La NADPH oxidasa 4 és un enzim isomorf que en els humans està codificat en el gen Nox4, i és membre de la família de les NADPH oxidases (Nox).Entrez Gene: NOX4 NADPH oxidase 4
Aquesta família és àmpliament coneguda per la seva funció biològica de catalitzar oxigen per produir espècies reactives de l'oxigen (ROS). La família inclou 7 membres isoformes (Nox1, Nox2, Nox3, Nox4, Nox5, Duox 1 i Duox2) que són diferents per l'expressió en el tipus de cèl·lules, per la localització, per l'estructura, pels productes que produeixen i per la seva funció fisiològica i patològica.
Nox4 va ser identificada per primera vegada al ronyó l'any 2001. Es tracta de l'única isoforma de Nox que produeix H₂O₂. Nox4 deriva H₂O₂ a tenir diversos papers en la proliferació, migració i mort de la cèl·lula. Generalment, Nox4 està àmpliament distribuïda als teixits humans, i concretament està altament expressada en el ronyó i en els vasos sanguinis.
S'ha observat una sobre expressió de Nox4 en pacients amb càncer. Aquesta sobre expressió, participa en processos de metàstasis, angiogènesis i apoptosis.
L'expressió de Nox4 a les cèl·lules endotelials regula l'activació, la disfunció i les lesions cel·lulars. Això contribueix al desenvolupament d'aterosclerosi, hipertensió o hipertròfia cardíaca, entre altres malalties.
Es creu que Nox4 podria ser un objectiu important en la teràpia de malalties cardiovasculars i en la teràpia del càncer.
Localització subcel·lular La localització subcel·lular de Nox4 és específica de cada tipus de cèl·lules. Generalment, aquest enzim se situa a la membrana dels mitocondris i del reticle endoplasmàtic amb regions transmembrana i extracitosòliques. Tanmateix, a part de trobar-se en aquests dos compartiments cel·lulars, s'ha localitzat Nox4 amb dominis transmembrana al nucleoplasma de les cèl·lules vasculars endotelials humanes. Malgrat que es considera que el nucleoplasma és un compartiment gairebé lliure de fragments de membrana, es coneix l'existència de certes estructures intranuclears membranoses localitzades en el nucleoplasma, sent els dominis transmembrana de la Nox4, possiblement, una d'aquestes estructures.
Estructura miniatura|Representació d'un fragment de la Nox4, en estructura secundària. Es mostra la regió compresa entre una fenilanina (F) en posició 276 fins a una serina (S) terminal en posició 578.En estructura primària, la Nox4 presenta un domini catalític constituït per 578 aminoàcids amb una massa molecular de 28 kDa. Finalitzat el seu procés de maduració, la massa molecular de la Nox4, com a proteïna completa, augmenta fins als 66.5 kDa.
La Nox4 presenta una estructura similar als altres membres de la família de les NADPH oxidases (NOX). La seva conformació inclou sis dominis transmembrana, de tipus α-hèlix, que es troben connectats a 5 loops, anomenats loops A-E.
Els loops A-, C-, E- es troben encarats a la regió extra-luminal de la membrana, on es produeix de forma potencial espècies reactives de l'oxigen (ROS). Aquestes substàncies engloben tant el peròxid d'hidrogen (H₂O₂) com el radical superòxid (O₂·−), tots dos productes generats per la Nox4. D'altra banda, els loops B- i D- se situen a la cara citoplasmàtica de la membrana dels compartiments cel·lulars on es localitza la Nox4. En aquesta regió, s'hi troba el domini deshidrogenasa (DH), que també configura la proteïna. Aquest domini s'encarrega de la formació d'enllaços amb els FAD i NADPH en tant que la DH conté els centres d'unió per ambdós grups prostètics. L'estructura de la Nox4 finalitza amb un C-terminal relativament llarg de caràcter citoplasmàtic.
La importància dels loops d'aquest enzim recau en les seves funcions. Un canvi en la conformació de la proteïna suposa una modificació en la seva funcionalitat. Així doncs, l'eliminació de l'E-loop, per exemple, provoca una sobreproducció del radical superòxid (O₂·−), en detriment del peròxid d'hidrogen (H₂O₂), principal producte generat per la Nox4. El B-loop fou inicialment considerat com una de les regions amb més importància funcional en l'estructura de la Nox4 o en la seva activació. Recentment, s'ha descobert que la seva unió al domini DH ofereix una interfase -un punt de contacte- entre la regió transmembrana i el domini DH. L'estructura i la funció del D-loop es manté actualment desconeguda. Tanmateix, una substitució d'aquest loop en la Nox2 pel corresponent homòleg en la Nox4 deriva en una sobreproducció de O₂·−. A més, és en el D-loop on es produeix la transferència d'electrons del FAD a l'oxigen a través dels aminoàcids amb càrrega que conformen el loop. Pel que fa a la resta de loops, l'A-loop i el C-loop, es desconeix, fins al moment, la seva funció.
A banda d'això, la Nox4, així com la Nox1, Nox2 i Nox3, requereix l'associació en membrana d'una proteïna anomenada p11phox. Aquesta proteïna realitza funcions diverses en les diferents Nox. En el cas de la Nox4, la p11phox és necessària per l'estabilitat de l'enzim i, possiblement, per la seva integritat en la conformació així com la seva maduració i localització.
Funcions Com una de les principals fonts de ROS endògens, els membres de la família Nox estan atraient cada vegada més atenció pels seus papers significatius en respostes fisiològiques i patològiques cel·lulars. Podrien ser nous objectius potencials per a la teràpia de les malalties cardiovasculars i de les malalties relacionades.
Proliferació cel·lular El paper de Nox4 en la proliferació cel·lular ha estat ben documentat en observacions recents. Nox4 promou la proliferació cel·lular en diversos tipus de cèl·lules com ara embrions, les cèl·lules mare, les cèl·lules endotelials, les cèl·lules del múscul llis de l'artèria pulmonar humana, fibroblasts adventicis de l'artèria pulmonar, les cèl·lules precursores del múscul esquelètic, preadipòcits, cèl·lules de gliomes i dels hepatòcits. No obstant això, els mecanismes subjacents són el tipus de cèl·lules específic.
Cèl·lules endotelials i pulmonars En general, en les cèl·lules endotelials, un baix nivell de derivats Nox4 de ROS activa membres de la família de la proteïna quinasa activada per mitògens (MAPK) incloent p38MAPK, ERK i quinases JNK/SAP. Mentre que a la cèl·lula del múscul llis de l'artèria pulmonar humana (HPASMC), la proliferació cel·lular induïda per Nox4 és intervinguda per la via TGF-b1/Smad2/3. A més, TGF-b1 també indueix l'expressió Nox4 i la producció de ROS en HPASMC. Per tant, el TGF-b1 podria servir tant a contracorrent com a favor del corrent de la senyalització de Nox4.
A més, hi ha proves que Nox4 funcionalment interacciona amb la senyalització PI3K/ Akt per promoure la proliferació i invasió de cèl·lules pulmonars canceroses de mida gran. No obstant això, l'emmudiment de Nox4 va causar un increment de la proliferació de cèl·lules en els hepatòcits, en cèl·lules d'hepatocarcinoma i en ratolins in vivo el que suggereix que Nox4 té un paper negatiu en la proliferació de cèl·lules del fetge.
Migració cel·lular La migració cel·lular és de gran importància en la fisiologia; això inclou la cicatrització de ferides, l'embriogènesi i la metàstasi del càncer. L'acumulació d'evidències va mostrar que Nox4 està implicada en la promoció de la migració cel·lular.
Nox4 intervé en l'activació de la metal·loproteïnasa de matriu (MMP)-2 i MMP-9 per iniciar la migració de VSMC. Nox4 expressada a un nivell alt en les cèl·lules endotelials de l'artèria pulmonar humana (HPAECs) i les cèl·lules pulmonars endotelials microvasculars (HLMVECs) i la seva la regulació negativa atenua la producció de ROS induïda per hiperòxia i per la migració de cèl·lules endotelials. Nox4 desmuntada per siRNA també deteriora la migració de cèl·lules de glioblastoma U87.
D'altra banda, Nox4 millora la migració cel·lular mitjançant la interacció amb TGF-b. Per exemple, les cèl·lules estromals augmenten la motilitat de cèl·lules MCF-7 mitjançant l'elevació de nivell de ROS Nox4 derivats a través de la regulació de TGF-b. A més, Nox4 està implicada en la migració i la transició de les cèl·lules epitelials de mama induïda per TGF-b. No obstant això, l'expressió d'un alt nivell de Nox4 afectava la migració adventícia de fibroblasts induïda per AngII impedint la dissolució d'adhesió focal.
Poldip2, una proteïna reguladora de Nox4, va ser trobat per interactuar amb Nox4 i implicat en la migració de les CMLV per inducció de. A més, una expressió de Poldip2 massa elevada sosté el H₂O₂ derivat de Nox4 i activa la RhoA-GTP i FAK, que és favorable a la formació d'adhesió focal.
D'altra banda, el H₂O₂ és generat en la vora davantera de la protrusió cel·lular i a continuació, oxida proteïnes com ara PTP, el que indueix la senyalització en cascada promovent la migració. No obstant això, les proteïnes oxidades precisament per H₂O₂ no s'han identificat en la majoria dels casos. És per això que les vies moleculars detallades de Nox4 en la migració necessiten més investigació.
Mort cel·lular S'ha demostrat que la Nox4 va tenir un paper important en la mort cel·lular de cèl·lules humanes del múscul llis arterial, cèl·lules de càncer de pàncrees, cèl·lules de leucèmia, cèl·lules epitelials pulmonars, cèl·lules d'astrocitoma, hepatòcits, cèl·lules endotelials vasculars cerebrals, cèl·lules del càncer de fetge, cèl·lules endotelials de la vena umbilical humana (HUVECs) i de miòcits cardíacs. Nox4 intervenia en la mort cel·lular d'aquestes cèl·lules principalment a través de la inducció de l'apoptosi, fet recolzat per una creixent acumulació de publicacions en els últims anys. Les dades documentades van suggerir que Nox4 és la principal font de l'estrès oxidatiu induït per TGF-b i TNF-a-oxidatiu que condueix a l'apoptosi. L'eliminació de Nox4 inhibia completament les respostes de la formació de ROS a TNF-a i afectava les respostes induïdes per TGF-b conferint resistència a l'apoptosi. La generació de ROS a través de l'estimulació de FasL activava Fas i induïa l'apoptosi d'hepatòcits. L'acumulació de ROS derivat de Nox4 en mitocòndries podria conduir a la disfunció mitocondrial per l'obertura del porus de transició de permeabilitat que indueix la formació del crom c i la formació d'apoptosoma. El bloqueig de Nox4 va poder reduir significativament la producció de ROS, atenuar l'activitat de caspasa-3 i disminuir en nivell d'expressió dels membres de la família de Bcl-2.
L' H₂O₂ exogen també indueix l'apoptosi a dosis baixes i necrosi en dosis altes, la qual cosa indica que Nox4 pot tenir un efecte similar. Encara que se suposava que les mitocòndries derivades de ROS eren la font principal per a la mediació de necrosi, ROS derivat de Nox4 també estava implicat en la mort cel·lular, almenys en part, a través de l'estimulació de TNF-a.
Productes generats per la Nox4 La Nox4 forma part de la família de les NADPH oxidases (NOX), responsables de la catàlisi d'oxigen per produir espècies reactives de l'oxigen (ROS). En el cas de la Nox4, els productes que genera són, principalment, el peròxid d'hidrogen (H₂O₂) i en un segon terme, el radical superòxid (O₂·−).
Inicialment, es va considerar que el producte principal de la Nox4 era el radical superòxid, mentre que la proporció de peròxid d'hidrogen també detectada va ser interpretada com un producte secundari del radical superòxid, com a resultat d'una reacció entre dues molècules de superòxid, en un procés conegut amb el nom de dismutació, el qual pot ser accelerat per l'enzim superòxid dismutasa (SOD); seguint la següent reacció: M(n+1)+ − SOD + O₂− → Mn+ − SOD + O₂ Mn+ − SOD + O₂− + 2H+ → M(n+1)+ − SOD + H₂O₂. on M = Cu (n=1); Mn (n=2); Fe (n=2); Ni (n=2).Superòxid_dismutasa