La inflamació aguda local dels organismes vius és un mecanisme de defensa en resposta a una lesió tisular o contra una invasió de patògens microbians. Si es descontrola, evoluciona cap a una crònica i pot conduir a una àmplia gamma de malalties que es poden atribuir a una fallada de resolució. Per tant, els processos inflamatoris són un problema de salut de primer ordre.
Els mediadors lipídics especialitzats en pro-resolució (SPM), que són molècules de senyalització cel·lular formades a les cèl·lules pel metabolisme d’àcids grassos poliinsaturats, són crucials per provocar la resolució de la inflamació i, per tant, alleujar les malalties inflamatòries cròniques. 5S,6R,15S- Trihidroxi-7E,9E,11Z,13E-àcid eicosatetraenoic i 5S,14R,15S-trihidroxi-6E,8Z,10E,12E-àcid eicosatetraenoic van ser els primers SPM descoberts. Aquests productes s’anomenen lipoxina A4 (LXA4) i lipoxina B4 (LXB4), respectivament, i deriven de l’àcid araquidònic. La biosíntesi d’aquestes lipoxines (productes d’interacció lipoxigenasa) requereix catàlisi per lipoxigenases (LOX).
Àngels González Lafont – ESPA2022, Vigo
En aquest estudi, pretenem avançar en la comprensió del mecanisme de formació de lipoxines mitjançant la via biosintètica 5(S),15(S)-diHpETE a nivell molecular. Amb aquest objectiu, hem combinat simulacions de dinàmica molecular (MD) i càlculs de mecànica quàntica/mecànica molecular (QM/MM) per explorar les diferents reaccions que el reticulòcit 15-LOX-1 pot catalitzar quan 5(S),15(S) -diHpETE o 5(S),15(S)-diHETE actua com a substrat.
Els nostres resultats no prediuen la formació de lipoxines mitjançant el mecanisme de deshidratació. Aquest resultat és compatible amb el fet que no s’ha detectat cap epòxid directament com a intermediari en la formació catalítica de lipoxines a partir de 5(S),15(S)-diHpETE. La formació de lipoxines té lloc mitjançant l’addició de la molècula d’oxigen als radicals π nonatetraenil derivats de 5(S),15(S)-diHpETE per l’abstracció d’hidrogen C10. L’addició d’oxigen antarafacial a C14 és molt fàcil, donant lloc posteriorment a la formació de LXB4. Tanmateix, l’addició de la molècula d’oxigen a C6 està bloquejada per C4 de 5(S),15(S)-diHpETE i les cadenes laterals de Leu408 i Leu597. També hi ha una important reorganització de C6 i C7 per ajustar-se a l’entrada d’oxigen a C6. Aquesta és la raó per la qual LXA4 no es pot formar a partir de 5(S),15(S)-diHpETE per 15-LOX-1
Per comparació, també hem estudiat el comportament de 5(S),15(S)-diHETE com a substrat. En aquest cas, l’addició d’oxigen a C14 no és factible i no existeix cap canal d’accés a l’oxigen que condueixi a C6. En conseqüència, el 15-LOX-1 no pot convertir el 5(S),15(S)-diHETE en una lipoxina, cosa que està d’acord amb els resultats experimental.
The production of lipoxins in the 5(S),15(S)-DiHpETE biosynthetic pathway. A combined Molecular Dynamics and QM/MM study
En aquest treball, hem combinat simulacions de dinàmica molecular (MD) i càlculs de mecànica quàntica/mecànica molecular (QM/MM) per analitzar com el reticulocit 15-LOX-1 catalitza la producció de lipoxines a partir de 5(S),15(S)- diHpETE.
Ara es reconeix àmpliament que la inflamació crònica té un paper important en moltes malalties freqüents, inclosa la COVID-19. La resposta de resolució a aquesta inflamació crònica és un procés actiu governat per mediadors pro-resolució (SPM) especialitzats com els mediadors lipídics coneguts com lipoxines. La biosíntesi de lipoxines està catalitzada per diverses lipoxigenases (LOX) de l’àcid araquidònic. Tanmateix, els detalls moleculars dels mecanismes implicats encara no són ben coneguts.
Els nostres resultats indiquen que el mecanisme de deshidratació del 5(S),15(S)-diHpETE, mitjançant la formació d’un epòxid, presenta enormes barreres energètiques tot i que era una de les dues propostes sintètiques a priori. Aquest resultat és compatible amb el fet que no s’ha detectat cap epòxid directament com a intermedi en la formació catalítica de lipoxines a partir de 5(S),15(S)-diHpETE. Per contra, l’oxigenació de 5(S),15(S)-diHpETE a C14 és factible perquè hi ha un canal obert que connecta la superfície de la proteïna amb aquest àtom de carboni i la barrera energètica per a l’addició d’oxigen a través d’aquest canal és petita. L’anàlisi dels passos següents d’aquest mecanisme, que condueixen a l’hidroperòxid corresponent al lloc actiu 15-LOX-1, indica que el mecanisme d’oxigenació conduirà a la formació de la lipoxina B4 després de l’acció final d’una reductasa.
En canvi, els nostres càlculs estan d’acord amb els experiments que la lipoxina A4 no pot derivar de 5(S),15(S)-diHpETE per cap dels dos mecanismes proposats i que 5(S),15(S)-diHETE no és un intermedi de la biosíntesi de lipoxines catalitzada per 15-LOX-1.
