Clases de GSTs en Procariotas

48 se identificó en Pagrus major (Konishi et al., 2005). Muchas otras GSTs de organismos marinos también se han clasificado en la clase de Rho. Recientemente se identificó de una GST del bivalvo antártico Laternula elliptica (LeGST) también clasificado en la clase Rho (Park et al., 2009). Las GSTs Rho han evolucionado para reducir los efectos de cualquier compuesto xenobiótico tóxico, lo que resulta en una especificidad equilibrada del sustrato sin preferencia por ciertos sustratos (Park et al., 2013).

49 catalíticamente esencial, pero la His106 y la Lys107 del C-terminal pueden contribuir a la interacción con GSH (Casalone et al., 1998).

En bacterias, se conocen principalmente cuatro clases diferentes de cGST: Beta, Chi, Theta y Zeta (Rossjohn et al., 1998; Sheehan et al., 2001; Vuilleumier, 1997; Wiktelius y Stenberg, 2007). Los cGST de clase beta (GSTB) se ha purificado y caracterizado de varias bacterias (Allocati et al., 2009; Travensolo et al., 2008) siendo capaces de conjugar el sustrato modelo CDNB y de unirse a la matriz de afinidad a GSH. Todas las GSTB se caracterizan por la presencia de cisteína como residuo catalítico en el sitio G (Polekhina et al., 1998). La primera GSTB que se caracterizó fue de Proteus mirabilis (PmGSTB).

Ésta muestra propiedades bioquímicas y estructurales que la distinguen de las GSTs de otras clases y se identificó como el prototipo de la clase Beta (Allocati et al., 2009;

Travensolo et al., 2008). Otros tres genes ortólogos de la clase Beta también fueron caracterizados de funcional y estructuralmente, en E. coli (EcGST) y de dos bacterias del suelo Ochrobactrum anthropi (OaGST) y Burkholderia xenovorans (BxGST) (Gilmartin et al., 2005; Tamburro et al., 2004).

Las GSTs de la clase Theta (GSTT) en bacterias están representadas por dos deshalogenasas de diclorometano (DCM) producidas por bacterias metilotróficas facultativas (Allocati et al., 2009; Stourman et al., 2003). Las GSTTs de las bacterias exhiben una alta similitud de secuencia de aminoácidos a GSTT de eucariotas y también comparten algunas propiedades, como su reactividad con DCM, su falta de actividad con CDNB y su incapacidad para unirse a las matrices de afinidad a GSH. La TCHQD pertenece a la clase Zeta (Anandarajah et al,. 2000). En particular, esta enzima se caracteriza por tener en el sitio G, un motivo distintivo de la clase Zeta que incluyen los residuos de serina y cisteína. La TCHQD está involucrada en dos pasos de la biodegradación del pentaclorofenol y también tiene actividad isomerasa (Kiefer et al., 2002).

En 2010 se propuso una nueva clase de cGSTs llamada clase Chi (Wiktelius y Stenberg, 2007). Dos cGST de las cianobacterias Thermosynechoccus elongatus (TeGST) y

50 Synechoccus elongatus (SeGST) han sido purificadas y caracterizadas. Aunque ambas mostraron características estructurales típicas de cGSTs, estas no entraban dentro de la clase Beta ya que carecen de cisteínas, indicando una evolución diferente de las GSTs de cianobacterias. Al igual que los organismos eucariotas, las bacterias se caracterizan por múltiples genes GST de gran divergencia de secuencias y función desconocida (Vuilleumier y Pagni, 2002).

En el 2011 se propuso la clase Xi de las GST, después del análisis de 29 secuencias de bacterias Gram-positivas y 11 de genomas de Archaeas que muestran una alta homología con una subclase de GSTO de Saccharomyces cerevisiae, llamada subclase I (Garcerá et al., 2006). El genoma de S. cerevisiae codifica tres GSTOs con actividad de tiol transferasa, y un análisis de alineación múltiple mostraron que las ScGSTO se agrupan cerca de las secuencias de bacterias (Allocati et al., 2012; Garcerá et al., 2006). Esto sugirió que los miembros de la subclase I de Omega pueden agruparse en una nueva clase de GST llamada S-glutationil-(cloro) hidroquinona reductasa (GHR) debido a su actividad con S-glutationil-hidroquinonas (Xun et al., 2010). Meux y colaboradores sugirieron, sobre el análisis de secuencia y las diferencias bioquímicas y estructurales de la clase Omega canónica, que las GSTO subclase I o GHR deben considerarse como miembros de una nueva clase de GSTs, proponiendo su clasificación como GST clase Xi (Meux et al., 2011). Además, una comparación de las secuencias de aminoácidos de todas las supuestas GST de la clase Xi reveló que los motivos estructurales típicos de las GST citosólicas, es decir el sitio G del N-terminal y la cavidad H, también están absolutamente conservados (Allocati et al., 2012).

La mayoría de las GSTs bacterianas identificadas hasta la fecha pertenecen a la clase beta.

Las GSTB son homodímeros con una longitud de secuencia de 201-203 residuos. Aunque el pliegue de monómero en GST de clase beta se parece mucho a la de otros cGSTs, la interfaz del dímero es diferente. A diferencia de otras clases de GST, no hay una interfaz abierta en forma de V, aunque se encuentra un arreglo compacto (Rossjohn et al., 1998).

Además, la interfaz en la mayoría de las clases de GST es principalmente hidrofóbica, mientras que en la GSTB es polar. Por el contrario, otros motivos estructurales

51 originalmente identificados en GST de mamíferos se conservan en GSTB, lo que indica su origen antiguo. Adicionalmente, un motivo estructural único ha sido identificado en las GSTBs, que está formado por una red de enlaces de hidrógeno, ubicada en la proximidad del sitio G, que cierra la hélice del dominio C-terminal a la hélice de inicio del dominio de tipo tiorredoxina. El GSH se une a las GSTBs de forma extendida consistente con lo que se observa en otras clases (Allocati et al., 2009).

Las deshalogenasas microbianas juegan un papel clave en la biodegradación de varios xenobióticos clorados, tanto alifáticos como aromáticos (Janssen et al., 2005). Los compuestos halogenados son ampliamente utilizados en la industria y constituyen un importante grupo de contaminantes ambientales. Las GST bacterianas catalizan diferentes reacciones usando GSH como cofactor, es decir, deshalogenasa de DCM que cataliza la decloración hidrolítica de diclorometano, mientras que TCHQD cataliza una reacción de reducción de deshalogenación. La DCM deshalogenasa es una enzima dependiente de GSH sintetizada por una serie de bacterias metilotróficas facultativas que pueden utilizar DCM como única fuente de carbono y energía. En el primer paso de la degradación, la enzima declora DCM a formaldehido y cloruro inorgánico. Las propiedades de dos DCMD están bien documentadas en Methylobacterium dichloromethanicum DM4 y en Methylophilus leisingeri DM11 (Stourman et al., 2003). En particular, al igual que los GST de clase Theta, las DCMD comparten un residuo de serina conservado en el N- terminal, dominio que es esencial para la catálisis. En condiciones de saturación de sustrato, DM11 es significativamente más rápido en la decloración que DM4 (Allocati et al., 2009).

La proteína Ure2 (Ure2p) es un prión de levadura que está involucrado en la regulación celular del catabolismo de nitrógeno. La Ure2p ha sido extensamente estudiada en S.

cerevisiae (Luc Bousset et al. 2010) y se compone de dos regiones distintas, la región N- terminal responsable de la propagación de priones, y una región C-terminal responsable de la regulación de nitrógeno. En S. cerevisiae el dominio del prion está compuesto por los primeros 93 residuos mientras que el dominio C-terminal abarca de los residuos 94 al 354 (Allocati et al., 2012). El dominio C-terminal de Ure2p muestra un pliegue similar a

52 las GST, que se asemeja al de las GST de clase Beta y sugiere una relación evolutiva remota. Bousset y colaboradores identificaron un sitio G y un sitio H por monómero como se observa en todas las GSTs. Por lo tanto, propusieron que Ure2p es un miembro de la superfamilia GST. La alineación de secuencia basada en la estructura de Ure2p (residuos 94 al 354) con dos GSTB de P. mirabilis (PmGST) y Escherichia coli (EcGST), enfatizó 29 residuos completamente conservados (L. Bousset et al. 2001). La cisteína es el residuo característico de las GSTBs en la región N-terminal pero no está presente en Ure2, mientras que otros muchos residuos se conservan en estas secuencias como: Ile16, Pro53, Trp97 y Trp164 (Allocati et al., 2012).