Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
аспарагинсинтетаза
PDB 11as EBI.jpg
Идентификаторы
СимволASNS
Альт. символы11ас, АснС
Ген NCBI440
HGNC753
OMIM108370
RefSeqNM_001673
UniProtP08243
Прочие данные
Номер ЕС6.3.5.4
LocusChr. 7 q21-q31
Ищи
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро

Аспарагинсинтетаза (или аспартат-аммиачная лигаза ) является главным образом цитоплазматическим ферментом, который производит аспарагин из аспартата . [1] Эта реакция амидирования похожа на реакцию глутаминсинтетазы . Фермент повсеместно распространен в органах млекопитающих, но базальная экспрессия относительно низка в тканях, отличных от экзокринной поджелудочной железы. [2]

Присутствие аспарагинсинтетазы выше среднего в некоторых штаммах лейкемии было связано с существенным фактором устойчивости к химиотерапии, особенно к химиотерапевтическому препарату, L-аспарагиназе . [3]

Структура [ править ]

Аспарагинсинтетаза, полученная из Escherichia coli, представляет собой димерный белок, каждая субъединица которого сворачивается в два отдельных домена. [4] N-концевая область состоит из двух слоев шестицепочечных антипараллельных β- листов, между которыми находится активный центр, ответственный за гидролиз глутамина . [4] С-концевой домен состоит из пятицепочечного параллельного β- листа, фланкированного с обеих сторон α- спиралями . Этот домен отвечает за связывание как Mg 2+ ATP, так и аспартата. [4]Эти два активных центра соединены туннелем, выстланным в основном атомами основной цепи и гидрофобными неполярными аминокислотными остатками. [4]

Структурная характеристика аспарагинсинтетазы из источников млекопитающих была затруднена из-за низкой распространенности и нестабильности фермента во время процедур очистки. [5]

Механизм [ править ]

Используя информацию, полученную из аспарагинсинтетазы, полученной из Escherichia coli, можно понять некоторые основные механизмы этого фермента. [5] N-концевой активный центр катализирует гидролиз глутамина с образованием глутамата и аммиака . [5] C-концевой активный центр катализирует активацию карбоксилата боковой цепи аспартата с образованием электрофильного промежуточного соединения, β-аспартил-AMP (βAspAMP) 1 и неорганического пирофосфата ( PPi ). [5] Туннель, который связывает два активных центра, позволяет прохождению молекулы аммиака действовать как общий промежуточный продукт для связывания двух полуреакций, проводимых в независимых активных центрах фермента.[5] Таким образом, после того, как молекула аммиака высвобождается и направляется из глутаминазного сайта, она атакует связанный βAspAMP 1, давая аспарагин и АМФ через тетраэдрический промежуточный продукт. [5]

Функция [ править ]

В растениях неорганический азот поступает из окружающей среды в форме нитрата или аммония . [6] Ассимиляция этого азота в аспарагин для использования в рециркуляции, транспортировке и хранении азота является важным процессом для развития растений, что делает аспарагинсинтетазу жизненно важной для поддержания этих запасов аспарагина. [6] Конкретными событиями в развитии, которые зависят от аспарагинсинтетазы, являются мобилизация азота в прорастающих семенах, рециркуляция азота и его поток в вегетативных клетках в ответ на биотические и абиотические стрессы, а также ремобилизация азота из источника в органы-поглотители. [6]

Было обнаружено, что у млекопитающих экспрессия аспарагинсинтетазы связана с ростом клеток, а содержание ее мРНК связано с изменениями в клеточном цикле. [5] Клетки BHK ts11 хомяка продуцируют неактивный фермент аспарагинсинтетазы, и эта потеря активности аспарагинсинтетазы напрямую привела к остановке клеточного цикла в клетках как следствие истощения клеточного аспарагина. [5] В этих клетках хомяка также наблюдалась повышенная регуляция мРНК аспарагинсинтетазы. [5] Другие эксперименты показали, что покоящиеся клетки щитовидной железы крыс переходят в S-фазу.в результате лечения тиреотропным гормоном сопровождалось одновременным увеличением содержания мРНК аспарагинсинтетазы. [5]

Классы [ править ]

Похоже, что существует две основные группы аспарагинсинтетазы: [7] [6]

  • Большинство выделенных прокариотических ферментов ( asnA ) используют аммиак в качестве единственного источника азота. [7] [6]
  • Изолированные эукариотические ферменты и некоторые изолированные прокариотические ферменты ( asnB ) используют глутамин в качестве предпочтительного источника азота, хотя эти ферменты также могут использовать аммиак в качестве альтернативного субстрата. [7] [6] Человеческий глутамин-зависимый AS кодируется одним геном, расположенным в области q21.3 на хромосоме 7. [8] Отсутствие аммиак-зависимой аспарагинсинтетазы у эукариот, по-видимому, связано с необходимостью поддерживать клеточную концентрации аммиака на очень низком уровне. [7]

Клиническое значение [ править ]

Рак [ править ]

Лейкемия [ править ]

Раковые клетки демонстрируют быстрый рост и деление клеток и, следовательно, имеют повышенную потребность в питании. [5] Особенно низкий уровень экспрессии аспарагинсинтетазы при первичном остром лимфобластном лейкозе ( ОЛЛ ) и многочисленных линиях клеток ОЛЛ по сравнению с нормальными клетками делает истощение запасов аспарагина эффективным методом лечения из-за необычной зависимости клеток от циркулирующий сывороточный аспарагин как необходимое питание для роста. [2] [5] В результате L-аспарагиназа является обычным химиотерапевтическим препаратом, используемым при лечении ОЛЛ, и может найти применение при других формах рака, отрицательных по аспарагинсинтетазе, таких как лимфомы, из-за ее активности аспаригиназы по истощению сывороточного аспарагина.[9] Это истощение сывороточного аспарагина приводит к последующему быстрому оттоку клеточного аспарагина, который немедленно подвергается действию и разрушается L-аспарагиназой. [5] Из-за временной реакции этих восприимчивых раковых образований на истощение запасов аспарагина, рост опухоли значительно подавляется из-за дефицита питательных веществ. [5] [3]

Большинство соматических клеток экспрессируют достаточные базальные количества аспарагинсинтетазы, чтобы противодействовать этому аспарагиновому голоданию и выжить под действием L-аспарагиназы. [2] [3] [5] Кроме того, эти нормальные клетки способны повышать свою экспрессию аспарагинсинтетазы в ответ на истощение запасов аспарагина, дополнительно противодействуя некоторым токсическим эффектам лекарства на нормальную активность клеток, что является желательным признаком для химиотерапевтические препараты. [2] [3] [5]

Однако противоположный эффект виден в случаях рака, устойчивого к аспарагиназе. [3] При этих устойчивых формах рака эффект истощения запасов аспарагина в крови за счет L-аспарагиназы вместо этого приводит к значительной избыточной экспрессии аспарагинсинтетазы для компенсации, эффективно сводя на нет эффект химиотерапевтического препарата. [3] Например, на моделях мышей через 24 часа после воздействия L-аспарагиназы опухоли, устойчивые к истощению, реагировали 5-19-кратным увеличением экспрессии аспарагинсинтетазы. [10] Эти устойчивые опухоли также по своей природе экспрессируют более высокие уровни активности аспарагинсинтетазы, даже без применения L-аспарагиназы для дальнейшей экспрессии. [11]Подобные тенденции часто наблюдаются и в исследованиях на людях: высокие уровни активности аспарагинсинтетазы обнаруживаются в случаях лечения, устойчивых к аспарагиназе, по сравнению с незначительной активностью в восприимчивых случаях. [12] Как показали исследования in vitro устойчивых клеточных линий лейкемии человека, даже через шесть недель после удаления факторов, истощающих аспарагин, повышенный уровень экспрессии аспарагинсинтетазы не смог вернуться к исходному состоянию, вместо этого оставаясь повышенным и сохраняя продолжающееся лекарство. сопротивление. [13]

В то время как механизмы, лежащие в основе устойчивой сверхэкспрессии ASNS, не были описаны в этих исследованиях, профилирование транскриптомов двух пациентов с T-ALL, у которых возник рецидив после лечения L-аспарагиназой, выявило рецидивирующую замену промотора с KMT2E, приводящую к сверхэкспрессии ASNS и L -устойчивость к аспарагиназе. [14] Кроме того, на модельных системах мышей было продемонстрировано, что повторное субкультивирование чувствительных к L-аспарагиназе опухолевых клеток в сублетальных концентрациях L-аспарагиназы может в конечном итоге сделать их устойчивыми, что является потенциальным опасением для лечения низкими дозами химиотерапии, эффективно стимулируя развитие устойчивых клеток. [15]

Возможный биомаркер рака яичников [ править ]

Наблюдалась корреляция между эффективностью L-аспарагиназы и уровнями белка аспарагинсинтетазы в ряде линий клеток яичников человека. [16] Как упоминалось выше, этот результат подтвердил аналогичные наблюдения на клеточных линиях лейкемии человека. [16] Следовательно, аспарагинсинтетаза может использоваться в качестве биомаркера при скрининге рака яичников и потенциальном лечении. [16]

Возможная роль в метастазировании солидной опухоли [ править ]

Переход от эпителия к мезенхиме имитировали в метастатических клетках путем адаптации клеток рака предстательной железы PC-3 от прикрепившихся к суспензионной культуре, а затем исследовали, чтобы исследовать изменения в экспрессии генов одновременно с этой адаптацией к суспензии. [17] Было обнаружено, что экспрессия аспарагинсинтетазы была в шесть раз выше в суспензионных клетках, чем в прикрепленных клетках. [17] В ксенотрансплантатах из линии клеток рака груди человека в установленной метастатической модели мыши [2] [18] аспарагинсинтетаза была повышена в циркулирующих опухолевых клетках, выделенных из крови мыши, по сравнению с линией родительских клеток. [2] [18] Когда эти циркулирующие опухолевые клетки были возвращены в in vitroкультуры и подвергнутые гипоксии, они показали более высокую базальную экспрессию и большую индукцию аспарагинсинтетазы, чем их родительская клеточная линия. [2] [18] Было также обнаружено, что эти циркулирующие опухолевые клетки обладают повышенной способностью к образованию колоний в анализах мягкого агара в условиях гипоксии и росли быстрее при повторной имплантации в виде ксенотрансплантатов. [2] [18] Повышенная распространенность синтетазы аспарагиназы в метастатических клетках предполагает, что ее активность может быть полезной для выживания циркулирующих опухолевых клеток. [2] [18]

Интересные факты [ править ]

Морские свинки имеют одни из самых высоких уровней естественной экспрессии аспарагинсинтетазы из-за того, что их сыворотка по своей природе содержит определяемые уровни L-аспарагиназы. [10]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Хутсон Р.Г., Kitoh Т, Мораг Амадор Д.А., Косич S, Шустер С.М., Kilberg МС (май 1997 г.). «Аминокислотный контроль аспарагинсинтетазы: связь с устойчивостью к аспарагиназе в клетках лейкемии человека». Американский журнал физиологии . 272 (5, часть 1): C1691-9. DOI : 10.1152 / ajpcell.1997.272.5.C1691 . PMID  9176161 .
  2. ^ a b c d e f g h i Balasubramanian MN, Butterworth EA, Kilberg MS (апрель 2013 г.). «Аспарагинсинтетаза: регуляция клеточного стресса и участие в биологии опухолей» . Американский журнал физиологии. Эндокринология и обмен веществ . 304 (8): E789-99. DOI : 10,1152 / ajpendo.00015.2013 . PMC 3625782 . PMID 23403946 .  
  3. ^ a b c d e f Prager MD, Bachynsky N (апрель 1968 г.). «Аспарагинсинтетаза в резистентных к аспарагиназе и чувствительных лимфомах мышей». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях . 31 (1): 43–7. DOI : 10,1016 / 0006-291x (68) 90028-4 . PMID 4869945 . 
  4. ^ a b c d Larsen TM, Boehlein SK, Schuster SM, Richards NG, Thoden JB, Holden HM, Rayment I (декабрь 1999 г.). «Трехмерная структура аспарагинсинтетазы B Escherichia coli: короткий путь от субстрата к продукту». Биохимия . 38 (49): 16146–57. DOI : 10.1021 / bi9915768 . PMID 10587437 . 
  5. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p Ричардс Н. Г., Килберг М. С. (июль 2006 г.). «Химиотерапия аспарагинсинтетазой» . Ежегодный обзор биохимии . 75 : 629–54. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.75.103004.142520 . PMC 3587692 . PMID 16756505 .  
  6. ^ a b c d e f Gaufichon L, Reisdorf-Cren M, Rothstein SJ, Chardon F, Suzuki A (сентябрь 2010 г.). «Биологические функции аспарагинсинтетазы в растениях». Растениеводство . 179 (3): 141–153. DOI : 10.1016 / j.plantsci.2010.04.010 .
  7. ^ a b c d Ричардс Н.Г., Шустер С.М. (ноябрь 1998 г.). «Механистические вопросы в катализе синтетазы аспарагина». Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии . Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии. 72 . С. 145–98. DOI : 10.1002 / 9780470123188.ch5 . ISBN 9780470123188. PMID  9559053 .
  8. ^ Heng HH, Ши XM, Шерер SW, Andrulis IL, Цуй LC (1994). «Уточненная локализация гена аспарагинсинтетазы (ASNS) на хромосоме 7, регион q21.3, и характеристика гибридной линии соматических клеток 4AF / 106 / KO15». Цитогенетика и клеточная генетика . 66 (2): 135–8. DOI : 10.1159 / 000133685 . ЛВП : 10722/42532 . PMID 7904551 . 
  9. ^ Chan WK, Лореая PL, Anishkin A, Purwaha P, Rogers DM, Сухарев S, Ремп пришел С.Б., Weinstein JN (июнь 2014). «Глутаминазная активность L-аспарагиназы не требуется для противораковой активности против ASNS-отрицательных клеток» . Кровь . 123 (23): 3596–606. DOI : 10,1182 / кровь 2013-10-535112 . PMC 4047499 . PMID 24659632 .  
  10. ^ a b Prager MD, Bachynsky N (сентябрь 1968 г.). «Аспарагинсинтетаза в нормальных и злокачественных тканях: корреляция с чувствительностью опухоли к аспарагиназе». Архивы биохимии и биофизики . 127 (1): 645–54. DOI : 10.1016 / 0003-9861 (68) 90273-7 . PMID 4880551 . 
  11. ^ Горовиц B, Мадрас BK, Meister A, Старый LJ, Бойс Е.А., Stockert E (май 1968). «Аспарагинсинтетазная активность лейкозов мышей». Наука . 160 (3827): 533–5. Bibcode : 1968Sci ... 160..533H . DOI : 10.1126 / science.160.3827.533 . PMID 5689413 . S2CID 39734239 .  
  12. ^ Haskell CM, Canellos GP (октябрь 1969). «Устойчивость к l-аспарагиназе при лейкемии человека - аспарагинсинтетаза». Биохимическая фармакология . 18 (10): 2578–80. DOI : 10.1016 / 0006-2952 (69) 90375-X . PMID 4935103 . 
  13. Перейти ↑ Aslanian AM, Fletcher BS, Kilberg MS (июль 2001 г.). «Экспрессия аспарагинсинтетазы одной является достаточной для индукции устойчивости к l-аспарагиназе в клетках лейкемии человека MOLT-4» . Биохимический журнал . 357 (Pt 1): 321–8. DOI : 10.1042 / bj3570321 . PMC 1221958 . PMID 11415466 .  
  14. ^ Khater F, Lajoie M, Langlois S, Healy J, Cellot S, Richer C, Beaulieu P, St-Onge P, Sailloir V, Minden M, Marzouki M, Krajinovic M, Bittencourt H, Sinnett D (2017). «KMT2E-ASNS: новый специфичный для рецидивов гибридный ген при остром лимфобластном лейкозе на ранней стадии Т-лимфоцитов» . Кровь . 129 (12): 1729–1732. DOI : 10.1182 / кровь-2016-10-744219 . PMC 5374844 . PMID 28069604 .  
  15. ^ Andrulis IL, Chen J, Рэй PN (июль 1987). «Выделение кДНК человека для аспарагинсинтетазы и экспрессия в клетках саркомы крысы Jensen» . Молекулярная и клеточная биология . 7 (7): 2435–43. DOI : 10,1128 / MCB.7.7.2435 . PMC 365375 . PMID 2886907 .  
  16. ^ a b c Lorenzi PL, Weinstein JN (январь 2009 г.). «Аспарагинсинтетаза: новый потенциальный биомаркер рака яичников» . Новости и перспективы наркотиков . 22 (1): 61–4. DOI : 10,1358 / dnp.2009.22.1.1303820 (неактивный 2021-01-14). PMC 4096155 . PMID 19209300 .  CS1 maint: DOI неактивен с января 2021 г. ( ссылка )
  17. ^ a b Patrikainen L, Porvari K, Kurkela R, Hirvikoski P, Soini Y, Vihko P (февраль 2007 г.). «Профилирование экспрессии вариантов линии клеток PC-3 и сравнение уровней транскрипта MIC-1 в доброкачественной и злокачественной простате». Европейский журнал клинических исследований . 37 (2): 126–33. DOI : 10.1111 / j.1365-2362.2007.01763.x . PMID 17217378 . S2CID 29946047 .  
  18. ^ a b c d e Амери К., Луонг Р., Чжан Х., Пауэлл А.А., Монтгомери К.Д., Эспиноза I, Були Д.М., Харрис А.Л., Джеффри С.С. (февраль 2010 г.). «Циркулирующие опухолевые клетки демонстрируют измененный ответ на гипоксию и агрессивный фенотип» . Британский журнал рака . 102 (3): 561–9. DOI : 10.1038 / sj.bjc.6605491 . PMC 2805847 . PMID 20051957 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Аспарагин + синтетаза в медицинских предметных рубриках Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)