3-chetosteroide reduttasi di lievito e di mammifero: due "moonlighting proteins" che condividono un'attività biologica

Yeast and human 3-ketosteroid reductase (Erg27p and human HSD17B7, respectively) catalyze the reduction of 3-keto-intermediates of sterol biosynthesis into the corresponding beta-hydroxycompounds[1].Besides this shared function, each of the two proteins possess an additional ability that up to now has not been reported to be shared with the other protein: yeast Erg27p behaves as a chaperonine-like protein towards oxidosqualene cyclase (OSC), an upstream enzyme of ergosterol biosynthesis; HSD17B7 is highly effective in transforming estrone into estradiol. In previous experiments with recombinant yeast strains, the inability of mammalian 3-ketosteroid reductase to protect yeast OSC was unambiguously established[2]. In order to distinguish the intrinsic properties of the proteins from those depending on cellular/tissue environment, yeast Erg27p andhuman HSD17B7were expressed in E. coliand a series of parallel experiments with cell lysates were designed: (i) proteins would be assayed for their 3-ketoreductase activity or their estrone reductase activity through separate incubation of cell lysates with radioactive 4-methylzymosterone or radioactive estrone, respectively; (ii) the inhibitory effect of molecule designed as inhibitors of estrogenic activity of human HSD17B7would be assayed; (iii) the ability of yeast Erg27pto restore OSC functionality in ERG27-deficient cells would be tested by assaying the OSC activity of homogenates of cells combined with bacterial lysates containing yeast 3-ketoreductase. Both proteins proved to be active in transforming radioactive 4-methylzymosterone into the corresponding hydroxyl derivative, whereas the estrogenic activity was displayed only by the human enzyme. This expected result poses an interesting question about the evolution of the protein:indeed, one wonders when and thanks to the alteration of which structural part this protein became a moonlighting protein and acquired the estrone reduction ability as its second job. Inhibitors of the estrogenic activity of the human HSD17B7 resulted selectivesincescarcely active againstthe 3-ketosteroid reductase activity of the same enzyme. The simple addition of recombinant Erg27p in ERG27-deficient yeast cells can notrestore OSC activity of the latter. References: [1] Z. Marijanovic, D. Laubner, G. Möller, C. Gege, B. Husen, J. Adamski, R. Breitling, Mol. Endocrinol.2003, 17, 1715¿1725. [2] S. Taramino, M. Valachovic, S. Oliaro-Bosso, F. Viola, B. Teske, M. Bard, G. Balliano, Biochim. Biophys. Acta 2010, 1801, 156-162.

Gli enzimi 3-chetosteroide reduttasi di lievito e umano (rispettivamente Erg27p e HSD17B7) catalizzano la riduzione dei 3-cheto-intermedi della biosintesi degli steroli nei corrispondenti beta-idrossicomposti [1]. Oltre a questa funzione condivisa, ognuna delle due proteine possiede una propria specifica attività: Erg27p di lievito si comporta come una proteina ¿chaperonin-like¿ nei confronti dell'ossidosqualene ciclasi (OSC), un enzima a monte nella biosintesi dell'ergosterolo, mentre HSD17B7 catalizza la riduzione dell'estrone nel potente estrogeno estradiolo. L'incapacità dell'enzima di mammifero di proteggere l'OSC di lievito è stata inequivocabilmente stabilita in precedenti esperimenti con ceppi di lievito ricombinanti [2]. Per distinguere le proprietà intrinseche delle due proteine da quelle che possono dipendere dall'ambiente cellulare/tissutale in cui si trovano, Erg27p di lievito e HSD17B7 umana ricombinanti sono state espresse in cellule di E. coli ed esperimenti paralleli di attività enzimatica sono stati condotti. Sono stati saggiati: 1) l'attività 3-cheto-reduttasica ed estrone-reduttasica di entrambe le proteine mediante separate incubazioni di lisati batterici con 4-metilzimosterone radioattivo ed estrone radioattivo, rispettivamente; 2) l'effetto inibitorio di alcune molecole progettate come inibitori dell'attività estrogenica di HSD17B7 umana; 3) la capacità di Erg27p di lievito di ripristinare la funzionalità dell'OSC in cellule di lievito ERG27-deficienti, valutando l'attività ossidosqualene ciclasica degli omogenati di lievito incubati con lisati batterici esprimenti l'enzima 3-chetoreduttasi di lievito. I risultati ottenuti mostrano che entrambe le proteine trasformano il 4-metilzimosterone radioattivo nel corrispondente idrossi-derivato mentre solo l'enzima umano possiede attività estrogenica. Questi risultati pongono un interessante quesito riguardo l'evoluzione della proteina: quando e grazie a quale modifica strutturale l'enzima umano è diventato una ¿moonlighting protein¿ acquisendo l'attività estrone-reduttasica come seconda funzione? Gli inibitori dell'attività estrogenica di HSD17B7 umana sono risultati selettivi, in quanto scarsamente efficaci sull'attività 3-chetoreduttasica dello stesso enzima. La semplice addizione di Erg27p ricombinante a cellule di lievito ERG27-deficienti non risulta in grado di ripristinare la funzionalità dell'OSC di queste ultime. Riferimenti: [1] Z. Marijanovic, D. Laubner, G. Möller, C. Gege, B. Husen, J. Adamski, R. Breitling, Mol. Endocrinol. 2003, 17, 1715¿1725. [2] S. Taramino, M. Valachovic, S. Oliaro-Bosso, F. Viola, B. Teske, M. Bard, G. Balliano, Biochim. Biophys. Acta, 2010, 1801, 156-162.