stringtranslate.com

Аргининосукцинатсинтаза

Аргининосукцинатсинтаза или синтетаза ( ASS ; EC 6.3.4.5) — фермент , катализирующий синтез аргининосукцината из цитруллина и аспартата . У человека аргининосукцинатсинтаза кодируется геном ASS, расположенным на хромосоме 9 .

ASS отвечает за третий этап цикла мочевины и одну из реакций цикла цитруллин-NO.

Выражение

Экспрессируемый ген ASS имеет длину не менее 65 кб, включая не менее 12 интронов . [2] У людей ASS экспрессируется в основном в клетках печени и почек .

Механизм

На первом этапе катализируемой реакции цитруллин атакует α-фосфат АТФ , образуя аденилат цитруллина, реактивный промежуточный продукт. Присоединение АМФ к уреидо (подобной мочевине) группе цитруллина активирует карбонильный центр для последующей нуклеофильной атаки . Эта активация облегчает второй этап, на котором α-аминогруппа аспартата атакует уреидогруппу. Атака аспартатом является этапом, ограничивающим скорость реакции. На этом этапе образуются свободный АМФ и L- аргининосукцинат . [3]

Термодинамически аденилирование цитруллиновой уреидогруппы более выгодно, чем аналогичное фосфорилирование . Кроме того, атака цитруллином α-фосфата АТФ приводит к образованию эквивалента пирофосфата , который может быть гидролизован в термодинамически выгодной реакции, обеспечивая дополнительную энергию для аденилирования. [4]

Реакция, катализируемая аргининосукцинатсинтетазой. Адаптировано из Goto et al. 2003. [5]

Структура

Четвертичный

Аргининосукцинатсинтетаза представляет собой гомотетрамер, каждая субъединица которого состоит из 412 остатков. [6] Интерфейсы между субъединицами содержат ряд солевых мостиков и водородных связей , а С-конец каждой субъединицы участвует в олигомеризации, взаимодействуя с С-концами и нуклеотидсвязывающими доменами других субъединиц. [7]

Активный сайт

Рентгеновские кристаллические структуры были получены для аргининосукцинатсинтетазы из Thermus thermophilus , E. coli , Thermotoga maritime и Homo sapiens . В ASS из T. thermophilus , E. coli и H. sapiens цитруллин и аспартат прочно связаны в активном центре посредством взаимодействий с остатками серина и аргинина ; взаимодействия субстратов с другими остатками в активном центре различаются в зависимости от вида. У T. thermophilus уреидогруппа цитруллина, по-видимому, перемещается во время нуклеофильной атаки, чтобы достичь достаточной близости к α-фосфату АТФ. [5] У E. coli предполагается, что связывание АТФ вызывает конформационный сдвиг, который объединяет домен связывания нуклеотидов и домен синтетазы. [8] Структура аргининосукцинатсинтетазы со связанным АТФ в активном центре не была получена, хотя моделирование показывает, что расстояние между АТФ и уреидогруппой цитруллина меньше в человеческой аргининосукцинатсинтетазе, чем в разновидности E. coli , поэтому вполне вероятно, что для катализа необходимо гораздо меньшее конформационное изменение. [7] Домен связывания АТФ аргининосукцинатсинтетазы похож на домен других пирофосфатаз АТФ N-типа . [8]

Активный центр аргининосукцинатсинтетазы показан со связанным цитруллином, АТФ и аспартатом, взаимодействующими с выбранными остатками активного центра. Смоделировано с использованием PyMol из PDB 1J1Z.

Функция

Аргининосукцинатсинтетаза участвует в синтезе креатина , полиаминов, аргинина , мочевины и оксида азота . [9]

Синтез аргинина

Превращение цитруллина в аргининосукцинат является этапом, ограничивающим скорость синтеза аргинина. Активность аргининосукцинатсинтетазы в синтезе аргинина происходит в основном на внешней митохондриальной мембране перипортальных клеток печени как часть цикла мочевины, с некоторой активностью, происходящей в кортикальных клетках почек . [6] { [9] Генетические дефекты, которые вызывают неправильную локализацию аргининосукцинатсинтетазы на внешней митохондриальной мембране, вызывают цитруллинемию II типа. [9]

У плодов и младенцев аргинин также вырабатывается посредством активности аргининосукцинатсинтетазы в клетках кишечника, предположительно, для восполнения низкого уровня аргинина, обнаруженного в материнском молоке. Экспрессия аргининосукцинатсинтетазы в кишечнике прекращается после двух-трех лет жизни. [9]

Считается, что регуляция активности аргининосукцинатсинтетазы в синтезе аргинина происходит в первую очередь на уровне транскрипции в ответ на глюкокортикоиды , цАМФ , глюкагон и инсулин . [10] Также было продемонстрировано in vitro , что аргинин снижает экспрессию аргининосукцинатсинтетазы, тогда как цитруллин повышает ее. [9]

Цикл цитруллин-NO

Эндотелиальная синтаза оксида азота фермента производит оксид азота из аргинина в эндотелиальных клетках . [9] Аргининосукцинатсинтетаза и аргининосукцинатлиаза перерабатывают цитруллин, побочный продукт производства оксида азота, в аргинин. Поскольку оксид азота является важной сигнальной молекулой, эта роль ASS важна для сосудистой физиологии. В этой роли активность аргининосукцинатсинтетазы регулируется в основном воспалительными клеточными сигнальными молекулами, такими как цитокины . [6]

В эндотелиальных клетках было показано, что экспрессия ASS увеличивается под действием ламинарного напряжения сдвига из-за пульсирующего кровотока. [11] Новые данные свидетельствуют о том, что ASS также может регулироваться фосфорилированием остатка Ser-328 протеинкиназой C -α [12] и нитрозилированием остатка Cys-132 синтазой оксида азота. [7]

Роль в заболевании

Цитруллинемия

Цитруллинемия — наследственное аутосомно-рецессивное заболевание. [13] В гене ASS выявлено не менее 50 мутаций , вызывающих цитруллинемию I типа. Большинство этих мутаций заменяют одну аминокислоту на другую в ASS. Эти мутации, вероятно, влияют на структуру фермента и его способность связываться с цитруллином, аспартатом и другими молекулами. Несколько мутаций приводят к образованию аномально короткого фермента, который не может эффективно играть свою роль в цикле мочевины.

Дефекты ASS нарушают третий этап цикла мочевины, не давая печени перерабатывать избыток азота в мочевину. В результате азот (в форме аммиака ) и другие побочные продукты цикла мочевины (например, цитруллин) накапливаются в кровотоке. Аммиак токсичен, особенно для нервной системы . Накопление аммиака в течение первых нескольких дней жизни приводит к плохому питанию, рвоте , судорогам и другим признакам и симптомам цитруллинемии I типа.

Лечение этого дефекта включает диету с низким содержанием белка и пищевые добавки с аргинином и фенилацетатом . Аргинин позволяет циклу мочевины завершиться, создавая субстраты, необходимые для первоначальной фиксации аммиака. Это снизит pH крови. Кроме того, фенилацетат реагирует с резервным глутамином, что приводит к образованию фенилацетоглутамина, который может выводиться почками. [14]

Рак

Отсутствие экспрессии аргининосукцинатсинтетазы наблюдалось в нескольких типах раковых клеток, включая рак поджелудочной железы , рак печени [15] и меланому. [16] Например, дефекты ASS наблюдались в 87% случаев рака поджелудочной железы. Поэтому раковые клетки не способны синтезировать достаточно аргинина для клеточных процессов и поэтому должны полагаться на диетический аргинин. Было показано, что истощение аргинина плазмы с использованием аргининдезиминазы приводит к регрессии опухолей у мышей. [17]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ PDB : 2nz2 ​; Карлберг Т., Коллинз Р., ван ден Берг С., Флорес А., Хаммарстрем М., Хёгбом М., Хольмберг Скьявоне Л., Уппенберг Дж. (март 2008 г.). «Структура аргининсукцинатсинтетазы человека». Acta Crystallographica Раздел D. 64 (Часть 3): 279–86. дои : 10.1107/S0907444907067455. ПМИД  18323623.
  2. ^ Freytag SO, Beaudet AL, Bock HG, O'Brien WE (октябрь 1984 г.). «Молекулярная структура гена человеческой аргининосукцинатсинтетазы: возникновение альтернативного сплайсинга мРНК». Molecular and Cellular Biology . 4 (10): 1978–84. doi : 10.1128 /MCB.4.10.1978. PMC 369014. PMID  6095035. 
  3. ^ Ghose C, Raushel FM (октябрь 1985). «Определение механизма реакции аргининосукцинатсинтетазы с помощью статических и динамических экспериментов по тушению». Биохимия . 24 (21): 5894–8. doi :10.1021/bi00342a031. PMID  3878725.
  4. ^ Kumar S, Lennane J, Ratner S (октябрь 1985 г.). «Аргининосукцинатсинтетаза: существенная роль остатков цистеина и аргинина в отношении структуры и механизма активации АТФ». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 82 (20): 6745–9. Bibcode : 1985PNAS...82.6745K. doi : 10.1073/pnas.82.20.6745 . PMC 390763. PMID  3863125. 
  5. ^ ab Goto M, Omi R, Miyahara I, Sugahara M, Hirotsu K (июнь 2003 г.). «Структуры аргининосукцинатсинтетазы в субстратах фермента-АТФ и формах продукта фермента-АМФ: стереохимия каталитической реакции». Журнал биологической химии . 278 (25): 22964–71. doi : 10.1074/jbc.M213198200 . PMID  12684518.
  6. ^ abc Husson A, Brasse-Lagnel C, Fairand A, Renouf S, Lavoinne A (май 2003 г.). «Аргининосукцинатсинтетаза от цикла мочевины до цикла цитруллина-NO». European Journal of Biochemistry . 270 (9): 1887–99. doi : 10.1046/j.1432-1033.2003.03559.x . PMID  12709047.
  7. ^ abc Карлберг Т., Коллинз Р., ван ден Берг С., Флорес А., Хаммарстрем М., Хёгбом М., Хольмберг Скьявоне Л., Уппенберг Дж. (март 2008 г.). «Структура аргининсукцинатсинтетазы человека». Acta Crystallographica Раздел D. 64 (Часть 3): 279–86. дои : 10.1107/S0907444907067455. ПМИД  18323623.
  8. ^ ab Lemke CT, Howell PL (декабрь 2001 г.). «Кристаллическая структура 1,6 A аргининосукцинатсинтетазы E. coli предполагает конформационное изменение во время катализа». Structure . 9 (12): 1153–64. doi : 10.1016/S0969-2126(01)00683-9 . PMID  11738042.
  9. ^ abcdef Haines RJ, Pendleton LC, Eichler DC (2011). «Аргининосукцинатсинтаза: в центре метаболизма аргинина». Международный журнал биохимии и молекулярной биологии . 2 (1): 8–23. PMC 3074183. PMID  21494411 . 
  10. ^ Моррис SM (2002). «Регуляция ферментов цикла мочевины и метаболизма аргинина». Annual Review of Nutrition . 22 : 87–105. doi :10.1146/annurev.nutr.22.110801.140547. PMID  12055339.
  11. ^ Mun GI, Boo YC (апрель 2012 г.). «Регуляторная роль фактора 4 типа Круппеля в экспрессии эндотелиальной аргининосукцинатсинтетазы 1 в ответ на ламинарный сдвиг». Biochemical and Biophysical Research Communications . 420 (2): 450–5. doi :10.1016/j.bbrc.2012.03.016. PMID  22430140.
  12. ^ Haines RJ, Corbin KD, Pendleton LC, Eichler DC (июль 2012 г.). «Протеинкиназа Cα фосфорилирует новый сайт аргининосукцинатсинтазы в серине 328 во время кальций-зависимой стимуляции эндотелиальной синтазы оксида азота в эндотелиальных клетках сосудов». Журнал биологической химии . 287 (31): 26168–76. doi : 10.1074/jbc.M112.378794 . PMC 3406701. PMID  22696221 . 
  13. ^ Häberle J, Pauli S, Linnebank M, Kleijer WJ, Bakker HD, Wanders RJ, Harms E, Koch HG (апрель 2002 г.). «Структура гена человеческой аргининосукцинатсинтетазы и улучшенная система молекулярной диагностики у пациентов с классической и легкой цитруллинемией». Human Genetics . 110 (4): 327–33. doi :10.1007/s00439-002-0686-6. PMID  11941481. S2CID  267227.
  14. ^ Devlin TM (2002). Учебник биохимии: с клиническими корреляциями . Нью-Йорк: Wiley-Liss. стр. 788. ISBN 0-471-41136-1.
  15. ^ Wu L, Li L, Meng S, Qi R, Mao Z, Lin M (февраль 2013 г.). «Экспрессия аргининосукцинатсинтетазы у пациентов с гепатоцеллюлярной карциномой». Журнал гастроэнтерологии и гепатологии . 28 (2): 365–8. doi :10.1111/jgh.12043. PMID  23339388. S2CID  22969625.
  16. ^ Yoon JK, Frankel AE, Feun LG, Ekmekcioglu S, Kim KB (2013). «Терапия с депривацией аргинина при злокачественной меланоме». Клиническая фармакология . 5 : 11–9. doi : 10.2147/CPAA.S37350 . PMC 3534294. PMID  23293541 . 
  17. ^ Bowles TL, Kim R, Galante J, Parsons CM, Virudachalam S, Kung HJ, Bold RJ (октябрь 2008 г.). «Линии клеток рака поджелудочной железы с дефицитом аргининосукцинатсинтетазы чувствительны к дефициту аргинина, вызванному аргининдезиминазой». International Journal of Cancer . 123 (8): 1950–5. doi :10.1002/ijc.23723. PMC 4294549. PMID 18661517  . 

Внешние ссылки