stringtranslate.com

Гексозаминидаза

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]

Изоферменты и гены

Лизосомальные изоферменты A, B и S

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]

Функция

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]

Механизм действия

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]

Генные мутации, приводящие к болезни Тея-Сакса

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:

Цитозольные изоферменты C и D

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]

Рекомендации

  1. ^ Кабесас Дж.А. (август 1989 г.). «Некоторые комментарии к ссылкам на типы официальной номенклатуры (IUB) для β-N-ацетилглюкозаминидазы, β-N-ацетилгексозаминидазы и β-N-ацетилгалактозаминидазы». Биохим. Дж . 261 (3): 1059–60. дои : 10.1042/bj2611059b. ПМЦ  1138940 . ПМИД  2529847.
  2. ^ Кальво П., Реглеро А., Кабесас Х.А. (ноябрь 1978 г.). «Очистка и свойства β-N-ацетилгексозаминидазы моллюска Helicella ericetorum Müller». Биохим. Дж . 175 (2): 743–50. дои : 10.1042/bj1750743. ПМЦ 1186125 . ПМИД  33660. 
  3. ^ Фрохвейн Ю.З., Гатт С. (сентябрь 1967 г.). «Выделение β- N -ацетилгексозаминидазы, β- N- ацетилглюкозаминидазы и β- N- ацетилгалактозаминидазы из мозга теленка». Биохимия . 6 (9): 2775–82. дои : 10.1021/bi00861a018. ПМИД  6055190.
  4. ^ Ли SC, Ли YT (октябрь 1970 г.). «Исследование гликозидаз муки из фасоли. 3. Кристаллизация и свойства β-N-ацетилгексозаминидазы». Ж. Биол. Хим . 245 (19): 5153–60. дои : 10.1016/S0021-9258(18)62830-3 . ПМИД  5506280.
  5. ^ Аллен Дж.П., Силланауки П., Стрид Н., Литтен Р.З. (август 2004 г.). «Биомаркеры злоупотребления алкоголем». Национальный институт злоупотребления алкоголем и алкоголизма . Проверено 11 июля 2021 г.
  6. ^ Демчко, Мэтт. «Болезнь Тея-Сакса и болезнь Сандхоффа». Руководство МСД .
  7. ^ Хоу Ю, Це Р, Махуран DJ (апрель 1996 г.). «Прямое определение субстратной специфичности альфа-активного сайта гетеродимерной бета-гексозаминидазы». Биохимия . 35 (13): 3963–9. дои : 10.1021/bi9524575. ПМИД  8672428.
  8. ^ Кнапп С., Вокадло Д., Гао З., Кирк Б., Лу Дж., Уизерс С.Г. (1996). «NAG-тиазолин, ингибитор N-ацетилбета-гексозаминидазы, который предполагает участие ацетамидо». Варенье. хим. Соц . 118 (28): 6804–6805. дои : 10.1021/ja960826u.
  9. ^ Марк Б.Л., Махуран DJ, Черный М.М., Чжао Д., Кнапп С., Джеймс М.Н. (апрель 2003 г.). «Кристаллическая структура β-гексозаминидазы человека B: понимание молекулярной основы болезни Сандгоффа и Тея-Сакса». Дж. Мол. Биол . 327 (5): 1093–109. дои : 10.1016/S0022-2836(03)00216-X. ПМЦ 2910754 . ПМИД  12662933. 
  10. ^ abcdefg Лемье MJ, Марк Б.Л., Черни М.М., Уизерс С.Г., Махуран DJ, Джеймс М.Н. (июнь 2006 г.). «Кристаллографическая структура β-гексозаминидазы А человека: интерпретация мутаций Тея-Сакса и потери гидролиза ганглиозида GM2». Дж. Мол. Биол . 359 (4): 913–29. дои : 10.1016/j.jmb.2006.04.004. ПМК 2910082 . ПМИД  16698036. 
  11. ^ ab Ozand PT, Nyhan WL, Barshop BA (2005). «Часть тринадцатая. Нарушения накопления липидов: болезнь Тея-Сакса / дефицит гексозаминидазы А». Атлас метаболических заболеваний . Лондон: Ходдер Арнольд. стр. 539–546. ISBN 0-340-80970-1.
  12. ^ Болес DJ, Proia RL (март 1995 г.). «Молекулярная основа дефицита мРНК HEXA, вызванного наиболее распространенной мутацией болезни Тея – Сакса». Являюсь. Дж. Хум. Жене . 56 (3): 716–24. ПМК 1801160 . ПМИД  7887427. 
  13. ^ Толеман Калифорния, Патерсон А.Дж., Кадлоу Дж.Э. (февраль 2006 г.). «Гистон-ацетилтрансфераза NCOAT содержит мотив, похожий на цинковый палец, участвующий в распознавании субстрата». Ж. Биол. Хим . 281 (7): 3918–25. дои : 10.1074/jbc.M510485200 . ПМИД  16356930.
  14. ^ Бесли GT, Broadhead DM (апрель 1976 г.). «Исследования человеческой N-ацетил-бета-d-гексозаминидазы C, выделенной из мозга новорожденного». Биохим. Дж . 155 (1): 205–8. дои : 10.1042/bj1550205. ПМК 1172820 . ПМИД  945735. 
  15. ^ Гао Ю., Уэллс Л., Комер Ф.И., Паркер Г.Дж., Харт Г.В. (март 2001 г.). «Динамическое O-гликозилирование ядерных и цитозольных белков: клонирование и характеристика нейтральной цитозольной бета-N-ацетилглюкозаминидазы из мозга человека». Ж. Биол. Хим . 276 (13): 9838–45. дои : 10.1074/jbc.M010420200 . ПМИД  11148210.
  16. ^ Форсайт М.Э., Лав, округ Колумбия, Лазарус Б.Д., Ким Э.Дж., Принц В.А., Эшвелл Г., Краузе М.В., Ганновер Дж.А. (август 2006 г.). «Caenorhabditis elegans ортолог локуса предрасположенности к диабету: нокаут oga-1 (O-GlcNAcase) влияет на цикличность O-GlcNAc, метаболизм и активность». Учеб. Натл. акад. наук. США . 103 (32): 11952–7. Бибкод : 2006PNAS..10311952F. дои : 10.1073/pnas.0601931103 . ПМЦ 1567679 . ПМИД  16882729. 
  17. ^ Гуттернигг М., Рендич Д., Фоглауэр Р., Искрач Т., Уилсон И.Б. (апрель 2009 г.). «Клетки млекопитающих содержат вторую нуклеоцитоплазматическую гексозаминидазу». Биохим. Дж . 419 (1): 83–90. дои : 10.1042/BJ20081630. ПМК 2850170 . ПМИД  19040401. 

Внешние ссылки