La carnitina palmitoiltransferasa I , también carnitina aciltransferasa I , carnitina acil-CoA transferasa I o palmitoil-CoA transferasa I ( carnitina palmitoiltransferasa I , abreviada CPT1 ) es una enzima mitocondrial, una de las formas de carnitina-O-palmitoiltransferasa ( EC 2.3.1.21 Archivado el 5 de mayo de 2016 en Wayback Machine ), pertenece a la familia de las aciltransferasas [1] . Cataliza la transferencia de un grupo acilo (-COR) de una molécula de ácido graso acil-CoA de cadena hidrocarbonada larga a una molécula de carnitina , con formación de acilcarnitina y una molécula de coenzima A libre . A menudo, el producto de la reacción es palmitoilcarnitina (de ahí el nombre de la enzima); sin embargo, otros residuos de ácidos grasos (grupos acilo, COR) también pueden actuar como sustrato [2] [3] . Una de varias enzimas en el sistema de transporte de carnitina . El gen que codifica esta enzima se encuentra en el cromosoma 11 : CPT1A . Archivado el 10 de septiembre de 2016 en Wayback Machine .
Hay 3 isoformas de la enzima: CPT1A, CPT1B y CPT1C. CPT1 está asociado con la membrana mitocondrial externa. La actividad de esta enzima puede verse reducida por malonil-CoA (que es un inhibidor), un metabolito intermedio implicado en la biosíntesis de ácidos grasos. La carnitina palmitoiltransferasa I juega un papel importante en diversos trastornos metabólicos como, por ejemplo, la diabetes . Sin embargo, la estructura cristalina aún se desconoce, por lo que su mecanismo de acción exacto sigue sin conocerse.
CPT1 se refiere a una proteína de membrana integral que está asociada con la membrana mitocondrial externa, a través de regiones transmembrana en la cadena peptídica. Ambos dominios N y C terminales están ubicados en el lado citoplásmico de la membrana [4] .
Las tres isoformas de la enzima se encuentran en tejidos de mamíferos. La isoforma del hígado (CPT1A o CPTI-L) se localiza en las mitocondrias de todas las células del cuerpo, con la excepción de las células del músculo esquelético y las células del tejido adiposo pardo [5] [6] . La isoforma muscular (CPT1B o CPTI-M) es una proteína altamente expresada que se produce en el miocardio cardíaco, las células del músculo esquelético (miocitos) y las células del tejido adiposo pardo [4] [5] [6] . La tercera isoforma, cerebral (CPT1C), fue aislada en 2002 y se localiza predominantemente en cerebro y testículos . Poco se sabe acerca de esta forma [7] [8] .
Aún no se ha determinado la estructura exacta de todas las isoformas de CPT1, aunque se han creado modelos in silico basados en enzimas CPT1 estrechamente relacionadas: acilcarnitina transferasas, como la carnitina acetiltransferasa (CRAT) [9] .
Una diferencia estructural importante entre CPT1 y CPT2, CRAT y carnitina octanoiltransferasa (COT) es que CPT1 contiene un dominio adicional en el extremo N de aproximadamente 160 aminoácidos . Se encontró que este dominio N-terminal adicional es importante para la molécula inhibidora de enzima clave, malonil-CoA [10] .
Se han propuesto dos sitios de unión diferentes que existen en CPT1A y CPT1B. El sitio A, o sitio CoA , parece unirse tanto a malonil-CoA como a palmitoil-CoA, así como a otras moléculas que contienen coenzima A. Se cree que la enzima une estas moléculas a través de la interacción con un resto de coenzima. Se ha sugerido que malonil-CoA puede comportarse como un inhibidor competitivo de CPT1A en este sitio. En el segundo, el sitio O , se cree que la malonil-CoA se une mucho más estrechamente que en el sitio A. A diferencia del sitio A , el sitio O se une a la malonil-CoA a través del grupo malonato dicarbonilo [11] . La unión de malonil-CoA a la enzima por los sitios A y O inhibe la acción de CPT1A al eliminar la unión de carnitina por la enzima.
Debido a la falta de datos sobre la estructura cristalina de la enzima, aún se desconoce el mecanismo exacto de la catálisis de CPT1. Se han postulado un par de posibles mecanismos diferentes para CPT1, los cuales involucran un residuo de histidina , His473 , que actúa como un sitio catalítico clave. Uno de estos mecanismos se basa en el modelo de carnitina acetiltransferasa que se muestra a continuación, en el que el residuo His473 desprotona la carnitina mientras que el residuo de serina adyacente estabiliza el intermedio tetraédrico del oxianión.
Otro mecanismo se basa en la suposición de que existe la llamada tríada catalítica, que consiste en los residuos de aminoácidos Cys-305 , His-473 y Asp-454 , que llevan a cabo la transferencia catalítica de acilo [12] . Este mecanismo catalítico implica la formación de una enzima tioacilo covalente intermedia con Cys-305.
El sistema carnitina palmitoil transferasa es un paso importante en la beta-oxidación de los ácidos grasos de cadena larga. Los ácidos grasos de cadena larga, como el palmitoil-CoA, a diferencia de los ácidos grasos de cadena corta y media, no pueden difundir libremente a través de la membrana mitocondrial interna (es impermeable), para esta transición existe una lanzadera de carnitina que los transporta a la matriz [13] .
La carnitina palmitoiltransferasa I es el primer componente del sistema y la reacción química limitante de la velocidad del sistema de transporte de carnitina , que cataliza la transferencia del grupo acilo de la coenzima A a la carnitina con la formación de palmitoilcarnitina. Con la ayuda de una translocasa ( carnitina-acilcarnitina translocasa , CACT), la palmitoilcarnitina se transfiere mediante difusión facilitada ( antipuerto ) a través de la membrana mitocondrial interna hacia la matriz.
Al actuar como un aceptor de grupos acilo, la carnitina también puede desempeñar un papel en la regulación del conjunto de coenzima A intracelular: relación acil-CoA/CoA [14] .
CPT1 es inhibido por malonil-CoA, aunque se desconoce el mecanismo exacto de inhibición. Se ha demostrado que la isoforma miocárdica y del músculo esquelético CPT1 (CPT1B) es de 30 a 100 veces más sensible a la inhibición de malonil-CoA que la isoforma análoga CPT1A. Esta inhibición es un buen objetivo para futuros intentos de regular CPT1 en el tratamiento de trastornos metabólicos [15] .
La acetil-CoA carboxilasa (ACC), una enzima que cataliza la formación de malonil-CoA a partir de acetil-CoA, juega un papel importante en la regulación del metabolismo de los ácidos grasos . Los científicos demostraron que los ratones knockout para ACC2 dieron como resultado una reducción de la grasa y el peso en comparación con los ratones de tipo salvaje. Este es el resultado de la actividad reducida de ACC, lo que provoca una disminución posterior en las concentraciones de malonil-CoA. Estos niveles reducidos de malonil-CoA, a su vez, evitan la inhibición de CPT1, lo que da como resultado un aumento marginal en la oxidación de ácidos grasos [16] . Dado que las células del músculo esquelético y del corazón tienen poca capacidad para sintetizar ácidos grasos, la ACC puede actuar únicamente como una enzima reguladora en estas células.
En humanos, solo se ha descrito la deficiencia de "CPT1A" (deficiencia de carnitina palmitoiltransferasa I) [17] . Esta es una enfermedad rara caracterizada por un alto riesgo de desarrollar hipoglucemia hipocetonímica, convulsiones, encefalopatía hepática y muerte súbita del lactante en los recién nacidos [18] .
CPT1 también se asocia con diabetes mellitus tipo 2 y resistencia a la insulina .
Una nueva investigación presentada en el congreso de 2015 del Comité Europeo para el Tratamiento y la Investigación de la Esclerosis Múltiple (ECTRIMS) sugiere que CPT1 también puede desempeñar un papel en la patología de la esclerosis múltiple (EM) [19] . Los investigadores encontraron que las mutaciones en el gen CPT1 parecen proteger contra la esclerosis múltiple en ciertas poblaciones. Esta hipótesis es que un aumento en el metabolismo de los lípidos puede conducir a la desmielinización de las células nerviosas (destrucción de la mielina ), lo que permite un ataque autoinmune a las células nerviosas. John Dirk Nyland PhD y sus colegas de la Universidad de Aalborg en Dinamarca han proporcionado datos que muestran que en modelos animales de EM, la CPT1 está bloqueada por una molécula llamada etomoxir, que probablemente alivie los síntomas de la enfermedad [20] . Actualmente, los investigadores están buscando apoyo para un estudio clínico en personas enfermas.
Se sabe que CPT1 interactúa con una variedad de proteínas, incluidas las de la familia NDUF , PKC1 y ENO1 [21] .
Knockout CPT1A mediante la selección de la biblioteca de shRNA inhibe la replicación del VIH-1 en células T Jurkat cultivadas [22] .