Гексозаминидаза ( EC 3.2.1.52, β-ацетиламинодезоксигексозидаза , N-ацетил-β- D -гексозаминидаза , N-ацетил-β-гексозаминидаза , N-ацетилгексозаминидаза , β-гексозаминидаза , β-ацетилгексозаминидиназа , β - D -N-ацетилгексозаминидаза , β-N-ацетил- D -гексозаминидаза , β-N-ацетилглюкозаминидаза , гексозаминидаза А , N-ацетилгексозаминидаза , β- D- гексозаминидаза ) — фермент , участвующий в гидролизе концевых остатков N -ацетил- D - гексозамина в N -ацетиле. -β- D- гексозаминиды. [1] [2] [3] [4]
Повышенные уровни гексозаминидазы в крови и/или моче были предложены в качестве биомаркера рецидива при лечении алкоголизма. [5]
Наследственная неспособность образовывать функциональные ферменты гексозаминидазы является причиной нарушений накопления липидов, болезни Тея-Сакса и болезни Сандхоффа . [6]
Функциональные лизосомальные ферменты β-гексозаминидазы имеют димерную структуру. Три изофермента образуются путем объединения субъединиц α и β с образованием любого из трех активных димеров: [7]
Субъединицы α и β кодируются отдельными генами HEXA и HEXB соответственно. β-Гексозаминидаза и белок-активатор кофактора G M2 катализируют деградацию ганглиозидов G M2 и других молекул, содержащих концевые N -ацетилгексозамины. [8] Генные мутации в HEXB часто приводят к болезни Сандхоффа ; тогда как мутации в HEXA уменьшают гидролиз ганглиозидов G M2 , что является основной причиной болезни Тея-Сакса . [9]
Несмотря на то, что α- и β-субъединицы лизосомальной гексозаминидазы могут расщеплять остатки GalNAc, только α-субъединица способна гидролизовать ганглиозиды G M2 из-за ключевого остатка Arg -424 и петлевой структуры, которая образуется из аминокислотной последовательности в альфа-субъединица. Петля в α-субъединице, состоящая из Gly -280, Ser -281, Glu -282 и Pro -283, отсутствующая в β-субъединице, служит идеальной структурой для связывания белка-активатора G M2 (G M2 AP), а аргинин необходим для связывания остатка N -ацетилнейраминовой кислоты ганглиозидов G M2 . Белок-активатор G M2 транспортирует ганглиозиды G M2 и представляет липиды гексозаминидазе, поэтому функциональный фермент гексозаминидаза способен гидролизовать ганглиозиды G M2 в ганглиозиды G M3 путем удаления остатка N -ацетилгалактозамина (GalNAc) из ганглиозидов G M2 . [10]
Комплекс Михаэлиса, состоящий из остатка глутамата , остатка GalNAc на ганглиозиде G M2 и остатка аспартата , приводит к образованию промежуточного иона оксазолиния. Остаток глутамата (α Glu-323/β Glu-355) действует как кислота, отдавая свой водород гликозидному атому кислорода на остатке GalNAc. Остаток аспартата (α Asp-322/β Asp-354) размещает C2-ацетамидную группу так, что она может быть атакована нуклеофилом ( N -ацетамидоатом кислорода на углероде 1 субстрата). Остаток аспартата стабилизирует положительный заряд атома азота в промежуточном ионе оксазолиния. После образования промежуточного иона оксазолиния вода атакует электрофильный ацеталь углерода. Глутамат действует как основание, депротонируя воду, что приводит к образованию комплекса продуктов и ганглиозида G M3 . [10]
Существует множество мутаций, которые приводят к дефициту гексозаминидазы, включая делеции генов, нонсенс-мутации и миссенс-мутации. Болезнь Тея-Сакса возникает, когда гексозаминидаза А теряет способность функционировать. Люди с болезнью Тея-Сакса не могут удалить остаток GalNAc из ганглиозида G M2 , и в результате они накапливают в мозге в 100–1000 раз больше ганглиозидов G M2 , чем здоровый человек. Только в младенческих случаях болезни Тея-Сакса обнаружено более 100 различных мутаций. [11]
Наиболее распространенная мутация, которая встречается более чем у 80 процентов пациентов Тея-Сакса, возникает в результате добавления четырех пар оснований (TATC) в экзоне 11 гена Hex A. Эта вставка приводит к раннему стоп -кодону , который вызывает дефицит Hex A. [12]
Дети, рожденные с синдромом Тея-Сакса, обычно умирают в возрасте от двух до четырех лет от аспирации и пневмонии . Тея-Сакса вызывает дегенерацию головного мозга и слепоту. У пациентов также наблюдаются вялые конечности и судороги. В настоящее время не существует лечения или эффективного лечения болезни Тея-Сакса. [11]
NAG-тиазолин, NGT, действует как ингибитор гексозаминидазы А по механизму действия. У пациентов с болезнью Тея-Сакса (неправильно свернутая гексозаминидаза А) NGT действует как молекулярный шаперон, связываясь в активном центре гексозаминидазы А, что помогает создать правильно свернутую гексозаминидазу. А. Стабильная димерная конформация гексозаминидазы А обладает способностью покидать эндоплазматический ретикулум и направляться в лизосому , где она может осуществлять деградацию ганглиозидов G M2 . [10] Две субъединицы гексозаминидазы А показаны ниже:
Бифункциональный белок NCOAT ( ядерная цитоплазматическая O - GlcNAcase и цетилтрансфераза ), кодируемый геном MGEA5 , обладает как гексозаминидазной, так и гистон -ацетилтрансферазной активностью. [13] NCOAT также известна как гексозаминидаза C [14] и обладает отличными субстратными специфичностями по сравнению с лизосомальной гексозаминидазой A. [15] Однонуклеотидный полиморфизм в гене O-GlcNAcase человека связан с сахарным диабетом 2 типа . [16]
Недавно был идентифицирован четвертый полипептид гексозаминидазы млекопитающих, получивший обозначение гексозаминидаза D ( HEXDC ). [17]