Nudt3. La primera endopolifosfatasa humana

El polifosfato inorgánico (polyP) es un polímero compuesto por cientos de residuos de fosfato (Pi) unidos por enlaces fosfoanhidro de alta energía. Esta molécula se encuentra en todos los organismos desde bacteria a mamíferos y se encuentra relacionada con una gran variedad de procesos celulares. Sin embargo, su metabolismo en mamíferos aún no ha sido caracterizado. En esta tesis doctoral, se ha purificado una actividad endopolifosfatasa dependiente de Zn2+presente en extracto de cerebro de rata hasta su máxima homogeneidad mediante un método de purificación bioquímico acoplado a un zimograma, una nueva aproximación que permite detectar la actividad enzimática sobre un sustrato, en este caso, el polyP. Un análisis proteómico reveló a Nudt3, una difosfoinositol polifosfato fosfohidrolasa (DIPP) como enzima responsable de la actividad endopolifosfatasa del extracto. Nudt3, descrita previamente como una fosfohidrolasa de inositoles pirofosfato (Ins-P7 y Ins-P8) y dinucleosidos oligofosfato (Ap5A y Ap6A) in vitro, confiere especificidad de sustrato dependiendo del ion divalente presente en la reacción mostrando actividad endopolifosfatasa exclusivamente en presencia de Zn2+ en condiciones fisiológicas (pH 6.8; 36ᵒC). Además, en esta tesis se demuestra que Nudt3 tiene actividad endopolifosfatasa in vivo dependiendo de la concentración de Zn2+ intracelular, hecho que puede variar en función del estado metabólico de la célula. Finalmente, la célula cuando es sometida a un estrés oxidativo genera un aumento de la concentración de Zn2+ intracelular y promueve una disminución de los niveles de polyP celular. En conclusión, esta tesis identifica la primera enzima que controla la degradación del polyP en humanos

Polyphosphate degradation by Nudt3-Zn 2+ mediates oxidative stress response

Polyphosphate (polyP) is a polymer of hundreds of phosphate residues present in all organisms. In mammals, polyP is involved in crucial physiological processes, including coagulation, inflammation, and stress response. However, after decades of research, the metabolic enzymes are still unknown. Here, we purify and identify Nudt3, a NUDIX family member, as the enzyme responsible for polyP phosphatase activity in mammalian cells. We show that Nudt3 shifts its substrate specificity depending on the cation; specifically, Nudt3 is active on polyP when Zn2+ is present. Nudt3 has in vivo polyP phosphatase activity in human cells, and importantly, we show that cells with altered polyP levels by modifying Nudt3 protein amount present reduced viability upon oxidative stress and increased DNA damage, suggesting that polyP and Nudt3 play a role in oxidative stress protection. Finally, we show that Nudt3 is involved in the early stages of embryo development in zebrafish.This work was supported by and is part of the I+D+i grant ref. PGC2018-096597-B-I00 (to J.J.) by the Spanish Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN). B.S.-M. was the recipient of a grant from the Agència de Gestió d’Ajuts Universitaris i de Recerca AGAUR ref. 2016FI_B 00025. H.J.J. was supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) under Germany’s Excellence Strategy (CIBBS, EXC-2189, Project ID 390939984)