Rol de las colinesterasas en la enfermedad de Alzheimer

La enzima ACE (EC 3.1.1.7) pertenece a la súper familia de proteínas / hidrolasas. Su principal función fisiológica es la rápida hidrólisis de la AC en la sinapsis y unión neuromuscular, lo que resulta en la terminación del impulso nervioso. La estructura tridimensional de la ACE ha sido determinada por primera vez en Torpedo califórnica (Tc) en 1991. Esta enzima contiene dos sitios de unión: el sitio activo catalítico (CAS, catalytic active site) situado en el fondo de una profunda y estrecha cavidad, y el sitio aniónico periférico (PAS, perypherical anionic site) ubicado en la entrada de la misma cavidad. En el CAS, donde se produce la hidrólisis de la AC, hay cuatro subsitios principales: el “sitio esterático”, el “agujero oxianiónico”, el “bolsillo acilo” y el “subsitio aniónico”. El “sitio esterático” contiene la maquinaria catalítica de la enzima, que depende de la tríada catalítica Ser200, His440, Glu327. El “agujero oxianiónico” lo constituyen los residuos Gly118, Gly199 y Ala201, y son los responsables de estabilizar el intermediario de AC formado durante la hidrólisis por interacciones puente de hidrógeno. El “bolsillo acilo” ubicado en el fondo de la cavidad está formado por los residuos Phe288 y Phe290, y se cree que su rol es limitar la dimensión de los sustratos que puedan ingresar al CAS. El “subsitio aniónico” incluye Trp84, un residuo clave para la interacción con el grupo amonio cuaternario del sustrato AC y otros ligandos a través de la interacción π-catión, situado cerca de la parte inferior de la cavidad. Además, este

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subsitio contiene otro residuo aromático, Phe330, también implicado en dicha interacción [88-89]. La Figura 21 representa los distintos subsitios descriptos.

Por otra parte, el PAS, no es un área bien definida y es variable entre las ACEs. En Tc está constituido por los residuos aromáticos y carboxílicos Asp72, Tyr70, Tyr121, Trp279 y Phe290. Entre estos residuos de aminoácidos, el Trp279 es un residuo clave, responsable de la función de adhesión de la ACE. El PAS se une al sustrato transitoriamente como el primer paso del proceso catalítico, mejorando la eficacia catalítica a través de la unión al sustrato en su trayecto hacia el sitio activo [88,89] (Figura 21).

Figura 21. Los sitios de unión en la cavidad de ACE de Torpedo califórnica

Además de ACE, otro tipo de colinesterasa es butirilcolinesterasa (BuCE, EC 3.1.1.8). La estructura de BuCE humana (HuBuCE) es similar a la de TcACE con lo cual, la tríada catalítica consiste en Ser198, His438, Glu325. BuCE, sin embargo, carece de seis de los catorce residuos aromáticos presentes en ACE que bordean la cavidad hacia el sitio activo. Mientras que en ACE el espacio disponible para la unión del sustrato está restringido por la presencia de dos grupos aromáticos (Phe288 y Phe299) cuyas cadenas laterales sobresalen hacia el canal, en BuCE, en cambio, éstos fueron reemplazados por dos residuos de aminoácidos alifáticos, Leu286 y Val288, creando un mayor espacio para la unión de

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sustratos más voluminosos. Esto justifica que BuCE pueda hidrolizar tanto AC como butirilcolina (BC), mientras que ACE hidroliza sólo AC [90].

La terapia colinérgica para la EA inicialmente se basó en la inhibición de ACE por ser la principal enzima implicada en la hidrólisis de AC en el cerebro normal. Sin embargo, AC también es sustrato de BuCE como se dijo anteriormente. El rol de BuCE en cerebros normales, envejecidos y/o enfermos se ha mantenido en gran medida desconocido, y durante mucho tiempo ha habido poco interés en el diseño, síntesis y desarrollo de inhibidores selectivos de BuCE, excepto en la industria agrícola donde los inhibidores de BuCE se han utilizado como insecticidas [90]. En los últimos años surgieron evidencias que afirman que BuCE presenta funciones específicas. En el transcurso de la EA, la actividad ACE disminuye en el hipocampo y la corteza cerebral, a valores muy inferiores de los normales. Por el contrario, la actividad de BuCE aumenta continuamente hasta un 90% a medida que transcurre la enfermedad. Es probable que, debido a estas alteraciones en la proporción de ACE/BuCE en la etapa avanzada de la enfermedad, BuCE reemplace a ACE en la hidrólisis de AC, convirtiéndose en otro potencial blanco en la terapia de la EA [87,91].

Varios estudios han sugerido que la actividad aumentada de colinesterasas en pacientes con Alzheimer no sólo provoca la disminución de los niveles de AC en el cerebro mediante un proceso catalítico, sino también es responsable de “acciones no colinérgicas” involucradas en la actividad pro- agregante del péptido A. La interacción del péptido con el PAS de la ACE acelera significativamente la agregación del péptido tóxico como consecuencia de la catálisis de cambios conformacionales en las fibrillas del péptido A hacia la hoja  Por lo tanto, aquellos inhibidores que se unan al PAS de la enzima disminuirán la proporción de agregación del péptido, facilitando la disolución del mismo. Esta estrategia representa una nueva área de investigación para el tratamiento de la EA basada en ambas hipótesis, la colinérgica y la amiloidea, utilizando inhibidores que se unan tanto al CAS como al PAS. En los últimos años, diferentes grupos de investigación han centrado sus estudios en el diseño, síntesis y evaluación de agentes duales inhibidores de ACE como posibles fármacos [85,87,88,90,91].

Al igual que ACE, BuCE se asocia con las placas amiloides y los ovillos neurofibrilares. Estudios realizados sobre cultivos de tejidos en presencia de BuCE y el péptido A, demostraron un incremento notable de neurotoxicidad del péptido A. Este hecho sugiere que, inhibidores específicos de BuCE no sólo mejoran la cognición, a través del aumento en la concentración de AC, sino también reducen los productos de hidrólisis tóxicos. Es posible que los agentes terapéuticos capaces de inhibir tanto ACE y

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BuCE proporcionen beneficios adicionales en la EA, no sólo por la mejora en la transmisión colinérgica, sino también por retardar el proceso patológico de la enfermedad [86].