El proceso de metabolización del arsénico

El proceso de biotransformación del arsénico inorgánico a sus derivados metilados viene siendo estudiado desde hace mucho tiempo y, últimamente, este tema está adquiriendo especial interés debido a la correlación existente entre metabolismo y toxicidad/ genotoxicidad. En 1977 se demostró la existencia de un proceso de metilación en humanos (Crecelius, 1977), y en general en mamíferos; éste consistía en una reacción catalizada

enzimáticamente, y que requería la reducción previa del AsV a AsIII.

En humanos, la mayor parte del AsV absorbido se reduce rápidamente a AsIII,

principalmente en la sangre. Los tioles y, en particular, el glutation tienen un papel esencial

en este proceso de reducción. Posiblemente el AsIII se une a un ditiol, una proteína

transportadora, antes que el grupo metilo sea incorporado. Debido a que el AsIII posee una

mayor toxicidad que el AsV, este primer paso de la biotransformación del As puede

considerarse como una bioactivación. La mayor parte del AsIII formado en esta reacción

inicial se distribuirá en los tejidos y se transformará a MMA y DMA (Vahter, 2002), siendo el hígado el principal centro de metilación. No obstante, se ha demostrado que la mayoría de los tejidos (riñones, pulmón, testículos, etc.) también tienen capacidad metiladora (Healy et al., 1998).

En el proceso de metilación del arsénico, además de las metiltransferasas, también está involucrada la S-adenosilmetionina (SAM), que se considera como la principal donante del grupo metilo. Se ha comprobado que la inhibición de la metilación SAM-dependiente

preparaciones de hígado de rata incubadas con arsenito, se necesita la SAM para que se formen MMA y DMA (Vahter, 1999 a).

A pesar de la existencia de diversos estudios sobre las metiltransferasas, de momento éstas no están totalmente caracterizadas. Zakharyan y colaboradores, utilizando enzimas de conejo purificadas, detectaron que la actividad arsenito-metiltransferasa y MMA- metiltransferasa correspondían a una misma proteína con un peso molecular de unos 60 kDa, observándose la existencia de un pH óptimo y distintas concentraciones de saturación

para cada uno de los sustratos (Zakharyan et al., 1995). En 1998, se obtuvieron resultados

similares en un estudio comparativo realizado con enzimas de hámster purificadas, excepto

con relación al peso molecular que era aproximadamente de unos 46 kDa (Wildfang et al.,

1998). Posteriormente, se pudo detectar la presencia de actividad arsenito metiltransferasa

en hepatocitos humanos cultivados, descubriéndose también que MMAIII _{es el sustrato para}

la MMA-metiltransferasa (Zakharyan et al., 1999).

Lin y colaboradores, en un estudio realizado con una nueva metiltransferasa (S-adenosil-l

metionina AsIII metiltransferasa) purificada a partir de hígado de rata, corroboraron la

evidencia de que los compuestos arsenicales trivalentes son el sustrato para esta enzima y que su actividad era dependiente de la concentración de SAM (AdoMet) en la reacción. Además, esta metiltransferasa se expresaba también en tejidos humanos y presentaba una

secuencia homóloga a la del gen Cyt19, que se conoce actualmente como As3MT (Lin et

al., 2002; Wood et al., 2006). Por otro lado, la metilación del arsénico inorgánico también

puede ocurrir por una vía no enzimática (Zakharyan y Aposhian, 1999).

Actualmente, existen dos propuestas para describir la biotransformación enzimática del

arsénico inorgánico a los compuestos metilados (Hayakawa et al., 2005; Aposhian y

Aposhian, 2006; Thomas, 2007). La ruta de la metilación oxidativa fue propuesta originalmente en 1951 y corroborada por Cullen y colaboradores en 1984. Ésta consiste en reacciones de oxidación/reducción seguidas de reacciones de metilación, en las que el arsénico inorgánico se convierte en productos orgánicos mono-, di- y trimetilados, a partir de la incorporación del grupo metilo de la SAM a los sustratos de arsénico trivalente. Siempre se requiere la reducción previa para que ocurra la metilación oxidativa (fig. 2).

Hasta el momento, se han identificado dos enzimas capaces de reducir el AsV. La primera,

homóloga a la proteína humana purina nucleósido fosforilasa, conocida como PNP

(Radabaugh et al., 2002). No obstante, parece que la PNP sólo posee actividad AsV

reductasa en unas condiciones in vitro muy específicas. En estudios in vivo realizados en

eritrocitos humanos y en ratas, no se pudo comprobar la actividad reductora de esta enzima

(Nemeti et al., 2003). Sin embargo, el AsV también puede ser reducido por una segunda

enzima, la MMAV reductasa, que se ha considerado como el factor limitante en el proceso

de metabolización del arsénico.

Se ha demostrado que la reducción del MMAV a MMAIII es enzimática y dependiente de

GSH (Zakharyan et al., 2001). Actualmente se sabe que esta enzima, idéntica a una nueva

clase de glutation-S-transferasa denominada GSTO1, es capaz de catalizar todas las

reacciones de reducción del arsénico. Cabe destacar que el AsV puede ser reducido por el

glutation y otros tioles, a partir de una reacción química no enzimática (Bertolero et al.,

1987; Scott et al., 1993; Radabaugh y Aposhian, 2000).

Fig. 2. Esquema de los pasos enzimáticos en el metabolismo del arsénico.

Por lo tanto, de acuerdo con el esquema clásico, la metabolización del arsénico requiere básicamente dos enzimas: una metiltransferasa y GSTO1. El arsénico inorgánico se metaboliza a partir de sucesivas reducciones y metilaciones oxidativas, en compuestos trivalentes metilados como metabolitos finales. Posteriormente se ha propuesto que las especies de arsénico trivalentes podrían ser oxidadas y destoxificadas por el peróxido de

hidrógeno, siendo así transformadas en especies pentavalentes menos reactivas (Aposhian

et al., 2003, 2004).

La segunda ruta propuesta sobre el metabolismo del arsénico se basa en evidencias de la

existencia de la vía de reducción no enzimática del AsV. En este modelo alternativo, la

metiltransferasa (As3MT) es la única enzima requerida para llevar a cabo todo el proceso

de biotransformación del arsénico (Hayakawa et al., 2005). Consiste en la reducción previa

del AsV a AsIII y la posterior conjugación de las formas trivalentes con la GSH, formando

complejos As-GSH. Estos complejos se constituyen en los sustratos para la acción de la metiltransferasa (fig. 3).

Fig. 3. Metabolismo alternativo del arsénico a través de la formación de complejos As-GSH.

En este esquema de reacciones no oxidativas, los primeros compuestos que se forman son los trivalentes. Una vez que se produce el ATG (arsénico tri-glutation), éste se metila mediante la acción de la As3MT y se transforma en MADG (monometilarsénico di- glutation) y DMAG (dimetil arsínico glutation). Estos compuestos son oxidados y

convertidos en las formas pentavalentes MMAV y DMAV. Sin embargo, los metabolitos y

complejos As-GSH, no se han confirmados y, por lo tanto, se hace necesario investigar de forma más detallada los pasos propuestos (Aposhian y Aposhian, 2006). Además, no se puede descartar la posibilidad de que haya nuevas enzimas involucradas en el proceso de formación y oxidación de los complejos As-GSH.

Por el momento, se puede afirmar que los modos de acción del arsénico y de sus metabolitos son extremadamente variados, complejos y, en gran parte, aún desconocidos. A pesar de eso, la correlación existente entre el metabolismo y la toxicidad del arsénico es incuestionable. Siendo así, dilucidar los procesos y enzimas involucrados en la biotransformación del arsénico contribuirá de forma definitiva en la búsqueda de respuestas frente a la variabilidad al daño inducido por este compuesto.