IDH1 - IDH1
Изоцитратдегидрогеназа 1 (НАДФ +), растворимая является фермент что у людей кодируется IDH1 ген на хромосома 2. Изоцитратдегидрогеназы катализировать окислительное декарбоксилирование изоцитрат к 2-оксоглутарат. Эти ферменты принадлежат к двум различным подклассам, один из которых использует НАД+ как акцептор электронов, а другой НАДФ+. Сообщалось о пяти изоцитратдегидрогеназах: три НАД+-зависимые изоцитратдегидрогеназы, которые локализуются в митохондриальном матриксе, и два НАДФ+-зависимые изоцитратдегидрогеназы, одна из которых является митохондриальной, а другая преимущественно цитозольной. Каждый НАДП+-зависимый изофермент представляет собой гомодимер. Белок, кодируемый этим геном, - это НАДФ.+-зависимая изоцитратдегидрогеназа, обнаруженная в цитоплазма и пероксисомы. Он содержит ПТС-1 пероксисомальный целевой сигнал последовательность. Присутствие этого фермента в пероксисомах предполагает роль в регенерации НАДФН для внутрипероксисомального восстановления, например, превращение 2,4-диеноил-КоА в 3-еноил-КоА, а также в пероксисомных реакциях с потреблением 2-оксоглутарата, а именно альфа-гидроксилирование из фитановая кислота. Цитоплазматический фермент играет важную роль в производстве цитоплазматического НАДФН. Альтернативно сращивание Для этого гена были обнаружены варианты транскриптов, кодирующие тот же белок. [предоставлено RefSeq, сен 2013][5]
Структура
IDH1 является одним из трех изоферментов изоцитратдегидрогеназы, два других - IDH2 и IDH3, и кодируется одним из пяти генов изоцитратдегидрогеназы, которые IDH1, IDH2, IDH3A, IDH3B, и IDH3G.[6]
IDH1 образует асимметричный гомодимер в цитоплазма и выполняет свою функцию через два гидрофильный активные сайты сформированный как белковые субъединицы.[7][8][9][10][11] Каждое подразделение или мономер состоит из трех доменов: большой домен (остатки 1–103 и 286–414), небольшой домен (остатки 104–136 и 186–285) и clasp-домен (остатки 137–185). Большой домен содержит Россманн фолд, в то время как малый домен образует сэндвич-структуру α / β, а кламмерный домен складывается как два уложенных друг на друга двухцепочечных антипараллельных β-листы. Β-лист соединяет большой и малый домены и образует две щели с противоположных сторон. Глубокая щель, также известная как активный сайт, образована большим и малым доменами одной субъединицы и небольшим доменом другой субъединицы. Этот активный сайт включает сайт связывания NADP и сайт связывания изоцитрат-иона металла. Неглубокая щель, также называемая задней щелью, образована обоими доменами одной субъединицы и участвует в конформационных изменениях гомодимерного IDH1. Наконец, кламмерные домены обеих субъединиц переплетаются с образованием двойного слоя из четырехцепочечных антипараллельных β-листов, связывающих вместе две субъединицы и два активных сайта.[11]
Кроме того, конформационные изменения субъединиц и консервативная структура в активном центре влияют на активность фермента. В своей открытой, неактивной форме структура активного сайта образует петлю, в то время как одна субъединица принимает асимметричную открытую конформацию, а другая принимает квазиоткрытую конформацию.[9][11] Эта конформация позволяет изоцитрату связываться с активным сайтом, вызывая замкнутую конформацию, которая также активирует IDH1.[9] В своей закрытой неактивной форме структура активного центра становится α-спиралью, которая может хелат ионы металлов. В промежуточной полуоткрытой форме эта структура активного центра представляет собой частично развернутую α-спираль.[11]
Также существует пероксисомальный последовательность нацеливания на своем C-терминал который нацеливает белок на пероксисому.[11]
Функция
Как изоцитратдегидрогеназа, IDH1 катализирует обратимое окислительное декарбоксилирование изоцитрата с образованием α-кетоглутарата (α-KG) как части Цикл TCA в метаболизме глюкозы.[6][7][8][10][11] Этот шаг также позволяет одновременно уменьшить никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ +) до восстановленного никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФН).[7][8][10] Поскольку НАДФН и α-КГ участвуют в процессах клеточной детоксикации в ответ на окислительный стресс, IDH1 также косвенно участвует в смягчении окислительного повреждения.[6][7][11][12] Кроме того, IDH1 является ключом к β-окисление из ненасыщенный жирные кислоты в пероксисомы клеток печени.[11] IDH1 также участвует в регуляции индуцированного глюкозой инсулин секреция.[6] Примечательно, что IDH1 является основным продуцентом НАДФН в большинстве тканей, особенно в головном мозге.[7] Внутри клеток было обнаружено, что IDH1 локализовать к цитоплазма, пероксисома, и эндоплазматический ретикулум.[10][12]
Под гипоксический условиях, IDH1 катализирует обратную реакцию α-KG с образованием изоцитрата, что способствует цитрат производство через глутаминолиз.[6][7] Изоцитрат также может быть преобразован в ацетил-КоА за липид метаболизм.[6]
Мутация
IDH1 мутации гетерозиготны и обычно включают аминокислотную замену в активном сайте фермента в кодоне 132.[13][14] Мутация приводит к потере нормальной ферментативной функции и аномальному производству 2-гидроксиглутарат (2-HG).[13] Считалось, что это происходит из-за изменения сайта связывания фермента.[15] Было обнаружено, что 2-HG подавляет ферментативную функцию многих альфа-кетоглутарат зависимый диоксигеназы, включая гистоны и ДНК деметилазы, вызывая широко распространенные изменения в метилировании гистонов и ДНК и потенциально способствуя онкогенезу.[14][16]
Клиническое значение
Было показано, что мутации в этом гене вызывают метафизарный хондроматоз с ацидурия.[17]
Мутации в IDH1 также причастны к раку. Первоначально мутации в IDH1 были обнаружены в интегрированном геномном анализе человека мультиформная глиобластома.[18] С тех пор стало ясно, что мутации в IDH1 и его гомолог IDH2 являются одними из самых частых мутаций диффузных глиомы, в том числе диффузные астроцитома, анапластическая астроцитома, олигодендроглиома, анапластическая олигодендроглиома, олигоастроцитома, анапластическая олигоастроцитома и вторичная глиобластома.[19] Мутации в IDH1 часто являются первым ударом в развитии диффузных глиом, что позволяет предположить IDH1 мутации как ключевые события в формировании этих опухолей головного мозга.[20][21][22] Глиобластомы дикого типа IDH1 гена имеют среднюю общую выживаемость всего 1 год, тогда как IDH1Пациенты с мутированной глиобластомой имеют медианную общую выживаемость более 2 лет.[23] Опухоли различных типов тканей с IDH1 / 2 мутации показывают улучшенный ответ на лучевую и химиотерапию.[24][25] Наиболее изученная мутация в IDH1 R132H, который, как было показано, действует как подавитель опухолей.[26]
Помимо мутации в диффузных глиомах, IDH1 также было показано, что он содержит мутации при остром миелоидном лейкозе человека.[27][28]
Мутация IDH1 считается драйверным изменением и возникает на ранней стадии онкогенеза, в частности, в глиоме и мультиформной глиобластоме; недавно было предложено ее возможное использование в качестве нового опухолеспецифического антигена для индукции противоопухолевого иммунитета при лечении рака.[29] Противоопухолевая вакцина может стимулировать иммунную систему организма при воздействии опухолеспецифического пептидного антигена путем активации или усиления гуморального и цитотоксического иммунного ответа, нацеленного на конкретные раковые клетки.
В исследовании Schumacher et al. Было показано, что эта привлекательная мишень (мутация изоцитратдегидрогеназы 1) с иммунологической точки зрения представляет собой потенциальный опухолеспецифический неоантиген с высокой однородностью и пенетрантностью и может использоваться иммунотерапией посредством вакцинации. Соответственно, у некоторых пациентов с IDH1-мутированными глиомами наблюдались спонтанные периферические CD4 + Т-клеточные ответы против мутированной области IDH1 с образованием антител, продуцирующих B-клетки. Вакцинация MHC-гуманизированных трансгенных мышей мутантным пептидом IDH1 вызвала клеточный ответ IFN-γ CD4 + T-helper 1, что указывает на эндогенный процессинг через MHC класса II и продукцию антител, нацеленных на мутант IDH1. Вакцинация против опухолей, как профилактическая, так и терапевтическая, привела к подавлению роста трансплантированных сарком, экспрессирующих IDH1, у гуманизированных мышей MHC. Эти данные in vivo показывают специфический и мощный иммунологический ответ как в трансплантированных, так и в существующих опухолях.[29]
Как мишень для наркотиков
Мутированные и нормальные формы IDH1 были изучены на предмет ингибирования лекарственного средства как in silico, так и in vitro,[30][31][32][33] и некоторые лекарства разрабатываются (например, Ивосидениб ). Ивосидениб был одобрен FDA в июле 2018 года для лечения рецидивирующего или рефрактерного острого миелоидного лейкоза (AML) с мутацией IDH1.[34]
Рекомендации
- ^ а б c ГРЧ38: Ансамбль выпуск 89: ENSG00000138413 - Ансамбль, Май 2017
- ^ а б c GRCm38: выпуск ансамбля 89: ENSMUSG00000025950 - Ансамбль, Май 2017
- ^ "Справочник человека по PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США.
- ^ "Ссылка на Mouse PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США.
- ^ «Ген Entrez: изоцитратдегидрогеназа 1 (НАДФ +), растворимый». Получено 2011-12-30.
- ^ а б c d е ж Димитров Л., Хонг С.С., Ян С., Чжуан З., Хейсс Д.Д. (2015). «Новые разработки в патогенезе и терапевтическом воздействии мутации IDH1 в глиоме». Международный журнал медицинских наук. 12 (3): 201–13. Дои:10.7150 / ijms.11047. ЧВК 4323358. PMID 25678837.
- ^ а б c d е ж Моленаар Р.Дж., Радивоевич Т., Мацеевский Ю.П., ван Норден С.Дж., Бликер Ф.Е. (декабрь 2014 г.). «Драйвер и пассажир эффекты мутаций изоцитратдегидрогеназы 1 и 2 в онкогенезе и продлении жизни». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Обзоры на рак. 1846 (2): 326–41. Дои:10.1016 / j.bbcan.2014.05.004. PMID 24880135.
- ^ а б c Kim HJ, Fei X, Cho SC, Choi BY, Ahn HC, Lee K и др. (Декабрь 2015 г.). «Открытие α-мангостина как нового конкурентного ингибитора против мутантной изоцитратдегидрогеназы-1». Письма по биоорганической и медицинской химии. 25 (23): 5625–31. Дои:10.1016 / j.bmcl.2015.10.034. PMID 26508549.
- ^ а б c Чжао С., Гуань К.Л. (декабрь 2010 г.). «Мутантные структуры IDH1 обнаруживают механизм доминантного ингибирования». Клеточные исследования. 20 (12): 1279–81. Дои:10.1038 / кр.2010.160. PMID 21079649. S2CID 41199424.
- ^ а б c d Гуо С., Пироцци С.Дж., Лопес Г.Ю., Ян Х. (декабрь 2011 г.). «Мутации изоцитратдегидрогеназы в глиомах: механизмы, биомаркеры и терапевтическая мишень». Текущее мнение в неврологии. 24 (6): 648–52. Дои:10.1097 / WCO.0b013e32834cd415. ЧВК 3640434. PMID 22002076.
- ^ а б c d е ж грамм час Сюй X, Чжао Дж., Сюй З., Пэн Б., Хуан К., Арнольд Э, Дин Дж. (Август 2004 г.). «Структуры человеческой цитозольной НАДФ-зависимой изоцитратдегидрогеназы обнаруживают новый механизм саморегуляции активности». Журнал биологической химии. 279 (32): 33946–57. Дои:10.1074 / jbc.M404298200. PMID 15173171. S2CID 7513167.
- ^ а б Фу Й, Хуанг Р., Ду Дж, Ян Р., Ан Н, Лян А. (июнь 2010 г.). «Мутации, вызванные глиомой в IDH: от механизма к потенциальной терапии». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 397 (2): 127–30. Дои:10.1016 / j.bbrc.2010.05.115. PMID 20510884.
- ^ а б Turkalp Z, Karamchandani J, Das S (октябрь 2014 г.). «Мутация IDH в глиоме: новые идеи и перспективы на будущее». JAMA Неврология. 71 (10): 1319–25. Дои:10.1001 / jamaneurol.2014.1205. PMID 25155243.
- ^ а б Лю X, Ling ZQ (октябрь 2015 г.). «Роль мутаций гена изоцитратдегидрогеназы 1/2 (IDH 1/2) в опухолях человека». Гистология и гистопатология. 30 (10): 1155–60. Дои:10.14670 / HH-11-643. PMID 26147657.
- ^ Bascur, Juan P .; Алегрия-Аркос, Мелисса; Арая-Дуран, Ингрид; Juritz, Ezequiel I .; Гонсалес-Нило, Фернандо Д.; Альмонацид, Дэниел Э. (2018-10-20). «Мутанты IDH1 и IDH2, идентифицированные при раке, теряют ингибирование изоцитратом из-за изменения их сайтов связывания». bioRxiv: 425025. Дои:10.1101/425025. S2CID 91257424.
- ^ Ван Ю.П., Лей Цюйи (май 2018 г.). «Метаболическое перекодирование эпигенетики при раке». Рак коммуникации. 38 (1): 25. Дои:10.1186 / s40880-018-0302-3. ЧВК 5993135. PMID 29784032.
- ^ Vissers LE, Fano V, Martinelli D, Campos-Xavier B, Barbuti D, Cho TJ, et al. (Ноябрь 2011 г.). «Секвенирование всего экзома обнаруживает соматические мутации IDH1 при метафизарном хондроматозе с D-2-гидроксиглутаровой ацидурией (MC-HGA)». Американский журнал медицинской генетики. Часть А. 155A (11): 2609–16. Дои:10.1002 / ajmg.a.34325. PMID 22025298. S2CID 33345097.
- ^ Парсонс Д.В., Джонс С., Чжан Х, Лин Дж. К., Лири Р. Дж., Ангененд П. и др. (Сентябрь 2008 г.). «Комплексный геномный анализ мультиформной глиобластомы человека». Наука. 321 (5897): 1807–12. Bibcode:2008Научный ... 321.1807P. Дои:10.1126 / science.1164382. ЧВК 2820389. PMID 18772396.
- ^ Ян Х., Парсонс Д.В., Джин Дж., МакЛендон Р., Рашид Б.А., Юань В. и др. (Февраль 2009 г.). «Мутации IDH1 и IDH2 в глиомах». Медицинский журнал Новой Англии. 360 (8): 765–73. Дои:10.1056 / NEJMoa0808710. ЧВК 2820383. PMID 19228619.
- ^ Ватанабэ Т., Нобусава С., Клейхуес П., Огаки Х. (апрель 2009 г.). «Мутации IDH1 - ранние события в развитии астроцитом и олигодендроглиом». Американский журнал патологии. 174 (4): 1149–53. Дои:10.2353 / ajpath.2009.080958. ЧВК 2671348. PMID 19246647.
- ^ Bleeker FE, Molenaar RJ, Leenstra S (май 2012 г.). «Последние достижения в молекулярном понимании глиобластомы». Журнал нейроонкологии. 108 (1): 11–27. Дои:10.1007 / s11060-011-0793-0. ЧВК 3337398. PMID 22270850.
- ^ Бай Х., Харманджи А.С., Эрсон-Омай Э.З., Ли Дж., Джошкун С., Саймон М. и др. (Январь 2016 г.). «Комплексная геномная характеристика злокачественного прогрессирования глиомы с мутантным IDH1». Природа Генетика. 48 (1): 59–66. Дои:10,1038 / нг.3457. ЧВК 4829945. PMID 26618343.
- ^ Molenaar RJ, Verbaan D, Lamba S, Zanon C, Jeuken JW, Boots-Sprenger SH и др. (Сентябрь 2014 г.). «Комбинация мутаций IDH1 и статуса метилирования MGMT предсказывает выживаемость при глиобластоме лучше, чем только IDH1 или MGMT». Нейроонкология. 16 (9): 1263–73. Дои:10.1093 / neuonc / nou005. ЧВК 4136888. PMID 24510240.
- ^ Molenaar RJ, Maciejewski JP, Wilmink JW, van Noorden CJ (апрель 2018 г.). «Ферменты дикого типа и мутировавшие IDH1 / 2 и терапевтические реакции». Онкоген. 37 (15): 1949–1960. Дои:10.1038 / s41388-017-0077-z. ЧВК 5895605. PMID 29367755.
- ^ Мията С., Томинага К., Сакашита Е., Урабе М., Онуки Ю., Гоми А. и др. (Июль 2019). «Клинические образцы глиомы R132H демонстрируют подавление β-окисления из-за дефицита карнитина». Научные отчеты. 9 (1): 9787. Дои:10.1038 / s41598-019-46217-5. ЧВК 6611790. PMID 31278288.
- ^ Нуньес Ф.Дж., Мендес Ф.М., Кадияла П., Альгамри М.С., Савельефф М.Г., Гарсия-Фабиани МБ и др. (Февраль 2019). «IDH1-R132H действует как опухолевый супрессор в глиоме посредством эпигенетической активации ответа на повреждение ДНК». Научная трансляционная медицина. 11 (479): eaaq1427. Дои:10.1126 / scitranslmed.aaq1427. ЧВК 6400220. PMID 30760578.
- ^ Mardis ER, Ding L, Dooling DJ, Larson DE, McLellan MD, Chen K и др. (Сентябрь 2009 г.). «Повторяющиеся мутации, обнаруженные путем секвенирования генома острого миелоидного лейкоза». Медицинский журнал Новой Англии. 361 (11): 1058–66. Дои:10.1056 / NEJMoa0903840. ЧВК 3201812. PMID 19657110.
- ^ Ши А.Х., Абдель-Вахаб О., Пател Дж. П., Левин Р. Л. (сентябрь 2012 г.). «Роль мутаций в эпигенетических регуляторах при миелоидных злокачественных новообразованиях». Обзоры природы. Рак. 12 (9): 599–612. Дои:10.1038 / nrc3343. PMID 22898539. S2CID 20214444.
- ^ а б Шумахер Т., Бунсе Л., Пуш С., Сам Ф., Вистлер Б., Квандт Дж. И др. (Август 2014 г.). «Вакцина, нацеленная на мутант IDH1, индуцирует противоопухолевый иммунитет». Природа. 512 (7514): 324–7. Bibcode:2014Натура.512..324С. Дои:10.1038 / природа13387. PMID 25043048. S2CID 4468160.
- ^ Юриц Э.И., Баскур Дж. П., Альмонасид ДЕ, Гонсалес-Нило, ФО (июнь 2018 г.). «wt-R132H в раке: подход In-Silico». Молекулярная диагностика и терапия. 22 (3): 369–380. Дои:10.1007 / s40291-018-0331-2. PMID 29651790. S2CID 4798363.
- ^ Якоб К.Г., Упадхьяй А.К., Доннер П.Л., Николл Э., Аддо С.Н., Цю В. и др. (Август 2018 г.). «Новые способы ингибирования изоцитратдегидрогеназы 1 дикого типа (IDH1): прямая ковалентная модификация His315». Журнал медицинской химии. 61 (15): 6647–6657. Дои:10.1021 / acs.jmedchem.8b00305. OSTI 1471640. PMID 30004704.
- ^ Xie X, Baird D, Bowen K, Capka V, Chen J, Chenail G и др. (Март 2017 г.). "Аллостерические мутантные ингибиторы IDH1 обнаруживают механизмы селективности мутанта и изоформы IDH1". Структура. 25 (3): 506–513. Дои:10.1016 / j.str.2016.12.017. PMID 28132785.
- ^ Джонс С., Ахмет Дж., Эйтон К., Болл М., Кокерилл М., Фэйрвезер Е. и др. (Декабрь 2016 г.). «Открытие и оптимизация аллостерических ингибиторов мутантной изоцитратдегидрогеназы 1 (R132H IDH1), проявляющих активность в клетках острого миелоидного лейкоза человека». Журнал медицинской химии. 59 (24): 11120–11137. Дои:10.1021 / acs.jmedchem.6b01320. PMID 28002956.
- ^ Комиссар, канцелярия. «Объявления для прессы - FDA одобряет первое целевое лечение пациентов с рецидивирующим или рефрактерным острым миелоидным лейкозом, у которых есть определенная генетическая мутация». www.fda.gov. Получено 2019-01-11.
дальнейшее чтение
- Geisbrecht BV, Gould SJ (октябрь 1999 г.). «Ген PICD человека кодирует цитоплазматическую и пероксисомальную НАДФ (+) - зависимую изоцитратдегидрогеназу». Журнал биологической химии. 274 (43): 30527–33. Дои:10.1074 / jbc.274.43.30527. PMID 10521434. S2CID 42785832.
- Шехтер И., Дай П., Хо Л., Гуань Г. (ноябрь 2003 г.). «Транскрипция гена IDH1 регулируется стеролом и активируется SREBP-1a и SREBP-2 в клетках гепатомы человека HepG2: свидетельство того, что IDH1 может регулировать липогенез в клетках печени». Журнал липидных исследований. 44 (11): 2169–80. Дои:10.1194 / мл. M300285-JLR200. PMID 12923220.
- Сюй X, Чжао Дж., Сюй З., Пэн Б., Хуан К., Арнольд Э, Дин Дж. (Август 2004 г.). «Структуры человеческой цитозольной НАДФ-зависимой изоцитратдегидрогеназы обнаруживают новый механизм саморегуляции активности». Журнал биологической химии. 279 (32): 33946–57. Дои:10.1074 / jbc.M404298200. PMID 15173171. S2CID 7513167.
- Мемон АА, Чанг Дж. В., О БР, Ю Й-Дж (2005). «Идентификация дифференциально экспрессируемых белков во время прогрессирования рака мочевого пузыря человека». Обнаружение и профилактика рака. 29 (3): 249–55. Дои:10.1016 / j.cdp.2005.01.002. PMID 15936593.
- Гуо Д., Хан Дж., Адам Б.Л., Колберн Н.Х., Ван М.Х., Донг З. и др. (Декабрь 2005 г.). «Протеомный анализ субстратов SUMO4 в клетках HEK293 в условиях стресса, вызванного голоданием сыворотки». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 337 (4): 1308–18. Дои:10.1016 / j.bbrc.2005.09.191. PMID 16236267.
- Куллберг М., Нильссон М.А., Арнасон У., Харли Э.Х., Янке А. (август 2006 г.). «Гены домашнего хозяйства для филогенетического анализа человеческих отношений». Молекулярная биология и эволюция. 23 (8): 1493–503. Дои:10.1093 / molbev / msl027. PMID 16751257.
- Wanders RJ, Waterham HR (2006). "Биохимия пероксисом млекопитающих повторно". Ежегодный обзор биохимии. 75: 295–332. Дои:10.1146 / annurev.biochem.74.082803.133329. PMID 16756494.
- Бальсс Дж., Мейер Дж., Мюллер В., Коршунов А., Хартманн С., фон Даймлинг А. (декабрь 2008 г.). «Анализ мутации 132 кодона IDH1 в опухолях головного мозга». Acta Neuropathologica. 116 (6): 597–602. Дои:10.1007 / s00401-008-0455-2. PMID 18985363. S2CID 9530236.
- Bleeker FE, Lamba S, Leenstra S, Troost D, Hulsebos T, Vandertop WP и др. (Январь 2009 г.). «Мутации IDH1 в остатке p.R132 (IDH1 (R132)) часто встречаются в глиомах высокой степени злокачественности, но не в других солидных опухолях». Человеческая мутация. 30 (1): 7–11. Дои:10.1002 / humu.20937. PMID 19117336. S2CID 7742965.
Эта статья включает текст из Национальная медицинская библиотека США, который находится в всеобщее достояние.