La inflamación aguda local de los organismos vivos es un mecanismo de defensa en respuesta a una lesión tisular o contra una invasión de patógenos microbianos. Si se descontrola, evoluciona hacia una crónica y puede conducir a una amplia gama de enfermedades que pueden atribuirse a un fallo de resolución. Por tanto, los procesos inflamatorios son un problema de salud de primer orden.
Los mediadores lipídicos especializados en pro-resolución (SPM), que son moléculas de señalización celular formadas en las células por el metabolismo de ácidos grasos poliinsaturados, son cruciales para provocar la resolución de la inflamación y, por tanto, aliviar las enfermedades inflamatorias crónicas. 5S,6R,15S- Trihidroxi-7E,9E,11Z,13E-ácido eicosatetraenoico y 5S,14R,15S-trihidroxi-6E,8Z,10E,12E-ácido eicosatetraenoico fueron los primeros SPM descubiertos. Estos productos se llaman lipoxina A4 (LXA4) y lipoxina B4 (LXB4), respectivamente, y derivan del ácido araquidónico. La biosíntesis de estas lipoxinas (productos de interacción lipoxigenasa) requiere catálisis por lipoxigenasas (LOX).
Àngels González Lafont – ESPA2022, Vigo
En este estudio, pretendemos avanzar en la comprensión del mecanismo de formación de lipoxinas mediante la vía biosintética 5(S),15(S)-diHpETE a nivel molecular. Con este objetivo, hemos combinado simulaciones de dinámica molecular (MD) y cálculos de mecánica cuántica/mecánica molecular (QM/MM) para explorar las diferentes reacciones que el reticulocito 15-LOX-1 puede catalizar cuando 5(S),15(S ) -diHpETE o 5(S),15(S)-diHETE actúa como sustrato.
Nuestros resultados no predicen la formación de lipoxinas mediante el mecanismo de deshidratación. Este resultado es compatible con el hecho de que no se ha detectado ningún epóxido directamente como intermediario en la formación catalítica de lipoxinas a partir de 5(S),15(S)-diHpETE. La formación de lipoxinas tiene lugar mediante la adición de la molécula de oxígeno a los radicales π nonatetraenilo derivados de 5(S),15(S)-diHpETE por la abstracción de hidrógeno C10. La adición de oxígeno antarafacial a C14 es muy fácil, dando lugar posteriormente a la formación de LXB4. Sin embargo, la adición de la molécula de oxígeno a C6 está bloqueada por C4 de 5(S),15(S)-diHpETE y las cadenas laterales de Leu408 y Leu597. También existe una importante reorganización de C6 y C7 para ajustarse a la entrada de oxígeno en C6. Ésta es la razón por la que LXA4 no se puede formar a partir de 5(S),15(S)-diHpETE por 15-LOX-1
Por comparación, también hemos estudiado el comportamiento de 5(S),15(S)-diHETE como sustrato. En este caso, la adición de oxígeno a C14 no es factible y no existe ningún canal de acceso al oxígeno que conduzca a C6. En consecuencia, el 15-LOX-1 no puede convertir el 5(S),15(S)-diHETE en una lipoxina, lo que está de acuerdo con los resultados experimental.
La producción de lipoxinos en el 5(S),15(S)-DiHpETE biosynthetic pathway. Un estudio combinado de Dinámica Molecular y QM/MM
En este trabajo, hemos combinado simulaciones de dinámica molecular (MD) y cálculos de mecánica cuántica/mecánica molecular (QM/MM) para analizar cómo el reticulocito 15-LOX-1 cataliza la producción de lipoxinas a partir de 5(S),15 (S)- diHpETE.
Ahora se reconoce ampliamente que la inflamación crónica desempeña un papel importante en muchas enfermedades frecuentes, incluida la COVID-19. La respuesta de resolución a esta inflamación crónica es un proceso activo gobernado por mediadores pro-resolución (SPM) especializados como los mediadores lipídicos conocidos como lipoxinas. La biosíntesis de lipoxinas está catalizada por diversas lipoxigenasas (LOX) del ácido araquidónico. Sin embargo, los detalles moleculares de los mecanismos implicados todavía no son bien conocidos.
Nuestros resultados indican que el mecanismo de deshidratación del 5(S),15(S)-diHpETE, mediante la formación de un epóxido, presenta enormes barreras energéticas aunque era una de las dos propuestas sintéticas a priori. Este resultado es compatible con el hecho de que no se ha detectado ningún epóxido directamente como intermedio en la formación catalítica de lipoxinas a partir de 5(S),15(S)-diHpETE. Por el contrario, la oxigenación de 5(S),15(S)-diHpETE a C14 es factible porque existe un canal abierto que conecta la superficie de la proteína con este átomo de carbono y la barrera energética para la adición de oxígeno a través de este canal es pequeña. El análisis de los siguientes pasos de este mecanismo, que conducen al hidroperóxido correspondiente al lugar activo 15-LOX-1, indica que el mecanismo de oxigenación conducirá a la formación de la lipoxina B4 después de la acción final de una reductasa.
En cambio, nuestros cálculos están de acuerdo con los experimentos de que la lipoxina A4 no puede derivar de 5(S),15(S)-diHpETE por ninguno de los dos mecanismos propuestos y que 5(S),15(S)- diHETE no es un intermedio de la biosíntesis de lipoxinas catalizada por 15-LOX-1.
