Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Азурин
5azu.jpg
Азурин тетрамер, синегнойная палочка
Идентификаторы
СимволМедь-связка
PfamPF00127
SCOP25azu / SCOPe / SUPFAM
CDDcd13922
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры

Azurin является небольшим, периплазматическим, бактериальным синей медью белка найден в Pseudomonas , Bordetella , или Alcaligenes бактерий . Азурин замедляет одноэлектронный перенос между ферментами, связанными с цепью цитохрома, подвергаясь окислению-восстановлению между Cu (I) и Cu (II) . Каждый мономер тетрамера азурина имеет молекулярную массу приблизительно 14 кДа, содержит один атом меди, имеет интенсивный синий цвет и имеет полосу испускания флуоресценции с центром при 308 нм.

Азурины и псевдоазурины участвуют в процессах денитрификации у бактерий [1], включая грамотрицательные бактерии Pseudomonas aeruginosa , взаимодействуя с цитохромом c551. Азурин из P aeruginosa представляет собой белок голубой меди I типа (купредоксин), а цитохром c551 (9 кДа) представляет собой гем- содержащий цитохром . Азурин имеет относительно большой гидрофобный участок рядом с активным сайтом, и два остатка в этом гидрофобном участке, Met-44 и Met-64, как полагают, участвуют в его взаимодействии с окислительно-восстановительными партнерами цитохромом c551 и нитритредуктазой . [2]

Хотя азурин не связан со свойством переноса электронов, было обнаружено, что он обладает противораковыми свойствами благодаря взаимодействию с белком-супрессором опухолей р53.

Ферментный механизм [ править ]

В окисленной форме азурин (Cu 2+ Az) получает электрон от своего окислительно-восстановительного партнера и восстанавливается в соответствии со следующей реакцией:

Cu 2+ Az + e - -> Cu + Az

Редокс-потенциал 310 мВ. [3]

Сильно взаимосвязанная бета-листовая структура азурина прочно связана с его центром переноса электронов (стороной, связывающей медь). [4] Существуют значительные экспериментальные данные, позволяющие предположить, что водородные связи играют роль в механизме переноса электрона на большие расстояния азурина. Взятые вместе, эти наблюдения предполагают, что электроны туннелируют через фермент по его полипептидным и водородным связям, что делает азурин полезной модельной системой для изучения дальнодействующего внутрибелкового переноса электронов (LRET). [4]

Структура фермента [ править ]

Медьсвязывающий домен азурина визуализирован в PyMol с четырьмя из пяти медьсвязывающих лигандов, помеченных. Регистрировали расстояние (в ангстремах) от атома меди до каждого отдельного лиганда.

Азурин - тетрамерный белок. [5] Каждый мономер весит приблизительно 14 кДа и состоит из 128 аминокислот, образующих восемь бета-цепей, расположенных в форме бета-цилиндра. [5] Нити соединены по очереди и одной альфа-спиральной вставкой. [5] Одноатомный сайт связывания меди расположен примерно на 7А ниже поверхности каждого мономера по направлению к его северному концу; Атом меди, который населяет его, координирован пятью лигандами, окруженными обширным гидрофобным пятном. [6]

Три экваториальных медных лиганда состоят из тиолата (Cys112) и двух имидазолов (His46, His 117), а карбонильные атомы кислорода Gly45 и Met121 служат двумя слабыми осевыми лигандами. [5] За исключением Gly45, описанная выше конфигурация связывания меди является общей для структур всех медьсвязывающих белков синего типа 1, определенных к настоящему времени. [7] После координации комплекс лиганд-металл принимает искаженную, тригональную бипирамидальную геометрию, которая стабилизирует восстановленное состояние меди (Cu (I)) белка по сравнению с состоянием окисления двухвалентной меди (Cu (II)). [5] Структурно наложенная обратная связь между d-орбиталями меди и p-орбиталями лиганда может дополнительно стабилизировать медистое состояние.[8]

Существующая структурная информация об азурине в значительной степени получена из исследований рентгеновской кристаллографии односайтовых мутированных форм белка. Примечательные структурные особенности, выясненные кристаллографией, включают мотив бета-сэндвича, образованный из восьми взаимосвязанных бета-цепей [5], а также альфа-спиральный сегмент за пределами цилиндра, связывающий бета-листы 4 и 5. [5]

Хотя окислительно-восстановительный потенциал Cu (I) / Cu (II) обычно выше для азурина, чем для большинства других комплексов меди, структурные исследования, в которых заменен Met121 (один из экваториальных координирующих медь лигандов азурина), показали, что отсутствие тиолата меди лиганд не препятствует высоким потенциалам восстановления, поскольку большие гидрофобные остатки в положении 121 также повышают окислительно-восстановительный потенциал атома меди. [8] Таким образом, более высокие окислительно-восстановительные потенциалы были приписаны исключению воды из участка связывания металла, что усугубляется наличием объемных гидрофобных остатков. [8]

И наоборот, отрицательно заряженные остатки снижают окислительно-восстановительный потенциал, так как они стабилизируют более положительно заряженную медную форму иона меди. [8]

Биологическая функция [ править ]

При экспрессии в азотфиксирующих организмах азурин служит донором электронов для нитритредуктазы , фермента в пути денитрификации в азотном цикле . [9]

Азурины поддерживают окислительное дезаминирование первичных аминов, передавая электроны от ароматической аминдегидрогеназы к цитохромоксидазе , а также от некоторых цитохромов c-типа к нитритредуктазам. [10]

Актуальность болезни [ править ]

Азурин привлек значительное внимание как потенциальное средство для лечения различных заболеваний, включая рак. [11] In vivo было продемонстрировано, что он вызывает регрессию меланомы человека и ткани рака груди с минимальным токсическим воздействием на организм. [11]

Азурин преимущественно проникает в раковые клетки через домен фермента p28, который примерно соответствует протяженной альфа-спиральной области фермента. [11] В раковых клетках азурин объединяется с p53 , стабилизируя его и предотвращая ассоциацию с уиквитин-лигазами E3 , которые в противном случае связывались бы и маркируют белок для разрушения. [12] Четыре молекулы азурина связывают каждый мономер p53 с высоким сродством. [12] Комплекс p53 / азурин перемещается в ядро, где p53 активирует транскрипцию проапоптотических генов Bax и Noxa . [12]P53 также активирует экспрессию ингибиторов клеточного цикла, предотвращая прогрессирование опухолевых клеток за пределы фазы G1 или S. [12] Хотя этот путь играет важную роль в противоопухолевой активности азурина, детали взаимодействия между азурином и p53 до конца не изучены.

Клинические испытания фазы I в США продемонстрировали эффекты как частичной, так и полной регрессии опухоли у пятнадцати больных раком стадии IV, получавших аминокислотный фрагмент p28 азурина. [13] Другое исследование фазы I с фрагментом p28 продемонстрировало терапевтические эффекты азурина в отношении педиатрических пациентов с опухолями головного мозга; впоследствии USFDA одобрило обозначение p28 как орфанного препарата для лечения глиомы . [14]

Другие домены азурина также могут проявлять сильную противораковую активность за счет связывания с рецепторными тирозинкиназами клеточной поверхности, такими как рецепторы EphB2, которые индуцируют ангиогенез в раковых клетках. [14] Это еще один механизм, с помощью которого азурин, как предполагается, проявляет свои терапевтические эффекты.

См. Также [ править ]

  • Семейство пластоцианиновых белков, связывающих медь

Ссылки [ править ]

  1. ^ De Rienzo F, Gabdoulline RR, Menziani MC, Уэйд RC (август 2000). «Белки голубой меди: сравнительный анализ их свойств молекулярного взаимодействия» . Белковая наука . 9 (8): 1439–54. DOI : 10.1110 / ps.9.8.1439 . PMC  2144732 . PMID  10975566 .
  2. ^ Ямада Т, Гото М, Пундж В, Zaborina О, Kimbara К, Дас Гупта ТК, Чакрабарти А.М. (декабрь 2002 г.). «Бактериальный окислительно-восстановительный белок азурин индуцирует апоптоз в макрофагах J774 посредством образования комплекса и стабилизации белка-супрессора опухолей р53» . Инфекция и иммунитет . 70 (12): 7054–62. DOI : 10.1128 / IAI.70.12.7054-7062.2002 . PMC 133031 . PMID 12438386 .  
  3. ↑ van den Bosch M, Swart M, Snijders JG, Berendsen HJ, Mark AE, Oostenbrink C, van Gunsteren WF, Canters GW (апрель 2005 г.). «Расчет окислительно-восстановительного потенциала белка азурина и некоторых мутантов». ChemBioChem . 6 (4): 738–46. DOI : 10.1002 / cbic.200400244 . PMID 15747387 . 
  4. ^ a b Arcangeli C, Bizzarri AR, Cannistraro S (апрель 1999 г.). «Долгосрочное молекулярно-динамическое моделирование азурина меди: структура, динамика и функциональность». Биофизическая химия . 78 (3): 247–57. DOI : 10.1016 / S0301-4622 (99) 00029-0 . PMID 17030312 . 
  5. ^ Б с д е е г Inoue T, N, Нисио Suzuki S, Kataoka K, T, Kohzuma Кай Y (июнь 1999 г.). «Определение кристаллической структуры окисленных и восстановленных псевдоазуринов из Achromobacter cycloclastes. Согласованное движение сайта меди в окислительно-восстановительных формах с перестройкой водородной связи на удаленном гистидине» . Журнал биологической химии . 274 (25): 17845–52. DOI : 10.1074 / jbc.274.25.17845 . PMID 10364229 . 
  6. ^ Ван де Камп М, Silvestrini MC, Brunori М, Ван Beeumen J, Хали FC, галопом GW (ноябрь 1990 года). «Вовлечение гидрофобного пятна азурина в реакции переноса электрона с цитохромом C551 и нитритредуктазой» . Европейский журнал биохимии . 194 (1): 109–18. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1990.tb19434.x . PMID 2174771 . 
  7. ^ Opella SJ, DeSilva TM, Veglia G (апрель 2002). «Структурная биология металлсвязывающих последовательностей». Текущее мнение в химической биологии . 6 (2): 217–23. DOI : 10.1016 / S1367-5931 (02) 00314-9 . PMID 12039007 . 
  8. ^ a b c d Маклафлин MP, Retegan M, Bill E, Payne TM, Shafaat HS, Peña S, Sudhamsu J, Ensign AA, Crane BR, Neese F, Holland PL (декабрь 2012 г.). «Азурин в качестве белкового каркаса для низкокоординированного негемового участка железа с карманом связывания малых молекул» . Журнал Американского химического общества . 134 (48): 19746–57. DOI : 10.1021 / ja308346b . PMC 3515693 . PMID 23167247 .  
  9. ^ Vijgenboom E, Busch JE, галопом GW (сентябрь 1997). «Исследования in vivo опровергают обязательную роль азурина в денитрификации у Pseudomonas aeruginosa и показывают, что экспрессия азу находится под контролем rpoS и ANR» . Микробиология . 143 (9): 2853–63. DOI : 10.1099 / 00221287-143-9-2853 . PMID 9308169 . 
  10. ^ Додд FE, Хаснайн СС, Хантер WN, Абрахам ZH, Дебенхемы М, Kanzler Н, Элдридж М, Eady РР, Амблер РП, Смит BE (август 1995 г.). «Доказательства наличия двух различных азуринов в Alcaligenes xylosoxidans (NCIMB 11015): потенциальных доноров электронов для нитритредуктазы». Биохимия . 34 (32): 10180–6. DOI : 10.1021 / bi00032a011 . PMID 7640272 . 
  11. ^ a b c Бернардес Н., Рибейро А.С., Серука Р., Паредес Дж., Фиалью А.М. (март 2011 г.). «Бактериальный белок азурин как новый кандидатный препарат для лечения неизлечимого рака груди». 1-е совещание в Португалии по биомедицинской инженерии : 1–4. DOI : 10.1109 / ENBENG.2011.6026047 . ISBN 978-1-4577-0522-9.
  12. ^ а б в г Гао М., Чжоу Дж., Су З., Хуан И. (декабрь 2017 г.). «Бактериальный купредоксин азурин захватывает клеточные сигнальные сети: белок-белковые взаимодействия и терапия рака» . Белковая наука . 26 (12): 2334–2341. DOI : 10.1002 / pro.3310 . PMC 5699490 . PMID 28960574 .  
  13. ^ Warso MA, Ричардс JM, Mehta D, Christov K, Schaeffer C, Rae Bressler L, Yamada T, Majumdar D, Kennedy SA, Beattie CW, Das Gupta TK (март 2013). «Первое в своем классе, первое на людях испытание фазы I p28, пептидного ингибитора убиквитинирования p53, не опосредованного HDM2, у пациентов с развитыми солидными опухолями» . Британский журнал рака . 108 (5): 1061–70. DOI : 10.1038 / bjc.2013.74 . PMC 3619084 . PMID 23449360 .  
  14. ^ a b Чаудхари А., Махфуз М., Фиалхо А.М., Ямада Т., Гранджа А.Т., Чжу Й., Хашимото В., Шларб-Ридли Б., Чо В., Дас Гупта Т.К., Чакрабарти А.М. (февраль 2007 г.). «Взаимосвязь купредоксина и рака: связывание азурина с EphB2, вмешательство в фосфорилирование тирозина EphB2 и ингибирование роста рака». Биохимия . 46 (7): 1799–810. DOI : 10.1021 / bi061661x . PMID 17249693 .