ATPase V

As ATPases V encóntranse nas membranas de moitos orgánulos, como os endosomas, lisosomas, e vesículas secretoras, nos que desempeñan diversas funcións esenciais para o funcionamento deses orgánulos. Por exemplo, o gradiente de protóns a través da membrana vacuolar dos lévedos xerado por estas ATPases dirixe a captación de calcio ao interior dos vacúolos por medio dun sistema antiportador de H⁺/Ca^{2+ [3]}. Na transmisión sináptica das neuronas, as ATPases V acidifican as vesículas sinápticas.^[4]

As ATPases vacuolares tamén se encontran nas membranas plasmáticas dunha ampla variedade de células como as células intercaladas dos riles, osteoclastos (células que reabsorben o óso), macrófagos, neutrófilos, espermatozoides, células do intestino medio de insectos, e certas células tumorais.^[5] As ATPases V da membrana plasmática están implicadas en procesos como a homeostase do pH, transporte acoplado, e metástase tumoral. As ATPases V na membrana do acrosoma do espermatozoide acidifican o acrosoma. Esta acidificación activa as proteases necesarias para a perforación da membrana do ovo durante a fecundación. As ATPases V da membrana plasmática dos osteoclastos bombean protóns á superficie do tecido óseo, o cal é necesario para a reabsorción ósea. Nas células intercaladas dos riles, estas ATPases bombean protóns á urina, permitindo a reabsorción de bicarbonato ao sangue.

A ATPase V de lévedo é a que mellor está caracterizada. Identificáronse polo menos 13 subunidades que forman o complexo funcional da ATPase V, que consta de dous dominios. As subunidades pertencen ao dominio V_o (subunidades asociadas á membrana) ou ao dominio V₁ (subunidades asociadas perifericamente). O dominio V₁ é responsable da hidrólise do ATP, mentres que o dominio V_o é responsable da translocación de protóns.

A porción V₁ inclúe 8 subunidades, da A á H, con tres copias das subunidades catalíticas A e B, tres copias das subunidades estator E e G, e unha copia das subunidades reguladoras C e H. Ademais, o dominio V₁ tamén contén as subunidades D e F, que forman un eixe de rotor central.^[6] O dominio V₁ contén isoformas das subunidades específicas de tecido B, C, E, e G. As mutacións da isoforma B1 orixinan a enfermidade humana acidose tubular renal distal e a xordeira sensorineural.

O dominio V_o contén 6 subunidades diferentes, a, d, c, c', c", e, e a estequiometría do anel c está aínda suxeita a debate, e postúlase que é un decámero na ATPase V da avelaíña do tabaco Manduca sexta. O dominio V_o de mamífero contén isoformas específicas de tecido para as subunidades a e d, mentres que a ATPase V de lévedo contén dúas isoformas de subunidades específicas de orgánulo de a, chamadas Vph1p e Stv1p. As mutacións na isoforma a3 orixinan a enfermidade humana infantil osteopetrose maligna, e as mutacións na isoforma a4 dan lugar á acidose tubular renal distal, nalgúns casos con xordeira sensorineural.

A hidrólise do ATP nos sitios de unión do nucleótido catalítico na subunidade A impulsa a rotación dun talo central composto polas subunidades D e F, o cal á súa vez impulsa a rotación dun barril de subunidades c en relación coa subunidade a. A complexa estrutura da ATPase V foi determinada por medio das estruturas dos complexos atopados en Manduca sexta e lévedo que foron resoltos por miroscoia crioelectrónica de partícula única e tinguidura negativa, respectivamente.^[7][8][9] Estas estruturas revelaron que a ATPase V ten unha rede de tres estatores, ligada por un colar denso formado polas subunidades C, H, e a, as cales, aínda que separan os dominios V₁ e V₀, non interaccionan co eixe do rotor central formado polas subunidades F, D, e d. A rotación deste eixe de rotor central causada pola hidrólise do ATP nas subunidades catalíticas AB orixina o movemento do barril de subunidades c que están despois da subunidade a, o cal impulsa o transporte de protóns a través da membrana. Propúxose unha estequiometría de dous protóns translocados por cada ATP hidrolizado.^[10]

Ademais das subunidades estruturais da ATPase V de lévedo, identificáronse proteínas asociadas que cómpren para a ensamblaxe. Estas proteínas asociadas son esenciais para a ensamblaxe do dominio V_o e denomínanse Vma12p, Vma21p, e Vma22p ^{[11][12][13][14]}. Dúas das tres proteínas, a Vma12p e a Vma22p, forman un complexo que se une transitoriamente a Vph1p (subunidade a) para axudar á súa ensamblaxe e maduración ^{[13][15][16][17]}. A Vma21p coordina a ensamblaxe das subunidades de V_o e acompaña ao dominio V_o ata vesículas para o seu transporte ao aparato de Golgi ^[18].

O dominio V₁ da ATPase V é o sitio da hidrólise do ATP. Este dominio soluble consta dun hexámero de subunidades A e B alternantes, un rotor central D, estatores periféricos G e E, e subunidades reguladoras C e H. A hidrólise do ATP impulsa un cambio conformacional nas seis interfaces A|B e con iso a rotación do rotor central D. A diferenza da ATP sintase, o dominio V₁ non é unha ATPase activa cando está disociado.

A ATPase vacuolar C representa a subunidade C-terminal que é parte do complexo V1, e está localizada na interface entre os complexos V1 e V0.^[19]

A subunidade C xoga un papel esencial no control da ensamblaxe da ATPase vacuolar, actuando como un estator flexible que mantén unida as partes catalítica (V1) e de membrana (V0) do encima.^[20] A liberación da subunidade C do complexo da ATPase causa a disociación dos subcomplexos V1 e V0, o cal é un importante mecanismo para o control da actividade da ATPase vacuolar na célula. Esencialmente, crear un alto gradiente electroquímico e baixo pH, activa o encima para formar máis ATP.

Esta subunidade, é parte do V1, e é importante para a ensamblaxe e actividade da ATPase vacuolar.

Esta subunidade está só implicada na actividade e non na ensamblaxe.

O dominio V_o é responsable da translocación de protóns. Ao contrario da ATP sintase de tipo F, o dominio V_o transporta protóns contra o gradiente de concentracións. A rotación do dominio V_o transporta os protóns en movementos coordinados co dominio V₁, o cal é responsable da hidrólise do ATP. As subunidades do dominio V_o son:

A subunidade de 116kDa (ou subunidade a) e a subunidade I encóntranse no complexo V0 ou A0 das ATPases V e ATPases A, respectivamente. A subunidade de 116kDa é unha glicoproteína transmembrana necesaria para a ensamblaxe e a actividade de transporte de protóns do complexo da ATPase. Hai varias isoformas da subunidade de 116kDa, que teñen un papel potencial para destinar e regular as ATPases vacuolares a orgánulos específicos.

A función da subunidade de 116-kDa non está definida, pero a súa estrutura predita consta de 6–8 sectores transmembrana, o que suxire que pode ter unha función similar da subunidade a de FO.

Esta subunidade non é un compoñente integral de membrana do dominio do poro de membrana e é necesario para a correcta ensamblaxe do sector V0. Pénsase que está implicada na ensamblaxe regulada das subunidades V1 no sector da membrana ou alternativamente pode impedir o paso de protóns a través de poros V0.

Esta subunidade é parte do complexo V0 integral de membrana da ATPase vacuolar, o cal é responsable da acidificación de compartimentos intracelulares nas células eucarióticas. Axuda a proporcionar a maior parte da enerxía requirida para os procesos de transporte no sistema vacuolar. Pénsase que xoga un papel no acoplamento do transporte de protóns e a hidrólise de ATP e intervén na regulación da fusión de osteoclastos e formación de óso.

Igual que a ATPase de tipo F, a rexión tansmembrana da ATPase V inclúe un anel de subunidades que abrangue o grosor da membrana que son as principais responsables da translocación de protóns. A diferenza da ATP sintase de tipo F, a ATPase de tipo V ten moitas subunidades relacionadas no anel c; en fungos como os lévedos hai tres subunidades relacionadas (de variada estequiometría) e na maioría dos demias eucariotas hai dúas.

A ATPase V de lévedo non se pode ensamblar cando algún dos xenes que codifican as subunidades é eliminado excepto para as subunidades H e c" ^[21][22][23]. Sen subunidade H, a ATPase V ensámblase pero non é activa,^[12][24] e a perda da subunidade c" causa o desacoplamento da actividae encimática.^[21]

Os mecanismos precisos polos cales se produce a ensamblaxe das ATPases vacuolares son aínda controvertidos, e hai evidencias que suxiren dúas posibilidades distintas. A análise mutacional e os ensaios in vitro mostraron que os dominios V_o e V₁ preensamblados poden combinarse para formar un complexo nun proceso chamado ensamblaxe independente. Entre os apoios á idea da ensamblaxe independente están que o dominio V_o ensamblado pode encontrarse no vacúolo en ausencia do dominio V₁, mentres que se poden encontrar dominios V₁ libres no citoplasma e non no vacúolo.^[25][26] Ao contrario, os experimentos de caza de pulso (pulse-chase) in vivo revelaron que hai interaccións temperás entre subunidades de V_o e V₁, concretamente, as subunidades a e B, o que parece indicar que as subunidades se engaden paso a paso para formar un só complexo nun proceso de ensamblaxe concertado.^[27]

Unha técnica relativamente nova chamada resurrección de xene ancestral deu nova luz á historia evolutiva da ATPase vacuolar. Atopouse como a estrutura da forma da ATPase vacuolar ancestral que constaba de dúas proteínas diferentes evolucionou á versión dos fungos con tres proteínas.^[28][29][30]

A regulación in vivo da actividade da ATPase vacuolar realízase pola disocaición reversible do dominio V₁ do dominio V_o. Despois da ensamblaxe inicial, tanto a ATPase V do insecto Manduca sexta coma a de lévedo poden desensamblarse reversiblemente nos dominios V_o e V₁ libres despois de 2 a 5 minutos de privación de glicosa^[25]. A desensamblaxe reversible pode ser un mecanismo xeral para regular a actividade da ATPase V, xa que existe en lévedos e insectos. Proponse que a reensamblaxe é axudada por un complexo chamado RAVE (regulador da H⁺-ATPase das membranas vacuolares e endosómicas).^[31] A desensamblaxe e reensamblaxe das ATPases V non require a síntese de novas proteínas pero necesita unha rede microtubular intacta.^[32]

Osteopetrose é un termo xenérico co que se designa un grupo de condicións herdables nas cales se produce un defecto na resorción ósea feita polos osteoclastos. En humanos danse tanto a osteopetrose dominante coma a recesiva.^[33][34] A osteopetrose autosómica dominante produce síntomas leves nos adultos, que experimentan frecuentes fracturas óseas debido á fraxilidade dos ósos.^[33] Hai unha forma máis grave de osteopetrose que se denomina osteopetrose maligna infantil autosómica recesiva.^[34][35][36] Identificáronse tres xenes que son responsables da osteopetrose recesiva humana, os cales están directamente implicados na xeración de protóns e nas vías de secreción que son esenciais para a reabsorción ósea. Un deses xenes é o da anhidrase carbónica II, que cando está mutado causa osteopetrose con acidose tubular renal (tipo 3).^[37] As mutacións do xene da canle de cloruro ClC7 tamén orixinan tanto osteopetrose dominante coma recesiva.^[33] Aproximadamente o 50% dos pacientes con osteopetrose maligna infantl recesiva teñen mutacións no xene da subunidade a isoforma a3 da ATPase V.^[35][38][39] En humanos, identificáronse 26 mutacións no xene da subunidade a isoforma a3 na ATPase V, que se encontra en osteoclastos, que orixina a doenza ósea osteopetrose autosómica recesiva.^{[34][38][35][40]}

A importancia da actividade da ATPase V na secreción renal de protóns está suliñada pola enfermidade hereditaria acidose tubular renal distal. En todos os casos, a acidose tubular renal orixínase polo fallo dos mecanismos renais normais que regulan o pH sistémico. Hai catro tipos de acidose tubular renal. O tipo 1 é a acidose tubular renal distal e orixínase polo fallo no conduto colector cortical para acidificar o pH da urina por debaixo de 5.^[41] Algúns pacientes con acidose tubular renal distal autosómica recesiva tamén presentan unha xordeira sensorineural.^[42] A herdanza deste tipo de acidose tubular renal depende de mutacións na subunidade isoforma B1 da ATPase V ou na isoforma a4 ou mutacións da banda 3 (tamén chamada AE1), un intercambiador Cl^- /HCO3^-.^[42][43][44] Sábese que hai doce mutacións diferentes na isoforma B1 da ATPase V ^[45] e vinte e catro mutacións na a4 que orixinan a acidose tubular renal distal.^[42][45] Os estudos de PCR e transcrición inversa mostraron a expresión da subunidade a4 nas células intercaladas renais e na cóclea do oído.^[45] A acidose tubular renal distal causada por mutacións no xene da subunidade a4 nalgúns casos pode asociarse coa xordeira debido ao fallo na acidificación normal da endolinfa do oído interno.^[43]

O termo V_o leva como subíndice a letra o (non o número cero), que é a inicial de oligomicina. Porén, moitas veces ese subíndice se le cero tanto informalmente coma nalgunhas notacións, especialmente nas de xenes humanos no NCBI. Por exemplo, o xene da subunidade c do V_o humano denomínase "ATP6V0C" (co cero).

• ATP sintase
• ATPase
• ATPase F
• ATPase Na+/K+

• V-Type ATPase Medical Subject Headings (MeSH) na Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA.