Оксидоскваленциклаза - Oxidosqualene cyclase

Оксидоскваленциклазы (OSC) являются ферменты участвует в реакции циклизации из 2,3-оксидосквален формировать стеролы или же тритерпены.[1]

Показанная кристаллическая структура оксидоскваленциклазы окрашена вторичной структурой с ее продуктом, ланостеролом (бирюзовым), в центральном активном центре фермента. Видны характерные четыре кольца продукта, а также гидроксильная группа на конце молекулы, которая показана красным.

Вступление

Существует две основные группы ферментов OSC, продуцирующих стеролы:

Стерины и тритерпены представляют собой чрезвычайно разнообразные классы натуральные продукты, особенно в растениях, которые часто содержат многочисленные ферменты OSC с различной специфичностью к субстрату и продукту;[1] общие примеры включают лупеолсинтаза и бета-амиринсинтаза.[2] Ферменты OSC ' каталитический механизм похож на прокариотический сквален-гопенциклаза.[3]

Направленная эволюция и белковый дизайн были использованы для выявления небольшого количества точечные мутации которые изменяют специфичность продукта ферментов OSC, особенно в изменении циклоартенолсинтазы, чтобы производить преимущественно ланостерин.[4]

Структура

Оксидоскваленциклаза представляет собой мономерный фермент. Его активный сайт состоит из углубления между двумя бочкообразными доменами.[5] Активный центр большинства организмов состоит в основном из кислых аминокислот.[6] Остатки в активном центре делают оксидосквален энергетически выгодным для принятия более свернутой конформации, которая очень напоминает его продукт.[5] Это решающим образом настраивает субстрат для серии реакций, образующих кольца. Оксидосквален находится в клеточном микросома мембраны, где он может легко собрать свой гидрофобный субстрат и получить свой гидрофобный продукт.[7]

Биологическая функция

Оксидоскваленциклаза является ключевым ферментом в пути биосинтеза холестерина. Катализирует образование ланостерин, который затем через много шагов преобразуется в холестерин. Организм использует холестерин для регулирования температуры. Это также предшественник тестостерон у мужчин и эстрадиол у самок.[8]

Регулирование

Генетическая экспрессия фермента регулируется белок, связывающий регуляторный элемент стерола (SREBP-2), молекула, которая также регулирует экспрессию других ферментов в пути биосинтеза холестерина.[9] 

Ферментный механизм

На рисунке показано, как в процессе биосинтеза холестерина сквален превращается в оксидосквален, который затем превращается в ланостерин с помощью оксидоскваленциклазы. Ланостерин является предшественником холестерина. Это окончательное преобразование происходит в несколько этапов.

Механически фермент катализирует образование четырех колец вдоль длинной цепи субстрата (оксидосквален ), продуцируя ланостерин. Эта циклизация - одна из самых сложных известных функций ферментов.[10] и очень избирательна.[11] В активном центре фермента гистидин остаток активирует аспарагиновая кислота остаток, который протонирует эпоксид субстрата, вызывая серию образований углерод-углеродных связей, образующих кольца.[7][12] Наконец, фермент депротонируется с образованием ланостерола, который имеет гидроксильная группа вместо эпоксид. Эту гидроксильную группу можно увидеть в изображение выше.

Актуальность болезни

Высокий холестерин в крови, также называемый гиперхолестеринемия, значительно увеличивает риск инсульта, сердечного приступа и заболеваний периферических артерий. Если его не лечить, это также может привести к накоплению бляшек в кровеносных сосудах, что называется атеросклерозом.[13] По этой причине путь биосинтеза стеролов долгое время был целью индустрии разработки лекарств. Статины, которые подавляют ГМГ-КоА редуктаза (фермент, который катализирует более раннюю стадию пути биосинтеза холестерина) обычно назначают для лечения высокого уровня холестерина. Однако эффективность и безопасность статинов недавно была тщательно изучена в ряде отчетов.[14][15][16] Это во многом связано с тем, что блокирование пути биосинтеза холестерина до того, как было обнаружено, что сквален нарушает синтез изопреноиды, которые используются для биосинтеза ключевых молекул в Транскрипция РНК, Синтез АТФ и другие важные клеточные активности.[17] Оксидоскваленциклаза, которая находится ниже сквалена в этом пути, является привлекательной мишенью для ингибирования. Было предложено множество ингибиторов, в том числе аналоги стероидов, соединения на основе фенола, производные бензамида и карбоксамида, а также азотсодержащие гетероциклические соединения. Наиболее эффективные ингибиторы имеют акцептор водородной связи на определенном расстоянии от гидрофобной области.[6] Ингибиторы оксидоскваленциклазы также показали себя многообещающими в качестве противомикробных агентов, потому что было показано, что они убивают трипаносома круци.[18][19] Trypanosoma cruzi - паразит, передающийся людям насекомыми, в основном в Латинской Америке. Паразит вызывает заболевание под названием Болезнь Шагаса, при котором острые инфекции вокруг укуса насекомого могут привести к более серьезным осложнениям, таким как ухудшение работы сердца, пищевода, толстой кишки и даже мозга.[20]

Эволюция

Сторк и др. сравнили белковые последовательности оксидоскваленциклазы C. albicans с аналогичным ферментом (скваленциклазой) у двух разных бактерий и обнаружили сохраненные регионы в бывшем.[21] Rabelo et al. обнаружили консервативный активный сайт у семи организмов.[6] Считается, что оксидоскваленциклазы животных и грибов, вероятно, произошли от их прокариотических аналогов.[21]

Рекомендации

  1. ^ а б Тиммаппа, Рамеша; Гейслер, Катрин; Луво, Томас; О'Майл, Пол; Осборн, Энн (29 апреля 2014 г.). «Биосинтез тритерпена в растениях». Ежегодный обзор биологии растений. 65 (1): 225–257. Дои:10.1146 / annurev-arplant-050312-120229. PMID  24498976.
  2. ^ Саваи, С. (15 марта 2006 г.). "Растительный ланостерин-синтаза: расхождение биосинтетических путей стерола и тритерпена у эукариот". Физиология растений и клеток. 47 (5): 673–677. Дои:10.1093 / pcp / pcj032. PMID  16531457.
  3. ^ Wendt, KU; Poralla, K; Шульц, GE (19 сентября 1997 г.). «Структура и функция скваленциклазы». Наука. 277 (5333): 1811–5. Дои:10.1126 / science.277.5333.1811. PMID  9295270.
  4. ^ Лодейро, Сильвия; Шульц-Гаш, Таня; Мацуда, Сейичи П. Т. (октябрь 2005 г.). «Редизайн фермента: две мутации объединились, чтобы превратить циклоартенолсинтазу в точную ланостеринсинтазу». Журнал Американского химического общества. 127 (41): 14132–14133. Дои:10.1021 / ja053791j. PMID  16218577.
  5. ^ а б Хафф, Мюррей; Телфорд, Рассвет (13 июня 2005 г.). «Властелин колец - механизм оксидосквалена: ланостеринциклаза становится кристально ясной». Клетка. 26 (7): 335–340. Дои:10.1016 / j.tips.2005.05.004. PMID  15951028.
  6. ^ а б c Рабело, Витор фон-Хельд; Ромейро, Нелильма; Абреу, Паула (июль 2017 г.). «Стратегии разработки ингибиторов оксидоскваленциклазы: нацеливание на путь биосинтеза стеролов». Журнал стероидной биохимии и молекулярной биологии. 171: 305–317. Дои:10.1016 / j.jsbmb.2017.05.002. PMID  28479228.
  7. ^ а б «PDB101: Молекула месяца: оксидоскваленциклаза». RCSB: PDB-101. Получено 2019-03-09.
  8. ^ Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. (2012). Биохимия (7-е изд.). Нью-Йорк: W.H. Фримен и компания. ISBN  978-1-4292-7635-1.   
  9. ^ Goldstein, Joseph L .; Браун, Майкл С .; Пак, Сан Ук; Андерсон, Норма Н .; Уоррингтон, Джанет А .; Шах, Нила А .; Хортон, Джей Д. (2003-10-14). «Комбинированный анализ данных олигонуклеотидных микроматриц от трансгенных и нокаутных мышей идентифицирует прямые гены-мишени SREBP». Труды Национальной академии наук. 100 (21): 12027–12032. Bibcode:2003ПНАС..10012027Н. Дои:10.1073 / pnas.1534923100. ISSN  0027-8424. ЧВК  218707. PMID  14512514.
  10. ^ Gurr, M. I .; Harwood, J. L. (1991), Gurr, M. I .; Харвуд, Дж. Л. (ред.), "Метаболизм структурных липидов", Биохимия липидов: введение, Springer, США, стр. 295–337, Дои:10.1007/978-1-4615-3862-2_7, ISBN  9781461538622
  11. ^ Блох, Конрад. «Биологический синтез холестерина». Нобелевская лекция, 11 декабря 1964 г.
  12. ^ Руф, Армин; Штиле, Мартина; Хенниг, Майкл; Демлоу, Генриетта; Эби, Йоханнес; Бенц, Йорг; Д'Арси, Бриджит; Шульц-Гаш, Таня; Тома, Ральф (ноябрь 2004 г.). «Понимание образования стероидного каркаса из структуры оксидоскваленциклазы человека». Природа. 432 (7013): 118–122. Bibcode:2004Натура 432..118Т. Дои:10.1038 / природа02993. ISSN  1476-4687. PMID  15525992.
  13. ^ "Высокий уровень холестерина в крови | Национальный институт сердца, легких и крови (NHLBI)". www.nhlbi.nih.gov. Получено 2019-03-09.
  14. ^ Райт, Джеймс М .; Джуэлл, Николас; Розенберг, Харриет Дж .; Абрамсон, Джон Д. (2013-10-22). «Следует ли людям с низким риском сердечно-сосудистых заболеваний принимать статины?». BMJ. 347: f6123. Дои:10.1136 / bmj.f6123. ISSN  1756-1833. PMID  24149819.
  15. ^ Даймонд, Дэвид М .; Равнсков, Уффе (март 2015). «Как статистический обман создал видимость того, что статины безопасны и эффективны в первичной и вторичной профилактике сердечно-сосудистых заболеваний». Обзор клинической фармакологии. 8 (2): 201–210. Дои:10.1586/17512433.2015.1012494. ISSN  1751-2441. PMID  25672965.
  16. ^ Pedersen, Terje R .; Тоберт, Джонатан А. (1996-01-01). «Преимущества и риски ингибиторов HMG-CoA редуктазы в профилактике ишемической болезни сердца». Безопасность лекарств. 14 (1): 11–24. Дои:10.2165/00002018-199614010-00003. ISSN  1179-1942. PMID  8713485.
  17. ^ Кейси, Патрик (19 октября 2017 г.). «Биохимия пренилирования белков» (PDF). Журнал липидных исследований. 33: 1731–1739 - через ASBMB.
  18. ^ Hinshaw, Jerald C .; Су, Дэ-Ён; Гарнье, Филипп; Бакнер, Фредерик С .; Истман, Ричард Т .; Matsuda, Seiichi P.T .; Жубер, Бриджит М .; Коппенс, Изабель; Джоинер, Кейт А. (25 сентября 2003 г.). «Ингибиторы оксидоскваленциклазы как противомикробные средства». Журнал медицинской химии. 46 (20): 4240–4243. Дои:10.1021 / jm034126t. ISSN  0022-2623. PMID  13678402.
  19. ^ Вурхис, Уэсли К. Ван; Уилсон, Аарон Дж .; Гриффин, Джон Х .; Бакнер, Фредерик С. (2001-04-01). «Сильная активность ингибиторов оксидоскваленциклазы против Trypanosoma cruzi». Противомикробные препараты и химиотерапия. 45 (4): 1210–1215. Дои:10.1128 / AAC.45.4.1210-1215.2001. ISSN  0066-4804. ЧВК  90445. PMID  11257036.
  20. ^ Профилактика, Центры по контролю за заболеваниями CDC и (2017-05-02). «CDC - Болезнь Шагаса - Болезнь». www.cdc.gov. Получено 2019-03-09.
  21. ^ а б Аист, Гилберт; Бургстахлер, А. В. (1955-10-01). "Стереохимия циклизации полиенов". Журнал Американского химического общества. 77 (19): 5068–5077. Дои:10.1021 / ja01624a038. ISSN  0002-7863.

внешняя ссылка

  • Обзор всей структурной информации, доступной в PDB за UniProt: P48449 (Ланостеринсинтаза) в PDBe-KB.
  • Обзор всей структурной информации, доступной в PDB за UniProt: P04035 (HMG-CoA редуктаза) на PDBe-KB.