metilene -CHO formile METIONINA FOLATI VITAMINA B ZINCO

DIETA e “METILAZIONE” Unità monocarboniosa

-CH3 metile -CH2- metilene -CHO formile

Coinvolti nella sintesi di basi puriniche e pirimidiniche, amminoacidi, altri importanti composti cellulari (creatina, carnitina, colina, …)

METIONINA FOLATI VITAMINA B12 ZINCO

Amminoacidi solforati

interesse per il metabolismo degli amminoacidi solforati

IPEROMOCISTEINEMA determinata da cause genetiche o nutrizionali

fattore di rischio per

Ø  patologie cardiovascolari (indipendente da ipercolesterolemia o ipertensione)

Ø  esito infausto per gravidanza alterazione di sviluppo fetale e neonatale (alterata vascolarizzazione della placenta e quindi diminuita funzionalità: aborto, sottopeso neonatale, difetti tubo neurale,)

Ø  sindrome di Alzheimer e altri disturbi neurologici

Ruolo della dieta nella prevenzione o nel contenimento del danno

COO- I +H3N-CH I CH2 I CH2-S-CH3 metionina Met

COO- I

+ H3N-CH I CH2 I CH2-SH

omocisteina Hcy

COO- I + H3N-CH I CH2-SH cisteina Cys

gruppo sulfidrilico -SH legame tioetere -CH2-S-CH3

Met e Cys nella struttura delle proteine Hcy non entra nella struttura delle proteine ma è indispensabile per il metabolismo della metionina e la sintesi della Cys.

Via unidirezionale Met (amminoacido essenziale) Ú Cys (amminacido semiessenziale)

I gruppi sulfidrilici della Cys hanno reazioni redox reversibili:

regolazione tiolo / disolfuro 2 -SH / -S-S-

fondamentale per il controllo dello stato redox cellulare sulfidril switch (ad esempio: glutatione)

Ruolo di Met, Cys, Hcy

S-adenosilmetionina (SAM ) forma attiva della metionina

donatore di gruppi metilici -CH3

metionina + ATP Ú SAM + 3 molecole fosfato

Carenza dell’enzima metionina adenosil transferasi causa persistenti alti livelli di metionina con danni neurologici

SH

ATP P~P + P

H2O

adenosina

METILAZIONE > 50 reazioni

metionina S-adenosil metionina

S-adenosil omocisteina

omocisteina

metiltransferasi

X

metil-X

vit B12 metionina

sintasi

adenosina

THF

N5-metilTHF creatina quantitativamente più importante colina - fosfolipidi (membrane, VLDL) - neurotrasmettitori

(acetilcolina) carnitina adrenalina - istoni -CH3 - citosina -CH3 (controllo epigenetico)

cistationina

cisteina

vit B6

vit B6 + serina

cistationina sintasi

METIL TRANSFERASI

metile utilizzato per la sintesi di una grande varietà di composti ___________________________________________________________________________

Ø  Creatina (quantitativamente la più importante)

Ø  Colina - fosfolipidi (membrane cellulari, VLDL, segnali lipidici) - neurotrasmettitori (acetilcolina)

Ø  Carnitina

Ø  Adrenalina

Ø  istoni, citosina

Enzimi specifici per l’accettore del metile

Nell’adulto sintetizzati de novo in quantità sufficiente se precursori assunti in quantità adeguate; abbondanti come tali negli alimenti

condizionatamente essenziali in casi particolari

CREATINA O = P ∼ NH – C – N – CH2 – COO–

O– NH2+

O– CH3

arginina glicina metionina

CH3 – N+ – CH2 – CH2OH

CH3

CH3

COLINA etanolammina metionina

CH3 – N+ – CH2 – CH – CH2 – COO–

CH3 OH esteri di acidi grassi acil~carnitina

CH3 lisina, metionina

CARNITINA

DNA-metiltransferasi

Metilazione della citosina presente in un promotore inibisce la trascrizione: impedisce il legame di proteine che stimolano la trascrizione. STRUMENTO DI REGOLAZIONE GENICA.

Metilazione degli istoni rende la cromatina compatta, non disponibile alla azione dei fattori di trascrizione

Metilazione modifica il genoma senza alterare la sequenza, e permette un adattamento rapido e permanente a modifiche ambientali

)

Glicina-metiltransferasi (fegato e pancreas)

Formazione di metil glicina o sarcosina

Funzione regolatoria di tampone di eccesso di metili

Dopo la cessione del metile, la S- adenosil metionina diventa S- adenosil omocisteina

Affinchè possa essere riutilizzata, la omocisteina si deve staccare dalla adenosina - interviene l’enzima S-ADENOSIL OMOCISTEINA IDROLASI

S-adenosil omocisteina à omocisteina + adenosina

A questo punto la omocisteina ha varie opzioni v  essere METILATA e ridiventare METIONINA

v  andare incontro a TRANSULFURAZIONE e diventare CISTEINA

v  essere esportata nel plasma ed eliminata dal rene

Vitamine e Metabolismo dell’unità monocarboniosa

zinco e metabolismo dell’unità monocarboniosa

Nel fegato:

enzima ZINCO dipendente:

betaina-omocisteina metil transferasi

Nel fegato il 50% della omocisteina viene riciclata utilizzando come donatore la betaina (o trimetilglicina) che si forma dalla ossidazione della colina fosfatidilcolina à colina (CH3)-N+-CH2-CH2OH à

betaina (CH3) N+-CH2-COO-

betaina-omocisteina metil transferasi - enzima ZINCO dipendente

Importante in carenza della via folato- B12

Usata come SUPPLEMENTO per quei pazienti con elevata Hcy plasmatica dovuta ad alterazioni metaboliche dipendenti dal folato (ad esempio deficienza in N5,N10 metilene THF reduttasi)

BETAINA

I.  la omocisteina viene ritransformata metionina ad opera della METIONINA SINTASI

L’enzima non può funzionare in caso di inadeguato apporto di gruppi -CH3 a causa di Ø  mancanza di donatori - folati, betaina

Ø  carenza del cofattore - metilcobalammina o zinco Conseguenza: accumulo di omocisteina e bassi livelli di SAM

Hcy + serina (cistationina β-sintasi - B6) à cistationina + H2O

– OOC-CH(NH2)-CH2-CH2-S-CH2-CH(NH3+)-COO–

Difetto enzimatico della cistationina β-sintasi PLP dipendente porta ad accumulo di Hcy, esportata nel plasma

Capacità di discriminare fra metilazione e transulfurazione tramite

SAM - REGOLATORE ALLOSTERICO

inibitore della N5,N10 metileneTHF reduttasi

attivatore della cistationina β-sintasi (per rimuovere eccesso di metionina)

II. LA OMOCISTEINA VIENE TRANSFORMATA IN CISTEINA

1° tappa irreversibile - CISTATIONINA β -SINTASI

2° tappa: CISTATIONINA γ-LIASI (PLP dipendente)

Cistationina + H2O à

cisteina + α -chetobutirrato + ammoniaca

FONTE ENERGETICA

α -chetobutirrato (decarbossilazione ossidativa) à propionilCoA à succinil CoA

ü Attivazione da alti livelli di SAM - rimuove Met in eccesso

ü Regolazione redox - sintesi glutatione (γ Glu-Cys-Gly) meccanismo indipendente dallo stato di metilazione: cambiamento dello stato redox del Fe -eme funziona da sensore e permette di sintetizzare cisteina per il GSH durante stress ossidativo

Regolazione allosterica della cistationina β-sintasi

•  un dominio N terminale regolatorio contenente eme: risponde allo stato redox cellulare

•  un dominio catalitico con il PLP •  un dominio C teminale regolatorio che lega la SAM

Regolazione ormonale a livello trascrizionale della cistationina β-sintasi

Inibita da insulina (nel diabete alti livelli epatici)

Indotta da AMPc, glucagone, glucorticoidi

La regolazione ormonale della cistationina sintasi serve a:

Ø  durante lo stato di nutrizione: per conservare la metionina

Ø  durante lo stato di digiuno: per promuovere il catabolismo energetico con formazione di α-chetobutirrato

TRANSMETILAZIONE vs TRANSULFURAZIONE

dipende dallo stato di metilazione: in una dieta normale 38 % verso la rimetilazione e 62 % verso la transulfurazione

La Cys risparmia la Met quando il rapporto Met:Cys nella

dieta varia fra 1:1e 2:1 Eccesso di SAM -regolatore allosterico - attiva enzimi del catabolismo (cistationina β-sintasi). Catabolismo molto ristretto in carenza di amminoacidi e riciclato più volte, priorità alla sintesi proteica La scissione del glutatione (γGlu-Cys-Gly, GSH) contribuisce a fornire Cys in presenza di bassi livelli di Cys

IPEROMOCISTEINEMIA dovuta a •  Difetto di sintesi del 5 metil THF •  Difetto di rimetilazione della omocisteina a metionina •  Difetto nella transulfurazione

Causa o indicatore di malattia?

Evidenziata nel 1962

Nel sangue : - libera 1-2% - coniugata a proteine (albumina) - disolfuri misti Hcy-Hcy; Hcy-Cys

soglia iperomocistinemia = 12 µmol/L

valori desiderabili ≤ 9-10 µmol/L

Meccanismi biochimici del danno vascolare

•  Ipometilazione

•  Addotti a gruppi tiolici plasmatici, inibizione enzimi antiossidanti cellulari, stress ossidativo

Alcune conseguenze fisologiche

(endotelio e piastrine)

•  Aumento della risposta infiammatoria (endotelio)

•  Alterata funzionalità piastrinica (aumentata sintesi trombossani),

•  Anormalità della coagulazione e della fibrinolisi

•  Diminuzione dei livelli di ossido nitrico dovuto a formazione di S-nitroso-Hcy

NO ha azione vaso dilatatoria dovuta a rilassamento della muscolatura vasale

DIFETTI GENETICI (rari)

Iperomocisteinemia elevata

•  omocistinuria congenita: forma classica dovuta a difetto della cistationina sintasi (lieve innalzamento nell’eterozigote)

•  diminuita rimetilazione a metionina per carenza della metilen- THF reduttasi (MTHFR) o della metionina sintasi

Iperomocisteinemia moderata nella forma termolabile di MTHFR

NUTRIZIONALI: carenza di vit B6, B12 o folati

ALTERATA FUNZIONALITA’ RENALE con dimuita “clearance”

FARMACI CON ATTIVITA’ ANTIVITAMINICA teofillina -usata per l’asma- per la B6 valproato - usato per la epilessia- per il folato

CISTEINA

Ø  sintesi di proteine

Ø  glutatione (γGlu-Cys-Gly) (antiossidante)

Ø  CoASH (metabolismo acidi grassi)

Ø  taurina (SO3--CH2-CH2-NH3

+ ) (formazione dei sali biliari)

Ø  zolfo inorganico (sintesi di solfolipidi)

α-chetoacido (βmercaptopiruvato) à piruvato + H2S

H2S à solfato tramite l’enzima solfito ossidasi MOLIBDENO (Mb) dipendente

Molibdeno

Presente in legumi e cereali, latte, fegato Scarso in frutta, pesce

EFSA 2013 AI = 65 µg/die

(adulto M e F anche in gravidanza e allattamento)

Xantina deidrogenasi/ossidasi purine à acido urico

Solfito ossidasi solfitoà solfato Carenze genetiche della solfito ossidasi portano a danni neurologici e morte a 2-3 anni dovute a -  concentrazioni tossiche di solfito - insufficiente solfato per la sintesi di solfolipidi

Sindrome di Down o trisomia del cromosoma 21

Sovraespressione di geni fra cui

•  cistationina b sintasi

•  superossido dismutasi (SOD) •  geni della sintesi basi puriniche

Alterazioni metaboliche fra cui

•  alterazione del metabolismo della unità monocarboniosa, spostato

verso la transulfurazione •  diminuiti livelli di metionina •  aumento 5 metil THF e “trappola dei folati” •  aumento specie radicaliche

•  elevati livelli di acido urico

Dieta ad hoc fra cui supplementazione di metionina, folato, B12, selenio

Sindrome di Down Û stress ossidativo Û perossidazione lipidica (neuroni) Û compensatorio della glutatione perossidasi e via

del pentosoP