LIPIDOS - QUIMICA I - 10. REGULACION DE LA SINTESIS DE COLESTEROL.pptx

1. BIOQUIMICA PARA
ESTUDIANTES DE
SALUD
10. REGULACION DE LA
SINTESIS DE
COLESTEROL

2. La síntesis de colesterol se regula en general mediante tres vías:
1.- Regulando la actividad de la HMG-CoA reductasa, que cataliza el paso limitante
en la síntesis de novo: esta inhibición de corto plazo puede ser:
a) Competitiva. b) Efectos alostéricos. c) Modificacion covalente (fosforilación
reversible vía cAMP).
Regulación a largo plazo, regulando la síntesis y degradación de las enzimas. El
camino principal por el cual es regulada la HMG-CoA reductasa es a largo plazo,
controlando la cantidad de enzima en la célula. Cuando los niveles de LDL-
colesterol o de mevalonato disminuyen, la canditad de HMG-CoA puede aumentar
hasta 220 veces (aumenta su síntesis y disminuye su degradación), cuando los
niveles de LDL-colesterol o de mevalonato son regenerados el efecto es el
contrario.
La HMG-CoA regulada a corto plazo mediante fosforilación reversible. La forma
fosforilada es menos activa, reacción catalizada por la HGM-CoA reductasa
quinasa (RK); enzima idéntica a la proteína quinasa dependiente de AMP (AMPK).
2.- Regulando la síntesis de los receptores de LDL. El aumento en la concentración
intracelular de colesterol, inhibe la síntesis del receptor de LDL y viceversa. La
concentración sérica de lDL depende de la velocidad con que el hígado remueve
IDL (apolipoproteínas que se unen específicamente a los receptores de LDL) de la
circulación, lo cual a su vez depende del número de receptores para LDL
funcionales en la superficie de los hepatocitos.
3.- Regulando la velocidad de esterificación y por tanto la liberación. La ACAT es
regulada por fosforilaciones reversibles y por control a largo plazo.

3. La regulación de la actividad de la HMGR es el medio más importante
para controlar el nivel de biosíntesis del colesterol. La enzima es
controlada por cuatro mecanismos distintos: inhibición por feed-back,
control de la expresión del gen, índice de degradación de la enzima y
por fosforilación-defosforilización. Los primeros tres mecanismos de
control son ejercidos por el mismo colesterol.
El colesterol actúa como inhibidor de la actividad de la HMGR
preexistente así como induciendo la degradación rápida de la enzima.
Esto último es el resultado de la poliubiquitinación de la HMGR
inducida por el colesterol y de su degradación por el proteosoma.
Esta capacidad del colesterol es una consecuencia del dominio que
detecta el esterol (SSD) de la HMGR. Además, cuando el colesterol
esta en exceso la cantidad de mRNA de la HMGR disminuye como
resultado de la expresión baja del gen. El mecanismo por el cual el
colesterol (y otros esteroles) afecta la trascripción del gen de la HMGR
esta descrito como regulación del contenido del esterol.

4. REGULACIÓN POR DEGRADACION PROTEOLÍTICA DE LA HMG-CoA
REDUCTASA
La estabilidad de la HMGR se regula de acuerdo a los cambios en el flujo de la
vía de síntesis del mevalonato.
Cuando el flujo es alto el índice de degradación de la HMGR es también alto.
Cuando el flujo es bajo, la degradación de la HMGR disminuye. Este fenómeno
se puede observar fácilmente en presencia de las drogas de estatinas.
La HMGR se localiza en el ER y al igual que el SREBP contiene un dominio
de detección de esterol, SSD. Cuando los niveles de esterol aumentan en las
células hay un concomitante aumento en el índice de degradación de HMGR.
La degradación de la HMGR ocurre dentro del proteosoma, un complejo
multiproteico dedicado a la degradación proteínas. La señal principal que dirige
las proteínas al proteosoma es la ubiquitinación. La ubiquitina es una proteína
7.6 kDa que se une covalentemente a las proteínas que serán degradadas por
acción de ligasas de ubiquitina. Estas enzimas unen múltiples copias de la
ubiquitina a las proteínas blanco permitiendo su reconocimiento por el
proteosoma. Se ha demostrado que la HMGR es ubiquitinada antes de su
degradación. El esterol principal que regula la degradación de la HMGR es el
mismo colesterol. Mientras los niveles de colesterol libre aumentan en las
células, el índice de degradación de la HMGR aumenta.

5. Regulación del Contenido Celular del Esterol
Los cambios continuos del contenido intracelular de colesterol ocurren:
 Regulación de enzimas importantes de la síntesis de colesterol y
 Por alteraciones en los niveles receptores en la superficie de las células para la LDL.
Si las células necesitan colesterol, estas inducirán su síntesis y absorción, y
Cuando la necesidad disminuye, la síntesis y la absorción disminuirán.
Estos eventos se hace principalmente por cambios en la trascripción de enzimas
reguladoras que responden a los esteroles y por la degradación controlada de la HMGR.
La activación del control de trascripción ocurre por medio del procesamiento del factor de
trascripción asociado a la membrana llamado proteína ligadora regulada por esterol,
SREBP (sterol regulated element binding).
La degradación de la HMGR es controlada por la vía de la ubiquitina para la proteólisis.
El control de la trascripción por el esterol afecta a más de 30 genes implicados en la
biosíntesis del colesterol, TG, FL y AG. El control de la trascripción requiere la presencia de
una secuencia de un octámero en el gen llamado elemento regulador del esterol, SRE-1. Se
ha demostrado que SREBP es el factor de la trascripción que se une a los elementos SRE-1.
Resulta que hay 2 genes distintos de SREBP, SREBP-1 y SREBP-2. El gen SREBP-1
codifica a 2 proteínas, SREBP-1a y SREBP-1c/ADD1 (ADD1 = adipocyte differentiation-1)
como consecuencia del uso alternativo de exones. El SREBP-1a regula todos los genes que
responden al SREBP.
El SREBP-2 exhibe preferencia para controlar la expresión de genes implicados en
homeostasis del colesterol, incluyendo todos los genes que codifican las enzimas biosintéticas
de esteroles. Además SREBP-2 controla la expresión del gen del receptor de la LDL.
SREBP-1c/ADD1 controla la expresión de los genes implicados en síntesis de AG..

6. Las 3 proteínas se activan por proteólisis y la proteólisis es controlada por el nivel de
esteroles en la célula. Las proteínas SREBPs completas tienen varios dominios y están
embebidas en la membrana del retículo endoplásmico (ER). El dominio del N-terminal
contiene un motivo que es un factor de trascripción del tipo hélice-lazo-hélice (bHLH) que
se expone al lado citoplásmico del ER. Existen dos dominios que atraviesan la
transmembrana seguidos por un dominio grande el C-terminal que también esta
expuesto al lado del citosol. El dominio del C-terminal (CTD) interactúa con una proteína
llamada la proteína que rompe y activadora al SREBP (SCAP). La SCAP es una
proteína grande también encontrada en la membrana del ER y contiene por lo menos 8
secciones transmembrana. Se ha demostrado que el C-terminal, que se extiende al
citosol, interactúa con el dominio C-terminal de SREBP. Esta región del C-terminal de
SCAP contiene 4 motivos llamados repeticiones WD40. Las repeticiones WD40 se
requieren para la interacción de SCAP con SREBP.
La regulación de la actividad de SREBP es también controlada dentro del ER por la
interacción de SCAP con la proteína regulada por la insulina (Insig).
 Cuando las células tienen suficiente contenido de esterol el SREBP y la SCAP se
mantienen en el ER por la interacción de SCAP-Insig. El N-terminal de SCAP,
incluyendo la secciones transmembrana 2-6, se asemeja a la HMGR que también
esta sujeta a degradación estimulada por el esterol. Este motivo compartido se llama
dominio que detecta el esterol, SSD y como consecuencia de este dominio, SCAP
funciona como un sensor de colesterol en el complejo proteico.
Cuando las células tienen suficientes niveles de esteroles, la SCAP se unirá al
colesterol que promueve la interacción con Insig y el complejo entero se mantendrá
en el ER.

7.  Cuando los esteroles son escasos, SCAP no interactúa con Insig. Bajo estas
condiciones el complejo SREBP-SCAP emigra al Golgi en donde el SREBP esta
sujeto a proteólisis.
La proteólisis de SREBP es realizada por 2 enzimas distintas. La proteólisis regulada
ocurre en el lazo del lumen entre los 2 dominios transmembrana. Esta ruptura es
catalizada por la proteasa del sitio-1, S1P. La función de SCAP es estimular (+) la
proteólisis SREBP mediada por la S1P.
La segunda proteólisis, catalizada por la proteasa del sitio-1, S2P, ocurre en la primera
sección transmembrana, lo que lleva a la liberación del SREBP activo.
Para que S2P actúe sobre SREBP, el sitio-1 debe haber sido ya roto. El resultado de la
proteólisis de S2P es la liberación del motivo del bHLH del N-terminal hacia el citosol. El
dominio bHLH entonces emigra al núcleo donde se dimeriza y forma complejos con co-
activadores de trascripción que llevan a la activación de genes que contienen motivos
SRE. Para controlar el nivel de trascripción mediado por SREBP-, el dominio soluble
bHLH está sujeto a proteólisis rápida.
Varias proteínas cuyas funciones implican los esteroles también contienen el SSD. Estos
incluyen a remendado patched, un receptor importante de regulación del desarrollo cuyo
ligando, hedgehog, se modifica al unirse al colesterol y a la proteína de tipo C1 de la
enfermedad de C1 (NPC1) está implicada en transporte de colesterol en la vía secretoria.
El NPC1 es uno de varios genes cuyas actividades, cuando están interrumpidas, llevan a
una disfunción neurológica severa.

8. Representación esquemática de las interacciones entre SREBP, SCAP e Insig en la
membrana del ER cuando los esteroles son altos. Cuando los esteroles son bajos, SCAP
no interactúa con Insig y el complejo de SREBP-SCAP emigra al Golgi donde las
proteasas, los S1P y los S2P se encuentran. bHLH = dominio básico de la hélice-lazo-
hélice. CTD = dominio C-terminal. WD = Dominio WD40