stringtranslate.com

Фосфолипаза С

Сайты расщепления фосфолипаз . Ферменты фосфолипазы C разрезают непосредственно перед фосфатом, присоединенным к фрагменту R 3 .

Фосфолипаза C ( PLC ) — это класс мембрано-ассоциированных ферментов , которые расщепляют фосфолипиды непосредственно перед фосфатной группой (см. рисунок). Чаще всего его считают синонимом человеческих форм этого фермента, которые играют важную роль в физиологии эукариотических клеток , в частности, в путях передачи сигнала . Роль фосфолипазы C в передаче сигнала заключается в расщеплении фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата (PIP 2 ) на диацилглицерол (DAG) и инозитол-1,4,5-трифосфат (IP 3 ), которые служат вторичными мессенджерами . Активаторы каждого PLC различаются, но обычно включают гетеротримерные субъединицы G-белка, протеинтирозинкиназы , малые G-белки , Ca 2+ и фосфолипиды. [1]

Существует тринадцать видов млекопитающих фосфолипазы C, которые классифицируются на шесть изотипов (β, γ, δ, ε, ζ, η) в соответствии со структурой. Каждый PLC имеет уникальный и перекрывающийся контроль над экспрессией и субклеточным распределением. Однако PLC не ограничивается млекопитающими и присутствует также в бактериях и Chromadorea.

Варианты

Варианты млекопитающих

Обширное число функций, выполняемых реакцией PLC, требует, чтобы она строго регулировалась и могла реагировать на множественные внеклеточные и внутриклеточные входы с соответствующей кинетикой. Эта потребность направляла эволюцию шести изотипов PLC у животных, каждый из которых имеет свой собственный режим регуляции. Пре-мРНК PLC также может подвергаться дифференциальному сплайсингу, так что у млекопитающего может быть до 30 ферментов PLC. [2]

Бактериальные варианты

Большинство бактериальных вариантов фосфолипазы C характеризуются как одна из четырех групп структурно родственных белков. Токсичные фосфолипазы C способны взаимодействовать с мембранами эукариотических клеток и гидролизовать фосфатидилхолин и сфингомиелин, что приводит к лизису клеток. [3]

Хромадорея

Класс Chromadorea также использует фермент фосфолипазу C для регулирования высвобождения кальция. Фермент высвобождает инозитол 1,4,5-трифосфат (IP3) , который обозначает сигнальный путь, участвующий в активации овуляции, продвижении ооцита в сперматеку. Этот ген участвует в различных видах деятельности, таких как контроль ГТФазы, расщепление определенных молекул и связывание с малой ГТФазой. Он помогает бороться с бактериями и регулировать движение белков в клетках. Он обнаружен в выделительной системе, кишечнике, нервах и репродуктивных органах. Экспрессия фермента в сперматеке контролируется факторами транскрипции FOS-1 и JUN-1. [4]

Структура фермента

Сравнение домена C2 млекопитающего PI-PLC в красном цвете и домена C2-подобного Bacillus cereus в голубом цвете

У млекопитающих PLC имеют общую консервативную структуру ядра и отличаются другими доменами, специфичными для каждого семейства. Основной фермент включает в себя ствол расщепленной триозофосфатизомеразы (TIM) , домен гомологии плекстрина (PH) , четыре тандемных домена EF hand и домен C2 . [1] Ствол TIM содержит активный сайт, все каталитические остатки и сайт связывания Ca 2+ . Он имеет аутоингибиторную вставку, которая прерывает его активность, называемую линкером XY. Было показано, что линкер XY закрывает активный сайт, и при его удалении активируется PLC. [5]

Гены, кодирующие альфа-токсин ( Clostridium perfringens ) , Bacillus cereus PLC (BC-PLC) и PLC из Clostridium bifermentans и Listeria monocytogenes, были выделены, а нуклеотиды секвенированы. Последовательности имеют значительную гомологию, приблизительно 250 остатков, от N-конца. Альфа-токсин имеет дополнительные 120 остатков в C-конце. C-конец альфа-токсина был описан как «C2-подобный» домен, ссылаясь на домен C2, обнаруженный у эукариот, которые участвуют в передаче сигнала и присутствуют в фосфоинозитидной фосфолипазе C млекопитающих . [6]

Механизм фермента

Общая реакция, катализируемая фосфолипазой С

Первичная катализируемая реакция PLC происходит на нерастворимом субстрате на границе раздела липид-вода. Остатки в активном центре сохраняются во всех изотипах PLC. У животных PLC селективно катализирует гидролиз фосфолипида фосфатидилинозитол 4,5-бисфосфата (PIP 2 ) на глицериновой стороне фосфодиэфирной связи. Происходит образование слабо связанного с ферментом промежуточного продукта, инозитол 1,2-циклического фосфодиэфира, и высвобождение диацилглицерина (DAG) . Затем промежуточный продукт гидролизуется до инозитол 1,4,5-трифосфата (IP 3 ) . [7] Таким образом, двумя конечными продуктами являются DAG и IP 3 . Кислотно-основной катализ требует двух консервативных остатков гистидина, а для гидролиза PIP 2 необходим ион Ca 2+ . Было отмечено, что активный центр Ca 2+ координируется с четырьмя кислотными остатками, и если какой-либо из остатков мутирует, то для катализа необходима большая концентрация Ca 2+ . [8]

Сигнальный путь

Фосфоинозитид-специфическая фосфолипаза C (PLC) играет ключевую роль в процессах передачи сигналов в клетках. Когда клетки сталкиваются с сигналами, такими как гормоны или факторы роста, PLC расщепляет молекулу PIP2, чтобы произвести новые сигнальные молекулы. PIP2 — это тип молекулы, обнаруженной в клеточных мембранах. Когда клетки получают определенные сигналы извне, фермент PLC расщепляет PIP2 на более мелкие молекулы, которые затем отправляют сообщения внутри клетки. Различные типы PLC активируются по-разному, способствуя способности клеток реагировать на свое окружение.

Регулирование

Активация

Рецепторы, активирующие этот путь, в основном представляют собой рецепторы , сопряженные с G-белком, которые связаны с субъединицей Gαq , в том числе:

Другие, второстепенные, активаторы, помимо G αq :

Ингибирование

Биологическая функция

PLC-опосредованное расщепление PIP 2 до DAG и IP 3

PLC расщепляет фосфолипид фосфатидилинозитол 4,5-бисфосфат (PIP 2 ) на диацилглицерол (DAG) и инозитол 1,4,5-трифосфат (IP 3 ). Таким образом, PLC оказывает глубокое влияние на истощение PIP 2 , который действует как мембранный якорь или аллостерический регулятор и агонист для многих липид-зависимых ионных каналов . [21] [22] PIP 2 также действует как субстрат для синтеза более редкого липида фосфатидилинозитол 3,4,5-трифосфата (PIP 3 ) , который отвечает за передачу сигналов во многих реакциях. [23] Следовательно, истощение PIP 2 реакцией PLC имеет решающее значение для регуляции локальных концентраций PIP 3 как в плазматической мембране, так и в ядерной мембране.

Два продукта реакции, катализируемой PLC, DAG и IP 3 , являются важными вторичными мессенджерами, которые контролируют разнообразные клеточные процессы и являются субстратами для синтеза других важных сигнальных молекул. Когда PIP 2 расщепляется, DAG остается связанным с мембраной, а IP 3 высвобождается в виде растворимой структуры в цитозоль . Затем IP 3 диффундирует через цитозоль, чтобы связаться с рецепторами IP 3 , в частности, с кальциевыми каналами в гладком эндоплазматическом ретикулуме (ER). Это приводит к увеличению цитозольной концентрации кальция, вызывая каскад внутриклеточных изменений и активности. [24] Кроме того, кальций и DAG вместе работают над активацией протеинкиназы C , которая затем фосфорилирует другие молекулы, что приводит к изменению клеточной активности. [24] Конечные эффекты включают вкус, стимулирование опухоли, а также экзоцитоз везикул, выработку супероксида из НАДФН-оксидазы и активацию JNK . [24] [25]

И DAG, и IP 3 являются субстратами для синтеза регуляторных молекул. DAG является субстратом для синтеза фосфатидной кислоты , регуляторной молекулы. IP 3 является лимитирующим скорость субстратом для синтеза полифосфатов инозитола, которые стимулируют множественные протеинкиназы, транскрипцию и процессинг мРНК. [26] Таким образом, регуляция активности PLC жизненно важна для координации и регуляции других ферментов путей, которые играют центральную роль в контроле клеточной физиологии.

Кроме того, фосфолипаза C играет важную роль в пути воспаления. Связывание агонистов, таких как тромбин , адреналин или коллаген , с рецепторами поверхности тромбоцитов может вызвать активацию фосфолипазы C для катализа высвобождения арахидоновой кислоты из двух основных мембранных фосфолипидов, фосфатидилинозитола и фосфатидилхолина . Затем арахидоновая кислота может перейти в циклооксигеназный путь (продуцирующий простогландины (PGE1, PGE2, PGF2), простациклины (PGI2) или тромбоксаны (TXA2)) и липоксигеназный путь (продуцирующий лейкотриены (LTB4, LTC4, LTD4, LTE4)). [27]

Бактериальный вариант Clostridium perfringens типа A продуцирует альфа-токсин. Токсин обладает активностью фосфолипазы C и вызывает гемолиз , летальность и дермонекроз. При высоких концентрациях альфа-токсин вызывает массивную деградацию фосфатидилхолина и сфингомиелина , производя диацилглицерол и церамид соответственно. Затем эти молекулы участвуют в путях передачи сигнала. [6] Сообщалось, что токсин активирует каскад арахидоновой кислоты в изолированной аорте крысы. [28] Сокращение, вызванное токсином, было связано с образованием тромбоксана A 2 из арахидоновой кислоты. Таким образом, вероятно, что бактериальный PLC имитирует действия эндогенного PLC в мембранах эукариотических клеток.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Kadamur G, Ross EM (2013). "Фосфолипаза C млекопитающих". Annual Review of Physiology . 75 : 127–54. doi :10.1146/annurev-physiol-030212-183750. PMID  23140367.
  2. ^ Suh, PG; Park, JI; Manzoli, L; Cocco, L; Peak, JC; Katan, M; Fukami, K; Kataoka, T; Yun, S; Ryu, SH (2008). «Множественные роли изоферментов фосфоинозитид-специфической фосфолипазы C». BMB Reports . 41 (6): 415–34. doi : 10.5483/bmbrep.2008.41.6.415 . hdl : 11585/62661 . PMID  18593525.
  3. ^ Титболл, RW (1993). «Бактериальные фосфолипазы C». Microbiological Reviews . 57 (2): 347–66. doi :10.1128/MMBR.57.2.347-366.1993. PMC 372913. PMID  8336671 . 
  4. ^ Сингаравелу, Гунасекаран; Сингсон, Эндрю (январь 2013 г.). «Сигнализация кальция, окружающая оплодотворение у нематоды Caenorhabditis elegans». Cell Calcium . 53 (1): 2–9. doi :10.1016/j.ceca.2012.11.009. PMC 3566351 . 
  5. ^ Hicks SN, Jezyk MR, Gershburg S, Seifert JP, Harden TK, Sondek J (август 2008 г.). «Общее и универсальное аутоингибирование изоферментов PLC». Molecular Cell . 31 (3): 383–94. doi :10.1016/j.molcel.2008.06.018. PMC 2702322. PMID  18691970 . 
  6. ^ ab Sakurai J, Nagahama M, Oda M (ноябрь 2004 г.). «Альфа-токсин Clostridium perfringens: характеристика и способ действия». Журнал биохимии . 136 (5): 569–74. doi :10.1093/jb/mvh161. PMID  15632295.
  7. ^ Essen LO, Perisic O, Katan M, Wu Y, Roberts MF, Williams RL (февраль 1997 г.). «Структурное картирование каталитического механизма фосфоинозитид-специфической фосфолипазы C млекопитающих». Биохимия . 36 (7): 1704–18. doi :10.1021/bi962512p. PMID  9048554.
  8. ^ Эллис, М. В.; Джеймс, СР; Перисич, О; Даунс, П. К.; Уильямс, Р. Л.; Катан, М. (1998). «Каталитический домен фосфоинозитид-специфической фосфолипазы C (PLC): мутационный анализ остатков в активном центре гидрофобного гребня PLCD1». Журнал биологической химии . 273 (19): 11650–9. doi : 10.1074/jbc.273.19.11650 . PMID  9565585.
  9. ^ ab Walter F. Boron (2003). Медицинская физиология: клеточный и молекулярный подход . Elsevier/Saunders. стр. 1300. ISBN 978-1-4160-2328-9.Страница 104
  10. ^ GeneGlobe -> GHRH Signaling [ постоянная мертвая ссылка ] Получено 31 мая 2009 г.
  11. ^ Bleasdale JE, Thakur NR, Gremban RS, Bundy GL, Fitzpatrick FA, Smith RJ, Bunting S (ноябрь 1990 г.). «Селективное ингибирование процессов, зависящих от рецепторов фосфолипазы C, в тромбоцитах и ​​полиморфноядерных нейтрофилах человека». Журнал фармакологии и экспериментальной терапии . 255 (2): 756–68. PMID  2147038.
  12. ^ Macmillan D, McCarron JG (июль 2010 г.). «Ингибитор фосфолипазы C U-73122 ингибирует высвобождение Ca(2+) из хранилища Ca(2+) внутриклеточного саркоплазматического ретикулума путем ингибирования насосов Ca(2+) в гладких мышцах». British Journal of Pharmacology . 160 (6): 1295–301. doi :10.1111/j.1476-5381.2010.00771.x. PMC 2938802 . PMID  20590621. 
  13. ^ Huang W, Barrett M, Hajicek N, Hicks S, Harden TK, Sondek J, Zhang Q (февраль 2013 г.). «Малые молекулярные ингибиторы фосфолипазы C из нового высокопроизводительного скрининга». Журнал биологической химии . 288 (8): 5840–8. doi : 10.1074/jbc.M112.422501 . PMC 3581404. PMID  23297405 . 
  14. ^ Klein RR, Bourdon DM, Costales CL, Wagner CD, White WL, Williams JD, Hicks SN, Sondek J, Thakker DR (апрель 2011 г.). «Прямая активация человеческой фосфолипазы C ее известным ингибитором u73122». Журнал биологической химии . 286 (14): 12407–16. doi : 10.1074/jbc.M110.191783 . PMC 3069444. PMID  21266572 . 
  15. ^ Horowitz LF, Hirdes W, Suh BC, Hilgemann DW, Mackie K, Hille B (сентябрь 2005 г.). «Фосфолипаза C в живых клетках: активация, ингибирование, потребность в Ca2+ и регуляция тока M». Журнал общей физиологии . 126 (3): 243–62. doi :10.1085/jgp.200509309. PMC 2266577. PMID  16129772 . 
  16. ^ Rees, Shaun WP; Leung, Euphemia; Reynisson, Jóhannes; Barker, David; Pilkington, Lisa I. (2021-09-01). "Разработка 2-морфолино-N-гидроксибензамидов в качестве антипролиферативных ингибиторов PC-PLC". Bioorganic Chemistry . 114 : 105152. doi : 10.1016/j.bioorg.2021.105152. ISSN  0045-2068. PMID  34328856.
  17. ^ Eurtivong, C.; Pilkington, LI; van Rensburg, M.; White, RM; Kaur Brar, H.; Rees, S.; Paulin, EK; Xu, CS; Sharma, N.; Leung, IKH; Leung, E.; Barker, D.; Reynisson, J. (1 февраля 2020 г.). «Открытие новых ингибиторов фосфолипазы C, подобных фосфатидилхолину, в качестве потенциальных противораковых средств». European Journal of Medicinal Chemistry . 187 : 111919. doi : 10.1016/j.ejmech.2019.111919. PMID  31810783. S2CID  208813280.
  18. ^ Pilkington, LI; Sparrow, K.; Rees, SWP; Paulin, EK; van Rensburg, M.; Xu, CS; Langley, RJ; Leung, IKH; Reynisson, J.; Leung, E.; Barker, D. (2020). «Разработка, синтез и биологическое исследование нового класса мощных ингибиторов PC-PLC». European Journal of Medicinal Chemistry . 191 : 112162. doi : 10.1016/j.ejmech.2020.112162. PMID  32101781. S2CID  211536972.
  19. ^ Little C, Otnåss AB (июнь 1975 г.). «Зависимость фосфолипазы C от ионов металлов из Bacillus cereus». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Enzymology . 391 (2): 326–33. doi :10.1016/0005-2744(75)90256-9. PMID  807246.
  20. ^ "Фосфолипаза C, фосфатидилинозитол-специфическая из Bacillus cereus" (PDF) . Информация о продукте . Sigma Aldrich.
  21. ^ Hilgemann DW (октябрь 2007 г.). «Локальные сигналы PIP(2): когда, где и как?». Pflügers Archiv . 455 (1): 55–67. doi :10.1007/s00424-007-0280-9. PMID  17534652. S2CID  29839094.
  22. ^ Хансен (1 мая 2015 г.). «Агонизм липидов: парадигма PIP2 лиганд-управляемых ионных каналов». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Молекулярная и клеточная биология липидов . 1851 (5): 620–628. doi :10.1016/j.bbalip.2015.01.011. PMC 4540326. PMID  25633344 . 
  23. ^ Falkenburger BH, Jensen JB, Dickson EJ, Suh BC, Hille B (сентябрь 2010 г.). «Фосфоинозитиды: липидные регуляторы мембранных белков». Журнал физиологии . 588 (Pt 17): 3179–85. doi :10.1113/jphysiol.2010.192153. PMC 2976013. PMID  20519312 . 
  24. ^ abc Альбертс Б, Льюис Дж, Рафф М, Робертс К, Уолтер П (2002). Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Нью-Йорк: Garland Science. ISBN 978-0-8153-3218-3.
  25. ^ Li Z, Jiang H, Xie W, Zhang Z, Smrcka AV, Wu D (февраль 2000 г.). «Роли PLC-beta2 и -beta3 и PI3Kgamma в хемоаттрактант-опосредованной передаче сигнала». Science . 287 (5455): 1046–9. Bibcode :2000Sci...287.1046L. doi :10.1126/science.287.5455.1046. PMID  10669417.
  26. ^ Gresset A, Sondek J, Harden TK (2012). «Изоферменты фосфолипазы C и их регуляция». Фосфоинозитиды I: Ферменты синтеза и деградации . Субклеточная биохимия. Т. 58. С. 61–94. doi :10.1007/978-94-007-3012-0_3. ISBN 978-94-007-3011-3. PMC  3638883 . PMID  22403074.
  27. ^ Пиомелли, Даниэле (1993-04-01). "Арахидоновая кислота в клеточной сигнализации" (PDF) . Current Opinion in Cell Biology . 5 (2): 274–280. doi :10.1016/0955-0674(93)90116-8. PMID  7685181.
  28. ^ Fujii Y, Sakurai J (май 1989). «Сокращение изолированной аорты крысы, вызванное альфа-токсином Clostridium perfringens (фосфолипазой C): доказательства участия метаболизма арахидоновой кислоты». British Journal of Pharmacology . 97 (1): 119–24. doi :10.1111/j.1476-5381.1989.tb11931.x. PMC 1854495 . PMID  2497921.