stringtranslate.com

ММП3

Стромелизин-1, также известный как матриксная металлопротеиназа-3 (ММП-3), представляет собой фермент , который у людей кодируется геном ММП3 . Ген ММП3 является частью кластера генов ММП, которые локализуются в хромосоме 11q22.3. [5] ММП-3 имеет предполагаемую молекулярную массу 54 кДа. [6]

Функция

Белки семейства матриксных металлопротеиназ ( ММП ) участвуют в расщеплении внеклеточных матричных белков и в процессе ремоделирования тканей в нормальных физиологических процессах, таких как эмбриональное развитие и репродукция, а также в процессах заболеваний, таких как артрит и метастазирование опухолей . Большинство ММП секретируются в виде неактивных пропротеинов, которые активируются при расщеплении внеклеточными протеиназами. [7]

Фермент ММП-3 разрушает коллагены типов II, III, IV, IX и X, протеогликаны , фибронектин , ламинин и эластин . [8] [9] [10] Кроме того, ММП-3 может также активировать другие ММП, такие как ММП-1 , ММП-7 и ММП-9 , что делает ММП-3 решающим в ремоделировании соединительной ткани. [11] Также считается, что фермент участвует в заживлении ран, прогрессировании атеросклероза и возникновении опухолей.

В дополнение к классическим ролям ММП3 во внеклеточном пространстве, ММП3 может проникать в клеточные ядра и контролировать транскрипцию. [12]

Регуляция генов

Сам MMP3 может проникать в ядра клеток и регулировать целевой ген, такой как ген CTGF/CCN2. [12]

Экспрессия MMP3 в первую очередь регулируется на уровне транскрипции, где промотор гена реагирует на различные стимулы, включая факторы роста , цитокины , опухолевые промоторы и продукты онкогенов . [13] Полиморфизм в промоторе гена MMP3 был впервые описан в 1995 году. [14] Полиморфизм вызван изменением количества аденозинов, расположенных в позиции -1171 относительно сайта начала транскрипции, в результате чего один аллель имеет пять аденозинов (5A), а другой аллель имеет шесть аденозинов (6A). Функциональный анализ промотора in vitro показал, что аллель 5A имел большую промоторную активность по сравнению с аллелем 6A. [11] В различных исследованиях было показано, что люди, несущие аллель 5A, имеют повышенную восприимчивость к заболеваниям, связанным с повышенной экспрессией MMP, таким как острый инфаркт миокарда и аневризма брюшной аорты . [15] [16]

С другой стороны, было обнаружено, что аллель 6A связан с заболеваниями, характеризующимися недостаточной экспрессией MMP-3 из-за более низкой активности промотора аллеля 6A, такими как прогрессирующий коронарный атеросклероз . [11] [17] [18] Вариант -1171 5A/6A также был связан с врожденными аномалиями, такими как заячья губа и нёбо , где у людей с заячьей губой/нёбом было представлено значительно больше генотипов 6A/6A, чем у контрольной группы. [19] Недавно было показано, что ген MMP3 подавляется у людей с заячьей губой и нёбом по сравнению с контрольной группой, [20] подтверждая природу заячьей губы/нёба как состояния, возникающего в результате недостаточного или дефектного ремоделирования эмбриональной ткани.

Структура

Общая структура матриксных металлопротеиназ.

Большинство членов семейства ММП организованы в три основных, отличительных и хорошо сохраняющихся домена на основе структурных соображений: аминоконцевой пропептид ; каталитический домен; и гемопексин -подобный домен на карбоксиконце. Пропептид состоит приблизительно из 80–90 аминокислот, содержащих остаток цистеина, который взаимодействует с каталитическим атомом цинка через свою боковую цепь тиоловой группы. Высококонсервативная последовательность (. . .PRCGXPD. . .) присутствует в пропептиде. Удаление пропептида протеолизом приводит к активации зимогена , поскольку все члены семейства ММП производятся в латентной форме.

Каталитический домен содержит два иона цинка и по крайней мере один ион кальция, координированный с различными остатками. Один из двух ионов цинка присутствует в активном центре и участвует в каталитических процессах ММП. Второй ион цинка (также известный как структурный цинк) и ион кальция присутствуют в каталитическом домене примерно в 12 Å от каталитического цинка. Каталитический ион цинка необходим для протеолитической активности ММП; три остатка гистидина, которые координируются с каталитическим цинком, сохраняются среди всех ММП. Мало что известно о роли второго иона цинка и иона кальция в каталитическом домене, но показано, что ММП обладают высоким сродством к структурным ионам цинка и кальция.

TIMP-1 (синий) в комплексе с MMP-3 (красный). Обратите внимание на Cys1 (зеленый) TIMP-1, хелатирующий каталитический цинк (фиолетовый). Также показаны ионы кальция (желтый). На основе визуализации PDB 1UEA в PyMOL. Для простоты другой мономер MMP-3 в комплексе с соответствующим ему TIMP-1 не показан.

Каталитический домен MMP-3 может быть ингибирован тканевыми ингибиторами металлопротеиназ (TIMP) . N-концевой фрагмент TIMP связывается в щели активного центра так же, как связывался бы пептидный субстрат. Остаток Cys1 TIMP хелатируется с каталитическим цинком и образует водородные связи с одним из карбоксилатных кислородов каталитического остатка глутамата (Glu202, см. механизм ниже). Эти взаимодействия заставляют связанную с цинком молекулу воды, которая необходима для функции фермента, покинуть фермент. Потеря молекулы воды и блокирование активного центра TIMP отключают фермент. [21]

Гемопексиноподобный домен ММП высококонсервативен и показывает сходство последовательности с белком плазмы, гемопексином. Было показано, что гемопексиноподобный домен играет функциональную роль в связывании субстрата и/или во взаимодействиях с тканевыми ингибиторами металлопротеиназ (TIMP), семейством специфических ингибиторов белков ММП. [22]

Механизм

Механизм для MMP-3 является вариацией на более крупную тему, наблюдаемую во всех матричных металлопротеиназах. В активном центре молекула воды координируется с остатком глутамата (Glu202) и одним из ионов цинка, присутствующих в каталитическом домене. Сначала координированная молекула воды выполняет нуклеофильную атаку на расщепленный углерод пептидного субстрата , в то время как глутамат одновременно отщепляет протон от молекулы воды. Затем отщепляемый протон удаляется от глутамата азотом расщепленного амида. Это образует тетраэдрический гем-диолатный промежуточный продукт, который координируется с атомом цинка. [23] Для того чтобы амидный продукт высвободился из активного центра, расщепленный амид должен отщепить второй протон от координированной молекулы воды. [24] В качестве альтернативы, было показано для термолизина (другой металлопротеиназы), что амидный продукт может высвобождаться в своей нейтральной (R-NH2) форме. [25] [26] Карбоксилатный продукт высвобождается после того, как молекула воды атакует ион цинка и вытесняет карбоксилатный продукт. [27] Считается, что высвобождение карбоксилатного продукта является этапом, ограничивающим скорость реакции. [26]

В дополнение к молекуле воды, непосредственно участвующей в механизме, предполагается, что вторая молекула воды является частью активного сайта ММП-3. Предполагается, что эта вспомогательная молекула воды стабилизирует промежуточное соединение гем-диолят, а также переходные состояния, снижая энергию активации для их образования. [23] [28] Это продемонстрировано на диаграмме механизма и координат реакции ниже.

Каталитический механизм для ММП-3 с вспомогательной молекулой воды. Показанные заряды являются формальными зарядами.

Актуальность заболевания

MMP-3 участвует в усугублении последствий черепно-мозговой травмы (ЧМТ) посредством нарушения гематоэнцефалического барьера (ГЭБ). Различные исследования показали, что после того, как мозг подвергается травме и начинается воспаление , продукция MMP в мозге увеличивается. [29] [30] В исследовании, проведенном с использованием мышей дикого типа (WT) и нокаутированных (KO) мышей MMP-3, было показано, что MMP-3 увеличивает проницаемость ГЭБ после травматического повреждения. [31] Было показано, что у мышей WT уровни клаудина -5 и окклюдина ниже , чем у мышей KO после ЧМТ. Клаудин и окклюдин — это белки, которые необходимы для образования плотных контактов между клетками гематоэнцефалического барьера. [32] [33] Ткань из мозга неповрежденных мышей WT и KO также обрабатывалась активным MMP-3. В тканях как дикого типа, так и нокаутированных клеток наблюдалось снижение уровня клаудина-5, окклюдина и ламинина -α1 ( белка базальной пластинки ), что позволяет предположить, что ММП-3 напрямую разрушает белки плотных контактов и базальной пластинки.

MMP-3 также повреждает гематоэнцефалический барьер (BSCB), функциональный эквивалент гематоэнцефалического барьера, [34] после травмы спинного мозга (SCI). В аналогичном исследовании, проведенном с использованием мышей MMP-3 WT и KO, было показано, что MMP-3 увеличивает проницаемость BSCB, причем мыши WT демонстрируют большую проницаемость BSCB, чем мыши KO после травмы спинного мозга. Это же исследование также обнаружило снижение проницаемости BSCB, когда ткани спинного мозга обрабатывались ингибитором MMP-3. Эти результаты предполагают, что присутствие MMP-3 служит для увеличения проницаемости BSCB после SCI. [35] Исследование показало, что MMP-3 выполняет это повреждение путем деградации клаудина-5, окклюдина и ZO-1 (другой белок плотных контактов), подобно тому, как MMP-3 повреждает ГЭБ.

Увеличение проницаемости гематоэнцефалического барьера и гемато-спинномозгового барьера позволяет большему количеству нейтрофилов проникать в головной и спинной мозг в месте воспаления. [31] Нейтрофилы переносят ММП-9. [36] который, как было показано, также разрушает окклюдин. [37] Это приводит к дальнейшему нарушению ГЭБ и ГСБ [38]


Ссылки

  1. ^ abc GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000149968 – Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000043613 – Ensembl , май 2017 г.
  3. ^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  4. ^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  5. ^ "Ген Entrez: MMP3 матриксная металлопептидаза 3 (стромелизин 1, прожелатиназа)".
  6. ^ "MMP3 (человек)". www.phosphosite.org . Получено 2021-10-05 .
  7. ^ Emonard H, Grimaud JA (1990). «Матричные металлопротеиназы. Обзор». Cellular and Molecular Biology . 36 (2): 131–53. PMID  2165861.
  8. ^ Chin JR, Murphy G, Werb Z (октябрь 1985 г.). «Стромелизин, металлоэндопептидаза, разрушающая соединительную ткань, секретируемая стимулированными синовиальными фибробластами кролика параллельно с коллагеназой. Биосинтез, выделение, характеристика и субстраты». Журнал биологической химии . 260 (22): 12367–76. doi : 10.1016/S0021-9258(17)39034-8 . PMID  2995374.
  9. ^ Okada Y, Nagase H, Harris ED (октябрь 1986 г.). «Металлопротеиназа из человеческих ревматоидных синовиальных фибробластов, которая переваривает компоненты матрикса соединительной ткани. Очистка и характеристика». Журнал биологической химии . 261 (30): 14245–55. doi : 10.1016/S0021-9258(18)67011-5 . PMID  3095317.
  10. ^ Дочерти А.Дж., Мерфи Г. (июнь 1990 г.). «Семейство тканевых металлопротеиназ и ингибитор TIMP: исследование с использованием кДНК и рекомбинантных белков». Annals of the Rheumatic Diseases . 49 (Suppl 1): 469–79. PMID  2197998.
  11. ^ abc Ye S, Eriksson P, Hamsten A, Kurkinen M, Humphries SE, Henney AM (май 1996). «Прогрессирование коронарного атеросклероза связано с распространенным генетическим вариантом промотора человеческого стромелизина-1, который приводит к снижению экспрессии гена». Журнал биологической химии . 271 (22): 13055–60. doi : 10.1074/jbc.271.22.13055 . PMID  8662692.
  12. ^ ab Eguchi T, Kubota S, Kawata K, Mukudai Y, Uehara J, Ohgawara T, Ibaragi S, Sasaki A, Kuboki T, Takigawa M (апрель 2008 г.). "Новая функция человеческой матриксной металлопротеиназы 3, подобная фактору транскрипции, регулирующая ген CTGF/CCN2". Молекулярная и клеточная биология . 28 (7): 2391–413. doi :10.1128/MCB.01288-07. PMC 2268440. PMID  18172013 . 
  13. ^ Matrisian LM (апрель 1990 г.). «Металлопротеиназы и их ингибиторы в ремоделировании матрикса». Trends in Genetics . 6 (4): 121–5. doi :10.1016/0168-9525(90)90126-Q. PMID  2132731.
  14. ^ Ye S, Watts GF, Mandalia S, Humphries SE, Henney AM (март 1995 г.). «Предварительный отчет: генетическая изменчивость промотора человеческого стромелизина связана с прогрессированием коронарного атеросклероза». British Heart Journal . 73 (3): 209–15. doi :10.1136/hrt.73.3.209. PMC 483800 . PMID  7727178. 
  15. ^ Terashima M, Akita H, Kanazawa K, Inoue N, Yamada S, Ito K, Matsuda Y, Takai E, Iwai C, Kurogane H, Yoshida Y, Yokoyama M (июнь 1999 г.). «Полиморфизм промотора стромелизина 5A/6A связан с острым инфарктом миокарда». Circulation . 99 (21): 2717–9. doi : 10.1161/01.cir.99.21.2717 . hdl : 20.500.14094/D1002146 . PMID  10351963.
  16. ^ Yoon S, Tromp G, Vongpunsawad S, Ronkainen A, Juvonen T, Kuivaniemi H (ноябрь 1999 г.). «Генетический анализ MMP3, MMP9 и PAI-1 у финских пациентов с аневризмами брюшной аорты или внутричерепными аневризмами». Biochemical and Biophysical Research Communications . 265 (2): 563–8. doi :10.1006/bbrc.1999.1721. PMID  10558909.
  17. ^ Humphries SE, Luong LA, Talmud PJ, Frick MH, Kesäniemi YA, Pasternack A, Taskinen MR, Syvänne M (июль 1998 г.). «Полиморфизм 5A/6A в промоторе гена стромелизин-1 (MMP-3) предсказывает прогрессирование ангиографически определяемой ишемической болезни сердца у мужчин в исследовании LOCAT gemfibrozil. Исследование коронарной ангиографии Lopid». Атеросклероз . 139 (1): 49–56. doi :10.1016/S0021-9150(98)00053-7. PMID  9699891.
  18. ^ де Маат MP, Jukema JW, Ye S, Zwinderman AH, Moghaddam PH, Beekman M, Kastelein JJ, van Boven AJ, Bruschke AV, Humphries SE, Kluft C, Henney AM (март 1999 г.). «Влияние промотора стромелизина-1 на эффективность правастатина при коронарном атеросклерозе и рестенозе». Американский журнал кардиологии . 83 (6): 852–6. дои : 10.1016/S0002-9149(98)01073-X. ПМИД  10190398.
  19. ^ Letra A, Silva RA, Menezes R, Astolfi CM, Shinohara A, de Souza AP, Granjeiro JM (октябрь 2007 г.). «Полиморфизмы гена MMP как факторы, способствующие возникновению расщелины губы/неба: связь с MMP3, но не с MMP1». Архивы Oral Biology . 52 (10): 954–60. doi :10.1016/j.archoralbio.2007.04.005. PMID  17537400.
  20. ^ Bueno DF, Sunaga DY, Kobayashi GS, Aguena M, Raposo-Amaral CE, Masotti C, Cruz LA, Pearson PL, Passos-Bueno MR (июнь 2011 г.). «Культуры человеческих стволовых клеток от пациентов с расщелиной губы/неба показывают обогащение транскриптов, участвующих в моделировании внеклеточного матрикса, по сравнению с контрольной группой». Stem Cell Reviews . 7 (2): 446–57. doi :10.1007/s12015-010-9197-3. PMC 3073041 . PMID  21052871. 
  21. ^ Gomis-Rüth ​​FX, Maskos K, Betz M, Bergner A, Huber R, Suzuki K, Yoshida N, Nagase H, Brew K, Bourenkov GP, Bartunik H, Bode W (сентябрь 1997 г.). "Механизм ингибирования человеческой матриксной металлопротеиназы стромелизина-1 TIMP-1". Nature . 389 (6646): 77–81. Bibcode :1997Natur.389...77G. doi :10.1038/37995. PMID  9288970. S2CID  152666.
  22. ^ Massova I, Kotra LP, Fridman R, Mobashery S (сентябрь 1998 г.). «Матричные металлопротеиназы: структуры, эволюция и диверсификация». FASEB Journal . 12 (25n26): 1075–95. CiteSeerX 10.1.1.31.3959 . doi :10.1142/S0217984998001256. PMID  9737711. 
  23. ^ ab Pelmenshikov V, Siegbahn PE (ноябрь 2002). "Каталитический механизм матричных металлопротеиназ: двухслойное исследование ONIOM". Неорганическая химия . 41 (22): 5659–66. doi :10.1021/ic0255656. PMID  12401069.
  24. ^ Хангауэр Д.Г., Монзинго А.Ф., Мэтьюз Б.В. (ноябрь 1984 г.). «Интерактивное компьютерное графическое исследование катализируемого термолизином расщепления пептида и ингибирования N-карбоксиметилдипептидами». Биохимия . 23 (24): 5730–41. doi :10.1021/bi00319a011. PMID  6525336.
  25. ^ Pelmenshikov V, Blomberg MR, Siegbahn PE (март 2002). «Теоретическое исследование механизма гидролиза пептидов термолизином». Журнал биологической неорганической химии . 7 (3): 284–98. doi :10.1007/s007750100295. PMID  11935352. S2CID  23262392.
  26. ^ ab Василевская Т, Хренова МГ, Немухин АВ, Тиль В (август 2015). "Механизм протеолиза в матриксной металлопротеиназе-2, выявленный с помощью моделирования QM/MM". Журнал вычислительной химии . 36 (21): 1621–30. doi : 10.1002/jcc.23977 . PMID  26132652. S2CID  25062943.
  27. ^ Harrison RK, Chang B, Niedzwiecki L, Stein RL (ноябрь 1992). «Механистические исследования человеческой матриксной металлопротеиназы стромелизина». Биохимия . 31 (44): 10757–62. doi :10.1021/bi00159a016. PMID  1420192.
  28. ^ Browner MF, Smith WW, Castelhano AL (май 1995). «Комплексы матрилизина-ингибитора: общие темы среди металлопротеаз». Биохимия . 34 (20): 6602–10. doi :10.1021/bi00020a004. PMID  7756291.
  29. ^ Falo MC, Fillmore HL, Reeves TM, Phillips LL (сентябрь 2006 г.). «Профиль экспрессии матриксной металлопротеиназы-3 различает адаптивную и неадаптивную синаптическую пластичность, вызванную травматическим повреждением мозга». Journal of Neuroscience Research . 84 (4): 768–81. doi :10.1002/jnr.20986. PMID  16862547. S2CID  7191007.
  30. ^ Morita-Fujimura Y, Fujimura M, Gasche Y, Copin JC, Chan PH (январь 2000 г.). «Повышенная экспрессия супероксиддисмутазы меди и цинка у трансгенных мышей предотвращает индукцию и активацию матриксных металлопротеиназ после травмы мозга, вызванной холодом». Журнал мозгового кровотока и метаболизма . 20 (1): 130–8. doi : 10.1097/00004647-200001000-00017 . PMID  10616801.
  31. ^ ab Gurney KJ, Estrada EY, Rosenberg GA (июль 2006 г.). «Нарушение гематоэнцефалического барьера стромелизином-1 способствует инфильтрации нейтрофилов при нейровоспалении». Neurobiology of Disease . 23 (1): 87–96. doi :10.1016/j.nbd.2006.02.006. PMID  16624562. S2CID  20979287.
  32. ^ Furuse M, Fujita K, Hiiragi T, Fujimoto K, Tsukita S (июнь 1998 г.). «Клаудин-1 и -2: новые интегральные мембранные белки, локализующиеся в плотных контактах без сходства последовательностей с окклюдином». Журнал клеточной биологии . 141 (7): 1539–50. doi :10.1083/jcb.141.7.1539. PMC 2132999. PMID  9647647. 
  33. ^ Nitta T, Hata M, Gotoh S, Seo Y, Sasaki H, Hashimoto N, Furuse M, Tsukita S (май 2003 г.). «Избирательное по размеру ослабление гематоэнцефалического барьера у мышей с дефицитом клаудина-5». The Journal of Cell Biology . 161 (3): 653–60. doi :10.1083/jcb.200302070. PMC 2172943. PMID 12743111  . 
  34. ^ Bartanusz V, Jezova D, Alajajian B, Digicaylioglu M (август 2011 г.). «Гемато-спинномозговой барьер: морфология и клинические аспекты». Annals of Neurology . 70 (2): 194–206. doi :10.1002/ana.22421. PMID  21674586. S2CID  15642099.
  35. ^ Lee JY, Choi HY, Ahn HJ, Ju BG, Yune TY (ноябрь 2014 г.). «Матричная металлопротеиназа-3 способствует раннему разрушению гематоспинального барьера и кровоизлиянию, а также ухудшает долгосрочное неврологическое восстановление после травмы спинного мозга». The American Journal of Pathology . 184 (11): 2985–3000. doi : 10.1016/j.ajpath.2014.07.016 . PMID  25325922.
  36. ^ Опденаккер Г., Ван ден Стин П.Е., Дюбуа Б., Нелиссен И., Ван Койли Э., Масуре С., Пруст П., Ван Дамм Дж. (июнь 2001 г.). «Желатиназа B действует как регулятор и эффектор в биологии лейкоцитов». Журнал биологии лейкоцитов . 69 (6): 851–9. дои : 10.1189/jlb.69.6.851 . PMID  11404367. S2CID  15851048.
  37. ^ Giebel SJ, Menicucci G, McGuire PG, Das A (май 2005 г.). «Матричные металлопротеиназы при ранней диабетической ретинопатии и их роль в изменении гематоретинального барьера». Лабораторные исследования; Журнал технических методов и патологии . 85 (5): 597–607. doi : 10.1038/labinvest.3700251 . PMID  15711567.
  38. ^ Обе Б, Левеск С.А., Паре А, Чамма Э, Кебир Х, Горина Р, Лекуйер М.А., Альварес Дж.И., Де Конинк Ю., Энгельхардт Б., Прат А., Коте Д., Лакруа С. (сентябрь 2014 г.). «Нейтрофилы опосредуют нарушение гемато-спинномозгового барьера при демиелинизирующих нейровоспалительных заболеваниях». Журнал иммунологии . 193 (5): 2438–54. doi : 10.4049/jimmunol.1400401 . ПМИД  25049355.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки