Фермент фосфолипаза А 2 (EC 3.1.1.4, PLA2 , систематическое название фосфатидилхолин-2-ацилгидролаза ) катализирует расщепление жирных кислот в положении 2 фосфолипидов , гидролизуя связь между вторым «хвостом» жирной кислоты и молекулой глицерина :
Эта конкретная фосфолипаза специфически распознает sn 2 ацильную связь фосфолипидов и каталитически гидролизует эту связь, высвобождая арахидоновую кислоту и лизофосфатидную кислоту . При последующей модификации циклооксигеназами или липоксигеназами арахидоновая кислота модифицируется в активные соединения, называемые эйкозаноидами . Эйкозаноиды включают простагландины и лейкотриены , которые относятся к категории противовоспалительных и воспалительных медиаторов. [1]
Ферменты PLA2 обычно обнаруживаются в тканях млекопитающих, а также в яде паукообразных, насекомых и змей. [2] Пчелиный яд в основном состоит из мелиттина , который является стимулятором PLA2. Из-за повышенного присутствия и активности PLA2 в результате укуса змеи или насекомого арахидоновая кислота непропорционально высвобождается из фосфолипидной мембраны . В результате на этом месте возникает воспаление и боль. [3] Существуют также прокариотические А 2 фосфолипазы .
Дополнительные типы фосфолипаз включают фосфолипазу A1 , фосфолипазу B , фосфолипазу C и фосфолипазу D. [4]
Фосфолипазы А 2 включают несколько неродственных семейств белков с общей ферментативной активностью. Двумя наиболее известными семействами являются секретируемые и цитозольные фосфолипазы А 2 . Другие семейства включают Ca 2+ независимый PLA2 (iPLA2) и липопротеин-ассоциированные PLA2 (lp-PLA2), также известные как ацетилгидролаза фактора активации тромбоцитов (PAF-AH).
Внеклеточные формы фосфолипаз А 2 были выделены из различных ядов ( змеи , [5] пчелы и осы ), практически из всех изученных тканей млекопитающих (включая поджелудочную железу и почки ) , а также из бактерий . Для активности им требуется Ca 2+ .
sPLA2 поджелудочной железы служит для первоначального переваривания фосфолипидных соединений в пищевом жире . Фосфолипазы яда помогают обездвижить добычу, способствуя лизису клеток .
У мышей sPLA2 группы III участвует в созревании сперматозоидов [6] , а группа X, как полагают, участвует в капацитации сперматозоидов . [7]
Было показано, что sPLA2 способствует воспалению у млекопитающих, катализируя первый этап пути арахидоновой кислоты путем расщепления фосфолипидов , что приводит к образованию жирных кислот , включая арахидоновую кислоту . Эта арахидоновая кислота затем метаболизируется с образованием нескольких воспалительных и тромбогенных молекул. Считается, что избыточные уровни sPLA2 способствуют развитию ряда воспалительных заболеваний и, как было показано, способствуют воспалению сосудов, коррелируя с коронарными событиями при ишемической болезни сердца и остром коронарном синдроме [8] и , возможно, приводя к острому респираторному дистресс-синдрому [9] и прогрессированию от тонзиллита . [10]
У детей избыточный уровень sPLA2 связан с воспалением, которое, как считается, усугубляет астму [11] и воспаление поверхности глаза ( сухой глаз ). [12]
Повышенная активность sPLA2 наблюдается в спинномозговой жидкости людей с болезнью Альцгеймера и рассеянным склерозом и может служить маркером повышения проницаемости гемато -ликворного барьера . [13]
Существуют атипичные члены семейства фосфолипаз А2 , такие как PLA2G12B, которые не обладают фосфолипазной активностью с типичным субстратом фосфолипазы. [14] Отсутствие ферментативной активности PLA2G12B указывает на то, что он может иметь уникальную функцию, отличную от других sPLA2. Было показано, что у мышей с нулевым PLA2G12B уровни ЛПОНП были значительно снижены, что позволяет предположить, что это может влиять на секрецию липопротеинов [15] [16]
Внутриклеточные PLA2 группы IV также являются Са-зависимыми, но имеют другую трехмерную структуру и значительно крупнее секретируемого PLA2 (более 700 остатков). Они включают домен C2 и большой каталитический домен.
Эти фосфолипазы участвуют в клеточных сигнальных процессах, таких как воспалительная реакция . Они высвобождают арахидоновую кислоту из мембранных фосфолипидов. Арахидоновая кислота является одновременно сигнальной молекулой и предшественником синтеза других сигнальных молекул, называемых эйкозаноидами . К ним относятся лейкотриены и простагландины . Некоторые эйкозаноиды синтезируются из диацилглицерина , высвобождаемого из липидного бислоя под действием фосфолипазы С (см. ниже).
Фосфолипазы А 2 можно классифицировать на основании гомологии последовательностей. [17]
Повышенные уровни lp-PLA2 связаны с заболеваниями сердца и могут способствовать атеросклерозу . [18] Хотя роль LP-PLA2 при атеросклерозе может зависеть от его носителя в плазме, и некоторые данные свидетельствуют о том, что Lp-PLA2, связанный с ЛПВП, может существенно способствовать антиатерогенной активности ЛПВП. [19]
Предполагаемый каталитический механизм панкреатического sPLA2 инициируется комплексом His-48/Asp-99/кальций в активном центре. Ион кальция поляризует карбонильный кислород sn-2, а также координирует его с каталитической молекулой воды w5. His-48 улучшает нуклеофильность каталитической воды за счет мостиковой второй молекулы воды w6 . Было высказано предположение, что для преодоления расстояния между каталитическим гистидином и эфиром необходимы две молекулы воды . Считается, что основность His -48 усиливается за счет водородных связей с Asp-99. Замена His-48 аспарагином поддерживает активность дикого типа, поскольку амидная функциональная группа аспарагина также может снижать pKa, или константу кислотной диссоциации , мостиковой молекулы воды. Состояние, ограничивающее скорость, характеризуется как деградация тетраэдрического промежуточного соединения, состоящего из оксианиона , координированного кальцием . Роль кальция также может быть дублирована другими относительно небольшими катионами, такими как кобальт и никель. [20] Прежде чем стать активной в пищеварении, проформа PLA2 активируется трипсином.
PLA2 также можно охарактеризовать как имеющий канал с гидрофобной стенкой, в котором гидрофобные аминокислотные остатки, такие как Phe , Leu и Tyr , служат для связывания субстрата. Другим компонентом PLA2 являются семь дисульфидных мостиков , которые влияют на регуляцию и стабильное сворачивание белка. [20]
Действие PLA2 может высвобождать гистамин из тучных клеток брюшины крысы. [22] Он также вызывает выброс гистамина в базофилах человека. [23]
Из-за важности PLA2 в воспалительных реакциях регуляция фермента имеет важное значение. cPLA2 регулируется фосфорилированием и концентрацией кальция. cPLA2 фосфорилируется МАРК по серину -505 . Когда фосфорилирование сочетается с притоком ионов кальция, cPLA2 стимулируется и может перемещаться к мембране, чтобы начать катализ . [24]
Фосфорилирование cPLA2 может быть результатом связывания лиганда с рецепторами, в том числе:
В случае воспаления применение глюкокортикоидов усиливает (опосредованно на уровне генов) выработку белка липокортина , который может ингибировать cPLA2 и уменьшать воспалительную реакцию.
В нормальных клетках головного мозга регуляция PLA2 обеспечивает баланс между превращением арахидоновой кислоты в провоспалительные медиаторы и ее повторным включением в мембрану. При отсутствии строгой регуляции активности PLA2 вырабатывается непропорциональное количество провоспалительных медиаторов. Возникающий в результате окислительный стресс и нейровоспаление аналогичны неврологическим заболеваниям, таким как болезнь Альцгеймера , эпилепсия , рассеянный склероз , ишемия . Лизофосфолипиды — это еще один класс молекул, высвобождаемых из мембраны, которые являются предшественниками факторов активации тромбоцитов (PAF). Аномальные уровни мощного PAF также связаны с неврологическими повреждениями. Оптимальный ингибитор фермента будет специально нацелен на активность PLA2 на мембранах нервных клеток, уже находящихся в состоянии окислительного стресса и сильного воспаления . Таким образом, специфические ингибиторы PLA2 головного мозга могут стать фармацевтическим подходом к лечению ряда заболеваний, связанных с нервными травмами. [26]
Увеличение активности фосфолипазы А 2 представляет собой острую фазовую реакцию , которая усиливается во время воспаления, которая также экспоненциально выше при грыжах межпозвоночных дисков в пояснице по сравнению с ревматоидным артритом . [ нужна цитация ] Это смесь воспаления и вещества P , которые отвечают за боль. [ нужна цитата ]
Повышение уровня фосфолипазы А2 также связано с нервно-психическими расстройствами, такими как шизофрения и распространенными нарушениями развития (такими как аутизм ), хотя механизмы этого явления неизвестны. [27] [28]
Изоферменты фосфолипазы А 2 человека включают:
Кроме того, следующие белки человека содержат домен фосфолипазы А2 :
См. стр. 2640.