La Histatina-1 (Hst1) és un pèptid salival ric en histidina format per 38 aminoàcids que es troba de manera natural a la saliva humana. Forma part de la família de les histatines, un grup de pèptids antimicrobians produïts principalment per les glàndules paròtides i submandibulars. La seva funció principal és protegir les superfícies orals contra microorganismes patògens i contribuir al manteniment de la integritat dels teixits tous de la cavitat bucal.
miniatura|Estructura primària de la Histatina-1
Història L'article publicat l'any 1988 per un grup de recerca liderat per F.G.Oppenheim va ser el primer on s'explica com es va aïllar la seqüència d'aminoàcids les histatines 1, 3 i 5. Mitjançant la tècnica de filtració en gel amb Bio-Gel P-2 (size exclusion chromatography) i cromatografia líquida d'alta resolució en fase inversa es va aconseguir aïllar les proteïnes i, a través de la degradació d'Edman de les proteïnes, es va aconseguir la seqüència d'aminoàcids. Aquestes proteïnes es van extreure de la secreció de les glàndules paròtides de la saliva humana, les més grans de les glàndules salivals.
miniatura|esquerra|Representació tridimensional de la proteïna Histatina 1|267x267pxLes tres histatines presenten la capacitat de matar el fong patogen Candida albicans independentment de la dosi i segons la mida d'aquestes. La Histatina 5 és la més eficaç sent la més petita i la Histatina 1 la més gran i, per tant, la menys eficaç. A més, també tenen propietats antibacterianes de les histatines contra tres soques diferents de Streptococcus mutans.
En el cas de Candida albicans, Edgerton et al. (1998) van descobrir que la histatina és internalitzada activament per la cèl·lula fúngica a través d'una proteïna específica, i Helmerhorst et al. (1999) van demostrar que és dirigida cap a les mitocòndries, on provoca alteracions energètiques que condueixen a la mort del fong. Aquest procés s'associa a la pèrdua d'ions de potassi i d'ATP intracel·lular (Pollock et al., 1984; Xu et al., 1999) i a la formació d'espècies reactives d'oxigen que inhibeixen la respiració cel·lular (Helmerhorst et al., 2001).
Respecte a l'activitat antibacteriana, MacKay et al. (1984) van demostrar que les histatines inhibeixen el creixement de Streptococcus mutans, mentre que Murakami et al. (1990, 1991) van observar que impedeixen la colonització i coagregació de Porphyromonas gingivalis amb altres bacteris orals. Finalment, Nishikata et al. (1991) i Gusman et al. (2001) van confirmar que les histatines inhibeixen enzims proteolítics com les gingipaines i metalloproteases, reforçant així el seu paper en la defensa antimicrobiana de la saliva i la protecció del teixit oral.
Estructura i genètica miniatura|Centres de coordinació del Zn²⁺ /Cu²⁺ en la Histatina-1. El Cu²⁺ (esfera taronja) es troba lligat a residus d'histidina de la cadena peptídica de la Histatina-1, així com el Zn²⁺ (esfera lila). La Histatina-1 (Hst-1) és un pèptid salival exclusiu dels humans i dels primats superiors, pertanyent a la família de proteïnes riques en histidina; les histatines.
Genèticament, la Hst-1 és el producte del gen HTN1 (també denominat HIS1), mentre que la Histatina-3 (Hst-3) és codificada pel gen HTN3 (o HIS2). A partir de la proteòlisi de la Hst-1 i la Hst-3, es generen altres histatines més curtes, com ara la Hst-2, la Hst-4 i la Hst-5, cosa que evidencia el seu origen comú dins d'aquesta família de proteïnes. Els gens de les histatines s'han pogut traçar a la regió del cromosoma humà 4, a la banda q13.
Des del punt de vista molecular, la Hst-1 és un pèptid de 38 aminoàcids amb un pes molecular aproximat de 4928-4929 Da i una fórmula molecular que correspon a C₂₁₇H₂₉₈N₆₉O₆₄P₁. La seva seqüència primària completa és: Asp-Pse-His-Glu-Lys-Arg-His-His-Gly-Tyr-Arg-Arg-Lys-Phe-His-Glu-Lys-His-His-Ser-His-Arg-Glu-Phe-Pro-Phe-Tyr-Gly-Asp-Tyr-Gly-Ser-Asn-Tyr-Leu-Tyr-Asp-Asn.
Una característica pròpia de la Hst-1 és la modificació posttraduccional que pateix de manera exclusiva: la fosforilació de la serina en la posició 2 (pSer²). Aquesta fosforilació, no present en altres histatines principals com la Hst-3 o la Hst-5, és fonamental per la seva afinitat a superfícies minerals, com l'esmalt dental, i per la formació de la pel·lícula salival adquirida. La fosforilació també influeix en el seu comportament electroforètic i en la seva afinitat per resines de bescanvi aniònic. Cada molècula d'histatina conté un mol de fosfat per mol de proteïna.
Quant a la càrrega neta del pèptid, la Hst-1 és una molècula neutra, a diferència de la resta d'histatines de la família, que són bàsiques. La seva composició inclou 7 residus d'histidina, a més d'aminoàcids com la lisina, l'arginina o la tirosina. El fet que la proteïna sigui rica en histidina, també contribueix a la seva interacció amb superfícies i metalls, ja que la histidina forma complexos estables amb molts ions metàl·lics divalents. La proteïna és secretada i sintetitzada per les glàndules paròtida, submandibular, sublingual i de von Ebner, i la seva concentració en saliva humana oscila entre 5 i 15 μM, depenent de factors enzimàtics.
En termes estructurals, no es disposa d'un model d'alta resolució de la Hst-1 complet; tot i així, estudis biofísics sobre la Hst-5 i fragments curts (P-113, etc.) suggereixen que la Hst-1 és intrínsicament desordenada en solució aquosa, amb poca estructura secundària definida. Sota condicions específiques, com la presència de solvents mimètics de membrana (DMSO, etc.) o certs ions metàl·lics (Zn²⁺ / Cu²⁺), la Hst-1 pot adoptar conformacions més α-helicoidals o ordenades gràcies a motius rics en histidina (com ara el motiu HEXXH que es troba a la cadena peptídica de la Hst-1) que faciliten la coordinacio metàl·lica i l'oligomerització.
La seqüència d'Hst-1 és realment similar a les altres histatines de la família: els primers 22 residus són quasi idèntics a la Hst-3 i a la Hst-5, amb diferències específiques com ara el Glu-4 i l'Arg-11; els últims 7 residus de la Hst-1 i la Hst-3 també coincideixen. Aquest patró explica com la proteòlisi de precursors més llargs dona lloc a histatines més curtes, com ara la Hst-5.
Mecanismes moleculars d'acció i senyalització cel·lular de la Histatina 1 La Hst-1 actua com un senyalitzador regulador multifuncional que mitjançant la seva unió a diferents receptors moleculars o la seva intervenció en diferents vies de transducció de senyals, pot tenir diferents efectes. A continuació, es detallen diferents mecanismes d'acció i senyalització cel·lular en els quals intervé la Hst-1.
1- Unió a TMEM97 / receptor sigma-2 La Hst-1 s'uneix de forma directa i específica al receptor proteic TMEM97 (identificat com a receptor sigma-2), formant un complex lligand-receptor a la membrana plasmàtica. Aquesta unió provoca canvis conformacionals en el receptor o recluta efectors intracel·lulars associats a TMEM97. D'aquesta manera, el receptor adquiereix la capacitat d'actuar com a porta d'entrada per a múltiples cascades de senyalització (com ara l'activació o modulació de les proteïnes cinases activades per mitògens; és a dir, les MAPK).
2- Regulació de l'estrés oxidatiu i protecció mitocondrial
En les cèl·lules endotelials, la Hst-1 activa la via ERK, cosa que provoca la translocació del Nrf2 al nucli. Allà, el Nrf2 estimula la producció d'enzims antioxidants que redueixen l'estrès oxidatiu i regulen l'activitat de la NADPH oxidasa. Al mateix temps, la Hst-1 bloqueja la formació del complex IP3R1/GRP75/VDAC1, disminuïnt el pas excessiu de calci als mitocondris. Gràcies a això, es manté la funció mitocondrial, es redueix el dany oxidatiu i la senescència cel·lular i s'afavoreix la reparació de teixits, especialment en condicions de diabetis.Tinghui Xian, Yi Liu, Yongsheng Ye, Bohua Peng, Jie Huang, Lin Liang, Jiaqing Zhang, Hao Wu, Zhen Lin. "Human salivary histatin 1 regulating IP3R1/GRP75/VDAC1 mediated mitochondrial-associated endoplasmic reticulum membranes (MAMs) inhibits cell senescence for diabetic wound repair". Free Radical Biology and Medicine, Volume 225, 2024. Pages 164-180, ISSN 0891-5849, https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2024.09.046
3- Inhibició de vies proinflamatòries (JNK i NF-kB) i reducció de mediadors proinflamatoris en macròfags
La Hst-1 actua com un modulador antiinflamatori en macròfags, ja que a l'estimular-se amb LPS, inhibeix les vies proinflamatòries JNK i NF-kB. Això impedeix l'activació de citocines proinflamatòries, reduint així l'alliberació d'òxid nítric (NO) i altres mediadors d'inflamació.Lee, S. M., Son, K.-N., Shah, D., Ali, M., Balasubramaniam, A., Shukla, D., & Aakalu, V. K. (2021). Histatin-1 Attenuates LPS-Induced Inflammatory Signaling in RAW264.7 Macrophages. International Journal of Molecular Sciences, 22(15), 7856. https://doi.org/10.3390/ijms22157856
Funcions Cicatrització cel·lular Els estudis mostren que les histatines, específicament la Hst-1, participen en la cicatrització de ferides. Segons estudis in vitro, són els principals factors de la saliva paròtida responsables de millorar la migració cel·lular i afavorir el tancament de ferides. Tot i que les histatines només es troben a la saliva i no s'han trobat en altres fluids corporals, aquesta activitat s'ha observat tant en cèl·lules (primàries) tant d'origen oral com no oral. Per tant, el receptor cel·lular de les histatines sembla que s'expressa en tota mena de cèl·lules i no es limita a les cèl·lules derivades de la cavitat oral.
Activitat antimicrobiana La Hst-1 també té una funció antifúngica contra patògens com la Candida albicans, tot i que en un grau més baix que la Histatina-5. Actua conjuntament amb altres pèptids i proteïnes salivals per controlar la microbiota oral i prevenir el sobrecreixement de microorganismes oportunistes. També té capacitat per unir ions metàl·lics, com ara el coure i el zinc, la qual cosa podria contribuir als seus mecanismes de defensa, privant els bacteris d'aquests elements essencials o utilitzant-los per generar toxicitat localitzada.
Integració en la pel·lícula adquirida de l'esmalt Les histatines presenten una alta afinitat per la hidroxiapatita (HA), el principal component mineral de l'esmalt dental. Tot i que la Hst-1 és un pèptid bàsic, la fosforilació de la serina-2 aporta una càrrega negativa local que incrementa l'afinitat per la hidroxiapatita i s'adhereix fortament a la superfície de la dent i passa a formar part de la pel·lícula adquirida de l'esmalt (AEP), una capa proteica que protegeix les dents de la desmineralització àcida responsable de la càries dental i modula l'adhesió inicial dels bacteris orals a la superfície dental.
Col·laboració amb la hidroxiapatita S'ha observat que malgrat l'alta activitat proteolítica a la saliva, moltes molècules d'histatina a la pel·lícula de l'esmalt adquirida estan intactes. Això és perquè les histatines són menys susceptibles a les proteïnases presents a la saliva si s'adsorbeixen a la hidroxiapatita.
La HA actua retardant l'accés de les proteases, no bloquejant els llocs de clivatge, ja que els patrons de degradació van ser similars amb HA i sense. La forta unió de la histatina-1 a la superfície de l'HA permet que fragments funcionals de la histatina-1, com el que facilita la cicatrització de ferides, romanguin actius a l'AEP, la qual cosa té implicacions terapèutiques per prevenir càries i malalties periodontals.
Referències
Categoria:Gens en el cromosoma 4 humà