stringtranslate.com

Глутаминаза

Глутаминаза ( EC 3.5.1.2, глутаминаза I , L-глутаминаза , глутаминаминогидролаза ) — фермент амидогидролаза , который генерирует глутамат из глутамина . Глутаминаза имеет тканеспецифичные изоферменты. Глутаминаза играет важную роль в глиальных клетках .

Глутаминаза катализирует следующую реакцию:

Глутамин + H2O → глутамат + NH​​+4

Распределение в тканях

Глутаминаза экспрессируется и активна в перипортальных гепатоцитах , где она генерирует аммоний для синтеза мочевины , как и глутаматдегидрогеназа . [2] Глутаминаза также экспрессируется в эпителиальных клетках почечных канальцев, где вырабатываемый аммиак выделяется в виде ионов аммония. Эта экскреция ионов аммония является важным механизмом почечной кислотно-щелочной регуляции. Во время хронического ацидоза глутаминаза индуцируется в почках, что приводит к увеличению количества выделяемых ионов аммония. Глутаминаза также может быть обнаружена в кишечнике, при этом гепатический портальный аммиак может достигать 0,26 мМ (по сравнению с аммиаком артериальной крови 0,02 мМ).

Одна из важнейших функций глутаминазы обнаружена в аксональных окончаниях нейронов центральной нервной системы . Глутамат является наиболее широко используемым возбуждающим нейротрансмиттером в ЦНС. После высвобождения в синапс для нейротрансмиссии глутамат быстро поглощается близлежащими астроцитами , которые преобразуют его в глутамин. Затем этот глутамин поступает в пресинаптические окончания нейронов, где глутаминазы преобразуют его обратно в глутамат для загрузки в синаптические пузырьки . Хотя обе глутаминазы — «почечного типа» (GLS1) и «печеночного типа» (GLS2) — экспрессируются в мозге, сообщалось, что GLS2 существует только в клеточных ядрах нейронов ЦНС. [3]

Регулирование

АДФ является сильнейшим адениннуклеотидным активатором глутаминазы. Исследования также показали, что АДФ снижает K m для глутамина и увеличивает V max . Они обнаружили, что эти эффекты усиливались еще больше, когда присутствовал АТФ . [4]

Конечный продукт реакции глутаминазы, глутамат, является сильным ингибитором реакции. Изменения в глутаматдегидрогеназе, которая преобразует глутамат в 2-оксоглутарат и тем самым снижает внутримитохондриальные уровни глутамата, являются, таким образом, важным регуляторным механизмом активности глутаминазы.

Предполагается, что фосфат-активируемая митохондриальная глутаминаза (GLS1) связана с повышенным метаболизмом, сниженными уровнями внутриклеточных активных форм кислорода (ROS) и общим снижением окисления ДНК как в нормальных, так и в стрессовых клетках. Предполагается, что контроль GLS2 уровня ROS облегчает «способность p53 защищать клетки от накопления геномных повреждений и позволяет клеткам выживать после легкого и поддающегося восстановлению генотоксического стресса». [5]

Структура

Структура глутаминазы была определена с помощью рентгеновской дифракции с разрешением до 1,73 Å. Существует 2 цепи, содержащие 305 остатков, которые составляют длину этого димерного белка. На каждой цепи 23% аминокислотного содержания, или 71 остаток, находятся в 8 спиралях. Двадцать один процент, или 95 остатков, составляют 23 нити бета-слоя. [1]

Изоферменты

У людей экспрессируются 4 изоформы глутаминазы. GLS кодирует 2 типа глутаминазы почечного типа с высокой активностью и низким Km. GLS2 кодирует 2 формы глутаминазы печеночного типа с низкой активностью и аллостерической регуляцией. [2]

Связанные белки

Глутаминазы принадлежат к более крупному семейству, которое включает серин-зависимые бета-лактамазы и пенициллин-связывающие белки . Многие бактерии имеют два изофермента . Эта модель основана на выбранных известных глутаминазах и их гомологах в пределах прокариот, за исключением высокопроизводных (с длинной ветвью) и архитектурно разнообразных гомологов, чтобы достичь консервативных назначений. Резкое падение оценок происходит ниже 250, и отсечки устанавливаются соответствующим образом. Фермент превращает глутамин в глутамат с высвобождением аммиака . Члены, как правило, описываются как глутаминаза A (glsA), где B (glsB) неизвестен и может не быть гомологичным (как в Rhizobium etli ; некоторые виды имеют два изофермента , которые оба могут быть обозначены как A (GlsA1 и GlsA2).

Клиническое значение

Многие виды рака зависят от глутаминазы, поэтому ингибиторы глутаминазы были предложены в качестве лечения рака. [7] [8] Некоторые ингибиторы глутаминазы, такие как JHU-083 [9], находятся на стадии клинических испытаний.

В 2021 году было сообщено, что ингибитор GLS1 устраняет стареющие клетки из различных органов и тканей у старых мышей, улучшая дисфункцию тканей, связанную с возрастом. Результаты показывают, что стареющие клетки зависят от глутаминолиса, и ингибирование глутаминазы 1 может предложить многообещающую стратегию для индукции сенолиза in vivo. [10]

Ссылки

  1. ^ ab PDB : 3A56 ; Хасидзуме Р., Мизутани К., Такахаши Н., Мацубара Х., Мацунага А., Ямагути С., Миками Б. (2010). Кристаллическая структура протеин-глутаминазы . дои : 10.2210/pdb3a56/pdb.
  2. ^ ab Botman D, Tigchelaar W, Van Noorden CJ (ноябрь 2014 г.). «Определение активности фосфат-активируемой глутаминазы и ее кинетики в тканях мышей с использованием метаболического картирования (количественная ферментативная гистохимия)». Журнал гистохимии и цитохимии . 62 (11): 813–26. doi :10.1369/0022155414551177. PMC 4230542 . PMID  25163927. 
  3. ^ Olalla L, Gutiérrez A, Campos JA, Khan ZU, Alonso FJ, Segura JA и др. (октябрь 2002 г.). «Ядерная локализация глутаминазы L-типа в мозге млекопитающих». Журнал биологической химии . 277 (41): 38939–44. doi : 10.1074/jbc.C200373200 . PMID  12163477.
  4. ^ Masola B, Ngubane NP (декабрь 2010 г.). «Активность фосфат-зависимой глутаминазы из тонкого кишечника крысы модулируется АДФ и зависит от целостности митохондрий». Архивы биохимии и биофизики . 504 (2): 197–203. doi :10.1016/j.abb.2010.09.002. PMID  20831857.
  5. ^ Suzuki S, Tanaka T, Poyurovsky MV, Nagano H, Mayama T, Ohkubo S и др. (апрель 2010 г.). «Фосфат-активируемая глутаминаза (GLS2), индуцируемый p53 регулятор метаболизма глутамина и активных форм кислорода». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (16): 7461–6. Bibcode : 2010PNAS..107.7461S. doi : 10.1073/pnas.1002459107 . PMC 2867754. PMID  20351271 . 
  6. ^ DeBerardinis RJ, Cheng T (январь 2010 г.). «Следующий вопрос: разнообразные функции глутамина в метаболизме, клеточной биологии и раке». Oncogene . 29 (3): 313–24. doi :10.1038/onc.2009.358. PMC 2809806 . PMID  19881548. 
  7. ^ Chen L, Cui H (сентябрь 2015 г.). «Нацеливание на глутамин индуцирует апоптоз : подход к терапии рака». International Journal of Molecular Sciences . 16 (9): 22830–55. doi : 10.3390/ijms160922830 . PMC 4613338. PMID  26402672. 
  8. ^ Sheikh TN, Patwardhan PP, Cremers S, Schwartz GK (ноябрь 2017 г.). «Целенаправленное ингибирование глутаминазы как потенциальный новый подход к лечению злокачественных новообразований мягких тканей, связанных с NF1». Oncotarget . 8 (55): 94054–68. doi :10.18632/oncotarget.21573. PMC 5706855 . PMID  29212209. 
  9. ^ Ямашита АС, да Коста Роза М, Стампо В, Раис Р, Слашер Б.С., Риггинс Г.Дж. (2021). «Пролекарство антагониста глутамина JHU-083 замедляет рост злокачественной глиомы и нарушает сигнализацию mTOR». Neurooncol Adv . 3 (1): vdaa149. doi :10.1093/noajnl/vdaa149. PMC 7920530. PMID 33681764  . 
  10. ^ Johmura Y, Yamanaka T, Omori S, Wang TW, Sugiura Y, Matsumoto M и др. (январь 2021 г.). «Сенолиз путем ингибирования глутаминолиза улучшает различные возрастные расстройства». Science . 371 (6526): 265–270. Bibcode :2021Sci...371..265J. doi :10.1126/science.abb5916. PMID  33446552. S2CID  231606800.

Внешние ссылки