Citraconato inibe a catálise de ACOD1 (IRG1), reduz as respostas de interferon e o estresse oxidativo e modula a inflamação e o metabolismo celular

Oct 22, 2023

Nature Metabolism volume 4, páginas 534–546 (2022) Cite este artigo

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Embora as propriedades imunomoduladoras e citoprotetoras do itaconato tenham sido extensivamente estudadas, não se sabe se seus isômeros naturais mesaconato e citraconato têm propriedades semelhantes. Aqui, mostramos que o itaconato é parcialmente convertido em mesaconato intracelularmente e que o acúmulo de mesaconato na ativação de macrófagos depende da síntese prévia de itaconato. Quando adicionados a células humanas em concentrações suprafisiológicas, todos os três isômeros reduzem os níveis de lactato, enquanto o itaconato é o inibidor mais forte da succinato desidrogenase (SDH). Em células infectadas com o vírus influenza A (IAV), todos os três isômeros alteram profundamente o metabolismo de aminoácidos, modulam a liberação de citocinas/quimiocinas e reduzem a sinalização do interferon, o estresse oxidativo e a liberação de partículas virais. Dos três isômeros, o citraconato é o eletrófilo mais forte e o agonista do fator nuclear 2 relacionado ao eritróide 2 (NRF2). Apenas o citraconato inibe a catálise do itaconato pela cis-aconitato descarboxilase (ACOD1), provavelmente por ligação competitiva ao sítio de ligação do substrato. Estes resultados revelam o mesaconato e o citraconato como compostos imunomoduladores, antioxidantes e antivirais, e o citraconato como o primeiro inibidor de ACOD1 de ocorrência natural.

Os pequenos ácidos dicarboxílicos insaturados itacônico, mesacônico e ácido citracônico são isômeros de ocorrência natural que diferem apenas pela localização de uma ligação dupla (Fig. 1). O itaconato é um metabólito chave dos macrófagos ativados e é o produto da enzima mitocondrial ACOD11,2. Está sendo intensamente investigado como um elo entre o metabolismo e a imunidade, possui propriedades imunomoduladoras (revisadas nas refs. 3,4) e foi detectado em biofluidos, células e tecidos humanos em uma variedade de doenças inflamatórias e infecciosas, bem como em modelos de roedores de doenças humanas (resumido na ref. 5). Informações sobre a origem e o catabolismo do mesaconato e do citraconato em eucariotos são escassas. Considerando sua alta similaridade estrutural, a interconversão entre os três isômeros é concebível, por exemplo via isomerases endógenas. Com base no trabalho sobre o metabolismo do itaconato usando mitocôndrias hepáticas isoladas6, Nemeth et al. sugeriram que o mesaconato pode ser um produto do catabolismo do itaconato via itaconil-CoA7. O único estudo que sugere um mecanismo de biossíntese do citraconato em organismos superiores é baseado no perfil metabólico de pacientes com acidemia metilmalônica, onde foi postulado ser um catabólito do aminoácido de cadeia ramificada (BCAA) isoleucina8. Há evidências crescentes de que níveis aumentados de mesaconato ou citraconato podem estar associados a doenças metabólicas humanas (resumido na ref. 5). No entanto, resta esclarecer se essas concentrações aumentadas são fisiopatologicamente relevantes ou se representam apenas epifenômenos de desarranjos do metabolismo. Em humanos, não há informações sobre a distribuição tecidual de mesaconato ou citraconato. No entanto, em uma triagem de órgãos de camundongos saudáveis, mostramos recentemente que o mesaconato ocorre nos gânglios linfáticos e o citraconato nos gânglios linfáticos e no baço, levantando a possibilidade de alguma função na imunidade5.

Intermediários de TCA selecionados e lactato foram medidos por HPLC–MS/MS em 6 e 24 h nos experimentos de absorção de isômero itaconato mostrados em Dados Estendidos Fig. 1. As concentrações são expressas com base no volume celular calculado. a, PCA ilustrando fortes alterações devido a todos os três isômeros em 6 h, mas uma relativa normalização dos efeitos mesaconato e citraconato em 24 h. b–d, O isômero medido é indicado acima de cada gráfico, os isômeros adicionados abaixo do eixo x. e, Concentrações de lactato e intermediários de TCA selecionados (concentrações dadas nos eixos y) 6 h após a adição dos isômeros indicados abaixo do eixo x. Todos os três isômeros reduzem os níveis de lactato (consistente com a inibição da glicólise), mas apenas o itaconato aumenta os níveis de succinato, sugerindo inibição do SDH. Citra, ácido citracônico; Ita, ácido itacônico; Mesa, ácido mesacônico. n = 3 réplicas biológicas, média ± dp Teste t não pareado. *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,01, ***P ≤ 0,001, ****P ≤ 0,0001; NS, não significativo.