O interruptor redox GAPDH protege a capacidade redutiva e permite a sobrevivência de células tumorais estressadas

Nature Metabolism volume 5, páginas 660–676 (2023) Cite este artigo

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Sabe-se que a gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase (GAPDH) contém um resíduo de cisteína no local ativo que sofre oxidação em resposta ao peróxido de hidrogênio, levando à rápida inativação da enzima. Aqui, mostramos que as células humanas e de camundongos que expressam um mutante GAPDH sem esse interruptor redox retêm a atividade catalítica, mas são incapazes de estimular a via da pentose fosfato oxidativa e aumentar sua capacidade redutora. Especificamente, descobrimos que o crescimento independente de ancoragem de células e esferóides é limitado por uma elevação dos níveis de peróxido endógeno e é amplamente dependente de um interruptor redox GAPDH funcional. Da mesma forma, o crescimento tumoral in vivo é limitado pelo estresse do peróxido e suprimido quando o interruptor redox GAPDH é desativado nas células tumorais. A indução de estresse oxidativo intratumoral adicional por quimio ou radioterapia sinergizou com a desativação do interruptor redox GAPDH. Camundongos sem o interruptor redox GAPDH exibem metabolismo de ácidos graxos alterado no rim e no coração, aparentemente em compensação pela falta do interruptor redox. Juntos, nossos achados demonstram a relevância fisiológica e fisiopatológica da inativação oxidativa de GAPDH em mamíferos.

A enzima glicolítica gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase (GAPDH) é incomum, pois é prontamente oxidada em seu sítio ativo cisteína em resposta a elevações moderadas dos níveis intracelulares de peróxido de hidrogênio (H2O2)1,2. Nenhuma outra enzima é tão conspicuamente oxidada por H2O2 como GAPDH2,3, embora várias outras enzimas metabólicas, incluindo piruvato quinase4, também sejam conhecidas por serem sensíveis à oxidação. De fato, GAPDH se destaca em relação a outras proteínas contendo tiol porque a reatividade H2O2 de seu tiol de sítio ativo é maior do que a típica de tióis proteicos em geral5. A oxidação de GAPDH tiol primeiro leva à sulfenilação (R-SH + H2O2 → R-SOH + H2O) e, em seguida, à glutationação (R-SOH + GSH → R-SSG + H2O). O resultado é a inibição reversível da atividade glicolítica da GAPDH6.

A oxidação de GAPDH mediada por H2O2 foi reconhecida há mais de 50 anos7, mas inicialmente foi amplamente assumido que a oxidação de GAPDH representa uma reação colateral inadvertida, refletindo potencialmente danos às proteínas. Apenas cerca de 15 anos atrás, ficou claro que a inativação oxidativa da GAPDH beneficia as células expostas ao oxidante, em vez de ser deletéria. As células de levedura expostas ao H2O2 redirecionam o fluxo de glicose da glicólise para o ramo oxidativo da via das pentoses fosfato (oxPPP), aumentando assim a regeneração de equivalentes redutores na forma de NADPH. Como resultado, essas células tornam-se tolerantes ao H2O28,9. Nesses experimentos, a ativação do oxPPP foi correlacionada com a inativação oxidativa do GAPDH e um modelo metabólico computacional baseado em equações diferenciais ordinárias sugeriu a possibilidade de que a oxidação do GAPDH pode ser a causa da ativação do oxPPP8. Posteriormente, a ativação de oxPPP induzida por estresse oxidativo também foi observada em células de mamíferos10, mas a relevância biológica da oxidação de GAPDH permaneceu obscura. De fato, uma conexão causal entre a oxidação de GAPDH e a ativação de oxPPP não foi demonstrada em nenhum sistema mamífero. H2O2 pode ser uma causa comum de oxidação de GAPDH e ativação de oxPPP, explicando assim a correlação observada. Nesse sentido, dois estudos recentes propuseram que a ativação do oxPPP pode ser independente da oxidação de GAPDH e, em vez disso, depende da desinibição da glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PDH), para desbloquear a 'capacidade de fluxo de reserva' do oxPPP, pelo menos em espécies não-leveduras11,12. Assim, permanece uma questão em aberto se a inativação oxidativa de GAPDH, a desinibição de G6PDH ou a combinação de ambos é necessária e suficiente para a ativação de oxPPP. Se a oxidação de GAPDH é realmente relevante para células de mamíferos, uma questão relacionada ainda não respondida é o contexto fisiológico e a função da oxidação de GAPDH em mamíferos. Sob quais circunstâncias fisiológicas ou patológicas uma elevação de H2O2 endógeno ativa o interruptor redox GAPDH? Ou, em outras palavras, qual seria a consequência para células de mamíferos se elas expressassem um GAPDH não oxidável ao invés do oxidável?