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Superoxide Dismutase: a therapeutic candidate for oxidative stress
actividad SOD (18).
La inactivación por glucosa de la SOD1 extracelular, el
desbalance de la relación NADH/NAD+ (pseudohipoxia
hiperglicémica) (19) y la desregulación del metabolismo
de los cofactores requeridos por la hSOD1, 2 y 3 (Cu2+,
Zn2+ y Mn2+) parecen ser las principales causas (20, 21).
Experimentos en modelos murinos para la enfermedad
han demostrado una disminución de la actividad SOD en
páncreas, hígado, riñón, cerebro, músculo y bazo (19), así
como un decremento de la actividad SOD1 en eritrocitos y
de la SOD2 en mitocondrias hepáticas de rata (20).
1.2. Papel de la SOD en el cáncer
La célula tumoral en su proceso de transformación
maligna, inhibe y evade numerosos mecanismos de
control, como la inducción de la apoptosis, el arresto de
algunas fases del ciclo celular o el acortamiento de los
telómeros, mientras sobreexpresa moléculas y activa
mecanismos que le permiten la autosuficiencia para
factores de crecimiento, la proliferación descontrolada y la como uno de los factores causales se ha debida a la
supervivencia celular, tales como el receptor del EGF, el
factor de transcripción NF-?B o la propia enzima hSOD,
que protege a la célula cancerígena de la peroxidación
causada por su propio metabolismo incrementado y no
regulado (22).
Estudios realizados in vitro, en líneas tumorales de
fibroblastos de pulmón humano, revelan incrementos en la
actividad hSOD1 y 2 respecto a células normales (23). Por
otra parte, investigaciones en hepatomas y tumores
ascíticos de Ehrlich demostraron elevada actividad SOD2,
comparando con tejido hepático sano (24), al igual que las
mediciones de la actividad SOD en la leucemia linfocítica,
monocítica y mielocítica, las cuales corroboran niveles
mayores de esta actividad enzimática respecto a células
sanguíneas maduras sanas, del mismo tipo (25).
De forma contradictoria, estudios realizados en
Adenocarcinoma Pancreático encontraron una disminución
de los niveles de expresión y la actividad hSOD2, y
asocian este hecho al papel mutagénico atribuído a las
ERO (26).
Algunos hallazgos más recientes evidencian el
incremento de la actividad hSOD1 en células de cáncer de
pulmón humano y la relacionan con la proteína
pleiotrópica COMMD1, demostrando que células “
knockdown” para esta proteína exhiben mayores niveles
de la actividad antioxidante (27).
1.3. SOD y los desórdenes neurodegenerativos
Las llamadas Enfermedades o Trastornos
Neurodegenerativos se caracterizan por apoptosis no
regulada y muerte neuronal masiva en determinadas áreas
del cerebro, por la influencia de múltiples factores cuyo
papel no está del todo claro, lo que conduce a una pérdida
de funciones neuromotoras y psíquicas comprendidas
dentro de un conjunto de patologías como la Enfermedad
de Alzheimer (EA), el Parkinson (P), la Esclerosis Lateral
Amiotrófica (ELA), la Enfermedad de Huntington (EH) y
otras. Dentro de estos factores causales se ha considerado
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la apoptosis por peroxidación lipídica y proteica y la
apoptosis vía citocromo C, como algunas de las más
probables, lo que implicaría una afectación en la actividad
hSOD1 y 2 (28).
Estudios in vitro, en neuronas en cultivo, han
demostrado que la inducción de la expresión de hSOD1
derivada de eritrocitos, impide o retarda la apoptosis
causada por depleción del factor de crecimiento del nervio
(NGF) (29), así como también experimentos realizados
con muestras de pacientes y en algunos modelos murinos,
correlacionan bajos niveles de SOD2 con pérdida de
neuronas y muerte de células linfoblastoides, lo que
provoca Ataxia Espinocerebelar tipo 3. La patología se
caracteriza por mutaciones en el gen ATXN3, que
conllevan a la pérdida de afinidad por el factor de
transcripción FOXO4, afectándose el mecanismo de
inducción de SOD2 ante estrés oxidativo (30).
Adicionalmente, se ha demostrado la relación entre la
SOD1 y la ELA en modelos murinos (31). La patología se
origina por apoptosis motoneuronal y se ha identificado
activación de la quinasa MST1 por ERO, lo que resulta en
un incremento en la actividad de p38 y una inducción de
autofagia mitogénica dependiente de quinasas en las
neuronas motoras (31).
2. ESTUDIOS DE ESTRUCTURA-FUNCIÓN DE LA
SOD
Las variadas patologías en las que la enzima está
involucrada la convierten en objeto de estudio de
numerosas investigaciones, con el objetivo de comprender
las causas y complicaciones de algunas enfermedades
multisistémicas asociadas al estrés oxidativo, así como
mejorar racionalmente la estabilidad y actividad de la
enzima con vistas a emplearla como producto terapéutico
recombinante, de administración exógena. En el presente
trabajo se realiza una revisión de las principales técnicas
de ingeniería de proteínas aplicadas al análisis estructura-
función y a la optimización funcional de la SOD.
2.1. Mutagénesis dirigida
Una de las líneas de investigación relacionada con
experimentos de mutagénesis dirigida en la SOD, está
basada en la obtención de mutantes para determinados
residuos clave o la introducción de secuencias completas
de otras variantes enzimáticas como la SOD extracelular
(SOD3), para dilucidar elementos del mecanismo de
acción de la enzima en condiciones fisiológicas.
Dentro de esta línea se encuentra el trabajo de
Castellano I. et al. en 2009 (32), que expresa en E.coli, la
SOD2 mitocondrial de rata, que posee un 93 % de
identidad con la hSOD, y evalúa el comportamiento de
cinco mutantes. En dos de ellos, Y34F-Q y Y34F-H, se
reemplazó la tirosina 34 por fenilalanina y sólo diferían en
la posición 143, ocupada por glutamina e histidina,
respectivamente. Otros dos mutantes, S82A-Q y S82A-H,
contenían alanina en la posición 82 en lugar de serina, e
igualmente diferían en la posición 143, con glutamina e
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