT).
Por último, MAOs comparten algunos de sus sustratos con otras enzimas, como la bencilamina, principalmente metabolizada por SSAO o la metilhistamina, normalmente metabolizada por DAO o por SSAO.

INHIBIDORES DE MAOs (IMAOs)
Los IMAOs se han desarrollado para tratar enfermedades, como por ejemplo: la depresión y enfermedades neurodegenerativas ⁽⁸⁵⁾.
Los primeros IMAOs comerciales eran irreversibles y no específicos de una forma de MAO (fenelzina, iproniazida, tranilcipromina). Su uso produjo efectos secundarios importantes, tales como hepatotoxicidad y riesgos de interacción con otros antidepresivos del tipo de los tricíclicos (inhibidores del transporte de la serotonina) o los opiáceos. Además, debido a su unión irreversible a la enzima, su uso ha dado lugar a crisis hipertensivas denominadas "efecto queso", por ser inducidas entre otros por un consumo de queso, pero también de cerveza, de chocolate y en general, de todos los alimentos ricos en tiramina ⁽⁸⁶⁾.
La industria farmacéutica ha desarrollado una amplia gama de IMAOs, irreversibles o reversibles, y específicos para una u otra de las dos enzimas ⁽⁸⁷⁾.
Recientemente, se describió una nueva clase de inhibidores de MAO-A y MAO-B y de SSAO/VAP-1 basados en 3-fluoroalilamina; estudios de síntesis y SAR llevaron al compuesto 28 (PXS-4159A) ⁽⁸⁸⁾.

Los IMAOs (Tabla II) pertenecen a varias grandes familias:

• Los inhibidores irreversibles son reconocidos por la enzima y se convierten en intermediarios reactivos que reaccionan con el grupo FAD de MAO, formando aductos covalentes estables, dando una enzima inactiva ⁽⁸⁹⁾:
- Derivados de hidrazina (iproniazida, fenelzina).
- Derivados de ciclopropilamina (tranilcipromina, LY51646, LY54761).
- Derivados acetilénicos no selectivos (pargilina), selectivos de MAO-A (clorgilina), o de MAO-B (L-deprenil, selegilina, rasagilina).

• Los inhibidores reversibles, debido a su reversibilidad, no interaccionan con otros medicamentos y no presentan restricciones dietarias ⁽⁸⁹⁾:
- Inhibidores con estructura de oxazolidinona (toloxatona, befloxatona).
- Derivados de moclobemida (IMAO-A).
- Inhibidores del grupo 2-aminoetilcarboxamida (RO-41-1049 y RO-19-6327).

Recientemente se desarrolló un método para la detección de IMAOs mediante electroforesis capilar, en base a la interacción de MAO y su sustrato ⁽⁹⁰⁾. El proteoliposoma bioactivo se reconstituyó mediante liposoma y MAO y luego se aplicó como fase pseudoestacionaria de electroforesis capilar para imitar la interacción entre la enzima y su sustrato. R-2-HPA y rasagilina [N-propargil-1-(R)-aminoindano], que son dos tipos de IMAOs, se añadieron en los buffers de corrida que contenían proteoliposoma. Los resultados indicaron que la interacción entre kinuramina y MAO se debilitó con el aumento de los inhibidores. La eficiencia de la inhibición de rasagilina fue más fuerte que la de R-2-HPA a la misma concentración. Además, se investigó también la interacción entre kinuramina y el liposoma. Este nuevo método podría proporcionar una herramienta potencial para la detección de IMAOs ⁽⁹⁰⁾.
Implicancias clínicas de MAO
Resulta importante determinar la actividad de la enzima MAO en plaquetas. Como MAO-B se expresa sólo, o predominantemente, en las plaquetas y linfocitos periféricos ⁽⁹¹⁾, la evaluación de MAO plaquetaria, corresponde en realidad a dosar MAO-B en las plaquetas, las cuales constituyen un modelo periférico de los sinaptosomas centrales serotoninérgicos (5-HT), ya que comparten procesos bioquímicos similares con las neuronas 5-HT ⁽⁹²⁾.
Además de actuar en la fisiología de la hemostasia, las plaquetas son herramientas importantes en la investigación psiquiátrica sobre el estrés físico y psicológico, para la comprensión de ciertas condiciones psiquiátricas y de las propiedades farmacológicas de algunos medicamentos psicotrópicos. En realidad, ofrecen una variedad de perspectivas bioquímicas en neuropsiquiatría ^(62)(92). Entonces, por todo lo expresado, la actividad de MAO plaquetaria es un índice de la actividad serotoninérgica cerebral.
Recientemente se dosó MAO plaquetaria en 34 pacientes frente a controles, mediante un método espectrofluorimétrico utilizando kinuramina como sustrato ⁽⁶²⁾.
Dado que el tabaquismo disminuye la actividad la actividad de MAO-B plaquetaria ⁽⁹³⁾, en este tipo de estudios es necesario registrar a los fumadores y el número de cigarrillos que fuman por día. Sin embargo, no se encontró correlación entre la actividad de MAO plaquetaria y el número de cigarrillos diarios ^(62)(94).
Dado que la actividad de MAO plaquetaria se encuentra bajo la influencia del género ^(93)(95), edad ⁽⁵⁶⁾, etnia o raza ⁽⁹⁶⁾, tabaquismo, alcoholismo ⁽⁹⁷⁾, enfermedades neurodegenerativas, sustancias psicotrópicas y psicodislépticas ⁽⁹⁸⁾, medicamentos ⁽⁹⁹⁾ y el tratamiento con litio o haloperidol, al realizar estudios en humanos es necesario controlar estas características en los sujetos bajo estudio y en los controles. En cuanto al alcoholismo, se ha estudiado ⁽⁹⁷⁾ su influencia sobre MAO plaquetaria, demostrando que el tabaquismo, y no el alcoholismo, reduce la actividad de MAO-B en sujetos alcohólicos. Los valores normales de MAO plaquetaria se han descripto en la literatura ⁽¹⁰⁰⁾.
En especial, MAO plaquetaria es considerada un biomarcador de los diferentes rasgos de personalidad, tales como comportamiento agresivo, adicción, búsqueda de sensaciones, trastornos afectivos, psicosis afectiva y depresión neurótica ^(99)(101) y se han encontrado niveles alterados de MAO plaquetaria en varias psicopatologías.
Se observó que en pacientes psiquiátricos un porcentaje significativamente grande: 73,5% presenta un marcado descenso en MAO plaquetaria (MAO-B) ⁽⁶²⁾, lo cual está de acuerdo con observaciones previas de disminución en algunos desórdenes mentales y neurodegenerativos, alcoholismo, esquizofrenia, enfermedad de Alzheimer, enfermedad de Parkinson, corea de Huntington, anemia perniciosa ⁽⁹⁹⁾, trastorno infantil de hiperactividad con déficit de atención ⁽¹⁰²⁾, pilotos de alto riesgo que admiten el riesgo, veteranos de guerra con trastorno de estrés postraumático ⁽¹⁰³⁾ relacionado con el combate ⁽⁹⁴⁾, trastorno obsesivo compulsivo y obsesiones agresivas ⁽⁶¹⁾. En cambio, se registraron aumentos de MAO plaquetaria en pacientes depresivos ⁽¹⁰⁴⁾.
Recientemente, se ha estudiado la asociación entre el polimorfismo del gen de MAO-A y el suicidio ⁽¹⁰⁵⁾.
Las indicaciones clínicas y la eficacia de los IMAOs se establecen para los siguientes trastornos: enfermedad de Parkinson, trastornos depresivos y trastornos de ansiedad (fobia social, trastorno de pánico, trastorno de estrés postraumático). Otros posibles usos terapéuticos e indicaciones pueden ser: dejar de fumar, trastorno de déficit de atención con hiperactividad y déficits cognitivos en demencia para moclobemida ^(106)(107).
Los inhibidores selectivos de MAO-A (IMAO-A) han demostrado ser eficaces antidepresivos, mientras que algunos IMAO-B resultaron ser beneficiosos en el tratamiento de las enfermedades de Parkinson ^(108-111) y de Alzheimer ^(112)(113).
La enfermedad de Alzheimer es un síndrome multifactorial que implica una serie compleja de diferentes, aunque relacionados, factores en su progresión. La acumulación y agregación de b-amiloide en el cerebro parece ser un dato temprano y central en la patogénesis del Alzheimer. El b-amiloide deriva del procesamiento proteolítico de la proteína precursora de amiloide (APP, sigla del inglés: amyloid precursor protein) por b- y g-secretasas. En consecuencia, se desarrollaron nuevas moléculas híbridas con actividad multimodal: i) M30, IMAO-A e IMAO-B selectivo, permeable en el cerebro, con actividad quelante y neuroprotectora, ii) HLA20, un quelante de metales, permeable en el cerebro, con actividad neuroprotectora, iii) HLA20A, un inhibidor de la acetilcolinesterasa con sitio activo quelante y actividad neuroprotectora, iv) M30D, un inhibidor de la acetilcolinesterasa, de MAO-A y de MAO-B con sitio activo quelante y actividad neuroprotectora; y v) análogos del péptido neuroprotector NAPVSIPQ. HLA20A y M30D actúan como pro-quelantes y pueden ser activados para liberar sus respectivos quelantes activos HLA20 y M30 a través de la seudoinhibición de la acetilcolinesterasa ⁽¹¹³⁾. Estos fármacos presentan una amplia gama de actividades in vitro e in vivo, con potencia antioxidante-quelante y actividad inhibidora de acetilcolinesterasa, de MAO-A y de MAO-B, así como efectos neuroprotectores/ neurorescatadores. Estos compuestos actúan mediante diversos mecanismos moleculares, como la modulación de expresión/procesamiento del β-amiloide y de la proteína precursora de β-amiloide (APP), la inducción de la detención del ciclo celular, la inhibición de los marcadores de muerte neuronal, y la regulación positiva de factores neurotróficos, así como la activación de las vías de señalización de la proteín-quinasa ⁽¹¹³⁾.
La enfermedad de Parkinson ⁽¹¹⁴⁾ es un trastorno que se caracteriza patológicamente por la neurodegeneración progresiva de las células dopaminérgicas de la vía nigroestriatal. La levodopa (3,4-dihidroxifenilalanina: L-dopa) sigue siendo la mejor medicación estándar para el tratamiento de pacientes con enfermedad de Parkinson avanzada. Una vez que emergen las complicaciones motoras después de algunos años de terapia con L-dopa, los médicos pueden añadir otras clases de fármacos antiparkinsonianos, como los agonistas de la dopamina, inhibidores de la catecol-O-metiltransferasa (ICOMTs) o bien, los IMAO-Bs ⁽¹¹⁵⁾.
Se utilizan IMAO-Bs en el tratamiento sintomático de la enfermedad de Parkinson, ya que aumentan la dopamina sináptica mediante el bloqueo de su degradación. Dos IMAO-Bs, selegilina y rasagilina ^(116-118), se usan actualmente en Europa y América del Norte. Un tercer IMAO-B (safinamida), que también combina propiedades no dopaminérgicas adicionales de beneficio potencial para la enfermedad de Parkinson, se encuentra actualmente en desarrollo en fase III de ensayos clínicos como terapia adyuvante a un agonista de dopamina o a levodopa. Los IMAO-Bs también se han estudiado extensamente por su acción neuroprotectora ⁽¹¹⁹⁾.
Dado que los fármacos aprobados sólo ejercen efectos paliativos y sintomáticos, se está desarrollando una estrategia para el descubrimiento de fármacos modificadores de la enfermedad que se basa en el diseño de ligandos dirigidos a blancos múltiples (MTDL, sigla del inglés: multi-target directed ligand). Este es un cambio innovador del enfoque tradicional de un fármaco-un blanco, teniendo ahora la meta más ambiciosa de un fármaco-blancos múltiples. Recientemente se discutieron la estrategia, el mecanismo de acción y la evaluación biofarmacológica de ligandos multipotentes que presentan inhibición de MAO, como actividad principal con un potencial para el tratamiento de la enfermedades neurodegenerativas ⁽¹²⁰⁾. En particular, se examinaron los IMAOs que exhiben inhibición adicional de la acetilcolinesterasa o de la óxido nítrico sintasa (NOS), o actividades de modulación de quelación de iones/antioxidante-captación de radicales/anti-inflamatorio/ antagonista de los receptores de adenosina A2A / procesamiento de la proteína precursora de β-amiloide (APP) ^(120)(121).
Recientemente se estudió el efecto tipo antidepresivo del nuevo IMAO 2-(3,4-dimetoxifenil)-4,5-dihidro-1H-imidazol (2-DMPI) en ratones ⁽¹²²⁾. Se encontró que 2-DMPI inhibió ambas isoformas de MAO, con 30 veces mayor selectividad hacia MAO-A, siendo un IMAO-A reversible con potencial actividad antidepresiva, debido a su efecto modulador sobre los sistemas serotoninérgico y dopaminérgico.
Se conoce una nueva generación de antidepresivos que se utilizan en el tratamiento de la depresión y trastornos relacionados, que corresponde a los inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina (SSRIs, sigla del inglés: selective serotonin reuptake inhibitors) ⁽¹²³⁾. Sus características son la eficacia clínica, una buena tolerabilidad y la seguridad relativa en comparación con los "antidepresivos de primera generación", es decir, los antidepresivos clásicos y los IMAOs. Esta clase de fármacos incluye fluoxetina, citalopram, paroxetina, sertralina, fluvoxamina y, desde 2011, vilazodona ⁽¹²⁴⁾.
Se continúan realizando investigaciones orientadas hacia nuevos IMAOs para palear los efectos de las enfermedades neurodegenerativas y otras de origen psiquiátrico, como así también hacia el diseño de MTDLs para cambiar el paradigma del tratamiento de estas enfermedades.

Poliamino-oxidasas: características, función, sustratos e inhibidores

Las flavoenzimas poliamino-oxidasas pertenecen a la familia de las óxido-reductasas y producen desaminación oxidativa de las poliaminas; por lo tanto, es importante conocer más de estos compuestos, su función fisiológica y su relevancia clínica.

BIOSÍNTESIS DE LAS POLIAMINAS
Las poliaminas son sintetizadas en las células a través de rutas metabólicas muy reguladas. La putrescina se biosintetiza por dos vías diferentes, ambas a partir de la arginina ⁽¹²⁵⁾.
En una vía, especialmente en plantas y bacterias, la arginina se convierte en agmatina, con una reacción catalizada por la enzima arginina-descarboxilasa (ADC); luego, la agmatina se transforma en carbamilputrescina mediante la agmatina-iminohidroxilasa (AIH). Finalmente, la carbamilputrescina se convierte en putrescina.
En la segunda vía, en humanos y en general en mamíferos, la arginina se convierte en ornitina y luego la ornitina se convierte en putrescina mediante la enzima ornitina- descarboxilasa (ODC) ⁽¹²⁶⁾ (Fig. 3).

Figura 3. Biosíntesis de las poliaminas

La espermidina se obtiene a partir de putrescina, usando un grupo aminopropilo de descarboxi-S-adenosil-L-metionina (dcSAM). La reacción es catalizada por la espermidina- sintasa (SpdS) ⁽¹²⁵⁾.
La espermina se obtiene mediante la reacción de espermidina con dcSAM en presencia de la enzima espermina-sintasa (SpmS) (Fig. 3).

FUNCIÓN DE LAS POLIAMINAS
Las poliaminas naturales, como putrescina, espermidina (Spd) y espermina (Spm), son policationes alifáticos ubicuos, con cargas positivas que se encuentran a intervalos regularmente espaciados. Como cationes, se unen a los polianiones intracelulares, como los ácidos nucleicos y ATP, modulando sus funciones ⁽¹²⁷⁾. Se encuentran en cada célula viva en cantidades que varían apreciablemente. Se sabe también que actúan como promotores del cambio de marco ribosomal programado durante la traducción ⁽¹²⁸⁾.
Las poliaminas son esenciales para las funciones celulares normales (129) (130). Estos compuestos están muy regulados; mantienen la estructura y función del ADN como inmunomoduladores y como antioxidantes. En realidad, las poliaminas desempeñan numerosas y relevantes funciones bioquímicas y fisiológicas ^(131)(132).
Desde hace tiempo se sabe que tienen una acción similar a la insulina, pero su efecto antiglicante, sólo recientemente ha llamado la atención de los investigadores, relacionándolas en humanos con los perfiles glucémicos ⁽¹³³⁾.
La identificación de elevadas concentraciones de poliaminas en una variedad de enfermedades, desde cáncer y psoriasis hasta infecciones parasitarias, ha conducido a la hipótesis de que la manipulación del metabolismo de las poliaminas es un blanco para la intervención terapéutica o preventiva en el tratamiento de ciertas enfermedades ⁽¹³⁴⁾.
Si se inhibe la síntesis celular de las poliaminas, el crecimiento celular se detiene o se retrasa severamente, pero se restaura con la provisión de poliaminas exógenas. La mayoría de las células eucariotas tienen un sistema transportador de poliaminas en su membrana celular que facilita la internalización de las poliaminas exógenas. Este sistema es muy activo en las células que proliferan rápidamente y es el blanco de algunos agentes quimioterapéuticos actualmente en desarrollo ⁽¹³⁵⁾.
Las poliaminas son también importantes moduladores de una variedad de canales iónicos, incluyendo los receptores NMDA (N-metil-D-aspartato), y los receptores AMPA [también conocidos como receptores para quisqualato (ácido α-amino-3,5-dioxo-1,2,4-oxadiazolidina-2-propanoico)]. Bloquean los canales de potasio rectificadores hacia adentro, de manera que las corrientes de los canales son rectificadas interiormente, con lo que se conserva la energía celular, es decir, el gradiente iónico de K+ a través de la membrana celular.
Las poliaminas pueden acrecentar la permeabilidad de la barrera hemato-encefálica ⁽¹³⁶⁾.
En las plantas están involucradas en la modulación de la senescencia de los órganos y por lo tanto, se las considera como una hormona vegetal ⁽¹³⁷⁾.

ENZIMAS QUE ACTÚAN EN EL METABOLISMO DE LAS POLIAMINAS
Las enzimas que actúan en el metabolismo de las poliaminas se denominan genéricamente poliamino-oxidasas y, como hemos indicado, pertenecen a la familia de las oxidorreductasas, específicamente las que actúan sobre el grupo CH-NH de donores con oxígeno como aceptor (desaminantes). Poseen dos cofactores: FAD y hierro.
Existen varias poliamino-oxidasas, que están presentes en plantas, bacterias y mamíferos; se han caracterizado y estudiado sus estructuras.
Durante mucho tiempo, la poliamino-oxidasa (PAO) fue considerada como una enzima registrada con EC 1.5.3.11. Dado que se han encontrado diferentes tipos de actividad y reacciones enzimáticas, desde 2009 ha sido reemplazada por: EC 1.5.3.13: N1-acetilpoli-amino-oxidasa, EC 1.5.3.14: poliamino-oxidasa (forma propano-1,3-diamina), EC 1.5.3.15: N8-acetilespermidina-oxidasa (forma propano-1,3-diamina), EC 1.5.3.16: espermina-oxidasa y EC 1.5.3.17: poliamino-oxidasa no específica, según la nomenclatura de enzimas de IUBMB (sigla del inglés: International Union of Biochemistry and Molecular Biology). También se conoce la putrescina-oxidasa de bacterias (EC 1.4.3.10).
Hasta el momento, las más importantes en humanos son: N1-acetilpoliamino-oxidasa [EC 1.5.3.13] llamada PAO, hPAO o APAO y espermina-oxidasa [EC 1.5.3.16] denominada SMO.
Ø N1-Acetilpoliamino-oxidasa peroxisomal humana (PAO, hPAO o APAO):
La N1-acetilpoliamino-oxidasa [PAO, hPAO o APAO; EC 1.5.3.13; nombre sistemático: N1-acetilpoliamina:oxígeno oxidorreductasa (forma 3-acetamidopropanal)] es una flavoproteína (FAD), codificada por el gen PAOX, que se encuentra en los peroxisomas de los mamíferos y oxida poliaminas N1-acetiladas en el lado exo (tres carbonos) de la amina secundaria, formando 3-acetamidopropanal (138) (139). Dado que los productos de las reacciones son poliaminas desacetiladas, este proceso se conoce como retroconversión a la poliamina ⁽¹⁴⁰⁾.
Cataliza las siguientes reacciones:

1) N1-Acetilespermidina + O₂ + H₂O Putrescina + 3-Acetamidopropanal + H₂O₂
2) N1-Acetilespermina + O₂ + H₂O Espermidina + 3-Acetamidopropanal + H₂O₂
3) N1,N12-Diacetilespermina + O₂ + H₂O N1-Acetilespermidina + 3-Acetamidopropanal + H2O2 ⁽¹⁴⁰⁾.
No hay actividad o muy débil con espermina, ni con espermidina en ausencia de aldehídos. En presencia de aldehídos la enzima cataliza las reacciones:
4) Espermina + O₂ + H₂O Espermidina + 3-Aminopropanal + H₂O₂,
y con débil eficiencia:
5) Espermidina + O₂ + H₂O Putrescina + 3-Aminopropanal + H₂O₂
Esta enzima recibe también otros nombres: hPAO-1; PAO (ambiguo); mPAO; hPAO (141). Difiere en especificidad de: poliamino-oxidasa (EC 1.5.3.14), N8-acetilespermidina-oxidasa (EC 1.5.3.15), espermina-oxidasa (EC 1.5.3.16) y poliamino-oxidasa no específica (EC 1.5.3.17).
Ø Poliamino-oxidasa de plantas vasculares

La poliamino-oxidasa (forma propano-1,3-diamina) [EC 1.5.3.14; nombre sistemático: espermidina:oxígeno oxidorreductasa (forma propano-1,3-diamina)] es una flavoproteína (FAD) que se encuentra principalmente en plantas como maíz (Zea mays) y tabaco (Nicotiana tabacum) ⁽¹⁴²⁾. Por ello, recibe también los nombres de MPAO y PAO de maíz. Cataliza la reacción:

Espermidina + O₂ + H₂O Propano-1,3-diamina + 4-Aminobutanal + H₂O₂

Como los productos de reacción no se pueden convertir directamente en otras poliaminas, se considera que esta clase de poliamino-oxidasas está implicada en el catabolismo terminal de las poliaminas ^(142)(143). Interviene en la ruta de degradación II de espermina y espermidina. Esta enzima cataliza menos eficientemente la oxidación de N1-acetilespermina y espermi na. Difiere en especificidad de las otras poliamino-oxidasas nombradas anteriormente.
Ø N8-acetilpoliamino-oxidasa de Amoebozoa (protistas del suelo y agua dulce):

La N8-acetilpoliamino-oxidasa [EC 1.5.3.15; nombre sistemático: N8-acetilespermidina: oxígeno oxidorreductasa (forma propano-1,3-diamina)]. Se ha encontrado en Acanthamoeba culbertsoni (144). Cataliza la reacción:

N8-Acetilespermidina + O₂ + H₂O Propano-1,3-diamina + 4-Acetamidobutanal + H₂O₂

También tiene actividad con N1-acetilespermina y débil actividad con N1,N12-diacetil-espermina. No hay actividad con diaminopropano, putrescina, cadaverina, diaminohexano, norespermidina, espermina y espermidina. Ausencia de actividad de MAO (EC 1.4.3.4).
Ø Espermina-oxidasa citosólica humana (SMO):

La espermina-oxidasa o SMO [EC 1.5.3.16; nombre sistemático: Espermina:oxígeno oxidoreductasa (forma espermidina)] es una flavoproteína (FAD) que se encuentra en plantas y en mamíferos. La enzima de mamíferos, codificada por el gen SMOX, es una enzima citosólica que cataliza la oxidación de espermina en el lado exo (tres carbonos) de la amina ^(145)(146). La enzima de Arabidopsis thaliana (AtPAO1) oxida norespermina a norespermidina con una alta eficiencia ⁽¹⁴⁷⁾.
Esta enzima cataliza las siguientes reacciones:

Espermina + O2 + H2O Espermidina + 3-Aminopropanal + H2O2 (Homo sapiens)
N1-Acetilespermina + O2 + H2O Espermidina + 3-Acetamidopropanal + H₂O₂

No hay actividad con espermidina. Actividad débil con N1-acetilespermina.
Esta enzima recibe también otros nombres: PAOh1/SMO; PAOh1 (ambiguo); AtPAO1; AtPAO4; mSMO; SMO(PAOh1); SMO/PAOh1; SMO5; mSMOmu (148). Difiere en especificidad de las otras enzimas mencionadas. SMO es la enzima metabólica de las poliaminas más recientemente caracterizada.
Se han llevado a cabo estudios mecanísticos con la enzima SMO recombinante humana. El patrón de velocidad inicial, en la que se mantiene constante la relación entre las concentraciones de espermina y oxígeno, establece el patrón cinético del estado estacionario como ping-pong. La reducción de SMO por espermina en ausencia de oxígeno es bifásica ⁽¹⁴⁹⁾.
Los productos de la reacción catalizada por SMO, es decir, peróxido de hidrógeno (H₂O₂) y 3-aminopropanal, y en particular el primero, han sido implicados en las respuestas celulares citotóxicas a análogos específicos de poliaminas antitumorales, así como en la generación de daño en el ADN, asociado con inflamación. Se ha descripto recientemente un método rápido, sensible y barato para la medición quimioluminiscente de la actividad enzimática de SMO (o, alternativamente, N1-acetilpoliamino-oxidasa, APAO) en lisados de células cultivadas, sin necesidad de reactivos radioactivos o el uso de cromatografía líquida de alta resolución (HPLC, sigla del inglés: high performance liquid chromatography) ⁽¹⁵⁰⁾. Específicamente, la producción de peróxido de hidrógeno (H₂O₂) por SMO está acoplada a la quimioluminiscencia generada por la oxidación, catalizada por peroxidasa de rábano, de luminol ⁽¹⁵⁰⁾.
Ø Poliamino-oxidasas no específicas:
Las poliamino-oxidasas específicas se clasifican como hemos visto en: EC 1.5.3.13, EC 1.5.3.14, EC 1.5.3.15 y EC 1.5.3.16. Pero también existen las llamadas poliamino-oxidasas no específicas [EC 1.5.3.17; nombre sistemático: poliamina:oxígeno oxidoreductasa (forma 3-aminopropanal o 3-acetamidopropanal)], que son flavoproteínas (FAD), que catalizan las siguientes reacciones:

1) Espermina + O₂ + H₂O Espermidina + 3-Aminopropanal + H₂O₂
2) Espermidina + O₂ + H₂O Putrescina + 3-Aminopropanal + H₂O₂
3) N1-Acetilespermina + O₂ + H₂O Espermidina + 3-Acetamidopropanal + H₂O₂
4) N1-Acetilespermidina + O₂ + H₂O Putrescina + 3-Acetamidopropanal + H₂O₂

Las poliamino-oxidasas no específicas pueden diferir entre sí considerablemente. La enzima de Saccharomyces cerevisiae muestra una especificidad más bien amplia y también oxida N8-acetilespermidina ⁽¹⁵¹⁾. La enzima de Ascaris suum muestra una alta actividad con espermina y espermidina, pero también oxida norespermina (152). La enzima de Arabidopsis thaliana muestra alta actividad con espermidina, pero también oxida otras poliaminas ⁽¹⁵³⁾.
Estas enzimas reciben también otros nombres: poliamino-oxidasa (ambiguo); Fms1 (de levadura); AtPAO3 (de A. thaliana).
Ø Putrescina-oxidasa de bacterias:

La putrescina-oxidasa [EC : 1.4.3.10; nombre sistemático: putrescina:oxígeno oxidorreductasa (desaminante)] es una flavoproteína (FAD) que cataliza la reacción:
Putrescina + O₂ + H₂O 4-aminobutanal + NH₂ + H₂O₂
El 4-aminobutanal formado se condensa posteriormente de manera no enzimática para dar 1-pirrolina. Esta entrada fue creada en 1976. La enzima se describió en Micrococcus rubens ^(154)(155). Continúa como tal.

METABOLISMO DE LAS POLIAMINAS:
El contenido intracelular de las poliaminas se incrementa en respuesta a estímulos de crecimiento ⁽¹⁵⁶⁾ y se regula mediante la biosíntesis y la degradación ⁽¹⁵⁷⁾. La captación y la exportación también desempeñan roles importantes en la regulación de los niveles de las poliaminas celulares ⁽¹⁵⁷⁾.
En la Fig. 4 se muestra el metabolismo de las poliaminas a nivel celular (158). Se puede observar que las enzimas del tipo de poliamino-oxidasas son PAO (o APAO) y SMO que son peroxisomal y citosólica respectivamente ⁽¹⁵⁹⁾.
El metabolismo en humanos se inicia con el aminoácido arginina. El metabolismo de la arginina, que es producida en el ciclo de la urea, a través de la acción de la arginasa, da como resultado la producción de ornitina (Fig. 4) (no se muestran otros detalles del ciclo de la urea). Se requiere ornitina descarboxilasa (ODC) para el primer paso en la síntesis de poliaminas, en la que la ornitina se descarboxila para dar putrescina ^(160)(161). La descarboxilación de la S-adenosilmetionina (SAM), por S-adenosilmetionina descarboxilasa (SamDC) produce SAM descarboxilada (dcSAM), que dona su grupo aminopropilo para la formación de espermidina y espermina mediante las respectivas enzimas, SpdS y SpmS ⁽¹⁵⁸⁾

Figura 4. Metabolismo de las poliaminas a nivel celular. N1-AcSpm: N1-acetilespermina; N1,N12-DiAcSpm: N1,N12-diacetilespermina, dcSAM: SAM descarboxilada, ODC: ornitina-descarboxilasa, PAO: poliamino-oxidasa, SAM: S-adenosilmetionina, SamDC: SAM-descarboxilasa, SMO: Spm-oxidasa, Spd: espermidina, Spm: espermina, SSAT: Spd/Spm-N1-acetiltransferasa.

 

La espermidina/espermina N1-acetiltransferasa (SSAT) es una propilamina acetiltransferasa que monoacetila la espermidina y puede mono- o diacetilar a la espermina (162). Estas poliaminas acetiladas tienen al menos dos destinos potenciales. Las diaminas y las poliaminas acetiladas son sustratos para exportar mediante el transportador putativo exportador de diaminas (DAX, sigla del inglés: diamine exporter) y luego son eliminados en orina. La espermidina y la espermina acetiladas también son sustratos para una poliamino-oxidasa flavina-dependiente (PAO o APAO), que cataliza la retroconversión a putrescina. Recientemente ha sido caracterizada SMO, que puede oxidar a la espermina no acetilada, aunque su papel fisiológico no ha sido totalmente establecido. La putrescina, la espermidina y la espermina pueden ser también importadas desde los compartimentos extracelulares a través de un mecanismo de transporte que no está bien definido, aunque se ha avanzado recientemente en su conocimiento ⁽¹⁶³⁾.
En los últimos años, se identificaron los transportadores de poliamina en bacterias, levaduras y protozoarios, y se estudiaron sus propiedades. En Escherichia coli, la captación de las poliaminas está mediada por tres sistemas: el sistema PotABCD de captación preferencial de espermidina ^(164)(165), el sistema Pot-FGHI de captación específica de putrescina ⁽¹⁶⁶⁾ y PuuP ⁽¹⁶⁷⁾. La exportación de las poliaminas está mediada por PotE ⁽¹⁶⁸⁾ y CadB ⁽¹⁶⁹⁾ y MdtJI ⁽¹⁷⁰⁾ en E. coli. Blt es un exportador de poliaminas en Bacillus subtilis ⁽¹⁷¹⁾. En Saccharomyces cerevisiae, la captación de poliaminas está mediada por DUR3, SAM3, GAP1 ^(172)(173), y AGP2 ⁽¹⁷⁴⁾ en la membrana plasmática y UGA4 en las membranas vacuolares ⁽¹⁷⁵⁾. Los cuatro transportadores TPO1-4 en la membrana plasmática ^(176-178) y TPO5 en las vesículas secretoras de post-Golgi ⁽¹⁷⁹⁾ son exportadores de poliaminas en la levadura. Se describió un transportador de membrana plasmática de las poliaminas, LmPot1, en el parásito protozoario Leishmania major ⁽¹⁸⁰⁾. En estos organismos unicelulares, el transporte de las poliaminas incluye canales de proteínas.
En las células animales, la captación de poliaminas está mediada, al menos en parte, por un mecanismo endocítico caveolar-dependiente ⁽¹⁸¹⁾ y está regulado positivamente por K-RAS a través de la fosforilación de la proteína caveolina-1 (182). La exportación de las diaminas putrescina y cadaverina fue estudiada en varias células (183-186). En cambio, la exportación de las poliaminas a nivel molecular se caracterizó, sólo recientemente, en células de origen animal ⁽¹⁶³⁾.
Se describieron las propiedades bioquímicas de DAX en células de ovario de hámster chino (CHO) ⁽¹⁸⁷⁾ y las células CHO aisladas putrescina-tolerantes (CHO-T) que parecen exportar putrescina a una mayor velocidad que las células sensibles (188). Para abordar este mecanismo molecular, se compararon las proteínas de membrana de las células CHO-T con las de las células CHO normales, putrescina-sensibles (CHO-S) y se encontró SLC3A2, un miembro de la familia transportadora de solutos ⁽¹⁸⁹⁾, como una de las proteínas altamente expresada en las células CHO-T (163). Se evaluó el rol de SLC3A2 en el transporte de las poliaminas en una línea celular de cáncer de colon humano ⁽¹⁶³⁾.
El catabolismo de las poliaminas (Fig. 5) también juega un rol destacado en el balance de salud/enfermedad ^(159)(190). La expresión de las enzimas catabólicas SSAT y SMO aumenta después de lesiones y este aumento de la respuesta catabólica contribuye al daño tisular ⁽¹⁹¹⁾ y a enfermedades definidas.

Figura 5. Catabolismo de las poliaminas mediante la acción de las amino-oxidasas. DAO: diamino-oxidasa; GABA: ácido γ-aminobutírico; PAO: poliamino-oxidasa; PDH: pirrolina deshidrogenasa.

SMO cataliza la degradación de la espermina a espermidina, generando peróxido de hidrógeno y aminoaldehídos. SSAT cataliza la acetilación de estas poliaminas, y ambas se oxidan adicionalmente en una reacción que genera putrescina, peróxido de hidrógeno y aminoaldehídos. Malondialdehído (MDA) y acroleína (CH2 = CHCHO), agentes potencialmente tóxicos, que inducen estrés oxidativo en las células de mamíferos, se forman luego espontáneamente a partir de los aminoaldehídos. Acroleína y peróxido de hidrógeno (H₂O₂) se encuentran entre los productos metabólicos de espermina y espermidina, siendo la acroleína más tóxica que el peróxido de hidrógeno.
La actividad de SSAT proporciona sustratos para APAO o sustratos para el exportador de poliaminas, reduciendo así la concentración intracelular de las mismas; el efecto neto de ésto depende de la magnitud y la velocidad de cualquier aumento en SSAT. SSAT también puede influir en el metabolismo celular a través de la interacción con otras proteínas y mediante la perturbación del contenido de acetil-CoA y ATP ⁽¹⁹²⁾.
En la Fig. 6 se muestra la interacción del metabolismo de las poliaminas con la histamina.

Figura 6. Interacción entre el metabolismo de las poliaminas y la histamina y las principales enzimas involucradas. ADH: aldehído-deshidrogenasa, DAO: diamino-oxidasa, HDC: histidina-descarboxilasa, HNMT: histamina-N-metiltransferasa, MAO: monoamino-oxidasa, MTA: 5'-metiltioadenosina, ODC: ornitina-descarboxilasa, PAO: poliamino-oxidasa, SAM: S-adenosilmetionina, SamDC: S-adenosilmetionina-descarboxilasa, SMO: espermina-oxidasa, SSAT: espermidina/espermina-N1-acetiltransferasa, SpdS: espermidina-sintasa, SpmS: espermina-sintasa, TG2: transglutaminasa tipo 2.

SIGNIFICANCIA CLÍNICA DE LAS POLIAMINAS Y LAS ENZIMAS DE SU METABOLISMO
Las poliaminas y las enzimas que intervienen en su metabolismo desempeñan funciones relevantes en los procesos de envejecimiento y en el desarrollo de algunas enfermedades, como cáncer, diabetes mellitus, acci dentes cerebro-vasculares, insuficiencia renal y trastornos psiquiátricos definidos ^(193-195).
Ø Amino-oxidasas en la apoptosis y el cáncer. Rol de las poliaminas
Se ha demostrado que las amino-oxidasas participan en la inhibición y progresión del crecimiento del cáncer, especialmente debido a los aldehídos, peróxido de hidrógeno y otras especies reactivas de oxígeno, productos de la desaminación oxidativa de las aminas biogénicas por amino-oxidasas.
Las amino-oxidasas participan en la inhibición del crecimiento del cáncer debido al mayor contenido de aminas biogénicas en las células tumorales con respecto a las normales ⁽¹⁹⁶⁾. El efecto citotóxico se puede explicar por el daño a las membranas y/o núcleos celulares o, indirectamente, a través de la modulación de la transición de la permeabilidad de la membrana y, por lo tanto, la apoptosis. Los productos de oxidación de las aminas biogénicas parecen ser también cancerígenos, mientras que la acroleína, producida a partir de la oxidación de espermina y espermidina, es un compuesto clave tanto cancerígeno como citotóxico. El balance de las amino-oxidasas y de las enzimas antioxidantes es crucial para la inhibición o la progresión del cáncer. Un desequilibrio de larga duración de estas enzimas parece ser carcinogénico, mientras que, en el de corto tiempo, las amino-oxidasas son citotóxicas para las células cancerosas ⁽¹⁹⁶⁾.
Las poliaminas se han asociado desde hace tiempo con el crecimiento celular y el cáncer, y oncogenes específicos y genes supresores de tumores regulan el metabolismo de estas sustancias ^(197)(198). En las células normales, los niveles de poliaminas están muy controlados mediante las enzimas biosintéticas y catabólicas que hemos visto. Anomalías múltiples en el control del metabolismo y en la captación de las poliaminas pueden ser responsables del aumento de sus niveles en las células cancerígenas en comparación con los observados en las normales. Por eso es necesario conocer la biosíntesis, el catabolismo y las vías de transporte de las poliaminas, así como las funciones de estos compuestos, para evaluar la posibilidad de utilizar su metabolismo o su funcionalidad como blancos en la terapia del cáncer ⁽¹⁹⁹⁾.
La inhibición de la síntesis de las poliaminas resultó ser ineficaz como estrategia contra el cáncer en ensayos clínicos, pero es útil en la quimioprevención del cáncer en estudios preclínicos ⁽¹⁹⁹⁾.
El aumento de las poliaminas en las células malignas y proliferativas atrajo el interés en las últimas déca das, por lo que se consideró su disminución como una nueva estrategia para inhibir el crecimiento celular. Por ello, se desarrollaron inhibidores selectivos enzimáticos para disminuir el metabolismo de las poliaminas y actuar como agentes anticancerígenos quimioterapéuticos. Recientemente, las investigaciones se enfocaron en SMO, que es la única enzima catabólica capaz de oxidar específicamente a la espermina. Es de interés que, la ausencia de espermina es compatible con la vida, pero su acumulación y degradación es letal ⁽²⁰⁰⁾. El aumento de la actividad de SMO provoca gran estrés oxidativo y sus consecuencias. La espermina extra-celular es citotóxica, pero sus análogos son capaces de inhibir el crecimiento celular a bajas concentraciones, muy probablemente por disminución de la espermina intracelular. Por lo tanto, alterar el metabolismo de la espermina podría permitir una estrategia terapéutica multi-tarea, dirigida no sólo a inhibir el metabolismo de las poliaminas. Varias tetraminas se encuentran actualmente en las fases iniciales (I y II) de los ensayos clínicos, y deberán esperarse unos cuantos años más para entender si los enfoques terapéuticos relacionados con la espermina son beneficiosos para los protocolos de tratamiento de cáncer ⁽²⁰⁰⁾.
El desarrollo de los inhibidores de una única enzima en la biosíntesis de las aminas, como a-difluorometilornitina (DFMO) y metilglioxal bis(guanilhidrazona), resultó promisorio in vitro, pero fracasó in vivo. A pesar de esto, DFMO se encuentra actualmente en uso, como un eficaz agente antiparasitario y recientemente también se ha demostrado que tiene además potencial como un agente quimiopreventivo en el cáncer colorrectal ⁽¹³⁴⁾. Los resultados in vitro llevaron al desarrollo y ensayo de otros inhibidores potenciales de la vía biosintética, como es el caso de los análogos de las poliaminas, los cuales han tenido mayor éxito que los inhibidores de la enzima única, posiblemente debido a sus múltiples blancos. Estos incluyen la disminución de la biosíntesis de las poliaminas a través de la inhibición de las enzimas ODC y SamDC, así como la disminución de la captación de poliaminas. Estos hechos, junto con una mayor actividad de las enzimas catabólicas, PAO y SSAT, y el aumento de la exportación de poliaminas ha hecho a los análogos más efectivos en el debilitamiento de los reservorios de poliaminas, por lo que pueden convertirse en una parte importante de los futuros regímenes quimioterapéuticos y/o quimiopreventivos ⁽¹³⁴⁾.

Ø Poliaminas y cáncer de próstata

Los altos niveles de ROS presentes en los epitelios de la próstata humana son un importante factor etiológico en la ocurrencia, la recurrencia y la progresión del cáncer de próstata. Se demostró que los andrógenos inducen una sobreexpresión de SSAT que es la enzima limitante de la velocidad de oxidación de las poliaminas ⁽²⁰¹⁾. Como los epitelios de la próstata producen un gran exceso de poliaminas, su oxidación, inducida por andrógenos, produce peróxido de hidrógeno que causa los altos niveles de ROS en esos epitelios. Un inhibidor de poliamino-oxidasa, como es la N,N'-butanodienilbutanodiamina (MDL 72.527 o CPC-200) bloquea eficazmente el estrés oxidativo (producción de ROS) inducido por andrógenos en las células de cáncer de próstata humano y retrasa de manera significativa la progresión de este cáncer en el adenocarcinoma transgénico del modelo de próstata de ratón, así como la muerte en animales que desarrollan cáncer de próstata espontáneamente ^(201).
Los análogos N-alquilados de las poliaminas son potenciales drogas contra el cáncer y también, antiparasitarias. Recientemente, Häkkinen et al. ⁽²⁰²⁾ estudiaron la degradación de tres diferentes análogos de espermina: N,N'-bis(3-etilaminopropil)butano-1,4-diamina (DESPM), N-(3-bencilaminopropil)-N'-(3-etilaminopropil)butano-1,4-diamina (BnEtSPM) y N,N'-bis(3-bencilaminopropil)butano-1,4-diamina (DBSPM) y los correspondientes derivados mono-alquilados como sustratos de APAO recombinante humana y SMO. Además, se estudió la degradación de DESPM, BnEtSPM o DBSPM en la línea celular DU145 de carcinoma de próstata. Los datos mostraron que SMO inducible en paralelo con APAO podría desempeñar un rol importante en la acción de fármacos basados en poliaminas, teniendo un impacto significativo en la eficacia de estos fármacos, y por lo tanto para el desarrollo de nuevos análogos N-alquilados de poliaminas ⁽²⁰²⁾.

Ø Poliaminas y cáncer de mama

El metabolismo de las poliaminas tiene un papel crítico en la muerte y la proliferación celular representando un blanco potencial para la intervención en el cáncer de mama. Asimismo, los análogos de las poliaminas han demostrado una actividad significativa contra líneas celulares de cáncer de mama humano, solos o en combinación con otros fármacos citotóxicos.
Recientemente se investigó la expresión de SMO y su significado en el pronóstico del cáncer de mama. También se realizó el análisis bioquímico de los análogos de espermina, BENSpm y CPENSpm, utilizados en la terapia contra el cáncer, con el objeto de ensayar su propiedad in silico e in vitro en la enzima recombinante SMO ⁽²⁰³⁾.
Las muestras de tejidos de cáncer de mama fueron analizadas por el nivel de transcripción de SMO y de su actividad. Se examinó el análisis de modelado estructural de los complejos de BENSpm y CPENSpm formados con la enzima SMO y sus propiedades de inhibición, ensayada en experimentos in vitro.
Tanto el nivel de expresión de ARNm de SMO como la actividad enzimática de SMO fueron significativamente inferiores en las muestras de cáncer de mama en comparación con las de tejido normal. BENSpm y CPENSpm resultaron buenos inhibidores según el mo delado de los complejos que forman con SMO y sus propiedades de inhibición.
Se demostró así que la disminución en la expresión de SMO es un marcador negativo en cáncer de mama. La inducción de SMO es un blanco quimioterapéutico notable. Las propiedades de inhibición mostradas por los análogos permitieron explicar los pocos resultados positivos obtenidos en las Fases I y II de los ensayos clínicos ⁽²⁰³⁾.
Recientemente, se evaluó la capacidad del análogo N1,N11-bis(etil)norespermina (BENSpm), para crear una sinergia con seis agentes quimioterápicos estándares: 5-fluorouracilo (FU), fluorodesoxiuridina, cis-diaminocloroplatino(II) (C-DDP), paclitaxel, docetaxel y vinorelbina ⁽²⁰⁴⁾. Se utilizaron cuatro líneas celulares de cáncer de mama humano (MDA-MB-231, MCF-7, Hs578t, y T47D) y una línea celular epitelial mamaria inmortalizada, no tumorigénica (MCF-10A) en los estudios de combinación in vitro con BENSpm y fármacos citotóxicos. Se usaron modelos de ratones de xenoinjertos generados con células MDA-MB-231 para los estudios in vivo con BENSpm y paclitaxel.
Los resultados mostraron que BENSpm exhibió efecto sinérgico inhibitorio sobre la proliferación celular en combinación con 5-FU o paclitaxel en las líneas celulares de cáncer de mama humano, MDA-MB-231 y MCF-7, y fue antagonístico o bien menos eficaz en la línea celular MCF-10A no-tumorigénica. El sinergismo fue mayor con 120 h de tratamiento concomitante o pre-tratamiento con BENSpm durante 24 h seguido de un tratamiento concomitante durante 96 h adicionales.
Dado que los efectos citotóxicos de los muchos análogos de las poliaminas y agentes citotóxicos se cree que actúan, en parte, mediante la inducción de las enzimas catabólicas SSAT y SMO, se las evaluó en la respuesta sinérgica en MDA-MB-231 y MCF 7- tratados con BENSpm y 5-FU o paclitaxel. En las células MCF-7, sólo SSAT pareció estar involucrada en la respuesta a estos tratamientos. En un esfuerzo para traducir los estudios de combinación desde in vitro a in vivo, y para formar una base para el ajuste clínico, se evaluó la eficacia terapéutica in vivo de BENSpm solo y en combinación con paclitaxel en la regresión del tumor en los ratones modelo. La exposición intraperitoneal a BENSpm o taxol solos y en combinación durante 4 semanas causó una inhibición significativa del crecimiento del tumor. Estos hallazgos ayudan a elucidar los mecanismos implicados en la respuesta sinérgica al fármaco y a apoyar las combinaciones de análogos de poliaminas con agentes quimioterapéuticos, que podrían potencialmente ser utilizados en el tratamiento de cáncer de mama ⁽²⁰⁴⁾.

Ø Alteraciones en el metabolismo de las poliaminas causadas por la infección por Helicobacter pylori.

Helicobacter pylori es una bacteria Gram-negativa que infecta el estómago de la mitad de la población de todo el mundo. La colonización es seguida por la infiltración de la mucosa gástrica por linfocitos y células mieloides. Estas células son activadas por varios factores bacterianos, haciendo que se produzcan mediadores inmunes/inflamatorios, incluyendo especies reactivas de nitrógeno y poliaminas que contribuyen al daño celular y a la patogénesis del cáncer gástrico asociado al H. pylori. Experimentos in vitro revelaron que H. pylori induce la producción de macrófagos de poliaminas mediante el aumento de la vía metabólica arginasa/ODC y aumenta la síntesis de peróxido de hidrógeno a través de la actividad de SMO. Gobert et al. ⁽²⁰⁵⁾ presentaron recientemente los métodos para analizar la inducción y el rol de las enzimas arginasa, ODC y SMO en macrófagos infectados con H. pylori.
La carcinogénesis gástrica inducida por H. pylori se ha relacionado con el gen A, asociado a la citotoxina, de la oncoproteína microbiana (CagA, sigla del inglés: cytotoxin-associated gene A). SMO metaboliza espermina en espermidina y genera peróxido de hidrógeno, el cual provoca apoptosis y daños en el ADN. Recientemente, se determinó que los efectos patógenos de CagA son atribuibles a SMO ⁽²⁰⁶⁾.
Se midieron los niveles de SMO, la apoptosis y el daño en el ADN (8-oxoguanosina) en líneas celulares epiteliales gástricas infectadas con cepas cagA (+) o cagA (-) de H pylori, o transfectadas con un plásmido de expresión CagA, en ausencia o presencia de ARN de interferencia de SMO, o de un inhibidor de SMO. Se evaluó el rol de CagA en la inducción de SMO y el daño al ADN en los tejidos de gastritis infectados con H. pylori procedentes de humanos, jerbos y ratones tipo salvaje y ratones hipergastrinémicos insulina-gastrina, usando inmunohistoquímica y citometría de flujo.
Los resultados mostraron que las cepas cagA (+) o expresión ectópica de CagA, pero no las cepas cagA (-), llevaron a un aumento de los niveles de SMO, apoptosis y daño del ADN en las células epiteliales gástricas y el knock-down o la inhibición de SMO bloqueó la apoptosis y el daño en el ADN. Todos los resultados en su conjunto, mostraron que, mediante la inducción de SMO, CagA de H. pylori genera células con daño oxidativo del ADN, y una subpoblación de estas células son resistentes a la apoptosis y por lo tanto presentan un alto riesgo de transformación maligna ⁽²⁰⁶⁾.

Ø Poliaminas y lesiones cerebrales traumáticas

La homeostasis de las poliaminas se interrumpe después de lesiones cerebrales y en varias patologías cerebrales, con la generación concomitante de metabolitos tóxicos que pueden contribuir a lesiones secundarias ^(207)(208). Para probar la hipótesis del aumento del catabolismo de las poliaminas cerebrales tras un traumatismo craneoencefálico, Zahedi et al. ⁽¹⁹¹⁾ determinaron los cambios en las enzimas catabólicas y los niveles de las poliaminas en el cerebro de rata después del impacto del traumatismo cerebral cortical lateral controlado.
En ese modelo en rata, el ARNm de SSAT aumentó subagudamente (6-24 h) después de la lesión cerebral traumática en la corteza ipsilateral (cortex ipsilateral) y en el hipocampo. Los niveles de ARNm de SMO se elevaron más tarde, de 3 a 7 días después de la lesión. El catabolismo de las poliaminas aumentó también. Los niveles de espermina fueron normales a las 6 h y disminuyeron ligeramente a las 24 h, pero fueron normales otra vez a las 72 h después de la lesión. Los niveles de espermidina también disminuyeron ligeramente (6-24 h), luego se incrementaron en aproximadamente un 50% a las 72 h después de la lesión. En cambio, los niveles de putrescina, normalmente bajos, aumentaron hasta seis veces (6-72 h) después de la lesión. Además, la N-acetilespermidina (pero no la N-acetilespermina) fue detectable (24-72 h) cerca del sitio de la lesión, consistente con la actividad mayor de SSAT. Ninguno de estos cambios se observó en el hemisferio contralateral. La confirmación inmunohistoquímica indicó que SSAT y SMO se expresaron en todo el cerebro. La inmunorreactividad de SSAT (SSAT-ir) aumentó en las poblaciones tanto neuronal como no neuronal (probablemente glial) ipsilateral a la lesión. Es de interés que los aumentos bilaterales en la SSAT-ir de las neuronas corticales se produjeron a las 72 h después de la lesión, mientras que los cambios del hipocampo ocurrieron sólo ipsolateralmente. Aumentos prolongados en el catabolismo de las poliaminas cerebrales son la causa probable de la pérdida de la homeostasis en esta vía ⁽¹⁹¹⁾. La importancia de este tipo de estudios reside en el potencial de las intervenciones terapéuticas simples, como por ejemplo: suplementación de poliaminas o inhibición de la oxidación de las mismas.

Ø Poliaminas en la insuficiencia renal

Se determinaron los niveles de las poliaminas: putrescina, espermidina y espermina y de poliamino-oxidasa en plasma de pacientes con insuficiencia renal crónica ⁽²⁰⁹⁾.
El nivel de putrescina se incrementó, pero el nivel de espermina disminuyó en el plasma de estos pacientes. Los pacientes también presentaron un aumento de la actividad de poliamino-oxidasa plasmática lo cual llevó a una mayor degradación de espermina. Como la acroleína es el principal compuesto tóxico producido a partir de espermina por la poliamino-oxidasa, también se midieron los niveles de acroleína libre y conjugada con proteína en plasma. Los niveles de acroleína aumentaron en el plasma de los pacientes con insuficiencia renal crónica. La acroleína acumulada, encontrada en forma de conjugados de proteínas, fue equivalente a 170 mM, que fue aproximadamente 5 veces mayor que en el plasma de los sujetos normales.
Se encontró que la acroleína se produce principalmente mediante SMO en el plasma. Se observó un aumento de putrescina, SMO y acroleína en plasma en todos los casos de nefropatía diabética, glomerulonefritis crónica y nefroesclerosis. Después que los pacientes con insuficiencia renal crónica se sometieran a hemodiálisis, sus niveles de poliaminas plasmáticas, SMO y acroleína volvieron a la normalidad. Es probable que la acroleína producida a partir de espermina se acumule en la sangre, debido a la disminución de la excreción en orina, y funcione como una "toxina" urémica ⁽²⁰⁹⁾.
Acroleína y peróxido de hidrógeno (H₂O₂) se encuentran entre los productos metabólicos de espermina y espermidina, siendo la primera más tóxica. Se analizó si la acroleína podría ser un marcador bioquímico para el accidente cerebrovascular (infarto cerebral) y la insuficiencia renal crónica. Dado que la acroleína reacciona rápidamente con las unidades de lisina en la proteína, se midió la acroleína conjugada con proteína (PC-Acro, sigla del inglés: protein-conjugated acrolein:) ⁽²¹⁰⁾. PC-Acro se incrementó en el locus de infarto cerebral y en plasma en un modelo ratón de accidente cerebrovascular involucrando trombosis inducida fotoquímicamente. Se encontró que un aumento de PC-Acro en plasma es un buen marcador bioquímico en pacientes con accidente cerebro-vascular o con insuficiencia renal crónica. Se describieron los procedimientos para medir PC-Acro y poliamino-oxidasas (SMO y APAO), y su aplicación como marcadores en el accidente cerebrovascular e insuficiencia renal crónica ⁽²¹⁰⁾.
En realidad, el rol de las poliaminas en la fisiología renal sólo se conoce parcialmente. Además, la mayoría de los datos sobre las enzimas del metabolismo de las poliaminas provienen de estudios que utilizan riñones enteros. Recientemente, se analizó la abundancia de ARNm de los genes implicados en la biosíntesis de poliaminas y en las vías catabólicas en diferentes zonas renales de ratones machos y hembras, por medio de la reacción cuantitativa en cadena de la polimerasa con transcripción reversa (qRT-PCR, sigla de inglés: quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction) ⁽²¹¹⁾. Los resultados indicaron que existe una distribución desigual de los diferentes ARNm estudiados en las cinco zonas renales: corteza superficial, corteza profunda, banda exterior de la médula externa (OS, sigla del inglés: outer stripe of the outer medulla), banda interior de la médula externa (IS, sigla del inglés: inner stripe of the outer medulla), y la médula interna + papila (IM, inner medulla + papilla). Los genes de la biosíntesis, ODC y SpmS, se expresaron más en la corteza, mientras que los ARNm de los genes catabólicos SMO y DAO fueron más abundantes en IS e IM. Los genes involucrados en la regulación de la síntesis de poliaminas (AZ1, AZ2 y AZIN1) se expresaron en todas las zonas renales, sobre todo en la corteza, mientras que el gen AZIN2 fue más abundante en OS. La expresión de ODC, SMO, SpdS y SSAT fue mayor en los machos que en las hembras ⁽²¹¹⁾. En conclusión, los genes que codifican para el metabolismo de poliaminas fueron distribuidos específica- y cuantitativamente a lo largo del eje corticopapilar de los riñones de ratones machos y hembras, lo que sugiere que su función fisiológica es esencial en determinadas zonas renales y/o segmentos del nefrón ⁽²¹¹⁾.

Ø Rol de SSAT en la lesión renal aguda inducida por endotoxina

La expresión de las enzimas catabólicas SSAT y SMO aumenta después de la lesión por reperfusión isquémica. Zahedi et al. ⁽²¹²⁾ plantearon la hipótesis de que el catabolismo de las poliaminas aumenta y que este aumento contribuye al daño tisular en la lesión renal aguda inducida por endotoxina. Entre otros resultados, se observó que la expresión de ARNm de SSAT se triplicó 24 h después de la inyección de LPS y retornó a los niveles basales a las 48 h. La actividad de SSAT se correlacionó con los niveles de su ARNm. La expresión de SMO también aumentó en el riñón después de la administración de LPS.
Los animales tratados con MDL72527, que es un inhibidor de las enzimas SSAT y SMO, mostraron una protección significativa contra la lesión renal inducida por endotoxina. Se llegó a la conclusión que el aumento del catabolismo de las poliaminas, a través de la generación de sus subproductos de oxidación, contribuye al daño renal y que la modulación de ese catabolismo puede ser un enfoque viable para el tratamiento de la lesión renal inducida por endotoxina ⁽²¹²⁾.

Ø Poliaminas y diabetes mellitus

La diabetes mellitus es una enfermedad metabólica caracterizada por una secreción inadecuada de insulina. La poliamino-oxidasa (PAO) biodegrada a la espermina y a la espermidina mediante la catálisis de su desaminación oxidativa, lo que causa la producción de amoníaco, los correspondientes aminoaldehídos y peróxido de hidrógeno. Malondialdehído (MDA) y acroleína (CH2 = CHCHO), agentes potencialmente tóxicos, que inducen estrés oxidativo en las células de mamíferos, se forman luego espontáneamente a partir de los aminoaldehídos. Los principales signos de estrés oxidativo en niños diabéticos fueron los valores de los niveles de hemoglobina glucosilada (HbA1c) y MDA. Las poliaminas tienen una acción similar a la insulina. La propiedad de antiglicación de espermina y espermidina se confirmó recientemente. Se evaluó el metabolismo de las poliaminas mediante la estimación de la actividad de PAO en niños con diagnóstico reciente de diabetes mellitus tipo 1 ⁽²¹³⁾.
Se midieron los niveles de glucosa en el plasma sanguíneo y de hemoglobina glucosilada en los eritrocitos hemolizados (HbA1c) mediante el uso de métodos estándar de laboratorio. Se midieron la actividad de PAO en el plasma de sangre venosa y la cantidad de MDA mediante métodos espectrofotométricos. La actividad de PAO, la glucemia, HbA1c y MDA fueron significativamente superiores en los niños diabéticos en comparación con los controles. La actividad de PAO en los niños con diabetes mellitus tipo 1 fue muy alta. Los resultados de niveles más altos de HbA(1c) y de MDA en sangre confirman la presencia de estrés oxidativo en niños con diabetes mellitus tipo 1 y demuestran que la actividad de PAO puede participar en estas circunstancias ⁽²¹³⁾.

Ø Poliaminas y trastornos psiquiátricos

En una serie de trastornos psiquiátricos se observan alteraciones en los niveles de las poliaminas y en la expresión de los genes relacionados con su metabolismo. Se identificaron asociaciones de las variantes genéticas de espermidina/espermina N1-acetiltransferasa (SAT1) con la ansiedad y el suicidio; varios polimorfismos parecen ser importantes en la determinación de la expresión génica.
Recientemente se determinaron los genotipos de 63 polimorfismos, repartidos en cuatro genes poliaminérgicos (SAT1), espermina-sintasa (SMS), espermina-oxidasa (SMOX), y ornitina aminotransferasa tipo-1 (OATL1), en 1255 personas canadienses franceses que habían sido seguidos longitudinalmente durante 22 años ⁽²¹⁴⁾. Se evaluaron las asociaciones univariadas con la ansiedad, los trastornos del humor y el intento de suicidio, según la evaluación durante la edad adulta temprana. También se investigó la participación de las interacciones gen-ambiente en términos de abuso infantil, y se evaluaron los síntomas de internalización y externalización como endofenotipos que median estas interacciones. En general, cada gen estaba asociado con al menos un resultado principal: la ansiedad (SAT1, SMS), los trastornos del humor (SAT1, SMOX), e intentos de suicidio (SAT1, OATL1). Varios polimorfismos SAT1 mostraron alelos de riesgo de enfermedades específicas, y los polimorfismos en este gen fueron involucrados en interacciones gen-gen con SMS para conferir riesgo de trastornos de ansiedad, así como de interacciones gen-ambiente entre el abuso físico infantil y los trastornos de humor.
Estos resultados demostraron que las variantes genéticas en los genes poliaminérgicos están asociadas con trastornos psiquiátricos, cada uno de los cuales involucra un conjunto de alelos de riesgo separados y distintos. Como varios de estos polimorfismos están asociados con la expresión génica, estos hallazgos pueden proporcionar mecanismos para explicar las alteraciones en el metabolismo de las poliaminas que se han observado en los trastornos psiquiátricos ⁽²¹⁴⁾.
Recientemente, también se estudiaron las influencias genéticas y epigenéticas en la expresión de SpmS y SMO en suicidas ⁽²¹⁵⁾.

Conclusiones

Las flavoenzimas con actividad de amino-oxidasas están representadas por las monoamino-oxidasas y las poliamino-oxidasas. Están enzimas son analizadas desde un punto de vista estructural y funcional.
Las monoamino-oxidasas tienen importancia por su participación en las enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Parkinson y la de Alzheimer, y en varios trastornos psiquiátricos. Se discute en este trabajo el uso clínico-terapéutico de los inhibidores para ambas isoformas y los selectivos para cada una de ellas, reversibles e irreversibles, así como los novedosos cambios de estrategia en los tratamientos.
Con respecto a las poliamino-oxidasas, por lo descripto en este trabajo, además de la homeostasis de las poliaminas, se ha vuelto cada vez más claro que el catabolismo de las poliaminas puede jugar un rol dominante en la respuesta a los fármacos, la apoptosis y la respuesta a estímulos estresantes y, además, contribuir a la etiología de varios estados patológicos, incluyendo el cáncer. Las enzimas altamente inducibles, SSAT (espermidina/espermina N1-acetiltransferasa) y SMO (espermina-oxidasa), y la generalmente expresada constitutivamente APAO (N1-acetilpoliamino-oxidasa) parecen jugar roles críticos en muchas condiciones normales y en procesos de enfermedad. La desregulación del catabolismo de las poliaminas con frecuencia acompaña a varios estados de enfermedad y sugiere que tal desregulación puede proveer al conocimiento útil del mecanismo de la enfermedad y, además, proporcionar blancos únicos para fármacos, que puedan ser explotados en beneficio terapéutico. Cada una de estas enzimas tiene el potencial para alterar la homeostasis de las poliaminas en respuesta a señales celulares múltiples y las dos oxidasas producen las especies reactivas de oxígeno, peróxido de hidrógeno y aldehídos, cada una con el potencial de producir estados patológicos.

AGRADECIMIENTOS

Al CONICET y a la Universidad de Buenos Aires (Argentina) por apoyo económico; al Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva (MINCYT, Argentina) por el acceso a Science-Direct. Los Dres. Pomilio y Vitale son Miembros de la Carrera de Investigador Científico de CONICET.

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Aceptado para su publicación el 12 de septiembre de 2012