stringtranslate.com

Протеин дисульфид-изомераза

Протеиндисульфидизомераза ( EC 5.3.4.1), или PDI, представляет собой фермент в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР) эукариот и периплазме бактерий, который катализирует образование и разрыв дисульфидных связей между остатками цистеина в белках по мере их сворачивания. [1] [2] [3] Это позволяет белкам быстро находить правильное расположение дисульфидных связей в их полностью свернутом состоянии, и, следовательно, фермент действует как катализатор сворачивания белка .

Структура

Протеиновая дисульфидизомераза имеет два каталитических тиоредоксиноподобных домена (активные сайты), каждый из которых содержит канонический мотив CGHC, и два некаталитических домена. [4] [ 5] [6] Эта структура похожа на структуру ферментов, отвечающих за окислительное сворачивание в межмембранном пространстве митохондрий; примером этого является митохондриальный импорт и сборка IMS (Mia40), который имеет 2 каталитических домена, которые содержат CX 9 C, который похож на домен CGHC PDI. [7] Бактериальный DsbA , отвечающий за окислительное сворачивание, также имеет домен тиоредоксина CXXC. [8]

Первичная структура протеиндисульфидизомеразы с последовательностью доменов

Функция

Сворачивание белка

PDI проявляет свойства оксидоредуктазы и изомеры , оба из которых зависят от типа субстрата, который связывается с протеиндисульфид-изомеразой, и изменений в окислительно-восстановительном состоянии протеиндисульфид-изомеразы. [4] Эти типы активности допускают окислительное сворачивание белков. Окислительное сворачивание включает окисление восстановленных остатков цистеина зарождающихся белков; при окислении этих остатков цистеина образуются дисульфидные мостики, которые стабилизируют белки и допускают нативные структуры (а именно третичные и четвертичные структуры). [4]

Регулярный механизм и путь окислительного сворачивания

PDI конкретно отвечает за сворачивание белков в ER. [6] В развернутом белке остаток цистеина образует смешанный дисульфид с остатком цистеина в активном центре (мотив CGHC) протеиндисульфидизомеразы. Затем второй остаток цистеина образует стабильный дисульфидный мостик в субстрате , оставляя два остатка цистеина активного центра протеиндисульфидизомеразы в восстановленном состоянии. [4]

PDIA1

После этого PDI может быть регенерирован в свою окисленную форму в эндоплазматическом ретикулуме путем передачи электронов на реокисляющие белки, такие как оксидоредуктин 1 ЭР (Ero 1), VKOR (эпоксидредуктаза витамина К), глутатионпероксидаза (Gpx7/8) и PrxIV (пероксиредоксин IV). [4] [9] [10] [6] Считается, что Ero1 является основным реокисляющим белком PDI, и путь реокисления PDI для Ero1 более изучен, чем для других белков. [10] Ero1 принимает электроны от PDI и отдает эти электроны молекулам кислорода в ЭР, что приводит к образованию перекиси водорода. [10]

Механизм неправильно свернутого белка

Восстановленная (дитиоловая) форма протеиндисульфидизомеразы способна катализировать восстановление неправильно сформированного дисульфидного мостика субстрата посредством либо редуктазной активности, либо изомеразной активности. [11] Для редуктазного метода неправильно свернутая дисульфидная связь субстрата преобразуется в пару восстановленных остатков цистеина путем переноса электронов от глутатиона и НАДФН. После этого происходит нормальное сворачивание с образованием окислительной дисульфидной связи между правильными парами остатков цистеина субстрата, что приводит к правильно свернутому белку. Для изомеразного метода внутримолекулярная перестройка функциональных групп субстрата катализируется вблизи N- конца каждого активного сайта. [4] Следовательно, протеиндисульфидизомераза способна катализировать посттрансляционную модификацию дисульфидного обмена .

Редокс-сигнализация

В хлоропластах одноклеточных водорослей Chlamydomonas reinhardtii протеин дисульфид-изомераза RB60 служит компонентом окислительно-восстановительного сенсора комплекса связывающего м-РНК-белка , участвующего в фоторегуляции трансляции psbA, РНК, кодирующей основной белок фотосистемы II D1 . Также предполагается, что протеин дисульфид-изомераза играет роль в образовании регуляторных дисульфидных связей в хлоропластах. [12]

Другие функции

Иммунная система

Протеиновая дисульфидизомераза помогает загружать антигенные пептиды в молекулы MHC класса I. Эти молекулы (MHC I) связаны с презентацией пептидов антигенпрезентирующими клетками в иммунном ответе .

Было обнаружено, что протеиндисульфид-изомераза участвует в разрыве связей на белке ВИЧ gp120 во время ВИЧ-инфекции CD4- позитивных клеток и требуется для ВИЧ-инфекции лимфоцитов и моноцитов. [13] Некоторые исследования показали, что она доступна для ВИЧ-инфекции на поверхности клетки, сгруппированной вокруг белка CD4. Однако противоречивые исследования показали, что она не доступна на поверхности клетки, но вместо этого обнаруживается в значительных количествах в плазме крови.

Шаперонная активность

Другая важная функция протеиндисульфидизомеразы связана с ее активностью в качестве шаперона ; ее b'-домен помогает связывать неправильно свернутый белок для последующей деградации . [4] Это регулируется тремя мембранными белками ER, протеинкиназой РНК-подобной эндоплазматической ретикулум-киназой (PERK), инозитол-требующей киназой 1 (IRE1) и активирующим фактором транскрипции 6 (ATF6). [4] [14] Они реагируют на высокие уровни неправильно свернувшихся белков в ER посредством внутриклеточных сигнальных каскадов, которые могут активировать шаперонную активность PDI. [4] Эти сигналы также могут инактивировать трансляцию этих неправильно свернувшихся белков, поскольку каскад перемещается из ER в ядро. [4]

Анализы активности

Анализ мутности инсулина : протеиндисульфид-изомераза разрывает две дисульфидные связи между двумя цепями инсулина (a и b), что приводит к осаждению b-цепи. Это осаждение можно контролировать при 650 нм, что косвенно используется для мониторинга активности протеиндисульфид-изомеразы. [15] Чувствительность этого анализа находится в микромолярном диапазоне.

Анализ ScRNase : протеиндисульфид-изомераза преобразует скремблированную (неактивную) РНКазу в нативную (активную) РНКазу, которая далее воздействует на свой субстрат. [16] Чувствительность находится в микромолярном диапазоне.

Анализ Di-E-GSSG : Это флуориметрический анализ , который может обнаружить пикомолярные количества протеиндисульфидизомеразы и, следовательно, является наиболее чувствительным анализом на сегодняшний день для обнаружения активности протеиндисульфидизомеразы. [17] Di-E-GSSG имеет две молекулы эозина , прикрепленные к окисленному глутатиону (GSSG). Близость молекул эозина приводит к тушению его флуоресценции. Однако при разрыве дисульфидной связи протеиндисульфидизомеразой флуоресценция увеличивается в 70 раз.

Стресс и торможение

Эффекты нитрозативного стресса

Нарушение регуляции окислительно-восстановительного процесса приводит к увеличению нитрозативного стресса в эндоплазматическом ретикулуме. Такие неблагоприятные изменения в нормальной клеточной среде восприимчивых клеток, таких как нейроны, приводят к нефункционированию тиолсодержащих ферментов. [14] Более конкретно, протеиндисульфид-изомераза больше не может фиксировать неправильно свернутые белки, как только ее тиоловая группа в ее активном центре имеет присоединенную к ней группу оксида азота; в результате в нейронах происходит накопление неправильно свернувшихся белков, что связано с развитием нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. [4] [14]

Ингибирование

Из-за роли протеиндисульфид-изомеразы в ряде болезненных состояний были разработаны малые молекулярные ингибиторы протеиндисульфид-изомеразы. Эти молекулы могут либо необратимо [18] , либо обратимо воздействовать на активный сайт протеиндисульфид-изомеразы. [19]

Было показано, что активность протеиндисульфидизомеразы ингибируется красным вином и виноградным соком, что может быть объяснением французского парадокса . [20]

Участники

Гены человека, кодирующие протеиндисульфидизомеразы, включают: [3] [21] [22]

Ссылки

  1. ^ Wilkinson B, Gilbert HF (июнь 2004 г.). «Протеиновая дисульфидизомераза». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1699 (1–2): 35–44. doi :10.1016/j.bbapap.2004.02.017. PMID  15158710.
  2. ^ Gruber CW, Cemazar M, Heras B, Martin JL, Craik DJ (август 2006 г.). «Протеин дисульфидизомераза: структура окислительного сворачивания». Trends in Biochemical Sciences . 31 (8): 455–64. doi :10.1016/j.tibs.2006.06.001. PMID  16815710.
  3. ^ Аб Галлиган Дж. Дж., Петерсен Д. Р. (июль 2012 г.). «Семейство генов белковой дисульфид-изомеразы человека». Геномика человека . 6 (1): 6. дои : 10.1186/1479-7364-6-6 . ПМК 3500226 . ПМИД  23245351. 
  4. ^ abcdefghijk Perri ER, Thomas CJ, Parakh S, Spencer DM, Atkin JD (2016). «Ответ на развернутый белок и роль протеиндисульфидизомеразы в нейродегенерации». Frontiers in Cell and Developmental Biology . 3 : 80. doi : 10.3389/fcell.2015.00080 . PMC 4705227. PMID  26779479 . 
  5. ^ Bechtel TJ, Weerapana E (март 2017 г.). «От структуры к окислительно-восстановительному процессу: разнообразные функциональные роли дисульфидов и их влияние на заболевания». Proteomics . 17 (6): 10.1002/pmic.201600391. doi :10.1002/pmic.201600391. PMC 5367942 . PMID  28044432. 
  6. ^ abc Soares Moretti AI, Martins Laurindo FR (март 2017). "Протеиновые дисульфидизомеразы: окислительно-восстановительные связи в эндоплазматическом ретикулуме и за его пределами". Архивы биохимии и биофизики . Химия окислительно-восстановительной сигнализации. 617 : 106–119. doi :10.1016/j.abb.2016.11.007. PMID  27889386.
  7. ^ Erdogan AJ, Riemer J (январь 2017 г.). «Митохондриальное дисульфидное реле и его субстраты: механизмы в здоровье и патологии». Cell and Tissue Research . 367 (1): 59–72. doi :10.1007/s00441-016-2481-z. PMID  27543052. S2CID  35346837.
  8. ^ Hu SH, Peek JA, Rattigan E, Taylor RK, Martin JL (апрель 1997 г.). «Структура TcpG, катализатора сворачивания белка DsbA из Vibrio cholerae». Журнал молекулярной биологии . 268 (1): 137–46. doi : 10.1006/jmbi.1997.0940 . PMID  9149147.
  9. ^ Manganas P, MacPherson L, Tokatlidis K (январь 2017 г.). «Окислительный биогенез белка и регуляция окислительно-восстановительного процесса в межмембранном пространстве митохондрий». Cell and Tissue Research . 367 (1): 43–57. doi :10.1007/s00441-016-2488-5. PMC 5203823. PMID  27632163 . 
  10. ^ abc Oka OB, Yeoh HY, Bulleid NJ (июль 2015 г.). «Тиол-дисульфидный обмен между семейством оксидоредуктаз PDI исключает необходимость в оксидазе или редуктазе для каждого фермента». The Biochemical Journal . 469 (2): 279–88. doi :10.1042/bj20141423. PMC 4613490 . PMID  25989104. 
  11. ^ Hatahet F, Ruddock LW (октябрь 2007 г.). «Распознавание субстрата протеиндисульфидизомеразами». Журнал FEBS . 274 (20): 5223–34. doi :10.1111/j.1742-4658.2007.06058.x. PMID  17892489. S2CID  9455925.
  12. ^ Wittenberg G, Danon A (2008). «Образование дисульфидных связей в хлоропластах». Plant Science . 175 (4): 459–466. doi :10.1016/j.plantsci.2008.05.011.
  13. ^ Райзер Х. Дж., Флюкигер Р. (август 2005 г.). «Прогресс в нацеливании на проникновение ВИЧ-1». Drug Discovery Today . 10 (16): 1085–94. doi :10.1016/S1359-6446(05)03550-6. PMID  16182193.
  14. ^ abc McBean GJ, López MG, Wallner FK (июнь 2017 г.). «Окислительно-восстановительная терапия при нейродегенеративных заболеваниях». British Journal of Pharmacology . 174 (12): 1750–1770. doi :10.1111/bph.13551. PMC 5446580. PMID  27477685 . 
  15. ^ Lundström J, Holmgren A (июнь 1990). «Протеиновая дисульфид-изомераза является субстратом для тиоредоксинредуктазы и имеет тиоредоксин-подобную активность». Журнал биологической химии . 265 (16): 9114–20. doi : 10.1016/S0021-9258(19)38819-2 . PMID  2188973.
  16. ^ Lyles MM, Gilbert HF (январь 1991). «Катализ окислительного сворачивания рибонуклеазы А протеиндисульфидизомеразой: зависимость скорости от состава окислительно-восстановительного буфера». Биохимия . 30 (3): 613–9. doi :10.1021/bi00217a004. PMID  1988050.
  17. ^ Raturi A, Mutus B (июль 2007 г.). «Характеристика окислительно-восстановительного состояния и редуктазной активности протеиндисульфидизомеразы в различных окислительно-восстановительных условиях с использованием чувствительного флуоресцентного анализа». Free Radical Biology & Medicine . 43 (1): 62–70. doi :10.1016/j.freeradbiomed.2007.03.025. PMID  17561094.
  18. ^ Hoffstrom BG, Kaplan A, Letso R, Schmid RS, Turmel GJ, Lo DC, Stockwell BR (декабрь 2010 г.). «Ингибиторы протеиндисульфидизомеразы подавляют апоптоз, вызванный неправильно свернутыми белками». Nature Chemical Biology . 6 (12): 900–6. doi :10.1038/nchembio.467. PMC 3018711 . PMID  21079601. 
  19. ^ Kaplan A, Gaschler MM, Dunn DE, Colligan R, Brown LM, Palmer AG, Lo DC, Stockwell BR (апрель 2015 г.). «Окисление протеиндисульфидизомеразы, вызванное малыми молекулами, является нейропротекторным». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 112 (17): E2245-52. Bibcode : 2015PNAS..112E2245K. doi : 10.1073/pnas.1500439112 . PMC 4418888. PMID  25848045 . 
  20. ^ Galinski CN, Zwicker JI, Kennedy DR (январь 2016 г.). «Пересмотр механистической основы французского парадокса: красное вино подавляет активность изомеразы дисульфида белка in vitro». Thrombosis Research . 137 : 169–173. doi : 10.1016/j.thromres.2015.11.003. PMC 4706467. PMID  26585763 . 
  21. ^ Ellgaard L, Ruddock LW (январь 2005 г.). «Семейство дисульфидизомераз человеческого белка: взаимодействия субстратов и функциональные свойства». EMBO Reports . 6 (1): 28–32. doi :10.1038/sj.embor.7400311. PMC 1299221. PMID  15643448 . 
  22. ^ Appenzeller-Herzog C, Ellgaard L (апрель 2008 г.). «Семейство человеческих PDI: универсальность, упакованная в одну складку». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research . 1783 (4): 535–48. doi : 10.1016/j.bbamcr.2007.11.010 . PMID  18093543.

Внешние ссылки