Lon (La proteasa) es una serina proteasa en células bacterianas, mitocondrias y cloroplastos eucariotas. Pertenece a un grupo importante de proteasas dependientes de ATP, que también incluye proteasomas , ClpP , HslVU y FtsH. Según la clasificación MEROPS , pertenece a la familia S16 [1] .
Lon consta de tres dominios: a) N-terminal, cuya función no se conoce completamente, pero, aparentemente, está involucrada en el reconocimiento de sustratos [2] ; b) unión de ATP, llevando a cabo la hidrólisis de ATP , desplegando y moviendo cadenas polipeptídicas a la siguiente, c) dominio de proteasa, donde el sustrato se escinde en fragmentos peptídicos [3] . Seis de estas proteínas se unen para formar un hexámero cilíndrico de seis miembros. Para la escisión, la cadena polipeptídica debe desplegarse dentro del cilindro, donde se oculta el centro activo, lo que evita que Lon actúe sobre proteínas celulares aleatorias que no son sustratos. Por el contrario, las proteínas sustrato son reconocidas por el dominio N-terminal y trasladadas al sitio activo por los dominios de unión a ATP de la proteína [4] . Hay evidencia de que dos anillos de seis miembros pueden unirse para formar un gran cilindro. Además, parecen estar conectados por dominios N-terminales y de unión a ATP, lo que distingue a Lon de otros miembros del grupo, en el que los anillos polimembranosos individuales están conectados por dominios de proteasa. Se supone que el de seis miembros es capaz de unir proteínas grandes o complejos de proteínas, y el de doce miembros puede unir péptidos pequeños o proteínas desplegadas, lo que permite regular la proteólisis en la célula [5] .
La estructura cristalina de Lon muestra que el centro activo contiene una díada catalítica Ser y Lys (en contraste con la mayoría de las serina proteasas, donde tres aminoácidos Ser, Asp e His juegan un papel catalítico) [6] . Sobre la base de datos experimentales, Lon no es específico para la escisión del sustrato, mostrando solo una ligera preferencia por Leu, Phe y Ala en la posición -1 [7] .
Lon está presente en casi todas las bacterias (con raras excepciones), mitocondrias y cloroplastos de animales y plantas. Algunas bacterias (por ejemplo, Bacillus subtilis ) contienen dos o más formas de Lon con diferentes especificidades funcionales [8] , [9] .
En Escherichii coli , Lon realiza muchas funciones. Lon es la principal proteasa de E. coli que reconoce y degrada proteínas mal plegadas o agregadas [10] [11] . En la fase estacionaria tardía del crecimiento, la célula bacteriana comienza a descomponer las proteínas de los ribosomas libres para compensar la falta de aminoácidos. Esta función también la realiza Lon [12] . Los dos sustratos más conocidos son SulA y RcsA. SulA es un inhibidor de la división celular sintetizado en respuesta al daño del ADN celular. La inactivación de Lon en las células conduce a la sensibilidad a la luz ultravioleta: las células sintetizan SulA, no se destruye, las células no se dividen, crecen en largos filamentos y eventualmente mueren [13] . RcsA activa la transcripción de enzimas que sintetizan ácido colanoico , un exopolisacárido que conforma la cápsula protectora de la bacteria. En consecuencia, el signo fenotípico más destacado de la ausencia de Lon son las colonias mucosas en las placas de Petri [14] .
Lon destruye las proteínas UmuD y UmuC, que permiten que la célula sintetice una hebra de ADN complementaria en la hebra dañada (sin embargo, comete muchos errores en el proceso). En UmuD, Lon destruye la forma inactiva, mientras que la forma activa de UmuD es destruida por ClpXP [15] . Lon degrada las dos principales proteínas estructurales de los cuerpos de inclusión , IbpA e IbpB [16] ; activadores de la transcripción de proteínas de respuesta al estrés oxidativo SoxS y MarA [17] ; así como muchas de las proteínas antitoxina de los sistemas toxina-antitoxina , incluidas CcdA, PemI, PasA, RelB y MazE [18] [19] . B. subtilis tiene dos proteínas Lon diferentes: LonA y LonB. LonA participa en el inicio de la esporulación , mientras que LonB solo se expresa en la espora recién formada [9] [20] ; en Myxococcus xanthus , uno de los dos genes Lon de este organismo, LonD, está involucrado en la regulación de la esporulación y la formación del cuerpo fructífero [21] ; en Proteus mirabilis Lon regula la motilidad [22] ; en Salmonella enterica , Pseudomonas syringae y Yersinia pestis , expresión de componentes del Sistema de Secreción Tipo III necesarios para la interacción con las células huésped [23] [24] [25] . En las mitocondrias eucariotas, Lon está contenido en la matriz , donde destruye las proteínas que están mal plegadas o dañadas por especies reactivas de oxígeno . Los sustratos más significativos son la aconitasa, una de las subunidades de la citocromo oxidasa, y la proteína StAR (proteína reguladora aguda esteroidogénica) [27] [28] [29] .
Lon reconoce secuencias cortas tanto en el N- (UmuD) [30] como en el C-terminal (SulA) [31] de las proteínas sustrato. Sin embargo, no se encontró una secuencia común para ellos. En proteínas mal plegadas, se ha informado que Lon reconoce regiones hidrofóbicas cortas ricas en residuos de aminoácidos aromáticos [32] .
Uno de los promotores de la transcripción del gen lon en E. coli es reconocido por el factor sigma σ32, que es el responsable de la transcripción de las proteínas de choque térmico . Esto tiene un sentido obvio, ya que Lon reconoce las proteínas mal plegadas, que aumentan drásticamente en el choque térmico [33] . Lon también se une a poli-P, un polímero de ortofosfato sintetizado en células de E. coli en respuesta a la inanición. Esto cambia la especificidad hacia la destrucción de las proteínas ribosómicas libres, lo que le permite hacer frente temporalmente al hambre de aminoácidos [12] . El fago T4 sintetiza la proteína PinA, que inhibe específicamente a Lon. Esto probablemente indica que algunas de las proteínas importantes para este fago en el estado normal son sustratos para Lon [34] .
La cepa BL-21(DE3), ampliamente utilizada para la expresión de proteínas recombinantes, es fenotípicamente Lon menos, ya que la cepa madre E. coli B porta una mutación que inactiva Lon. Se cree que esta mutación aumenta el rendimiento de las proteínas propensas a la agregación o al plegamiento incorrecto [ 35,36 ] .
Algunos investigadores de Lon en mitocondrias de mamíferos sugieren que una disminución en la actividad de esta proteína puede desempeñar un papel importante en el proceso de envejecimiento [37] .
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