stringtranslate.com

Глюкозо-6-фосфат-изомераза

Глюкозо-6-фосфатизомераза ( GPI ), также известная как фосфоглюкозоизомераза/фосфоглюкоизомераза ( PGI ) или фосфогексозоизомераза ( PHI ), представляет собой фермент ( EC 5.3.1.9), который у людей кодируется геном GPI на хромосоме 19. [4] Этот ген кодирует член семейства белков глюкозофосфатизомеразы. Кодируемый белок был идентифицирован как подрабатывающий белок на основе его способности выполнять механистически различные функции. В цитоплазме продукт гена функционирует как гликолитический фермент (глюкозо-6-фосфатизомераза), который взаимопревращает глюкозо-6-фосфат (G6P) и фруктозо-6-фосфат (F6P). Внеклеточно кодируемый белок (также называемый нейролейкином) функционирует как нейротрофический фактор, способствующий выживанию скелетных двигательных нейронов и сенсорных нейронов, а также как лимфокин, индуцирующий секрецию иммуноглобулина . Кодируемый белок также называют аутокринным фактором подвижности (AMF) на основе дополнительной функции как секретируемого опухолью цитокина и ангиогенного фактора. Дефекты в этом гене являются причиной несфероцитарной гемолитической анемии, а тяжелый дефицит фермента может быть связан с водянкой плода, немедленной смертью новорожденного и неврологическими нарушениями. Альтернативный сплайсинг приводит к множественным вариантам транскриптов. [предоставлено RefSeq, январь 2014 г.] [5]

Структура

Функциональный GPI представляет собой димер 64 кДа, состоящий из двух идентичных мономеров. [6] [7] Два мономера взаимодействуют, в частности, через два выступа в обнимающем объятии. Активный сайт каждого мономера образован щелью между двумя доменами и интерфейсом димера. [6]

Мономеры GPI состоят из двух доменов, один из которых состоит из двух отдельных сегментов, называемых большим доменом, а другой — из сегмента между ними, называемого малым доменом. [8] Каждый из двух доменов представляет собой αβα-сэндвич, при этом малый домен содержит пятицепочечный β-слой, окруженный α-спиралями, в то время как большой домен имеет шестицепочечный β-слой. [6] Большой домен, расположенный на N-конце , и C-конце каждого мономера также содержат выступы, похожие на «руки». [8] [9] Несколько остатков в малом домене служат для связывания фосфата, в то время как другие остатки, в частности His 388 , из большого и C-концевого доменов имеют решающее значение для стадии открытия сахарного кольца, катализируемой этим ферментом. Поскольку изомеризационная активность происходит на границе димера, димерная структура этого фермента имеет решающее значение для его каталитической функции. [9]

Предполагается, что фосфорилирование серина этого белка вызывает конформационное изменение его секреторной формы. [7]

Механизм

Механизм, который GPI использует для взаимопревращения глюкозо-6-фосфата и фруктозо-6-фосфата (альдозы в кетозу), состоит из трех основных этапов: открытие глюкозного кольца, изомеризация глюкозы во фруктозу через промежуточный энедиол и закрытие фруктозного кольца. [10]

Изомеризация глюкозы

Соединение C00668 в базе данных путей KEGG . Фермент 5.3.1.9 в базе данных путей KEGG . Соединение C05345 в базе данных путей KEGG . Реакция R00771 в базе данных путей KEGG .

Глюкозо-6-фосфат связывается с GPI в ​​его пиранозной форме. Кольцо открывается по механизму «push-pull» с помощью His388, который протонирует кислород C5, и Lys518, который депротонирует гидроксильную группу C1. Это создает открытую цепь альдозы. Затем субстрат вращается вокруг связи C3-C4, чтобы расположить его для изомеризации. В этот момент Glu357 депротонирует C2, чтобы создать промежуточный цис - ендиолят , стабилизированный Arg272. Для завершения изомеризации Glu357 отдает свой протон C1, гидроксильная группа C2 теряет свой протон, и образуется кетозо-фруктозо-6-фосфат с открытой цепью. Наконец, кольцо закрывается путем повторного вращения субстрата вокруг связи C3-C4 и депротонирования гидроксила C5 с помощью Lys518. [11]

При переходе от фруктозо-6-фосфата к глюкозо-6-фосфату результатом может быть маннозо -6-фосфат, если углероду C2 придана неправильная хиральность , но фермент не допускает такого результата, за исключением очень низкой, нефизиологической скорости. [11]

Функция

Этот ген принадлежит к семейству GPI. [5] Белок, кодируемый этим геном, представляет собой димерный фермент, катализирующий обратимую изомеризацию G6P и F6P. [12] [13] Поскольку реакция обратима, ее направление определяется концентрациями G6P и F6P. [9]

глюкозо-6-фосфат ↔ фруктозо-6-фосфат

Белок имеет различные функции внутри и снаружи клетки. В цитоплазме белок участвует в гликолизе и глюконеогенезе , а также в пентозофосфатном пути. [9] За пределами клетки он функционирует как нейротрофический фактор для спинальных и сенсорных нейронов, называемый нейролейкином . [13] Этот же белок также секретируется раковыми клетками, где он называется аутокринным фактором подвижности [14] и стимулирует метастазирование . [15] Известно также, что внеклеточный GPI функционирует как фактор созревания. [9] [13]

Нейролейкин

Хотя изначально они рассматривались как отдельные белки, технология клонирования продемонстрировала, что GPI почти идентичен белку нейролейкину . [16] Нейролейкин является нейротрофическим фактором для спинномозговых и сенсорных нейронов. Он обнаружен в больших количествах в мышцах, мозге, сердце и почках. [17] Нейролейкин также действует как лимфокин, секретируемый Т-клетками, стимулированными лектином. Он вызывает секрецию иммуноглобулина в В-клетках как часть ответа, который активирует клетки, секретирующие антитела. [18]

Фактор аутокринной подвижности

Эксперименты по клонированию также показали, что GPI идентичен белку, известному как аутокринный фактор подвижности (AMF). [19] AMF вырабатывается и секретируется раковыми клетками и стимулирует рост и подвижность клеток как фактор роста . [20] Считается, что AMF играет ключевую роль в метастазировании рака , активируя пути MAPK / ERK или PI3K / AKT . [21] [22] [23] В пути PI3K/AKT AMF взаимодействует с gp78/ AMFR , регулируя высвобождение кальция из ER и, следовательно, защищая от апоптоза в ответ на стресс ER. [21]

Прокариотические ортологи

У некоторых архей и бактерий активность глюкозо-6-фосфатизомеразы происходит через бифункциональный фермент , который также проявляет активность фосфоманнозоизомеразы (PMI). Хотя бифункциональный фермент не тесно связан с эукариотическими GPI, он достаточно похож, так как последовательность включает кластер треонинов и серинов , который образует участок связывания сахарного фосфата в обычном GPI. Считается, что фермент использует те же каталитические механизмы как для раскрытия глюкозного кольца, так и для изомеризации для взаимопревращения G6P в F6P. [24]

Клиническое значение

Дефицит GPI является причиной 4% гемолитических анемий , вызванных дефицитом гликолитических ферментов. [12] [13] [25] [26] Недавно было выявлено несколько случаев дефицита GPI. [27]

Повышенные уровни сывороточного GPI использовались в качестве прогностического биомаркера для колоректального , молочной железы , легких , почек , желудочно-кишечного и других видов рака . [7] [13] Как и AMF, GPI приписывается регулированию миграции клеток во время инвазии и метастазирования . [7] Одно исследование показало, что внешние слои сфероидов опухоли молочной железы (BTS) секретируют GPI, который вызывает эпителиально-мезенхимальный переход (EMT), инвазию и метастазирование в BTS. Было обнаружено, что ингибиторы GPI ERI4P и 6PG блокируют метастазирование BTS, но не гликолиз BTS или жизнеспособность фибробластов. Кроме того, GPI секретируется исключительно опухолевыми клетками, а не нормальными клетками. По этим причинам ингибиторы GPI могут быть более безопасным и более целенаправленным подходом к противораковой терапии. [28] GPI также участвует в положительной обратной связи с HER2 , основной терапевтической мишенью рака молочной железы, поскольку GPI усиливает экспрессию HER2, а сверхэкспрессия HER2 усиливает экспрессию GPI и т. д. В результате активность GPI, вероятно, придает клеткам рака молочной железы устойчивость к терапии на основе HER2 с использованием Герцептина /Трастузумаба и должна рассматриваться как дополнительная мишень при лечении пациентов. [23]

Приложения

Человеческий GPI способен вызывать артрит у мышей с различным генетическим фоном посредством внутрикожной инъекции. [29] [30]

Смотрите также

Взаимодействия

Известно, что GPI взаимодействует с:

Интерактивная карта маршрутов

Нажмите на гены, белки и метаболиты ниже, чтобы перейти к соответствующим статьям. [§ 1]

  1. ^ Интерактивную карту путей можно редактировать на WikiPathways: «GlycolysisGluconeogenesis_WP534».

Ссылки

  1. ^ abc ENSG00000105220 GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000282019, ENSG00000105220 – Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  3. ^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  4. ^ "UniProtKB: P06744 (G6PI_HUMAN)".
  5. ^ ab "Ген Энтреза: GPI глюкозофосфатизомераза".
  6. ^ abc Jeffery CJ, Bahnson BJ, Chien W, Ringe D, Petsko GA (февраль 2000 г.). «Кристаллическая структура кроличьей фосфоглюкозоизомеразы, гликолитического фермента, который работает как нейролейкин, аутокринный фактор подвижности и медиатор дифференциации». Биохимия . 39 (5): 955–964. doi :10.1021/bi991604m. PMID  10653639.
  7. ^ abcd Хага А, Ниинака Ю, Раз А (июль 2000 г.). «Фосфогексозоизомераза/фактор аутокринной подвижности/нейролейкин/фактор созревания представляет собой многофункциональный фосфопротеин». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Структура белка и молекулярная энзимология . 1480 (1–2): 235–244. дои : 10.1016/s0167-4838(00)00075-3. ПМИД  11004567.
  8. ^ ab Sun YJ, Chou CC, Chen WS, Wu RT, Meng M, Hsiao CD (май 1999). «Кристаллическая структура многофункционального белка: фосфоглюкозоизомераза/аутокринный фактор подвижности/нейролейкин». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (10): 5412–5417. Bibcode :1999PNAS...96.5412S. doi : 10.1073/pnas.96.10.5412 . PMC 21873 . PMID  10318897. 
  9. ^ abcde Cordeiro AT, Godoi PH, Silva CH, Garratt RC, Oliva G, Thiemann OH (февраль 2003 г.). «Кристаллическая структура человеческой фосфоглюкозоизомеразы и анализ начальных каталитических стадий». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1645 (2): 117–122. doi :10.1016/s1570-9639(02)00464-8. PMID  12573240.
  10. ^ Read J, Pearce J, Li X, Muirhead H, Chirgwin J, Davies C (июнь 2001 г.). «Кристаллическая структура человеческой фосфоглюкозоизомеразы при разрешении 1,6 А: значение для каталитического механизма, активности цитокинов и гемолитической анемии». Журнал молекулярной биологии . 309 (2): 447–463. doi :10.1006/jmbi.2001.4680. PMID  11371164.
  11. ^ ab Solomons JT, Zimmerly EM, Burns S, Krishnamurthy N, Swan MK, Krings S, et al. (сентябрь 2004 г.). «Кристаллическая структура мышиной фосфоглюкозоизомеразы при разрешении 1,6 А и ее комплекс с глюкозо-6-фосфатом раскрывает каталитический механизм открытия сахарного кольца». Журнал молекулярной биологии . 342 (3): 847–860. doi :10.1016/j.jmb.2004.07.085. PMID  15342241.
  12. ^ ab Kugler W, Lakomek M (март 2000 г.). «Дефицит глюкозо-6-фосфатизомеразы». Baillière's Best Practice & Research. Клиническая гематология . 13 (1): 89–101. doi :10.1053/beha.1999.0059. PMID  10916680.
  13. ^ abcde Somarowthu S, Brodkin HR, D'Aquino JA, Ringe D, Ondrechen MJ, Beuning PJ (ноябрь 2011 г.). «Сказка о двух изомеразах: компактные и расширенные активные центры в кетостероидной изомеразе и фосфоглюкозоизомеразе». Биохимия . 50 (43): 9283–9295. doi :10.1021/bi201089v. PMID  21970785.
  14. ^ Dobashi Y, Watanabe H, Sato Y, Hirashima S, Yanagawa T, Matsubara H, Ooi A (декабрь 2006 г.). «Дифференциальная экспрессия и патологическое значение экспрессии аутокринного фактора подвижности/глюкозо-6-фосфатизомеразы в карциномах легких человека». Журнал патологии . 210 (4): 431–440. doi :10.1002/path.2069. PMID  17029220. S2CID  39800980.
  15. ^ Watanabe H, Takehana K, Date M, Shinozaki T, Raz A (июль 1996 г.). «Фактор аутокринной подвижности опухолевых клеток — это полипептид нейролейкин/фосфогексозоизомеразы». Cancer Research . 56 (13): 2960–2963. PMID  8674049.
  16. ^ Chaput M, Claes V, Portetelle D, Cludts I, Cravador A, Burny A и др. (март 1988 г.). «Нейротрофический фактор нейролейкин на 90% гомологичен фосфогексозоизомеразе». Nature . 332 (6163): 454–455. Bibcode :1988Natur.332..454C. doi :10.1038/332454a0. PMID  3352744. S2CID  4260489.
  17. ^ Gurney ME, Heinrich SP, Lee MR, Yin HS (октябрь 1986 г.). «Молекулярное клонирование и экспрессия нейролейкина, нейротрофического фактора для спинальных и сенсорных нейронов». Science . 234 (4776): 566–574. Bibcode :1986Sci...234..566G. doi :10.1126/science.3764429. PMID  3764429.
  18. ^ Gurney ME, Apatoff BR, Spear GT, Baumel MJ, Antel JP, Bania MB, Reder AT (октябрь 1986 г.). «Нейролейкин: лимфокиновый продукт стимулированных лектином Т-клеток». Science . 234 (4776): 574–581. Bibcode :1986Sci...234..574G. doi :10.1126/science.3020690. PMID  3020690.
  19. ^ Watanabe H, Takehana K, Date M, Shinozaki T, Raz A (июль 1996 г.). «Фактор аутокринной подвижности опухолевых клеток — это полипептид нейролейкин/фосфогексозоизомеразы». Cancer Research . 56 (13): 2960–2963. PMID  8674049.
  20. ^ Silletti S, Raz A (июль 1993). «Фактор аутокринной подвижности — это фактор роста». Biochemical and Biophysical Research Communications . 194 (1): 446–457. doi :10.1006/bbrc.1993.1840. PMID  8392842.
  21. ^ abc Fu M, Li L, Albrecht T, Johnson JD, Kojic LD, Nabi IR (июнь 2011 г.). «Фактор аутокринной подвижности/фосфоглюкозоизомераза регулирует стресс ER и гибель клеток посредством контроля высвобождения кальция ER». Cell Death and Differentiation . 18 (6): 1057–1070. doi :10.1038/cdd.2010.181. PMC 3131941 . PMID  21252914. 
  22. ^ Liotta LA, Mandler R, Murano G, Katz DA, Gordon RK, Chiang PK, Schiffmann E (май 1986). «Фактор аутокринной подвижности опухолевых клеток». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 83 (10): 3302–3306. Bibcode : 1986PNAS...83.3302L. doi : 10.1073 /pnas.83.10.3302 . PMC 323501. PMID  3085086. 
  23. ^ abcd Kho DH, Nangia-Makker P, Balan V, Hogan V, Tait L, Wang Y, Raz A (февраль 2013 г.). «Фактор аутокринной подвижности способствует расщеплению и передаче сигналов HER2 в клетках рака груди». Cancer Research . 73 (4): 1411–1419. doi :10.1158/0008-5472.can-12-2149. PMC 3577983 . PMID  23248119. 
  24. ^ Swan MK, Hansen T, Schönheit P, Davies C (сентябрь 2004 г.). «Новая фосфоглюкозоизомераза (PGI)/фосфоманнозоизомераза из кренархеона Pyrobaculum aerophilum является членом суперсемейства PGI: структурные доказательства с разрешением 1,16 А». Журнал биологической химии . 279 (38): 39838–39845. doi : 10.1074/jbc.M406855200 . PMID  15252053.
  25. ^ Walker JI, Layton DM, Bellingham AJ, Morgan MJ, Faik P (март 1993 г.). «Аномалии последовательности ДНК при дефиците глюкозо-6-фосфатизомеразы у человека». Молекулярная генетика человека . 2 (3): 327–329. doi :10.1093/hmg/2.3.327. PMID  8499925.
  26. ^ Kanno H, Fujii H, Hirono A, Ishida Y, Ohga S, Fukumoto Y и др. (сентябрь 1996 г.). «Молекулярный анализ дефицита глюкозофосфатизомеразы, связанного с наследственной гемолитической анемией». Blood . 88 (6): 2321–2325. doi : 10.1182/blood.V88.6.2321.bloodjournal8862321 . PMID  8822954.
  27. ^ "GPI Deficiency". Архивировано из оригинала 2014-05-17 . Получено 2012-12-23 .
  28. ^ Галлардо-Перес Х.К., Риверо-Сегура Н.А., Марин-Эрнандес А., Морено-Санчес Р., Родригес-Энрикес С. (июнь 2014 г.). «Ингибирование GPI/AMF блокирует развитие метастатического фенотипа зрелых многоклеточных опухолевых сфероидов». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1843 (6): 1043–1053. дои : 10.1016/j.bbamcr.2014.01.013 . ПМИД  24440856.
  29. ^ Pizzolla A, Wing K, Holmdahl R (октябрь 2013 г.). «Пептид глюкозо-6-фосфатизомеразы индуцирует хронический артрит, зависящий от Т- и В-клеток, у мышей C57BL/10: артрит без активных форм кислорода и комплемента». The American Journal of Pathology . 183 (4): 1144–1155. doi : 10.1016/j.ajpath.2013.06.019 . PMID  23911657.
  30. ^ Иноуэ А., Мацумото И., Танака Ю., Иванами К., Канамори А., Отиаи Н. и др. (2009). «Экспрессия белка, связанного с жировой тканью, индуцированная фактором некроза опухоли альфа, при экспериментальном артрите и ревматоидном артрите». Исследования и терапия артрита . 11 (4): Р118. дои : 10.1186/ar2779 . ПМЦ 2745801 . ПМИД  19660107. 

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

В статье использован текст из общедоступных источников Pfam и InterPro : IPR019490