Матриксные металлопротеиназы ( ММП ), также известные как матриксные металлопептидазы или матриксины , представляют собой металлопротеиназы , которые представляют собой кальций - зависимые цинксодержащие эндопептидазы ; [1] другими членами семейства являются адамализины , серрализины и астацины . ММП принадлежат к более крупному семейству протеаз , известному как суперсемейство метцинцина. [2]
В совокупности эти ферменты способны разрушать все виды белков внеклеточного матрикса , но также могут обрабатывать ряд биологически активных молекул. Известно, что они участвуют в расщеплении рецепторов клеточной поверхности , высвобождении апоптотических лигандов (таких как лиганд FAS ) и инактивации хемокинов / цитокинов . [3] Также считается, что ММП играют важную роль в поведении клеток, таком как пролиферация клеток , миграция ( адгезия /дисперсия), дифференцировка , ангиогенез , апоптоз и защита хозяина .
Впервые они были описаны у позвоночных в 1962 году [4] , включая человека, но с тех пор были обнаружены у беспозвоночных и растений. Они отличаются от других эндопептидаз своей зависимостью от ионов металлов в качестве кофакторов , способностью разрушать внеклеточный матрикс и специфической эволюционной последовательностью ДНК .
Первоначально ММП были описаны Джеромом Гроссом и Чарльзом Лапьером в 1962 году, которые наблюдали ферментативную активность ( деградацию тройной спирали коллагена ) во время метаморфоза хвоста головастика (путем помещения хвоста головастика в пластинку коллагенового матрикса). [5] Поэтому фермент был назван интерстициальной коллагеназой ( MMP-1 ).
Позднее он был выделен из кожи человека (1968) [6] и признан синтезированным как зимоген . [7]
«Цистеиновый переключатель» был описан в 1990 году. [8]
ММП имеют общую доменную структуру . Тремя общими доменами являются пропептидный, каталитический домен и гемопексиноподобный С-концевой домен, который связан с каталитическим доменом гибкой шарнирной областью . [2]
ММП первоначально синтезируются как неактивные зимогены с пропептидным доменом, который необходимо удалить, прежде чем фермент станет активным. Пропептидный домен является частью «цистеинового переключателя». Он содержит консервативный остаток цистеина , который взаимодействует с цинком в активном центре и предотвращает связывание и расщепление субстрата , сохраняя фермент в неактивной форме. В большинстве ММП остаток цистеина находится в консервативной последовательности PRCGxPD. Некоторые ММП имеют сайт расщепления прогормон-конвертазы (фуриноподобный) как часть этого домена, который при расщеплении активирует фермент. MMP-23A и MMP-23B включают трансмембранный сегмент в этом домене. [9]
Рентгенокристаллографические структуры нескольких каталитических доменов ММП показали, что этот домен представляет собой сплюснутую сферу размером 35 x 30 x 30 Å (3,5 x 3 x 3 нм ). Активный центр представляет собой бороздку размером 20 Å (2 нм), пересекающую каталитический домен. В части каталитического домена, образующей активный центр, находится каталитически важный ион Zn 2+ , который связан тремя остатками гистидина , обнаруженными в консервативной последовательности HExxHxxGxxH. Следовательно, эта последовательность представляет собой мотив, связывающий цинк.
Желатиназы, такие как MMP-2 , включают модули фибронектина типа II, вставленные непосредственно перед этим в цинк -связывающий мотив каталитического домена. [10]
Каталитический домен соединен с С-концевым доменом гибкой шарнирной или линкерной областью. Он имеет длину до 75 аминокислот и не имеет определенной структуры.
С-концевой домен имеет структурное сходство с сывороточным белком гемопексином . Он имеет четырехлопастную конструкцию β-пропеллера. Структуры β-пропеллера обеспечивают большую плоскую поверхность, которая, как полагают, участвует в белок-белковых взаимодействиях . Это определяет специфичность субстрата и является местом взаимодействия с ТИМП ( тканевым ингибитором металлопротеиназ ). Гемопексиноподобный домен отсутствует у ММП-7 , ММП-23, ММП-26, а также у растений и нематод . Мембраносвязанные ММП (МТ-ММП) закрепляются на плазматической мембране через трансмембранный домен или домен, закрепляющий GPI.
Опубликовано три каталитических механизма.
ММП можно разделить по-разному.
Использование биоинформатических методов для сравнения первичных последовательностей ММП позволяет предположить следующие эволюционные группы ММП:
Анализ каталитических доменов по отдельности предполагает, что каталитические домены развивались дальше после дифференциации основных групп, на что также указывают субстратные специфичности ферментов .
Наиболее часто используемые группы (исследователями биологии ММП) основаны частично на исторической оценке субстратной специфичности ММП и частично на клеточной локализации ММП. К этим группам относятся коллагеназы, желатиназы, стромелизины и ММП мембранного типа (МТ-ММП).
Однако становится все более очевидным, что эти разделения являются несколько искусственными, поскольку существует ряд ММП, которые не вписываются ни в одну из традиционных групп.
Матриксные металлопротеиназы соединяются с металлсвязывающим белком металлотионином; тем самым помогая в механизме металлического связывания.
ММП играют важную роль в ремоделировании тканей , связанном с различными физиологическими или патологическими процессами, такими как морфогенез , ангиогенез , восстановление тканей , цирроз печени , артрит и метастазирование . Считается, что MMP-2 и MMP-9 играют важную роль в метастазировании. Считается, что MMP-1 играет важную роль при ревматоидном артрите и остеоартрите. Последние данные свидетельствуют об активной роли ММП в патогенезе аневризмы аорты. Избыток ММП разрушает структурные белки стенки аорты. Нарушение баланса между ММП и ТИМП также характерно для острых и хронических сердечно-сосудистых заболеваний. [15]
Все ММП синтезируются в латентной форме (зимоген). Они секретируются как проферменты и требуют внеклеточной активации. Они могут быть активированы in vitro с помощью многих механизмов, включая ртутьорганические соединения, хаотропные агенты и другие протеазы.
ММП ингибируются специфическим эндогенным тканевым ингибитором металлопротеиназ (ТИМП), который включает семейство из четырех ингибиторов протеаз : ТИМП-1, ТИМП-2, ТИМП-3 и ТИМП-4.
Синтетические ингибиторы обычно содержат хелатную группу , которая прочно связывает каталитический атом цинка в активном центре ММП . Общие хелатные группы включают гидроксаматы , карбоксилаты , тиолы и фосфинилы . Гидроксиматы являются особенно мощными ингибиторами ММП и других цинк-зависимых ферментов из-за их бидентатного хелатирования атома цинка. Другие заместители этих ингибиторов обычно предназначены для взаимодействия с различными карманами связывания на интересующей ММП, что делает ингибитор более или менее специфичным для данных ММП. [2]
Доксициклин в субантимикробных дозах ингибирует активность ММП и использовался с этой целью в различных экспериментальных системах, например, при резистентных рецидивирующих эрозиях роговицы. Он используется в клинической практике для лечения заболеваний пародонта и является единственным ингибитором ММП, широко доступным в клинической практике. Он продается под торговой маркой Periostat компанией CollaGenex. Также было показано, что миноциклин, другой антибиотик тетрациклинового ряда, ингибирует активность ММП.
Ряд рационально разработанных ингибиторов ММП показали некоторую перспективность в лечении патологий, в которых предположительно участвуют ММП (см. выше). Однако большинство из них, такие как маримастат (BB-2516), ингибитор ММП широкого спектра действия, и ципемастат (Ro 32-3555), селективный ингибитор ММП-1 , показали плохие результаты в клинических исследованиях . Провал Маримасата частично стал причиной закрытия компании British Biotech , которая его разработала. Неудача этих препаратов была обусловлена главным образом токсичностью (в частности, скелетно-мышечной токсичностью в случае ингибиторов широкого спектра действия) и неспособностью показать ожидаемые результаты (в случае трокады многообещающие результаты на моделях артрита кроликов не были воспроизведены в клинических исследованиях). испытания на людях). Причины столь неутешительных клинических результатов применения ингибиторов ММП неясны, особенно в свете их активности на животных моделях .
Синергический эффект полиморфизма промотора стромелизин-1 (матриксная металлопротеиназа-3) (-1171 5A->6A) при подслизистом фиброзе полости рта и поражениях головы и шеи. Чаудхари АК, Сингх М, Бхарти А.С., Сингх М, Шукла С, Сингх АК, Мехротра Р. Рак BMC. 2010, 14 июля; 10: 369.
