stringtranslate.com

Нейраминидаза

Ленточная диаграмма нейраминидазы (GH34) . Аналог ее субстрата нейраминовой кислоты, используемый в качестве ингибитора, представляет собой небольшую бело-красную молекулу в центре.
N-ацетилнейраминовая кислота

Экзо-α-сиалидаза ( EC 3.2.1.18, сиалидаза, нейраминидаза ; систематическое название ацетилнейраминилгидролаза ) представляет собой гликозидгидролазу , которая расщепляет гликозидные связи нейраминовых кислот :

Гидролиз α-(2→3)-, α-(2→6)-, α-(2→8)-гликозидных связей концевых остатков сиаловой кислоты в олигосахаридах, гликопротеинах, гликолипидах, коломиновой кислоте и синтетических субстратах

Ферменты нейраминидазы представляют собой большое семейство, обнаруженное в ряде организмов. Наиболее известная нейраминидаза — вирусная нейраминидаза , лекарственная мишень для предотвращения распространения инфекции гриппа . Вирусная нейраминидаза была первой идентифицированной нейраминидазой. Она была открыта в 1957 году Альфредом Готтшалком в Институте Уолтера и Элизы Холл в Мельбурне . [1] Вирусные нейраминидазы часто используются в качестве антигенных детерминант, обнаруженных на поверхности вируса гриппа. Некоторые варианты нейраминидазы гриппа придают вирусу большую вирулентность , чем другие. Другие гомологи обнаружены в клетках млекопитающих, которые имеют ряд функций. По крайней мере четыре гомолога сиалидазы млекопитающих были описаны в геноме человека (см. NEU1 , NEU2 , NEU3 , NEU4 ). Сиалидазы могут выступать в качестве патогенных факторов при микробных инфекциях. [2]

Реакция

Существует два основных класса нейраминидаз, которые расщепляют экзо- или эндополисиаловые кислоты :

Функция

Сиалидазы, также называемые нейраминидазами, катализируют гидролиз терминальных остатков сиаловой кислоты из новообразованных вирионов и из рецепторов клетки-хозяина. [5] Активность сиалидазы включает содействие мобильности вирусных частиц через слизь дыхательных путей и элюцию потомства вириона из инфицированной клетки. [6] [7]

Подтипы

Swiss-Prot перечисляет 137 типов нейраминидазы от различных видов по состоянию на 18 октября 2006 года. [8] Известно девять подтипов нейраминидазы гриппа ; многие встречаются только у различных видов уток и кур. Подтипы N1 и N2 были положительно связаны с эпидемиями у людей, а штаммы с подтипами N3 или N7 были идентифицированы в ряде изолированных случаев смерти. [ необходима цитата ]

CAZy определяет в общей сложности 85 семейств гликозилгидролаз , из которых семейства GH34 (вирусные), GH33 (клеточные организмы), GH58 (вирусные и бактериальные), GH83 (вирусные) являются основными семействами, содержащими этот фермент. GH58 является единственным эндо-действующим семейством. [9]

Ниже приведен список основных классов ферментов нейраминидазы: [ необходима ссылка ]

Структура

Нейраминидаза гриппа — это грибовидный выступ на поверхности вируса гриппа. Он имеет головку, состоящую из четырех копланарных и приблизительно сферических субъединиц, и гидрофобную область, которая встроена во внутреннюю часть мембраны вируса. Он состоит из одной полипептидной цепи, которая ориентирована в противоположном направлении к антигену гемагглютинина . Состав полипептида представляет собой одну цепь из шести консервативных полярных аминокислот, за которыми следуют гидрофильные, вариабельные аминокислоты. β-слои преобладают как вторичный уровень конформации белка. [ необходима цитата ]

Структура транс-сиалидазы включает каталитический домен β-пропеллера , N -концевой лектин- подобный домен и нерегулярный домен бета-цепи, встроенный в каталитический домен. [10]

Недавнее появление устойчивого к осельтамивиру и занамивиру человеческого гриппа A( H1N1 ) H274Y подчеркнуло необходимость подходящих систем экспрессии для получения больших количеств высокочистой и стабильной рекомбинантной нейраминидазы с помощью двух отдельных доменов искусственной тетрамеризации, которые облегчают образование каталитически активных гомотетрамеров нейраминидазы из дрожжей и Staphylothermus marinus , что позволяет секрецию белков, помеченных FLAG , и дальнейшую очистку. [11]

Механизм

Ферментативный механизм сиалидазы вируса гриппа был изучен Тейлором и соавторами, и показан на рисунке 1. Процесс ферментативного катализа состоит из четырех этапов. Первый этап включает искажение α-сиалозида из конформации кресла 2 C 5 (форма с самой низкой энергией в растворе) в конформацию псевдолодочки, когда сиалозид связывается с сиалидазой. Второй этап приводит к образованию промежуточного оксокарбокатиона, сиалозильного катиона. Третий этап — образование Neu5Ac первоначально в виде α-аномера, а затем мутаротация и высвобождение в виде более термодинамически стабильного β-Neu5Ac. [12]

Ингибиторы

Ингибиторы нейраминидазы полезны для борьбы с инфекцией гриппа: занамивир , вводимый ингаляционно; осельтамивир , вводимый перорально; перамивир, вводимый парентерально , то есть посредством внутривенной или внутримышечной инъекции; и ланинамивир , который находится на III фазе клинических испытаний. [ необходима ссылка ]

На поверхности частиц вируса гриппа находятся два основных белка. Один из них — белок лектин гемагглютинин с тремя относительно неглубокими сайтами связывания сиаловой кислоты, а другой — фермент сиалидаза с активным сайтом в кармане. Благодаря относительно глубокому активному сайту, в котором низкомолекулярные ингибиторы могут осуществлять множественные благоприятные взаимодействия, и доступным методам разработки аналогов переходного состояния при гидролизе сиалозидов, сиалидаза становится более привлекательной мишенью для противогриппозных препаратов, чем гемагглютинин. [13] После того, как стали доступны рентгеновские кристаллические структуры нескольких сиалидаз вируса гриппа, для обнаружения мощных ингибиторов этого фермента был применен дизайн ингибитора на основе структуры. [14]

Ненасыщенная сиаловая кислота ( N -ацетилнейраминовая кислота [Neu5ac]) производное 2-дезокси-2, 3-дидегидро- D - N -ацетилнейраминовая кислота (Neu5Ac2en), аналог сиалозильного катиона переходного состояния (рисунок 2), считается наиболее мощным шаблоном ядра ингибитора. Структурно модифицированные производные Neu5Ac2en могут давать более эффективные ингибиторы. [15]

Многие соединения на основе Neu5Ac2en были синтезированы и протестированы на предмет их ингибирующего потенциала сиалидазы вируса гриппа. Например: 4-замещенные производные Neu5Ac2en (рисунок 3), 4-амино-Neu5Ac2en (соединение 1), которые показали на два порядка лучшее ингибирование сиалидазы вируса гриппа, чем Neu5Ac2en5 и 4-гуанидино-Neu5Ac2en (соединение 2), известное как занамивир, которое теперь продается для лечения вируса гриппа как лекарство, были разработаны фон Ицштейном и его коллегами. [16] Ряд амидно-связанных C9 модифицированных Neu5Ac2en были описаны Мегешем и его коллегами как ингибиторы NEU1. [17]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "История WEHI: Открытие нейраминидазы — ключевой молекулы гриппа в 1957 году". WEHI . Получено 08.11.2023 .
  2. ^ Rothe B, Rothe B, Roggentin P, Schauer R (апрель 1991 г.). «Ген сиалидазы из Clostridium septicum : клонирование, секвенирование, экспрессия в Escherichia coli и идентификация консервативных последовательностей в сиалидазах и других белках». Molecular & General Genetics . 226 (1–2): 190–7. doi :10.1007/BF00273603. PMID  2034213. S2CID  21308462.
  3. ^ Шауэр Р. (1982). «Химия, метаболизм и биологические функции сиаловых кислот». Advances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry Volume 40. Vol. 40. pp. 131–234. doi :10.1016/S0065-2318(08)60109-2. ISBN 978-0-12-007240-8. PMID  6762816.
  4. ^ ab Cabezas JA (август 1991 г.). «Некоторые вопросы и предложения по ссылкам на типы официальной номенклатуры (IUB) для сиалидазы(й) и эндосиалидазы». The Biochemical Journal . 278 ( Pt 1) (Pt 1): 311–2. doi :10.1042/bj2780311. PMC 1151486 . PMID  1883340. 
  5. ^ von Itzstein M (декабрь 2007 г.). «Война против гриппа: открытие и разработка ингибиторов сиалидазы». Nature Reviews. Drug Discovery . 6 (12): 967–74. doi : 10.1038/nrd2400 . PMID  18049471. S2CID  36867756.
  6. ^ Палезе П., Тобита К., Уэда М., Компанс Р. В. (октябрь 1974 г.). «Характеристика мутантов вируса гриппа, чувствительных к температуре, дефектных по нейраминидазе». Вирусология . 61 (2): 397–410. doi :10.1016/0042-6822(74)90276-1. PMID  4472498.
  7. ^ Liu C, Eichelberger MC, Compans RW, Air GM (февраль 1995 г.). «Нейраминидаза вируса гриппа типа A не играет роли в проникновении, репликации, сборке или почковании вируса». Журнал вирусологии . 69 (2): 1099–106. doi :10.1128/JVI.69.2.1099-1106.1995. PMC 188682. PMID  7815489. 
  8. ^ Поиск в базе знаний UniProt (Swiss-Prot и TrEMBL) по запросу: нейраминидаза [ постоянная мертвая ссылка ]
  9. ^ "CAZy search: activity: neuraminidase". www.cazy.org . Получено 28 апреля 2019 г. .
  10. ^ Luo Y, Li SC, Chou MY, Li YT, Luo M (апрель 1998 г.). «Кристаллическая структура внутримолекулярной транс-сиалидазы со специфичностью NeuAc alpha2-->3Gal». Structure . 6 (4): 521–30. doi : 10.1016/S0969-2126(98)00053-7 . PMID  9562562.
  11. ^ Schmidt PM, Attwood RM, Mohr PG, Barrett SA, McKimm-Breschkin JL (февраль 2011 г.). "Общая система для экспрессии и очистки растворимой и стабильной нейраминидазы гриппа". PLOS ONE . 6 (2): e16284. Bibcode : 2011PLoSO...616284S. doi : 10.1371 /journal.pone.0016284 . PMC 3034727. PMID  21326879. 
  12. ^ Taylor NR, von Itzstein M (март 1994). «Исследования молекулярного моделирования связывания лиганда с сиалидазой вируса гриппа и механизм катализа». Журнал медицинской химии . 37 (5): 616–24. doi :10.1021/jm00031a011. PMID  8126701.
  13. ^ Дрикамер К, Тейлор М. П. (2006). Введение в гликобиологию . Оксфорд [Оксфордшир]: Oxford University Press. стр. 177–178. ISBN 0-19-928278-1.
  14. ^ Dyason JC, Itzstein Mv (2001). «Разработка противогриппозных препаратов: ингибиторы сиалидазы». Australian Journal of Chemistry . 54 (11): 663–670. doi :10.1071/CH01173.
  15. ^ Fgedi P (2006). Органическая химия сахаров . Вашингтон, округ Колумбия: Taylor & Francis. С. 822–823. ISBN 0-8247-5355-0.
  16. ^ von Itzstein M, Wu WY, Jin B (июнь 1994 г.). «Синтез 2,3-дидегидро-2,4-дидезокси-4-гуанидинил- N -ацетилнейраминовой кислоты: мощного ингибитора сиалидазы вируса гриппа». Carbohydrate Research . 259 (2): 301–5. doi :10.1016/0008-6215(94)84065-2. PMID  8050102.
  17. ^ Magesh S, Moriya S, Suzuki T, Miyagi T, Ishida H, Kiso M (январь 2008 г.). «Разработка, синтез и биологическая оценка ингибиторов сиалидазы человека. Часть 1: селективные ингибиторы лизосомальной сиалидазы (NEU1)». Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters . 18 (2): 532–7. doi :10.1016/j.bmcl.2007.11.084. PMID  18068975.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Нейраминидаза .