stringtranslate.com

Тартрат-резистентная кислая фосфатаза

Тартрат-резистентная кислая фосфатаза ( TRAP или TRAPase ), также называемая кислой фосфатазой 5, тартрат-резистентной ( ACP5 ), представляет собой гликозилированный мономерный металлопротеиновый фермент, экспрессируемый у млекопитающих. [5] Он имеет молекулярную массу приблизительно 35 кДа, основную изоэлектрическую точку (7,6–9,5) и оптимальную активность в кислых условиях. TRAP синтезируется как латентный профермент и активируется протеолитическим расщеплением и восстановлением. [6] [7] Он отличается от других кислых фосфатаз млекопитающих своей устойчивостью к ингибированию тартратом и своей молекулярной массой.

Механизм гидролиза фосфатного эфира TRAP осуществляется посредством механизма нуклеофильной атаки, [8] при котором катализ происходит при связывании фосфатного субстрата с Fe2 + в активном центре TRAP. Затем следует нуклеофильная атака гидроксидного лиганда на связанный атом фосфора, что приводит к разрыву связи фосфатного эфира и образованию спирта. Точная идентичность и механизм гидроксидного лиганда неясны, но считается, что это либо гидроксид, который связывает ионы металла в активном центре, либо терминальный гидроксид, связанный с Fe3 + , при этом имеются противоречивые сообщения об обоих механизмах.

Экспрессия TRAP и локализация клеток

В нормальных условиях TRAP в высокой степени экспрессируется остеокластами , активированными макрофагами , нейронами и эндометрием свиньи во время беременности. [9] [10] У новорожденных крыс TRAP также обнаруживается в селезенке, тимусе, печени, почках, коже, легких и сердце в низких концентрациях. Экспрессия TRAP увеличивается при определенных патологических состояниях. К ним относятся лейкемический ретикулоэндотелиоз ( волосатоклеточный лейкоз ), болезнь Гоше , ВИЧ-индуцированная энцефалопатия, остеокластома и остеопороз , а также метаболические заболевания костей.

В остеокластах TRAP локализуется в области гофрированной каймы, лизосомах, цистернах Гольджи и пузырьках. [7]

Ген TRAP, организация промотора и транскрипция

TRAP млекопитающих кодируется одним геном, который локализован на хромосоме 19 (19p13.2–13.3) у людей и на хромосоме 9 у мышей. ДНК TRAP, как и ожидалось из секвенирования белков , высококонсервативна во всем классе млекопитающих. Ген TRAP был клонирован и секвенирован у свиней, крыс, людей и мышей. [11] Гены TRAP человека, мышей и свиней содержат 5 экзонов и имеют кодон ATG в начале экзона 2, причем экзон 1 некодирующий. В промотере экзона 1 есть три различных «тканеспецифичных» промотора : 1A, 1B и 1C. [12] Это позволило бы строго контролировать экспрессию TRAP. Транскрибированная с этого гена мРНК размером 1,5 кб с открытой рамкой считывания (ORF) длиной 969–975 п.н. кодирует белок из 323–325 аминокислот. У крысы ORF имеет длину 981 п.н. и кодирует белок из 327 аминокислот. TRAP транслируется как один полипептид. Транскрипция гена TRAP регулируется фактором транскрипции, связанным с микрофтальмией . [13] [14]

Физиология и патология

TRAP приписывают множество функций, и его физиологическая роль, вероятно, многообразна. Исследования нокаутов мышей, а также расстройства человека, связанные с генетическим дефицитом TRAP, проливают свет на его функции. В исследованиях нокаутов мыши TRAP −/− демонстрируют легкий остеопетроз , связанный с пониженной активностью остеокластов. Это приводит к утолщению и укорочению кортикального слоя, образованию булавовидных деформаций в дистальном отделе бедренной кости и расширению эпифизарных пластин роста с задержкой минерализации хряща, все из которых увеличиваются с возрастом. [15] У трансгенных мышей со сверхэкспрессией TRAP наблюдается легкий остеопороз наряду с повышенной активностью остеобластов и синтезом костной ткани. [16] Предлагаемые функции TRAP включают дефосфорилирование остеопонтина / костного сиалопротеина , генерацию активных форм кислорода (ROS), транспорт железа и как фактор роста и дифференцировки клеток . Генетический дефицит TRAP, определяемый биаллельными рецессивными мутациями в гене ACP5, лежит в основе человеческого заболевания спондиленхондродисплазия. [17] Клинический фенотип затрагивает кости, центральную нервную систему и иммунную систему. [18] Патогенез, вероятно, включает дефект реабсорбции костей, а также нарушение иммунной регуляции из-за нарушенного дефосфорилирования остеопонтина, но может быть более сложным и требует дальнейшего изучения.

Дефосфорилирование белков и миграция остеокластов

Было показано, что остеопонтин и костный сиалопротеин, фосфопротеины костного матрикса, являются высокоэффективными субстратами TRAP in vitro , которые связываются с остеокластами при фосфорилировании. [19] При частичном дефосфорилировании как остеопонтин, так и костный сиалопротеин неспособны связываться с остеокластами . Из этого эффекта была выдвинута гипотеза, что TRAP секретируется из гофрированной границы, дефосфорилирует остеопонтин и позволяет остеокластам мигрировать и далее резорбироваться.

Генерация ROS

Активные формы кислорода (ROS) образуются в макрофагах и остеокластах из супероксида (O 2 −. ), который образуется при действии НАДФН-оксидазы на кислород (O 2 ). [20] Они играют важную роль в функционировании фагоцитарных клеток.

TRAP, содержащий окислительно-восстановительно активное железо, катализирует образование ROS посредством химии Фентона: [21]

O 2 → (НАДФН-оксидаза) O 2− ∙ → (супероксиддисмутаза) H 2 O 2 → (каталаза) H 2 O + O 2
ЛОВУШКА-Fe 3+ (фиолетовый) + O 2− ∙ → ЛОВУШКА-Fe 2+ (розовый) + O 2
H 2 O 2 + ЛОВУШКА-Fe 2+ (розовый) → HO ∙ + HO − + ЛОВУШКА-Fe 3+

производя гидроксильные радикалы , перекись водорода и синглетный кислород. В остеокластах ROS генерируются на гофрированной границе и, по-видимому, необходимы для резорбции и деградации.

Транспортировка железа

У беременной свиноматки утероферрин в высокой степени экспрессируется в маточной жидкости. [22] Из-за уникальной анатомии матки свиньи и специфической, вызванной прогестероном экспрессии TRAP, предполагается, что утероферрин действует как белок-транспортер железа.

Фактор роста и дифференциации клеток

TRAP связан с миграцией остеокластов в места резорбции костей, и, оказавшись там, TRAP, как полагают, инициирует дифференциацию остеокластов, активацию и пролиферацию . Эта гипотеза была сформирована в результате изучения структуры костей у мышей с отсутствием TRAP. Было отмечено, что в дополнение к остеопетрозу , формирование костей происходило бессистемно, а микроархитектура была крайне нерегулярной. [23]

У мышей с повышенной экспрессией TRAP было обнаружено, что пораженные мыши страдают от сильного ожирения. Это привело к гипотезе о том, что TRAP участвует в гиперпластическом ожирении.

Ссылки

  1. ^ abc GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000102575 – Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000001348 – Ensembl , май 2017 г.
  3. ^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  4. ^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  5. ^ Baumbach GA, Saunders PT, Ketcham CM, Bazer FW, Roberts RM (июль 1991 г.). «Утероферрин содержит сложные и высокоманнозные олигосахариды при синтезе in vitro». Молекулярная и клеточная биохимия . 105 (2): 107–117. doi :10.1007/bf00227750. PMID  1922010. S2CID  30416983.
  6. ^ Ljusberg J, Ek-Rylander B, Andersson G (октябрь 1999 г.). «Тартрат-устойчивая пурпурная кислая фосфатаза синтезируется как латентный профермент и активируется цистеиновыми протеиназами». The Biochemical Journal . 343 Pt 1 (1): 63–69. doi :10.1042/0264-6021:3430063. PMC 1220524 . PMID  10493912. 
  7. ^ ab Ljusberg J, Wang Y, Lång P, Norgård M, Dodds R, Hultenby K и др. (август 2005 г.). «Протеолитическое удаление репрессивного петлевого домена в тартрат-устойчивой кислой фосфатазе катепсином К в остеокластах». Журнал биологической химии . 280 (31): 28370–28381. doi : 10.1074/jbc.M502469200 . PMID  15929988.
  8. ^ Klabunde T, Sträter N, Fröhlich R, Witzel H, Krebs B (июнь 1996 г.). «Механизм кислой фосфатазы Fe(III)-Zn(II) пурпурного цвета на основе кристаллических структур». Журнал молекулярной биологии . 259 (4): 737–748. doi :10.1006/jmbi.1996.0354. PMID  8683579.
  9. ^ Burstone MS (январь 1959). «Гистохимическая демонстрация активности кислой фосфатазы в остеокластах». Журнал гистохимии и цитохимии . 7 (1): 39–41. doi : 10.1177/7.1.39 . PMID  13664936.
  10. ^ Minkin C (май 1982). «Кислая фосфатаза костей: кислая фосфатаза, устойчивая к тартрату, как маркер функции остеокластов». Calcified Tissue International . 34 (3): 285–290. doi :10.1007/BF02411252. PMID  6809291. S2CID  22706943.
  11. ^ Cassady AI, King AG, Cross NC, Hume DA (август 1993 г.). «Выделение и характеристика генов, кодирующих мышиную и человеческую кислую фосфатазу типа 5». Gene . 130 (2): 201–207. doi :10.1016/0378-1119(93)90420-8. PMID  8359686.
  12. ^ Уолш, Северная Каролина, Кэхилл М., Карнинчи П., Каваи Дж., Окадзаки Ю., Хаяшизаки Ю. и др. (март 2003 г.). «Множественные тканеспецифичные промоторы контролируют экспрессию гена мышиной тартрат-резистентной кислой фосфатазы». Джин . 307 : 111–123. дои : 10.1016/S0378-1119(03)00449-9. ПМИД  12706893.
  13. ^ Luchin A, Purdom G, Murphy K, Clark MY, Angel N, Cassady AI и др. (март 2000 г.). «Транскрипционный фактор микрофтальмии регулирует экспрессию гена кислой фосфатазы, устойчивой к тартрату, во время терминальной дифференциации остеокластов». Journal of Bone and Mineral Research . 15 (3): 451–460. doi : 10.1359/jbmr.2000.15.3.451 . PMID  10750559. S2CID  24064612.
  14. ^ Hoek KS, Schlegel NC, Eichhoff OM, Widmer DS, Praetorius C, Einarsson SO и др. (декабрь 2008 г.). «Новые цели MITF, идентифицированные с использованием двухэтапной стратегии ДНК-микрочипов». Pigment Cell & Melanoma Research . 21 (6): 665–676. doi : 10.1111/j.1755-148X.2008.00505.x . PMID  19067971. S2CID  24698373.
  15. ^ Hayman AR, Jones SJ, Boyde A, Foster D, Colledge WH, Carlton MB и др. (октябрь 1996 г.). «У мышей, лишенных тартрат-устойчивой кислой фосфатазы (Acp 5), нарушена эндохондральная оссификация и наблюдается умеренный остеопетроз». Development . 122 (10): 3151–3162. doi :10.1242/dev.122.10.3151. PMID  8898228.
  16. ^ Angel NZ, Walsh N, Forwood MR, Ostrowski MC, Cassady AI, Hume DA (январь 2000 г.). «Трансгенные мыши, сверхэкспрессирующие тартрат-устойчивую кислую фосфатазу, демонстрируют повышенную скорость обновления костной ткани». Journal of Bone and Mineral Research . 15 (1): 103–110. doi :10.1359/jbmr.2000.15.1.103. PMID  10646119. S2CID  35584934.
  17. ^ «Спондилоэнхондродисплазия с нарушением иммунной регуляции; Spencdi». OMIM .
  18. ^ Lausch E, Janecke A, Bros M, Trojandt S, Alanay Y, De Laet C и др. (февраль 2011 г.). «Генетический дефицит тартрат-резистентной кислой фосфатазы, связанный с дисплазией скелета, церебральными кальцификациями и аутоиммунитетом». Nature Genetics . 43 (2): 132–137. doi :10.1038/ng.749. PMID  21217752. S2CID  205357235.
  19. ^ Ek-Rylander B, Flores M, Wendel M, Heinegård D, Andersson G (май 1994). «Дефосфорилирование остеопонтина и костного сиалопротеина остеокластической тартрат-устойчивой кислой фосфатазой. Модуляция адгезии остеокластов in vitro». Журнал биологической химии . 269 (21): 14853–14856. doi : 10.1016/S0021-9258(17)36541-9 . PMID  8195113.
  20. ^ Darden AG, Ries WL, Wolf WC, Rodriguiz RM, Key LL (май 1996 г.). «Выработка остеокластического супероксида и резорбция костей: стимуляция и ингибирование модуляторами НАДФН-оксидазы». Journal of Bone and Mineral Research . 11 (5): 671–675. doi :10.1002/jbmr.5650110515. PMID  9157782. S2CID  32443917.
  21. ^ Фентон HJ (1894). "LXXIII.—Окисление винной кислоты в присутствии железа". Журнал химического общества, Труды . 65 : 899–910. doi :10.1039/CT8946500899.
  22. ^ Робертс Р. М., Рауб Т. Дж., Базер Ф. В. (сентябрь 1986 г.). «Роль утероферрина в трансплацентарном транспорте железа у свиней». Federation Proceedings . 45 (10): 2513–2518. PMID  3527760.
  23. ^ Sheu TJ, Schwarz EM, Martinez DA, O'Keefe RJ, Rosier RN, Zuscik MJ, Puzas JE (январь 2003 г.). «Метод фагового дисплея идентифицирует новый регулятор клеточной дифференциации». Журнал биологической химии . 278 (1): 438–443. doi : 10.1074/jbc.M208292200 . PMID  12403789.

Внешние ссылки