Tiacalix[4]arenos contrarrestan la inhibición inducida por zinc de la actividad ATPasa de miosina uterina

Resumen

El zinc es esencial para la función celular, sin embargo concentraciones arriba de 5 mM suprimen marcadamente la actividad ATPasa de miosina uterina S1, deteriorando la contractilidad del músculo liso. Cuantificamos esta inhibición, mostrando una caída de 1,6 veces en V_max (38 ± 7 → 22 ± 6 nmol Pi min⁻¹ mg⁻¹) mientras K_m permaneció inalterado (0,49 ± 0,15 → 0,38 ± 0,12 mM). Dos tiacalix[4]arenos solubles en agua —tiacalix[4]areno-tetrahidroxi-tetrasulfonato (C-798) y tiacalix[4]areno-tetrahidroxi-tetrafosfonato (C-800)— revirtieron esta inhibición al añadirse a 100 µM, restaurando actividad a niveles de control. Acoplamiento computacional reveló que ambos ligandos quelan Zn²⁺ en el sitio activo de la ATPasa, debilitando su interacción con miosina y rescatando función enzimática. Estos hallazgos sugieren que C-798 y C-800 podrían servir como agentes terapéuticos contra disfunción uterina inducida por zinc.

Antecedentes

La exposición ambiental a metales pesados, especialmente zinc, plantea riesgos significativos para la salud. Si bien el zinc es cofactor vital para más de 300 metaloenzimas, ingesta crónica alta puede alterar procesos fisiológicos, incluyendo contracción de músculo liso uterino, llevando a complicaciones reproductivas como infertilidad y parto pretérmino. El impacto del zinc en ATPasa de miosina —motor clave de contractilidad de músculo liso— ha sido documentado, pero contramedidas efectivas son limitadas. Los calixarenos, particularmente tiacalix[4]arenos, han emergido como agentes quelantes prometedores debido a su baja citotoxicidad y fuertes capacidades de unión a metales. Trabajo previo demostró que C-798 protege miosina S1 de inhibición por Pb²⁺, Cd²⁺ y Ni²⁺. Este estudio extiende esos conocimientos a toxicidad por zinc en miosina uterina.

Resultados

Efecto de Zn²⁺ sobre ATPasa de Miosina S1

Zn²⁺ incremental (0,5–5 mM) redujo actividad ATPasa, con inhibición máxima (43 ± 8 %) observada a 5 mM. Análisis cinético subsiguiente (Lineweaver-Burk) confirmó disminución significativa de 1,6 veces en V_max,ATP sin cambio estadísticamente significativo en K_m,ATP.

Dependencia de Concentración de ATP bajo 5 mM Zn²⁺

La actividad ATPasa pico a 3 mM ATP en ambas muestras control y tratadas con zinc. Bajo zinc, la actividad pico fue 30 % menor, corroborando efecto inhibitorio sobre recambio catalítico.

Dependencia de Mg²⁺ en Presencia de 5 mM Zn²⁺

A diferencia del control, variar Mg²⁺ (0,5–5 mM) no alteró actividad ATPasa cuando 5 mM Zn²⁺ estaba presente, indicando que zinc ocupa sitios de unión de Mg²⁺ y vuelve la enzima insensible a concentración de Mg²⁺.

Sitios de Unión de Zinc en Miosina S1

Estudios de acoplamiento identificaron múltiples loci de unión de Zn dentro del dominio ATPasa —particularmente cerca del bucle P y regiones switch 1/2— estabilizados por residuos Glu, Asp y Arg. Estos sitios son integrales a unión e hidrólisis de ATP.

Tiacalix[4]arenos Restauran Actividad ATPasa

Añadir 100 µM C-798 o C-800 al medio 5 mM Zn restauró totalmente actividad ATPasa a niveles de control. C-798 exhibió inhibición reversible modesta (probablemente por secuestro de Mg²⁺), mientras C-800 no tuvo efecto sobre la enzima en ausencia de zinc.

Conocimientos Mecanísticos del Acoplamiento

Simulaciones revelaron que C-798 y C-800 unen Zn²⁺ via sus átomos de oxígeno y azufre del borde inferior, desplazando el metal de residuos catalíticos clave. Esta quelación reduce interacciones Zn-miosina, aliviando así el efecto inhibitorio. Minimización de energía indicó interacciones huésped-huésped favorables (energías totales: 64,5 kcal/mol para C-798, 83 kcal/mol para complejo C-798-Zn).

Discusión

La concentración de 5 mM zinc empleada imita exposición patológica y demuestra supresión pronunciada y reversible de ATPasa de miosina uterina. La falta de respuesta a Mg²⁺ en muestras tratadas con zinc apoya la hipótesis de que Zn²⁺ ocupa competitivamente sitios de Mg²⁺ dentro del dominio ATPasa. Resultados de acoplamiento se alinean con esto, señalando coordinación de Zn a residuos críticos para unión e hidrólisis de nucleótido.

Tiacalix[4]arenos, con sus grupos sulfonato o fosfonato aniónicos, proveen quelación robusta de Zn²⁺ sin alterar homeostasis de Mg²⁺ a niveles fisiológicos. Su capacidad para restaurar actividad ATPasa sugiere estrategia terapéutica viable para disfunción uterina inducida por zinc y potencialmente para otras toxicidades relacionadas con zinc.

Conclusiones

Zinc de alto nivel (5 mM) deteriora ATPasa de miosina uterina S1 reduciendo V_max sin alterar K_m. Tiacalix[4]arenos solubles en agua C-798 y C-800 neutralizan efectivamente esta inhibición quelando zinc en el sitio activo de la ATPasa, restaurando actividad enzimática a línea base. Estos hallazgos justifican investigación adicional sobre C-798 y C-800 como antídotos para toxicidad por zinc.