Матриксные металлопротеиназы ( ММП ), также известные как матриксные металлопептидазы или матриксины , являются металлопротеиназами , которые являются кальций -зависимыми цинксодержащими эндопептидазами ; [1] другие члены семейства - адамализины , серрализины и астацины . ММП принадлежат к более крупному семейству протеаз, известному как суперсемейство метцинцинов. [2]
В совокупности эти ферменты способны разрушать все виды белков внеклеточного матрикса , но также могут обрабатывать ряд биоактивных молекул. Известно, что они участвуют в расщеплении рецепторов клеточной поверхности , высвобождении апоптотических лигандов (таких как лиганд FAS ) и инактивации хемокинов / цитокинов . [3] Также считается, что ММП играют важную роль в поведении клеток, таких как пролиферация клеток , миграция ( адгезия /дисперсия), дифференциация , ангиогенез , апоптоз и защита хозяина .
Они были впервые описаны у позвоночных в 1962 году, [4] включая людей, но с тех пор были обнаружены у беспозвоночных и растений. Они отличаются от других эндопептидаз своей зависимостью от ионов металлов как кофакторов , своей способностью разрушать внеклеточный матрикс и своей специфической эволюционной последовательностью ДНК .
ММП были впервые описаны Джеромом Гроссом и Шарлем Лапьером в 1962 году, которые наблюдали ферментативную активность ( деградацию тройной спирали коллагена ) во время метаморфоза хвоста головастика (помещая хвост головастика в коллагеновую матричную пластину). [5] Поэтому фермент был назван интерстициальной коллагеназой ( ММП-1 ).
Позднее он был выделен из кожи человека (1968) [6] и был признан синтезированным как зимоген . [7]
«Цистеиновый переключатель» был описан в 1990 году. [8]
ММП имеют общую доменную структуру . Три общих домена — это пропептид, каталитический домен и гемопексин -подобный С-концевой домен, который связан с каталитическим доменом посредством гибкой шарнирной области. [2]
MMP изначально синтезируются как неактивные зимогены с пропептидным доменом, который должен быть удален, прежде чем фермент станет активным. Пропептидный домен является частью «цистеинового переключателя». Он содержит консервативный остаток цистеина , который взаимодействует с цинком в активном сайте и предотвращает связывание и расщепление субстрата , сохраняя фермент в неактивной форме. В большинстве MMP остаток цистеина находится в консервативной последовательности PRCGxPD. Некоторые MMP имеют сайт расщепления прогормонной конвертазы (подобный фурину) как часть этого домена, который при расщеплении активирует фермент. MMP-23A и MMP-23B включают трансмембранный сегмент в этом домене. [9]
Рентгеноструктурные исследования нескольких каталитических доменов ММП показали, что этот домен представляет собой сплющенную сферу размером 35 x 30 x 30 Å (3,5 × 3 x 3 нм ). Активный центр представляет собой бороздку размером 20 Å (2 нм), проходящую через каталитический домен. В части каталитического домена, образующей активный центр , находится каталитически важный ион Zn2 + , который связан тремя остатками гистидина , обнаруженными в консервативной последовательности HExxHxxGxxH. Следовательно, эта последовательность является мотивом связывания цинка.
Желатиназы, такие как ММП-2 , включают модули фибронектина типа II, вставленные непосредственно перед мотивом связывания цинка в каталитическом домене. [10]
Каталитический домен соединен с С-концевым доменом посредством гибкого шарнира или линкерной области. Длина этого участка составляет до 75 аминокислот , и он не имеет определяемой структуры.
С-концевой домен имеет структурное сходство с сывороточным белком гемопексином . Он имеет структуру β-пропеллера с четырьмя лопастями. Структуры β-пропеллера обеспечивают большую плоскую поверхность, которая, как полагают, участвует в белок-белковых взаимодействиях . Это определяет специфичность субстрата и является местом взаимодействия с TIMP ( тканевым ингибитором металлопротеиназ ). Гемопексиноподобный домен отсутствует в MMP-7 , MMP-23, MMP-26, а также в растениях и нематодах . Мембраносвязанные MMP (MT-MMP) прикреплены к плазматической мембране через трансмембранный или GPI-якорный домен.
Опубликовано три каталитических механизма.
ММП можно подразделить по-разному.
Использование биоинформатических методов для сравнения первичных последовательностей ММП позволяет выделить следующие эволюционные группы ММП:
Анализ каталитических доменов в изоляции показывает, что каталитические домены продолжали развиваться после того, как основные группы дифференцировались, на что также указывает субстратная специфичность ферментов .
Наиболее часто используемые группировки (исследователями биологии ММП) основаны частично на исторической оценке субстратной специфичности ММП и частично на клеточной локализации ММП. Эти группы — коллагеназы, желатиназы, стромелизины и ММП мембранного типа (МТ-ММП).
Однако становится все более очевидным, что эти разделения носят несколько искусственный характер, поскольку существует ряд ММП, которые не вписываются ни в одну из традиционных групп.
Матриксные металлопротеиназы взаимодействуют с металлсвязывающим белком, металлотионином, тем самым способствуя механизму связывания металлов.
MMP играют важную роль в ремоделировании тканей , связанном с различными физиологическими или патологическими процессами, такими как морфогенез , ангиогенез , восстановление тканей , цирроз , артрит и метастазирование . MMP-2 и MMP-9 считаются важными при метастазировании. MMP-1 считается важным при ревматоидном артрите и остеоартрите. Последние данные свидетельствуют об активной роли MMP в патогенезе аневризмы аорты. Избыток MMP разрушает структурные белки стенки аорты. Нарушение регуляции баланса между MMP и TIMP также характерно для острых и хронических сердечно-сосудистых заболеваний. [15]
Все ММП синтезируются в латентной форме (зимоген). Они секретируются как проферменты и требуют внеклеточной активации. Они могут быть активированы in vitro многими механизмами, включая ртутьорганические соединения, хаотропные агенты и другие протеазы.
ММП ингибируются специфическими эндогенными тканевыми ингибиторами металлопротеиназ (ТИМП), которые включают семейство из четырех ингибиторов протеаз : ТИМП-1, ТИМП-2, ТИМП-3 и ТИМП-4.
Синтетические ингибиторы обычно содержат хелатирующую группу , которая прочно связывает каталитический атом цинка в активном центре ММП . Обычные хелатирующие группы включают гидроксаматы , карбоксилаты , тиолы и фосфинилы . Гидроксиматы являются особенно мощными ингибиторами ММП и других цинк-зависимых ферментов из-за их бидентатного хелатирования атома цинка. Другие заместители этих ингибиторов обычно предназначены для взаимодействия с различными связывающими карманами на интересующем ММП, что делает ингибитор более или менее специфичным для данных ММП. [2]
Доксициклин в субантимикробных дозах подавляет активность ММП и использовался в различных экспериментальных системах для этой цели, например, при стойких рецидивирующих эрозиях роговицы. Он используется клинически для лечения заболеваний пародонта и является единственным ингибитором ММП, который широко доступен клинически. Он продается под торговым названием Periostat компанией CollaGenex. Миноциклин, другой антибиотик тетрациклинового ряда, также, как было показано, подавляет активность ММП.
Ряд рационально разработанных ингибиторов ММП показали некоторую перспективность в лечении патологий, в которых, как подозревают, участвуют ММП (см. выше). Однако большинство из них, такие как маримастат (BB-2516), ингибитор ММП широкого спектра действия, и ципемастат (Ro 32-3555), селективный ингибитор ММП-1 , показали плохие результаты в клинических испытаниях . Неудача Маримастата частично стала причиной сворачивания British Biotech , которая его разработала. Неудача этих препаратов была в основном обусловлена токсичностью (в частности, токсичностью для опорно-двигательного аппарата в случае ингибиторов широкого спектра действия) и неспособностью показать ожидаемые результаты (в случае трокаде многообещающие результаты на моделях артрита у кроликов не были воспроизведены в испытаниях на людях). Причины в значительной степени разочаровывающих клинических результатов ингибиторов ММП неясны, особенно в свете их активности на животных моделях .
Синергетический эффект полиморфизма промотора стромелизина-1 (матриксной металлопротеиназы-3) (-1171 5A->6A) при оральном субмукозном фиброзе и поражениях головы и шеи. Чаудхари АК, Сингх М, Бхарти АК, Сингх М, Шукла С, Сингх АК, Мехротра Р. Рак BMC. 2010 14 июля;10:369.
