stringtranslate.com

Сфингомиелинфосфодиэстераза

Сфингомиелинфосфодиэстераза (EC 3.1.4.12, также известная как нейтральная сфингомиелиназа , сфингомиелиназа или SMase ; систематическое название сфингомиелинхолинфосфогидролаза ) — это фермент гидролаза , который участвует в реакциях метаболизма сфинголипидов . SMase является членом суперсемейства ферментов ДНКазы  I и отвечает за расщепление сфингомиелина (SM) на фосфохолин и церамид . Активация SMase была предложена в качестве основного пути для производства церамида в ответ на клеточные стрессы. [2]

Семейство сфингомиелиназы

Было идентифицировано пять типов SMase. Они классифицируются в соответствии с их катионной зависимостью и оптимумами pH действия и являются:

Из них лизосомальная кислая СМаза и магний-зависимая нейтральная СМаза считаются основными кандидатами на выработку церамида в клеточном ответе на стресс.

Нейтральная сфингомиелиназа

Активность нейтральной сфингомиелиназы (N-SMase) была впервые описана в фибробластах пациентов с болезнью Ниманна-Пика — лизосомной болезнью накопления, характеризующейся дефицитом кислой SMase. [3] Последующее исследование показало, что этот фермент является продуктом отдельного гена, имеет оптимальный pH 7,4, зависит от ионов Mg 2+ для своей активности и особенно обогащен в мозге. [4] Однако более позднее исследование на бычьем мозге показало существование нескольких изоформ N-SMase с различными биохимическими и хроматографическими свойствами. [5]

Главный прорыв произошел в середине 1980-х годов с клонированием первых N-SMases из Bacillus cereus и Staphylococcus aureus . [6] [7] Использование последовательностей этих бактериальных сфингомиелиназ в поисках гомологии в конечном итоге привело к идентификации дрожжевых N-SMases ISC1 в почкующихся дрожжах Saccharomyces cerevisiae [8] и ферментов млекопитающих N-SMase, nSMase1 и nSMase2. [9] [10] Идентичность между млекопитающими, дрожжевыми и бактериальными SMases очень низкая - приблизительно 20% между nSMase2 и SMase B. cereus. Однако выравнивание последовательностей (см. рисунок) указывает на ряд консервативных остатков во всем семействе, особенно в каталитической области ферментов. [11] Это привело к предположению об общем каталитическом механизме для семейства N-SMase.

Третий белок N-SMase – названный nSMase3 – был клонирован и охарактеризован в 2006 году. [12] nSMase3 имеет мало сходства последовательности с nSMase1 или nSMase2. Однако, по-видимому, существует высокая степень эволюционной консервации от низших к высшим организмам, что предполагает, что он может включать в себя уникальную и отличную N-SMase. Высокая экспрессия nSMase3 в сердце и скелетных мышцах также предполагает потенциальную роль в работе сердца. [13]

Активный сайт

Увеличенное изображение активного центра SMase со связанными ионами Co2 +, показывающее остатки, ответственные за связывание двухвалентных катионов металлов. Из PDB : 2dds ​.

Расшифровка кристаллической структуры нейтральной сфингомиелиназы из Listeria ivanovii и Bacillus cereus позволила более полно понять их ферментативный сайт. Активный сайт SMase B. cereus включает остатки Asn -16, Glu -53, Asp -195, Asn-197 и His -296. Из них остатки Glu-53, Asp-195 и His-296, как известно, необходимы для активности. Относительная каталитическая активность SMase, когда ионы металлов связаны с активным сайтом, была изучена для двухвалентных ионов металлов Co 2+ , Mn 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ , и Sr 2+ . Из этих пяти ионов металлов, Co 2+ , Mn 2+ , и Mg 2+ , связанные с активным сайтом, приводят к высокой каталитической активности SMase. Ca 2+ и Sr 2+ , связанные с активным сайтом, демонстрируют гораздо более низкую каталитическую активность SMase. Когда один ион Mg 2+ или два иона Co 2+ связываются с активным сайтом, получается двойная гексакоординированная геометрия с двумя октаэдрическими бипирамидами для Co 2+ и одной октаэдрической бипирамидой для Mg 2+ . Когда один ион Ca 2+ связывается с активным сайтом, получается гептакоординированная геометрия. Поэтому, как предсказывают, разница в каталитической активности для ионов металлов обусловлена ​​геометрическими различиями. Из Co 2+ и Mg 2+ SMase имеет лучшую реакционную способность, когда два иона Co 2+ связаны с SMase; когда эти ионы Co 2+ связаны, Glu-53 и His-296 каждый связывает один двухвалентный катион металла. Эти катионы окружены мостиковыми молекулами воды и функционируют как кислоты Льюиса . [1]

Механизм

Расшифровка кристаллической структуры нейтральной сфингомиелиназы из Listeria ivanovii и Bacillus cereus также пролила свет на их каталитические механизмы. Активный центр SMase содержит остатки Glu и His, каждый из которых связан с одним или двумя двухвалентными катионами металлов, обычно Co2 + , Mg2 + или Ca2 + для оптимальной производительности. Эти два катиона участвуют в катализе, привлекая SM в активный центр SMase. Двухвалентный катион, связанный с остатком Glu, взаимодействует с амидокислородом и эфирным кислородом между C1 и фосфатной группой SM; остаток Asn и двухвалентный катион металла, связанный с остатком His, связываются с атомами кислорода фосфатной группы SM. Это стабилизирует отрицательный заряд фосфатной группы. Катион металла, связанный с остатком His и боковыми цепями Asp и Asn, снижает значение pKa одной из мостиковых молекул воды, тем самым активируя молекулу воды. Эта молекула воды затем действует как нуклеофил и атакует фосфатную группу SM, создавая пятивалентный атом фосфора, отрицательный заряд которого стабилизируется двухвалентными катионами металла. Затем фосфат преобразует свою тетраэдрическую конформацию и приводит к продуктам церамиду и фосфохолину . [1] В 2016 году была предложена модель, основанная на исследовании кристаллической структуры кислой сфингомиелиназы млекопитающих, в которой ASMase существует в равновесии между открытой и закрытой формами домена сапозина . В отсутствие мембран закрытый ASMasesap, отделенный от ASMasecat, будет преобладать и делать фермент неактивным. В присутствии анионных мембран открытый ASMasesap становится преобладающим, стыкуется с поверхностью мембраны и одновременно образует интерфейс с каталитическим доменом, активируя его для гидролиза сфингомиелина . [14]

Ссылки

  1. ^ abc PDB : 2ddt ​; Ago H, Oda M, Takahashi M, Tsuge H, Ochi S, Katunuma N, Miyano M, Sakurai J (июнь 2006 г.). "Структурная основа активности сфингомиелинфосфодиэстеразы в нейтральной сфингомиелиназы из Bacillus cereus". J. Biol. Chem . 281 (23): 16157–67. doi : 10.1074/jbc.M601089200 . PMID  16595670.
  2. ^ Hannun YA, Obeid LM (июль 2002 г.). «Церамидоцентрическая вселенная регуляции клеток, опосредованной липидами: стрессовые столкновения липидного типа». J. Biol. Chem . 277 (29): 25847–50. doi : 10.1074/jbc.R200008200 . PMID  12011103.
  3. ^ Schneider PB, Kennedy EP (май 1967). «Сфингомиелиназа в нормальной человеческой селезенке и селезенке субъектов с болезнью Ниманна-Пика». J. Lipid Res . 8 (3): 202–9. doi : 10.1016/S0022-2275(20)40138-5 . PMID  4962590.
  4. ^ Rao BG, Spence MW (сентябрь 1976 г.). «Активность сфингомиелиназы при pH 7,4 в человеческом мозге и сравнение с активностью при pH 5,0». J. Lipid Res . 17 (5): 506–15. doi : 10.1016/S0022-2275(20)41749-3 . PMID  9463.
  5. ^ Jung SY, Suh JH, Park HJ, Jung KM, Kim MY, Na DS, Kim DK (сентябрь 2000 г.). «Идентификация множественных форм мембранно-ассоциированной нейтральной сфингомиелиназы в мозге быка». J. Neurochem . 75 (3): 1004–14. doi : 10.1046/j.1471-4159.2000.0751004.x . PMID  10936181. S2CID  46397368.
  6. ^ Coleman DC, Arbuthnott JP, Pomeroy HM, Birkbeck TH (декабрь 1986 г.). «Клонирование и экспрессия в Escherichia coli и Staphylococcus aureus детерминанты бета-лизина из Staphylococcus aureus: доказательства того, что преобразование бактериофагом активности бета-лизина вызвано инсерционной инактивацией детерминанты бета-лизина». Microb. Pathog . 1 (6): 549–64. doi :10.1016/0882-4010(86)90040-9. PMID  3334158.
  7. ^ Ямада А., Цукагоши Н., Удака С., Сасаки Т., Макино С., Накамура С., Литтл К., Томита М., Икезава Х. (август 1988 г.). «Нуклеотидная последовательность и экспрессия в Escherichia coli гена, кодирующего сфингомиелиназу Bacillus cereus». Eur. J. Biochem . 175 (2): 213–20. doi :10.1111/j.1432-1033.1988.tb14186.x. PMID  2841128.
  8. ^ Савай Х, Окамото Ю, Луберто С, Мао С, Белявска А, Домаэ Н, Ханнун Ю.А. (декабрь 2000 г.). «Идентификация ISC1 (YER019w) как инозитолфосфинголипидфосфолипазы C в Saccharomyces cerevisiae». Ж. Биол. Хим . 275 (50): 39793–8. дои : 10.1074/jbc.M007721200 . ПМИД  11006294.
  9. ^ Томиук С., Хофманн К., Никс М., Зумбансен М., Стоффель В. (март 1998 г.). «Клонированная нейтральная сфингомиелиназа млекопитающих: функции в передаче сигналов сфинголипидов?». Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 95 (7): 3638–43. Bibcode : 1998PNAS...95.3638T. doi : 10.1073/pnas.95.7.3638 . PMC 19888. PMID  9520418. 
  10. ^ Tomiuk S, Zumbansen M, Stoffel W (февраль 2000 г.). «Характеристика и субклеточная локализация мышиной и человеческой магний-зависимой нейтральной сфингомиелиназы». J. Biol. Chem . 275 (8): 5710–7. doi : 10.1074/jbc.275.8.5710 . PMID  10681556.
  11. ^ Кларк CJ, Снук CF, Тани М, Матмати Н, Маркезини Н, Ханнун Ю.А. (сентябрь 2006 г.). «Расширенное семейство нейтральных сфингомиелиназ». Биохимия . 45 (38): 11247–56. дои : 10.1021/bi061307z. ПМИД  16981685.
  12. ^ Круть, Олег; Вигманн, Катя; Кашкар, Хамид; Язданпанах, Бенджамин; Кронке, Мартин (2006-05-12). «Новая нейтральная сфингомиелиназа-3 млекопитающих, реагирующая на фактор некроза опухоли, является белком, закрепленным на C-хвосте». Журнал биологической химии . 281 (19): 13784–13793. doi : 10.1074/jbc.M511306200 . ISSN  0021-9258. PMID  16517606.
  13. ^ Krut O, Wiegmann K, Kashkar H, Yazdanpanah B, Krönke M (май 2006 г.). «Новая нейтральная сфингомиелиназа-3 млекопитающих, реагирующая на фактор некроза опухоли, является белком, закрепленным на C-хвосте». J. Biol. Chem . 281 (19): 13784–93. doi : 10.1074/jbc.M511306200 . PMID  16517606.
  14. ^ Горелик, Алексей; Иллес, Каталин; Хайнц, Леонард X.; Суперти-Фурга, Джулио; Нагар, Бхушан (20 июля 2016 г.). «Кристаллическая структура кислой сфингомиелиназы млекопитающих». Природные коммуникации . 7 (1): 12196. Бибкод : 2016NatCo...712196G. дои : 10.1038/ncomms12196 . ISSN  2041-1723. ПМЦ 4961792 . PMID  27435900. S2CID  32841772. 

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки