Аденозиндезаминаза (также известная как аденозинаминогидролаза , или АДА ) — фермент ( EC 3.5.4.4), участвующий в метаболизме пуринов . Он необходим для расщепления аденозина из пищи и для оборота нуклеиновых кислот в тканях.
Его основная функция в организме человека — развитие и поддержание иммунной системы. [5] Однако полная физиологическая роль АДА еще не полностью изучена. [6]
Структура
АДА существует как в малой форме (как мономер), так и в большой форме (как димерный комплекс). [6] В мономерной форме фермент представляет собой полипептидную цепь, [7] сложенную в восемь нитей параллельных α/β-стволок, которые окружают центральный глубокий карман, который является активным сайтом. [5] В дополнение к восьми центральным β-стволам и восьми периферическим α-спиралям , АДА также содержит пять дополнительных спиралей: остатки 19-76 сложены в три спирали, расположенные между складками β1 и α1; и две антипараллельные карбокси-концевые спирали расположены поперек аминоконца β-ствола.
Активный центр АДА содержит ион цинка, который расположен в самой глубокой нише активного центра и координируется пятью атомами из His15, His17, His214, Asp295 и субстрата. [5] Цинк является единственным кофактором, необходимым для активности.
Субстрат, аденозин, стабилизирован и связан с активным центром девятью водородными связями. [5] Карбоксильная группа Glu217, примерно копланарная с пуриновым кольцом субстрата, находится в положении, позволяющем образовывать водородную связь с N1 субстрата. Карбоксильная группа Asp296, также копланарная с пуриновым кольцом субстрата, образует водородную связь с N7 субстрата. Группа NH Gly184 находится в положении, позволяющем образовывать водородную связь с N3 субстрата. Asp296 образует связи как с ионом Zn2 +, так и с 6-OH субстрата. His238 также образует водородные связи с субстратом 6-OH. 3'-OH субстратной рибозы образует водородную связь с Asp19, в то время как 5'-OH образует водородную связь с His17. Еще две водородные связи образуются с молекулами воды в открытии активного центра с помощью 2'-OH и 3'-OH субстрата.
Из-за того, что активный центр находится внутри фермента, субстрат, будучи связанным, практически полностью изолирован от растворителя. [5] Поверхностное воздействие растворителя на субстрат в связанном состоянии составляет 0,5% от поверхностного воздействия субстрата в свободном состоянии.
Реакции
АДА необратимо дезаминирует аденозин, превращая его в родственный нуклеозид инозин путем замены аминогруппы на кетогруппу.
Предложенный механизм дезаминирования, катализируемого АДА, представляет собой стереоспецифическое присоединение-элиминирование через тетраэдрический промежуточный продукт. [8] В любом из этих механизмов Zn2 + как сильный электрофил активирует молекулу воды, которая депротонируется основным Asp295 с образованием атакующего гидроксида. [5] His238 ориентирует молекулу воды и стабилизирует заряд атакующего гидроксида. Glu217 протонируется, отдавая протон N1 субстрата.
Реакция является стереоспецифической из-за расположения остатков цинка, Asp295 и His238, которые все обращены к стороне B пуринового кольца субстрата. [5]
Конкурентное ингибирование наблюдалось для ADA, где продукт инозин действует как конкурентный ингибитор ферментативной активности. [9]
Функция
АДА считается одним из ключевых ферментов метаболизма пуринов. [8] Фермент был обнаружен у бактерий, растений, беспозвоночных, позвоночных и млекопитающих, с высокой степенью сохранения аминокислотной последовательности . [6] Высокая степень сохранения аминокислотной последовательности предполагает решающую роль АДА в пути спасения пуринов.
В первую очередь, АДА у людей участвует в развитии и поддержании иммунной системы. Однако ассоциация АДА также наблюдалась с дифференцировкой эпителиальных клеток , нейротрансмиссией и поддержанием беременности . [10] Также было высказано предположение, что АДА, в дополнение к расщеплению аденозина, стимулирует высвобождение возбуждающих аминокислот и необходима для связывания аденозиновых рецепторов А1 и гетеротримерных G-белков . [6] Дефицит аденозиндезаминазы приводит к легочному фиброзу, [11] предполагая, что хроническое воздействие высоких уровней аденозина может усугублять воспалительные реакции, а не подавлять их. Также было признано, что белок и активность АМП-дезаминазы повышаются в сердцах мышей, которые сверхэкспрессируют HIF-1α , [12] что частично объясняет сниженные уровни аденозина в сердцах, экспрессирующих HIF-1α, во время ишемического стресса. [13]
В мейотических и постмейотических мужских половых клетках ADA2 регулирует гетерохроматин посредством трансляции гена MDC1 . [14]
Патология
Некоторые мутации в гене аденозиндезаминазы приводят к тому, что он не экспрессируется. Возникающий дефицит является одной из причин тяжелого комбинированного иммунодефицита (SCID), особенно аутосомно-рецессивного типа наследования. [15] Недостаточные уровни ADA также связаны с воспалением легких, гибелью клеток тимуса и дефектной сигнализацией рецепторов Т-клеток. [16] [17]
Напротив, мутации, вызывающие повышенную экспрессию этого фермента, являются одной из причин гемолитической анемии . [18]
Существуют некоторые доказательства того, что другой аллель (ADA2) может привести к аутизму . [19]
Повышенный уровень АДА также связан со СПИДом . [16] [20]
ADA1 обнаружен в большинстве клеток организма, особенно в лимфоцитах и макрофагах , где он присутствует не только в цитозоле и ядре, но и в виде экто-формы на клеточной мембране, прикрепленной к дипептидилпептидазе-4 (также известной как CD26). ADA1 в основном участвует во внутриклеточной активности и существует как в малой форме (мономер), так и в большой форме (димер). [6] Взаимопревращение малых форм в большие регулируется «фактором преобразования» в легких. [21]
ADA2 был впервые обнаружен в селезенке человека. [22] Впоследствии он был обнаружен в других тканях, включая макрофаги, где он сосуществует с ADA1. Две изоформы регулируют соотношение аденозина к дезоксиаденозину, потенцируя уничтожение паразитов. ADA2 обнаруживается преимущественно в плазме и сыворотке человека и существует исключительно в виде гомодимера. [23]
Клиническое значение
ADA2 является преобладающей формой, присутствующей в плазме крови человека , и ее уровень увеличивается при многих заболеваниях, особенно связанных с иммунной системой: например, ревматоидный артрит , псориаз и саркоидоз . Плазменная изоформа ADA2 также увеличивается при большинстве видов рака. ADA2 не является вездесущим, но сосуществует с ADA1 только в моноцитах-макрофагах. [ необходима цитата ]
Общее содержание ADA в плазме можно измерить с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии или ферментативных или колориметрических методов. Возможно, самая простая система — это измерение аммиака, выделяемого из аденозина при расщеплении до инозина. После инкубации плазмы с буферным раствором аденозина аммиак реагирует с реагентом Бертло , образуя синий цвет, пропорциональный количеству ферментативной активности. Для измерения ADA2 перед инкубацией добавляют эритро-9-(2-гидрокси-3-нонил) аденин (EHNA), чтобы ингибировать ферментативную активность ADA1. [22] Именно отсутствие ADA1 вызывает SCID .
АДА также может использоваться при исследовании лимфоцитарных плевральных выпотов или перитонеального асцита , поскольку такие образцы с низким уровнем АДА по существу исключают туберкулез из рассмотрения. [24]
Туберкулезный плевральный выпот теперь можно точно диагностировать по повышению уровня аденозиндезаминазы в плевральной жидкости, превышающему 40 МЕ на литр. [25]
^ abc GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000196839 – Ensembl , май 2017 г.
^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000017697 – Ensembl , май 2017 г.
^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
^ abcdefg Wilson DK, Rudolph FB, Quiocho FA (май 1991). "Атомная структура аденозиндезаминазы в комплексе с аналогом переходного состояния: понимание катализа и мутаций иммунодефицита". Science . 252 (5010): 1278–84. Bibcode :1991Sci...252.1278W. doi :10.1126/science.1925539. PMID 1925539.
^ abcde Cristalli G, Costanzi S, Lambertucci C, Lupidi G, Vittori S, Volpini R и др. (март 2001 г.). «Аденозиндезаминаза: функциональные последствия и различные классы ингибиторов». Medicinal Research Reviews . 21 (2): 105–128. doi :10.1002/1098-1128(200103)21:2<105::AID-MED1002>3.0.CO;2-U. PMID 11223861. S2CID 24003578.
^ Daddona PE, Kelley WN (январь 1977). "Человеческая аденозиндезаминаза. Очистка и структура субъединиц". Журнал биологической химии . 252 (1): 110–5. doi : 10.1016/S0021-9258(17)32805-3 . PMID 13062.
^ ab Losey HC, Ruthenburg AJ, Verdine GL (январь 2006 г.). «Кристаллическая структура тРНК-аденозиндезаминазы TadA золотистого стафилококка в комплексе с РНК». Nature Structural & Molecular Biology . 13 (2): 153–9. doi :10.1038/nsmb1047. PMID 16415880. S2CID 34848284.
^ Saboury AA , Divsalar A, Jafari GA, Moosavi-Movahedi AA, Housaindokht MR, Hakimelahi GH (май 2002 г.). «Исследование ингибирования продукта аденозиндезаминазы с помощью спектроскопии и калориметрии». Журнал биохимии и молекулярной биологии . 35 (3): 302–5. doi : 10.5483/BMBRep.2002.35.3.302 . PMID 12297022.
^ Moriwaki Y, Yamamoto T, Higashino K (октябрь 1999 г.). «Ферменты, участвующие в метаболизме пуринов — обзор гистохимической локализации и функциональных последствий». Гистология и гистопатология . 14 (4): 1321–40. PMID 10506947.
^ Blackburn MR (2003). «Слишком много хорошего: перегрузка аденозина у мышей с дефицитом аденозиндеаминазы». Тенденции в фармакологических науках . 24 (2): 66–70. doi :10.1016/S0165-6147(02)00045-7. PMID 12559769.
^ Wu J (2014). "4. HIF-1α в сердце: ремоделирование метаболизма нуклеотидов, приводящее к ослаблению накопления аденозина во время ишемического стресса". HIF-1α в сердце: обеспечение ишемической кардиопротекции и ремоделирование метаболизма нуклеотидов (PDF) (PhD). Электронные диссертации и тезисы. Университет штата Восточный Теннесси. С. 63–81. 2450.
^ Wu J, Bond C, Chen P, Chen M, Li Y, Shohet RV и др. (2015). «HIF-1α в сердце: ремоделирование метаболизма нуклеотидов». Журнал молекулярной и клеточной кардиологии . 82 : 194–200. doi : 10.1016/j.yjmcc.2015.01.014. PMC 4405794. PMID 25681585 .
^ Chukrallah LG, Badrinath A, Vittor GG, Snyder EM (февраль 2022 г.). «ADAD2 регулирует гетерохроматин в мейотических и постмейотических мужских половых клетках посредством трансляции MDC1». J Cell Sci . 135 (4): jcs259196. doi :10.1242/jcs.259196. PMC 8919335. PMID 35191498.(В настоящее время в этой статье содержится выражение обеспокоенности , см. doi :10.1242/jcs.260435, PMID 35946499. Если это преднамеренная ссылка на такую статью, замените на . ){{expression of concern|...}}{{expression of concern|...|intentional=yes}}
^ Sanchez JJ, Monaghan G, Børsting C, Norbury G, Morling N, Gaspar HB (май 2007 г.). «Частота носительства бессмысленной мутации в гене аденозиндезаминазы (ADA) подразумевает высокую заболеваемость тяжелым комбинированным иммунодефицитом (SCID) с дефицитом ADA в Сомали, а один общий гаплотип указывает на общее происхождение». Annals of Human Genetics . 71 (Pt 3): 336–47. doi :10.1111/j.1469-1809.2006.00338.x. PMID 17181544. S2CID 34850391.
^ ab Blackburn MR, Kellems RE (2005). Дефицит аденозиндезаминазы: метаболическая основа иммунодефицита и воспаления легких . Достижения в иммунологии. Т. 86. С. 1–41. doi :10.1016/S0065-2776(04)86001-2. ISBN978-0-12-004486-3. PMID 15705418.
^ Апасов СГ, Блэкберн МР, Келлемс РЭ, Смит ПТ, Ситковский МВ (июль 2001 г.). «Дефицит аденозиндезаминазы увеличивает тимический апоптоз и вызывает дефектную сигнализацию рецепторов Т-клеток». Журнал клинических исследований . 108 (1): 131–141. doi :10.1172/JCI10360. PMC 209335. PMID 11435465 .
^ Chottiner EG, Cloft HJ, Tartaglia AP, Mitchell BS (март 1987). «Повышенная активность аденозиндезаминазы и наследственная гемолитическая анемия. Доказательства аномального трансляционного контроля синтеза белка». The Journal of Clinical Investigation . 79 (3): 1001–5. doi :10.1172/JCI112866. PMC 424261 . PMID 3029177.
^ Persico AM, Militerni R, Bravaccio C, Schneider C, Melmed R, Trillo S, et al. (декабрь 2000 г.). «Аллели аденозиндезаминазы и аутистическое расстройство: исследования случай-контроль и семейные ассоциации». American Journal of Medical Genetics . 96 (6): 784–90. doi :10.1002/1096-8628(20001204)96:6<784::AID-AJMG18>3.0.CO;2-7. PMID 11121182.
^ Cowan MJ, Brady RO, Widder KJ (февраль 1986 г.). «Повышенная активность аденозиндезаминазы эритроцитов у пациентов с синдромом приобретенного иммунодефицита». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 83 (4): 1089–91. Bibcode : 1986PNAS...83.1089C. doi : 10.1073 /pnas.83.4.1089 . PMC 323016. PMID 3006027.
^ Schrader WP, Stacy AR (сентябрь 1977 г.). «Очистка и субъединичная структура аденозиндезаминазы из почек человека». Журнал биологической химии . 252 (18): 6409–15. doi : 10.1016/S0021-9258(17)39973-8 . PMID 893413.
^ ab Schrader WP, Pollara B, Meuwissen HJ (январь 1978). "Характеристика остаточной аденозиндезаминирующей активности в селезенке пациента с комбинированным иммунодефицитом и дефицитом аденозиндезаминазы". Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 75 (1): 446–50. Bibcode :1978PNAS...75..446S. doi : 10.1073/pnas.75.1.446 . PMC 411266 . PMID 24216.
^ Завьялов АВ, Энгстрём А (октябрь 2005 г.). «Человеческий ADA2 принадлежит к новому семейству факторов роста с активностью аденозиндезаминазы». Биохимический журнал . 391 (ч. 1): 51–57. doi :10.1042/BJ20050683. PMC 1237138. PMID 15926889 .
Franco R, Casadó V, Ciruela F, Saura C, Mallol J, Canela EI и др. (июль 1997 г.). «Аденозиндезаминаза клеточной поверхности: гораздо больше, чем эктофермент». Progress in Neurobiology . 52 (4): 283–94. doi :10.1016/S0301-0082(97)00013-0. PMID 9247966. S2CID 40318396.
Valenzuela A, Blanco J, Callebaut C, Jacotot E, Lluis C, Hovanessian AG и др. (1997). "Оболочка ВИЧ-1 gp120 и вирусные частицы блокируют связывание аденозиндезаминазы с человеческим CD26". Клеточные пептидазы в иммунных функциях и заболеваниях . Достижения экспериментальной медицины и биологии. Том 421. С. 185–92. doi :10.1007/978-1-4757-9613-1_24. ISBN 978-1-4757-9615-5. PMID 9330696.
Moriwaki Y, Yamamoto T, Higashino K (октябрь 1999 г.). «Ферменты, участвующие в метаболизме пуринов — обзор гистохимической локализации и функциональных последствий». Гистология и гистопатология . 14 (4): 1321–40. PMID 10506947.
Hirschhorn R (1993). «Идентификация двух новых миссенс-мутаций (R156C и S291L) у двух пациентов с ADA-SCID, нетипичных для ответа на терапию с частичными обменными переливаниями». Human Mutation . 1 (2): 166–8. doi :10.1002/humu.1380010214. PMID 1284479. S2CID 44617309.
Berkvens TM, van Ormondt H, Gerritsen EJ, Khan PM, van der Eb AJ (август 1990 г.). «Идентичная делеция 3250 п.н. между двумя повторами AluI в генах ADA у неродственных пациентов с ADA-SCID». Genomics . 7 (4): 486–90. doi :10.1016/0888-7543(90)90190-6. PMID 1696926.
Aran JM, Colomer D, Matutes E, Vives-Corrons JL, Franco R (август 1991 г.). «Присутствие аденозиндезаминазы на поверхности мононуклеарных клеток крови: иммунохимическая локализация с использованием световой и электронной микроскопии». Журнал гистохимии и цитохимии . 39 (8): 1001–8. doi : 10.1177/39.8.1856451 . PMID 1856451.
Hirschhorn R, Tzall S, Ellenbogen A, Orkin SH (февраль 1989 г.). «Идентификация точечной мутации, приводящей к термолабильной аденозиндезаминазе (ADA) у двух неродственных детей с частичным дефицитом ADA». Журнал клинических исследований . 83 (2): 497–501. doi :10.1172/JCI113909. PMC 303706. PMID 2783588 .
Murray JL, Perez-Soler R, Bywaters D, Hersh EM (январь 1986 г.). «Снижение активности аденозиндезаминазы (ADA) и 5'нуклеотидазы (5NT) в Т-клетках периферической крови при болезни Ходжкина». American Journal of Hematology . 21 (1): 57–66. doi :10.1002/ajh.2830210108. PMID 3010705. S2CID 25540139.
Wiginton DA, Kaplan DJ, States JC, Akeson AL, Perme CM, Bilyk IJ и др. (декабрь 1986 г.). «Полная последовательность и структура гена человеческой аденозиндезаминазы». Биохимия . 25 (25): 8234–44. doi :10.1021/bi00373a017. PMID 3028473.
Akeson AL, Wiginton DA, Dusing MR, States JC, Hutton JJ (ноябрь 1988 г.). «Мутантные аллели человеческой аденозиндезаминазы и их экспрессия путем трансфекции в фибробласты». Журнал биологической химии . 263 (31): 16291–6. doi : 10.1016/S0021-9258(18)37591-4 . PMID 3182793.
Glader BE, Backer K (февраль 1988). «Повышенная активность аденозиндезаминазы эритроцитов: маркер нарушенного эритропоэза при анемии Даймонда-Блэкфана и других гематологических заболеваниях». British Journal of Haematology . 68 (2): 165–8. doi :10.1111/j.1365-2141.1988.tb06184.x. PMID 3348976. S2CID 44789636.
Петерсен М.Б., Транебьерг Л., Томмеруп Н., Найгаард П., Эдвардс Х. (февраль 1987 г.). «Новое отнесение локуса гена аденозиндезаминазы к хромосоме 20q13 X 11 при исследовании пациента с интерстициальной делецией 20q». Журнал медицинской генетики . 24 (2): 93–6. дои : 10.1136/jmg.24.2.93. ПМЦ 1049896 . ПМИД 3560174.
Orkin SH, Goff SC, Kelley WN, Daddona PE (апрель 1985 г.). «Транзиторная экспрессия кДНК человеческой аденозиндезаминазы: идентификация нефункционального клона, возникшего в результате замены одной аминокислоты». Молекулярная и клеточная биология . 5 (4): 762–7. doi :10.1128/mcb.5.4.762. PMC 366780. PMID 3838797 .
Валерио Д., Дуйвестейн М.Г., Деккер Б.М., Вида Г., Берквенс Т.М., ван дер Воорн Л. и др. (февраль 1985 г.). «Аденозинддезаминаза: характеристика и экспрессия гена с замечательным промотором». Журнал ЭМБО . 4 (2): 437–43. doi :10.1002/j.1460-2075.1985.tb03648.x. ПМК 554205 . ПМИД 3839456.
Bonthron DT, Markham AF, Ginsburg D, Orkin SH (август 1985 г.). «Идентификация точечной мутации в гене аденозиндезаминазы, ответственной за иммунодефицит». The Journal of Clinical Investigation . 76 (2): 894–7. doi :10.1172/JCI112050. PMC 423929 . PMID 3839802.
Daddona PE, Shewach DS, Kelley WN, Argos P, Markham AF, Orkin SH (октябрь 1984 г.). «Человеческая аденозиндезаминаза. кДНК и полная первичная аминокислотная последовательность». Журнал биологической химии . 259 (19): 12101–6. doi : 10.1016/S0021-9258(20)71325-6 . PMID 6090454.
Валерио Д., Дуйвестейн М.Г., Мира Хан П., Гертс ван Кессель А., де Ваард А., ван дер Эб А.Дж. (ноябрь 1983 г.). «Выделение клонов кДНК аденозиндезаминазы человека». Джин . 25 (2–3): 231–40. дои : 10.1016/0378-1119(83)90227-5. ПМИД 6198240.
