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Características estructurales de la proteína de unión a la vitamina D

La proteína de unión a la vitamina D (DBP) pertenece a la familia de las albúminas plasmáticas. Esta familia esta formada por 4 proteínas: albúmina, afamina, alfafetoproteína y la ya mencionada DBP. Se trata de proteínas plasmáticas transportadoras, aunque cada una de ella se ha ido especializando en funciones diferentes.

Comparten una estructura común, de 3 dominios divididos a su vez en dos subdominios. Este hecho puede ser explicado por la historia evolutiva de esta familia: sus miembros se originaron a partir de un ancestro común que sufrió una primera duplicación (que originó los subdominios) y una posterior triplicación (que dio lugar a los dominios).

El miembro mejor estudiado de esta familia es la albúmina. Se trata de la proteína más abundante del plasma y puede transportar gran variedad de sustancias entre las que se encuentran ácidos grasos, bilirrubina, metales (Cu2+ y Zn2+)...(Sugio et al. 1999)

La DBP, además de la función de transportar ácidos grasos, común a toda la familia, se ha especializado en el transporte de vitamina D y sus metabolitos, la unión a actina y la activación de macrófagos (Swamy et al. 1995).

La DBP es un heterodímero formado por las cadenad A y B. Aunque las secuencias son muy parecidas, se observan diferencias en la orientación de sus dominios (Verboven et al. 2002).

Por su estructura, pertenece a la clase de familias todo a y tiene un plegamiento del tipo serum-albumin like (Scop). Se distinguen claramente 3 dominios estructurales similares, lo que indican que proceden de la triplicación de un precursor común. A su vez, cada dominio está dividido en dos subdominios relacionados estructuralmente, lo que indica que el precursor ancestral sufrió una duplicación previa a la triplicación. El dominio III está truncado en la región C-terminal con respecto al resto de los miembros de la familia, por lo que presenta sólo un subdominio. Hay 28 cisteínas, formando 14 puentes disulfuro, 6 en el primer dominio, 6 en el segundo y 2 en el último. Son estos puentes disulfuro los que mantienen la estructura en dominios de la proteína (Fig 1).

Fig 1. Estructura DBP. Señaladas en rojo las Cisteínas formando puentes disulfuro.

Dominio I
El dominio I presenta una estructura general de 10 hélices a y está dividido a su vez en dos subdominio similares. El subdominio a está formado por las primeras 6 hélices: las primeras 4 forman un cluster que está flanqueado por 2 hélices cortas, la 5 y la 6; el segundo subdominio (subdominio b) forma otro cluster de 4 hélices. Un largo y extendido loop une los dos subdominios.
La unión de los dominios I y II se realiza a través de la Glicina 209. Esta glicina provoca una torsión de las hélices adyacentes, articulándose un movimiento de bending.

Dominio II
El dominio II también presenta la misma estructura que el I, excepto que la hélice 6 se ha convertido en un largo loop, que une los dos subdominios, por lo que queda el subdominio IIa formado por 5 hélices y el IIb por 4.

Dominio III
El dominio III, al estar truncado en la región C–terminal sólo presenta el subdominio a, formado también por 4 hélices.

En el subdominio Ia, concretamente en las hélices 1 a 4, se encuentra el sitio de unión a la vitamina D. Este subdominio forma una grieta donde se asienta la vitamina D o sus metabolitos. En esta región hay predominantemente aminoácidos hidrofóbicos y aromáticos que permiten una interacción favorable con la vitamina D ya que es una molécula hidrofóbica (Verboven et al. 2002).
Los aminoácidos hidrofóbicos directamente implicados en la unión a la vitamina D son la Leucina 31 y 47 y la Valina 12. Por otro lado, los aminoácidos aromáticos implicados son la Fenilalanina 36 y Tirosina 68; las cadenas laterales de estos aminoácidos realizan interacciones de tipo stacking con los anillos aromáticos de la vitamina D (Fig 2).
También , se localizan 3 aminoácidos polares que estabilizan la unión de la vitamina D a la DBP mediante puentes de hidrógeno (Verboven et al. 2002):

Tirosina 32 (O-H...O)
Serina 76 (O...H-O)
Metionina 107 (O-H...S)

Al tener la zona de unión forma de grieta, hay algunas zonas de la vitamina D que no interaccionan con la DBP, como por ejemplo una parte de los anillos C y D, que quedan en contacto con el solvente.

Fig 2. Sitio de unión a la vitamina D. En azul los aa polares, en verde los hidrofróbicos
(verde botella aromáticos)

Diversos estudios definen el Trp-145 como un aminoácido esencial para la unión de la vitamina D. Si se realiza mutación química dirigida sobre este aminoácido, se observa una notable reducción de la unión de la vitamina D. No obstante, la estructura tridimensional de la DBP revela que el Trp se sitúa lejos de la zona de unión de la vitamina D, por lo que no parece que se una directamente a ella, sino que más bien actuaría como un centro alostérico. Del mismo modo, una de las 6 Histidinas, no se sabe claramente cuál, presentes en la DBP también juega un papel importante en la unión de la vitamina D. La modificación química de la histidina más accesible al solvente no produjo ningún cambio en la afinidad por la vitamina D, mientras que la de la segunda lleva a casi la completa desaparición de la unión (Swamy et al 1995). Usando el programa DSSP se ha determinado que la segunda Histidina más accesible al solvente es la 190, pero por distancia a la vitamina D tampoco es probable que interaccione con ella directamente.

El dominio III presenta un sitio de unión de baja afinidad a ácidos grasos (Ray, 1996). En este dominio hay una proporción elevada de aminoácidos polares, especialmente básicos, que intervendrían en la unión de ácidos grasos. En los dominios I y II también se localizan sitios de unión a ácidos grasos, pero no han sido determinados todos, ya que las estructuras cristalizadas disponibles hasta el momento no se han obtenido en condiciones de saturación de ácidos grasos, por lo que pueden quedar sitios de unión vacios (Verboven et al. 2002).

La DBP tiene capacidad para atrapar polímeros de actina acelerando su eliminación del torrente sanguíneo (Fig 3).

Esta unión involucra los tres dominios que forman una cavidad donde se asientan los polímeros de actina. Los contactos entre la actina y DBP son una combinación de interacciones hidrofóbicas y electrostáticas incluyendo puentes de hidrógeno, y un gran número de contactos mediados por moléculas del solvente. Los residuos Thr196 y Arg 218 son los más importantes en estas interacciones.Tras la unión a la actina, la parte C-terminal del dominio I y el loop de conexión de los dominios II y III se mueven ligeramente para contactar directamente con la actina, pero en general, no se observa un cambio sustancial de conformación.

Fig 3. DBP unida a actina (en verde)