Исследования показали, что ферментативная активность параоксоназ более разнообразна, чем ее активность как органофосфатазы. Активность эстеразы и лактоназы также наблюдалась у этих ферментов, и хотя физиологически значимые субстраты для этих ферментов неизвестны, вероятно, что лактоны являются основным субстратом (хотя существует относительно высокий уровень вариации в субстратной специфичности среди этих ферментов). Большинство исследований семейства параоксоназ специально рассматривали тип параоксоназы 1, оставляя много неизученного об оставшихся двух. [2]
Изучение этого семейства ферментов имеет много потенциальных последствий в профилактической медицине и токсикологии, а также в определенных социальных контекстах. Гены, которые кодируют эти ферменты, имеют ряд различных полиморфизмов , что создало дополнительный интерес к изучению этой группы ферментов и ее потенциальных этнических вариаций. [3] Дополнительные исследования ингибирования и селективного ингибирования, в частности PON1, были проведены, чтобы пролить свет на связи между снижением ферментативной активности у людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями. [4] Данные также свидетельствуют о том, что это семейство ферментов играет определенную роль в нашей врожденной иммунной системе. [5]
Типы
Известны три параоксоназы, которые кодируются генами PON1 , PON2 и PON3 , расположенными на длинном плече хромосомы 7 у человека. [1] [6] Различия между ними заключаются в их местоположении и активности.
Параоксоназа 1 имеет генную экспрессию в основном в печени, но также была выражена в тканях почек и частей толстой кишки. [7] Параоксоназа 1, которая синтезируется в печени, затем транспортируется в кровоток, где она будет связываться с липопротеинами высокой плотности ( ЛПВП ). Было показано, что она имеет широкую субстратную специфичность и, как оказалось, защищает от воздействия некоторых органофосфатов (например, инсектицидов) путем гидролиза потенциально токсичных метаболитов. [8] [9] Параоксоназа 1 также играет важную роль антиоксиданта в предотвращении окисления липопротеинов низкой плотности ( ЛПНП ), процесса, который напрямую участвует в развитии атеросклероза . Ее концентрация в сыворотке зависит от воспалительных изменений и уровней сывороточных окисленных ЛПНП.
Параоксоназа 2 — это повсеместно экспрессируемый внутриклеточный белок, который может защищать клетки от окислительного повреждения . [10] Хотя параоксоназа 2 обладает схожими антиоксидантными свойствами с двумя другими ферментами, она не способна гидролизовать некоторые фосфорорганические метаболиты.
Параоксоназа 3 похожа на тип 1 по активности, но отличается от него по субстратной специфичности. Активность сывороточной PON3 составляет одну сотую от активности PON1. Кроме того, она не регулируется воспалением и уровнями окисленных липидов. [11] Как параоксоназа 1, так и 3 связаны с ЛПВП, и из-за их схожих свойств как антиоксидантов, возможно, что PON3 также играет роль в предотвращении окисления ЛПНП и ЛПВП. [12]
Биологическая функция
Было обнаружено, что параоксоназы выполняют ряд биологических функций, хотя основная роль этой группы ферментов все еще остается предметом спекуляций. Некоторые из наблюдаемых ролей выявили активность противовоспалительных , антиоксидантных , антиатерогенных , антидиабетических, антимикробных и гидролизующих органофосфат свойств. [13] Две из наиболее важных известных ролей, которые играет параоксоназа, — это функционирование в качестве лактоназы и арилэстеразы . Эти свойства обеспечивают многообещающий потенциал для разработки новых терапевтических вмешательств для борьбы с рядом заболеваний. [14] [15]
Механизм
Один из предложенных активных участков лактоназы для сывороточной параоксоназы-1, идентифицирующий соответствующие остатки, а также каталитический ион кальция. В этой кристаллизованной структуре не использовался субстрат.
Изучение этого семейства ферментов представляет интерес уже несколько лет; [ когда? ] однако, отсутствие идентификации конкретных природных субстратов и многочисленных физиологических ролей затруднило определение механизмов действия для разнообразного числа реакций, катализируемых этим семейством ферментов. Одним из наиболее изученных механизмов является лактоназный механизм сывороточной параоксоназы-1. Один из предложенных механизмов описывает гидролиз 5 -членных кольцевых лактоновых субстратов сывороточной параоксоназой-1. PON1, как и PON2 и PON3, использует каталитический ион кальция, который функционирует как оксианион для стабилизации субстрата и состояний реакции. Кроме того, этот активный центр фермента использует два остатка гистидина (His115 и 134), участвующих в переносе протонов, глутаминовую кислоту (Glu53) для стабилизации реактивных водородов и аспарагин ( Asn168) для стабилизации переходных состояний и промежуточных продуктов в активном центре. [15] Точный механизм все еще является предметом дальнейших исследований, и предполагается, что остаток His115 не является необходимым для лактоназной и арилэстеразной активности фермента. [13]
Регулирование
Одним из распространенных ингибиторов ферментативной активности (для PON 1 и PON 3) являются липидные перекиси , обнаруженные в плазме. Липидные перекиси могут ингибировать активность параоксоназы как арилэстеразы и антиоксиданта, хотя специфическое ингибирование зависит от типа липидной головной группы. [4] [9] Важным следствием этого факта является то, что при снижении активности PON1 и PON3 производительность предотвращения окисления ЛПНП также снижается. Ферментативная активность также регулируется субстрат-зависимым полиморфизмом, который происходит в позиции 192. Существуют две известные изоформы , одна из которых имеет остаток аргинина в позиции 192, а другая — глутамин, которые связаны с высокой и низкой ферментативной активностью соответственно. [16] [17]
Клиническое значение
Развитие атеросклероза — сложный процесс, хотя его основной особенностью является простое увеличение окисления липопротеинов низкой плотности (ЛПНП). [18] PON1 и PON3 предотвращают образование атерогенных окисленных ЛПНП, формы ЛПНП, присутствующей в пенистых клетках атероматозной бляшки . Из-за их известной связи с липопротеинами высокой плотности (ЛПВП) и их влияния на окисленные ЛПНП, PON1 и PON3 участвуют в снижении риска развития ишемической болезни сердца и атеросклероза.
История
PON был идентифицирован как фермент, имеющий органофосфаты в качестве своих субстратов . Отчеты о географических различиях в популяционных частотах активности параоксоназы и генетический анализ привели к раскрытию генетического полиморфизма . Название параоксоназа было дано из-за его способности гидролизовать параоксон , токсичный метаболит, который происходит от пестицида паратиона . [3]
Трехмерная кристаллическая структура PON1 была определена в 2004 году. [19]
Ссылки
^ ab Bergmeier C, Siekmeier R, Gross W (декабрь 2004 г.). «Спектр распределения активности параоксоназы во фракциях ЛПВП». Clin. Chem . 50 (12): 2309–15. doi : 10.1373/clinchem.2004.034439 . PMID 15459089.
^ Литвинов, Дмитрий, Халле Махини и Махди Гарелнаби. «Антиоксидантная и противовоспалительная роль параоксоназы 1: значение при артериосклерозных заболеваниях». Североамериканский журнал медицинских наук 4.11 (2012): 523–532. PMC . Web. 1 марта 2016 г.
^ ab Costa, Lucio G. и Clement E. Furlong. Параоксоназа (PON1) в здоровье и болезни: основные и клинические аспекты . Бостон: Kluwer Academic, 2002. Печать.
^ ab SD Nguyen, DE Sok. «Окислительная инактивация параоксоназы 1, антиоксидантного белка, и ее влияние на антиоксидантное действие». Free Radic Res, 37 (2003), стр. 77–83
^ Эгон А. Озер, Алехандро Пеццуло, Диана М. Ши, Карлин Чун, Клемент Ферлонг, Олдонс Дж. Лусис, Эверетт П. Гринберг, Джозеф Забнер. Человеческая и мышиная параоксоназа 1 являются модуляторами хозяина Pseudomonas aeruginosa , чувствующего кворум. FEMS Microbiology Letters, декабрь 2005 г., 253 (1) 29-32; DOI: 10.1016/j.femsle.2005.09.023
^ Li HL, Liu DP, Liang CC (2003). «Полиморфизмы гена параоксоназы, окислительный стресс и заболевания». Журнал молекулярной медицины . 81 (12): 766–779. doi :10.1007/s00109-003-0481-4. PMID 14551701. S2CID 1814007.
^ Mackness, B., Beltran-Debon, R., Aragones, G., Joven, J., Camps, J. и Mackness, M. (2010), Распределение мРНК параоксоназ 1 и 2 в тканях человека. IUBMB Life, 62: 480–482. doi: 10.1002/iub.347
^ Рихтер, Ребекка Дж. и др. «Статус параоксоназы 1 как фактор риска заболевания или воздействия». Достижения в экспериментальной медицине и биологии 660 (2010): 29–35. PMC . Web. 1 марта 2016 г.
^ аб Томас, Марта, Глория Латорре, Мариано Сенти и Жауме Марругат. «Антиоксидантная функция липопротеинов высокой плотности: новая парадигма в лечении атеросклероза». Revista Española De Cardiologia 57.06 (2004): н. стр. Веб. 22 февраля 2016 г.
^ Ng CJ, Wadleigh DJ, Gangopadhyay A, Hama S, Grijalva VR, Navab M и др. (ноябрь 2001 г.). «Параоксоназа-2 — повсеместно экспрессируемый белок с антиоксидантными свойствами, способный предотвращать клеточно-опосредованную окислительную модификацию липопротеинов низкой плотности». J. Biol. Chem . 276 (48): 44444–9. doi : 10.1074/jbc.M105660200 . PMID 11579088.
^ Reddy ST, Wadleigh DJ, Grijalva V, Ng C, Hama S, Gangopadhyay A и др. (апрель 2001 г.). «Параоксоназа-3 человека — это фермент, связанный с ЛПВП, с биологической активностью, аналогичной белку параоксоназе-1, но не регулируемой окисленными липидами». Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol . 21 (4): 542–7. doi : 10.1161/01.ATV.21.4.542 . PMID 11304470.
^ Драганов DI, Тейбер JF, Спилман A, и др. Человеческие параоксоназы (PON1, PON2 и PON3) являются лактоназами с перекрывающимися и различными субстратными специфичностями. J Lipid Res 2005;46:1239-42
^ ab Aggarwal G, Prajapati R, Tripathy RK, Bajaj P, Iyengar ARS, Sangamwar AT и др. (2016) К пониманию каталитического механизма человеческой параоксоназы 1: сайт-специфический мутагенез в позиции 192. PLoS ONE 11(2): e0147999. doi:10.1371/journal.pone.0147999
^ Mackness MI, Durrington PN, Mackness B. Роль активности параоксоназы 1 в сердечно-сосудистых заболеваниях: потенциал для терапевтического вмешательства. Американский журнал сердечно-сосудистых препаратов . 2004;4(4):211–217. doi: 10.2165/00129784-200404040-00002
^ ab Le, Quang Anh Tuan и др. «Взгляд на лактоназный механизм сывороточной параоксоназы 1 (PON1): экспериментальные и квантово-механические/молекулярные (QM/MM) исследования». Журнал физической химии B 119.30 (2015):9571-9585. Web.
^ Ruiz J, Blanche H, James RW, Garin MC, Vaisse C, Charpentier G и др. Полиморфизм Gln-Arg192 параоксоназы и ишемическая болезнь сердца при диабете 2 типа. Lancet. 1995;346:869–72.
^ Parthasarathy S, Raghavamenon A, Garelnabi MO, Santanam N (2010). "Окисленный липопротеин низкой плотности". Свободные радикалы и антиоксидантные протоколы . Методы в молекулярной биологии. Т. 610. С. 403–417. doi :10.1007/978-1-60327-029-8_24. ISBN978-1-58829-710-5. PMC 3315351 . PMID 20013192.
^ PDB : 1V04 ; Протеопедия Параоксоназа ; Харель, М. Ахарони, А, Гайдуков, Л, Брумштейн, Б, Херсонский, О, Мегед, Р, Двир, Х, Равелли, РБ, Маккарти, А, Токер, Л, Силман, И, Сассман, Дж.Л., Тауфик, ДС (май 2004 г.). «Структура и эволюция семейства сывороточных параоксоназных детоксицирующих и антиатеросклеротических ферментов». Структурная и молекулярная биология природы . 11 (8): 412–19. дои : 10.1038/nsmb767. PMID 15098021. S2CID 52874893.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
