stringtranslate.com

Глюкоцереброзидаза

β-Глюкоцереброзидаза (также называемая кислой β-глюкозидазой , D -глюкозил-N-ацилсфингозин глюкогидролазой или GCase ) — фермент с глюкозилцерамидазной активностью ( EC 3.2.1.45), который расщепляет путем гидролиза β -гликозидную связь химического глюкоцереброзида , промежуточного продукта в метаболизме гликолипидов , который в изобилии присутствует в клеточных мембранах (особенно в клетках кожи). [5] Он локализуется в лизосоме , где остается связанным с лизосомальной мембраной. [6] β-Глюкоцереброзидаза состоит из 497 аминокислот и имеет молекулярную массу 59 700 Да . [ требуется ссылка ]

Структура

β-Глюкоцереброзидаза является членом семейства гликозидгидролаз 30 и состоит из трех отдельных доменов (I-III). [7]

Домен I (остатки 1–27 и 383–414) образует трехцепочечный антипараллельный β-лист. Этот домен содержит два дисульфидных мостика, которые необходимы для правильного сворачивания, а также гликозилированный остаток (Asn19), который требуется для каталитической активности in vivo. Домен II (остатки 30–75 и 431–497) состоит из двух β-листов, которые напоминают складку иммуноглобулина . Домен III (остатки 76–381 и 416–430) гомологичен стволу TIM и является высококонсервативным доменом среди гликозидгидролаз . [8] Домен III содержит активный сайт, который связывает субстрат глюкоцереброзид в непосредственной близости от каталитических остатков E340 и E235. Домены I и III тесно связаны, тогда как домены II и III соединены неупорядоченным линкером. [7]

Механизм

Кристаллические структуры указывают на то, что β-глюкоцереброзидаза связывает остаток глюкозы и соседнюю O-гликозидную связь глюкоцереброзида . Две алифатические цепи глюкоцереброзида могут оставаться связанными с лизосомальным бислоем или взаимодействовать с активирующим белком сапозином С. [7]

В соответствии с другими гликозидгидролазами, механизм гидролиза глюкоцереброзида β-глюкоцереброзидазой включает кислотно-основной катализ двумя остатками глутаминовой кислоты (E340 и E235) и предшествует двухэтапному механизму. На первом этапе E340 осуществляет нуклеофильную атаку на углерод O-гликозидной связи, чтобы вытеснить сфингозиновый фрагмент, который одновременно протонируется E235, когда он высвобождается из активного центра. На втором этапе глюкоза гидролизуется из остатка E340, чтобы регенерировать активный фермент. [7] [9]

Характеристики

β-Глюкоцереброзидаза максимально активна при pH 5,5, pH лизосомального отсека. [10] Внутри лизосомы она остается связанной с мембраной, где связывает и расщепляет свой субстрат глюкоцереброзид (GluCer). Для максимальной каталитической активности ей требуется активирующий белок сапозин C, а также отрицательно заряженные липиды. [11] [12] Роль сапозина C неизвестна; однако показано, что он связывает как лизосомальную мембрану, так и липидные фрагменты GluCer и, следовательно, может привлекать GluCer в активный центр фермента. [13] [14]

β-Глюкоцереброзидаза специфически и необратимо ингибируется аналогом глюкозы эпоксидом Кондуритола В. Эпоксид Кондуритола В связывается с активным сайтом GCase, где фермент расщепляет свое эпоксидное кольцо, образуя постоянную ковалентную связь между ферментом и ингибитором. [15]

Первоначально считалось, что GCase является одним из немногих лизосомальных ферментов, который не следует маннозо-6-фосфатному пути для транспортировки в лизосому . [16] Исследование фибробластов с болезнью I-клеток (в которых фосфотрансфераза , которая помещает маннозо-6-фосфат на белки для направления их в лизосому, дефектна) показало нацеливание GCase на лизосому независимо от пути M6P. [17] Было показано, что лизосомальный транспортер и интегральный мембранный белок LIMP-2 (лизосомальный интегральный мембранный белок 2) связывают GCase и облегчают транспорт в лизосому, демонстрируя механизм M6P-независимого лизосомального транспорта. Этот вывод был поставлен под сомнение, когда кристаллическая структура GCase в комплексе с LIMP-2 показала наличие маннозо-6-фосфатного фрагмента на LIMP-2, что предполагает, что комплекс также может следовать традиционному маннозо-6-фосфатному пути . [18]

Клиническое значение

Мутации в гене глюкоцереброзидазы вызывают болезнь Гоше , лизосомную болезнь накопления , характеризующуюся накоплением глюкоцереброзидов в макрофагах, которые проникают во многие жизненно важные органы. [19] [20]

Мутации в гене глюкоцереброзидазы также связаны с болезнью Паркинсона . [21] [22]

Родственный псевдоген находится примерно в 12 кб ниже этого гена на хромосоме 1. Альтернативный сплайсинг приводит к появлению множественных вариантов транскрипта, кодирующих один и тот же белок. [23]

Наркотики

Альглюцераза (цередаза) была версией глюкоцереброзидазы, которая была собрана из человеческой плацентарной ткани и затем модифицирована ферментами. [24] Она была одобрена FDA в 1991 году [25], но была отозвана с рынка [26] [27] из-за одобрения аналогичных препаратов, изготовленных с помощью технологии рекомбинантной ДНК, а не собранных из ткани. Препараты, изготовленные рекомбинантным способом, не представляют риска передачи заболеваний от ткани, использованной при сборе, и менее дороги в производстве. [24]

Рекомбинантные глюкоцереброзидазы, используемые в качестве лекарственных средств, включают: [28]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc ENSG00000177628 GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000262446, ENSG00000177628 – Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000028048 – 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. ^ Vielhaber G, Pfeiffer S, Brade L, Lindner B, Goldmann T, Vollmer E, Hintze U, Wittern KP, Wepf R (ноябрь 2001 г.). «Локализация церамида и глюкозилцерамида в человеческом эпидермисе с помощью иммунозолотой электронной микроскопии». Журнал исследовательской дерматологии . 117 (5): 1126–36. doi : 10.1046/j.0022-202x.2001.01527.x . PMID  11710923.
  6. ^ Rijnboutt S, Aerts HM, Geuze HJ, Tager JM, Strous GJ (март 1991). "Маннозо-6-фосфат-независимая мембранная ассоциация катепсина D, глюкоцереброзидазы и белка, активирующего сфинголипид, в клетках HepG2". Журнал биологической химии . 266 (8): 4862–8. doi : 10.1016/S0021-9258(19)67728-8 . hdl : 1887/50559 . PMID  1848227.
  7. ^ abcd Либерман Р. Л. (2011). "Путеводитель по структурной биологии болезни Гоше: кислая бета-глюкозидаза и сапозин С". Enzyme Research . 2011 : 973231. doi : 10.4061/2011/973231 . PMC 3226326. PMID  22145077 . 
  8. ^ Rigden DJ, Jedrzejas MJ, de Mello LV (июнь 2003 г.). «Идентификация и анализ каталитических доменов TIM-бочек в семи дополнительных семействах гликозидгидролаз». FEBS Letters . 544 (1–3): 103–11. doi : 10.1016/S0014-5793(03)00481-2 . PMID  12782298.
  9. ^ Vocadlo DJ, Davies GJ, Laine R, Withers SG (август 2001 г.). «Катализ лизоцимом куриного яйца протекает через ковалентный промежуточный продукт» (PDF) . Nature . 412 (6849): 835–8. Bibcode : 2001Natur.412..835V. doi : 10.1038/35090602. PMID  11518970. S2CID  205020153.
  10. ^ Sinclair G, Pfeifer TA, Grigliatti TA, Choy FY (апрель 2006 г.). «Секреция человеческой глюкоцереброзидазы из стабильно трансформированных клеток насекомых с использованием нативных сигнальных последовательностей». Биохимия и клеточная биология . 84 (2): 148–56. doi :10.1139/o05-165. PMID  16609695.
  11. ^ Аэртс Дж.М., Са Миранда MC, Брауэр-Келдер Э.М., Ван Вили С., Баррангер Дж.А., Тагер Дж.М. (октябрь 1990 г.). «Состояния, влияющие на активность глюкоцереброзидазы, очищенной из селезенки контрольной группы и пациентов с болезнью Гоше 1 типа». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Структура белка и молекулярная энзимология . 1041 (1): 55–63. дои : 10.1016/0167-4838(90)90122-В. ПМИД  2223847.
  12. ^ Weiler S, Kishimoto Y, O'Brien JS, Barranger JA, Tomich JM (апрель 1995 г.). «Идентификация участков связывания и активации белка-активатора сфинголипидов, сапозина C, с помощью глюкоцереброзидазы». Protein Science . 4 (4): 756–64. doi :10.1002/pro.5560040415. PMC 2143096 . PMID  7613473. 
  13. ^ Alattia JR, Shaw JE, Yip CM, Privé GG (октябрь 2006 г.). «Прямая визуализация ремоделирования сапозином липидных бислоев». Журнал молекулярной биологии . 362 (5): 943–53. doi :10.1016/j.jmb.2006.08.009. PMID  16949605.
  14. ^ Tamargo RJ, Velayati A, Goldin E, Sidransky E (июль 2012 г.). «Роль сапозина C при болезни Гоше». Молекулярная генетика и метаболизм . 106 (3): 257–63. doi :10.1016/j.ymgme.2012.04.024. PMC 3534739. PMID  22652185 . 
  15. ^ Огава С., Уэцуки С., Тэдзука Й., Морикава Т., Такахаши А., Сато К. (июнь 1999 г.). «Синтез и оценка ингибирующей активности глюкоцереброзидазы ангидро дезоксиинозитолов из (+)-эпи- и (-)-вибо-кверцитолов». Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters . 9 (11): 1493–8. doi :10.1016/S0960-894X(99)00223-1. PMID  10386923.
  16. ^ Reczek D, Schwake M, Schröder J, Hughes H, Blanz J, Jin X, Brondyk W, Van Patten S, Edmunds T, Saftig P (ноябрь 2007 г.). «LIMP-2 — это рецептор для лизосомального маннозо-6-фосфат-независимого нацеливания бета-глюкоцереброзидазы». Cell . 131 (4): 770–83. doi : 10.1016/j.cell.2007.10.018 . PMID  18022370. S2CID  6771697.
  17. ^ Glickman JN, Kornfeld S (октябрь 1993 г.). «Независимое от маннозы 6-фосфата нацеливание лизосомальных ферментов в лимфобластах B-клеточной болезни». Журнал клеточной биологии . 123 (1): 99–108. doi :10.1083/jcb.123.1.99. PMC 2119824. PMID  8408210 . 
  18. ^ Чжао Ю, Рен Дж, Падилья-Парра С, Фрай Э.Э., Стюарт Д.И. (июль 2014 г.). «Сортировка β-глюкоцереброзидазы в лизосомах с помощью LIMP-2 осуществляется рецептором маннозо-6-фосфата». Природные коммуникации . 5 : 4321. Бибкод : 2014NatCo...5.4321Z. doi : 10.1038/ncomms5321. ПМК 4104448 . ПМИД  25027712. 
  19. ^ Mucci JM, Rozenfeld P (2015). «Патогенез изменений костей при болезни Гоше: роль иммунной системы». Журнал исследований иммунологии . 2015 : 192761. doi : 10.1155/2015/192761 . PMC 4433682. PMID  26064996 . 
  20. ^ Штирнеманн Дж., Бельматуг Н., Каму Ф., Серратрис С., Фруассар Р., Кайо С., Левад Т., Астудильо Л., Серратрис Дж., Брасье А., Роуз С., Биллетт де Вильмер Т., Бергер М.Г. (февраль 2017 г.). «Обзор патофизиологии, клинической картины и лечения болезни Гоше». Международный журнал молекулярных наук . 18 (2): 441. doi : 10.3390/ijms18020441 . ПМК 5343975 . ПМИД  28218669. 
  21. ^ Калия Л. В., Ланг А. Е. (август 2015 г.). «Болезнь Паркинсона». Lancet . 386 (9996): 896–912. doi :10.1016/S0140-6736(14)61393-3. PMID  25904081. S2CID  5502904.
  22. ^ PhD LS (18 сентября 2023 г.). «Исследователи получили премию за прорыв в области открытий в области генетики болезни Паркинсона | Новости о болезни Паркинсона сегодня». parkinsonsnewstoday.com . Получено 20 сентября 2023 г.
  23. ^ "Ген Энтреза: GBA глюкозидаза, бета; кислота (включая глюкозилцерамидазу)".
  24. ^ abcd Deegan PB, Cox TM (2012). «Имиглюцераза в лечении болезни Гоше: история и перспективы». Drug Design, Development and Therapy . 6 : 81–106. doi : 10.2147/DDDT.S14395 . PMC 3340106. PMID  22563238 . 
  25. ^ "Regulatory Matters" (PDF) . WHO Drug Information . 5 (3): 123–4. 1991. Архивировано из оригинала (PDF) 8 ноября 2005 г.
  26. ^ «Ферментозаместительная терапия при лизосомных нарушениях накопления». Номер клинического бюллетеня политики: 0442. Aetna. 8 августа 2014 г.
  27. ^ "Список рецептурных и безрецептурных лекарственных препаратов FDA" (PDF) . Дополнения/удаления для Списка рецептурных лекарственных препаратов. Управление по контролю за продуктами и лекарствами США. Март 2012 г.
  28. ^ Grabowski GA (2012). «Болезнь Гоше и другие болезни накопления». Гематология. Американское общество гематологии. Образовательная программа . 2012 : 13–8. doi : 10.1182/asheducation.v2012.1.13.3797921 . PMID  23233555.
  29. ^ Юхананов А (1 мая 2012 г.). «FDA США одобряет препарат Pfizer / Protalix для Гоше» . Чикаго Трибьюн . Рейтер . Проверено 2 мая 2012 г.[ постоянная мертвая ссылка ]

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки