A supressão da enzima málica humana 2 modifica o metabolismo energético e inibe a respiração celular

Biologia das Comunicações volume 6, Número do artigo: 548 (2023) Citar este artigo

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A enzima málica dependente de NAD(P)+ mitocondrial humana (ME2) é bem conhecida por seu papel no metabolismo celular, que pode estar envolvido em câncer ou epilepsia. Apresentamos potentes inibidores de ME2 baseados em estruturas cyro-EM que visam a atividade da enzima ME2. Duas estruturas de complexos inibidores de ME2 demonstram que o ácido 5,5'-metilenodissalicílico (MDSA) e o ácido embônico (EA) se ligam alostericamente ao sítio de ligação do fumarato de ME2. Estudos de mutagênese demonstram que Asn35 e a rede Gln64-Tyr562 são necessários para a ligação de ambos os inibidores. A superexpressão de ME2 aumenta a produção de piruvato e NADH enquanto diminui a razão NAD+/NADH da célula; no entanto, o knockdown do ME2 tem o efeito oposto. MDSA e EA inibem a síntese de piruvato e, assim, aumentam a relação NAD+/NADH, implicando que esses dois inibidores interferem nas alterações metabólicas ao inibir a atividade celular de ME2. Silenciar ME2 ou inibir a atividade de ME2 com MDSA ou EA diminui a respiração celular e a síntese de ATP. Nossas descobertas sugerem que o ME2 é crucial para o piruvato mitocondrial e o metabolismo energético, bem como a respiração celular, e que os inibidores de ME2 podem ser úteis no tratamento de câncer ou outras doenças que envolvem esses processos.

A enzima málica ME é uma nova classe de descarboxilases oxidativas que catalisam a conversão de L-malato em piruvato enquanto reduzem simultaneamente NAD(P)+ a NAD(P)H1,2,3,4. As enzimas málicas em mamíferos são classificadas em três isoformas, ME1, ME2 e ME3, com base em sua localização subcelular e especificidade de cofator, cada uma servindo a uma função fisiológica distinta. ME1 é um ME dependente de NADP+ citosólico envolvido na geração de NADPH citoplasmático para biossíntese redutora e reposição do ciclo do ácido tricarboxílico (TCA) intermediário pela transformação reversa de piruvato em L-malato5,6. ME3 é um ME dependente de NADP+ mitocondrial expresso de forma insignificante que pode estar envolvido na ciclagem de NADPH na mitocôndria5. ME2 é um ME dependente de NAD+ ou NADP+ encontrado nas mitocôndrias que está envolvido na geração de NADH e NADPH mitocondrial4,7,8,9. ME2 se distingue das outras duas isoformas de mamíferos por sua especificidade de cofator duplo e um complexo sistema regulador alostérico. Além disso, apenas a isoforma ME2 coopera com o substrato L-malato, e o fumarato pode ativar alostericamente a enzima enquanto o ATP inibe sua atividade enzimática10,11,12,13,14,15,16,17,18,19.

O ME2 foi inicialmente identificado na mitocôndria do hepatoma8 e, desde então, foi identificado na leucemia, melanoma, glioma e câncer de mama9,20,21,22, onde está fortemente associado à progressão e sobrevivência do câncer. Como resultado, foi identificado como um alvo promissor para a terapia do câncer23. Também está presente em ilhotas pancreáticas de células de insulinoma humanas, de ratos e camundongos e pode contribuir para a secreção de insulina estimulada por aminoácidos e fornecer piruvato suficiente para aumentar o fluxo do ciclo de Krebs quando a glicose é limitada24,25. O ME2 também é necessário para a proliferação e diferenciação dos osteoblastos26. A atividade da ME2 é extremamente abundante nas mitocôndrias sinápticas no cérebro, indicando que ela desempenha um papel na via de reciclagem do piruvato e na manutenção da glutationa reduzida intramitocondrial nos terminais sinápticos27. O gene ME2 tem sido associado a síndromes epilépticas. Usando métodos de associação de caso-controle e de base familiar, descobriu-se que ela estava associada à epilepsia generalizada idiopática (IGE) em um estudo.

ME2 foi identificado com um gene associado a síndromes epilépticas. Foi identificado com o gene associado à epilepsia generalizada idiopática (IGE) em um estudo usando métodos de associação de caso-controle e de base familiar28. O haplótipo do polimorfismo de nucleotídeo único ME2 (SNP) tem sido associado a um risco aumentado de IGE e predispõe à epilepsia genética generalizada com início na adolescência29.