Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из CTP-синтазы )
Перейти к навигации Перейти к поиску
CTP-синтаза
1s1m.jpg
Идентификаторы
Номер ЕС6.3.4.2
Количество CAS9023-56-7
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
BRENDABRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmigo / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

CTP-синтаза - это фермент, участвующий в биосинтезе пиримидина, который взаимно преобразует UTP и CTP . [1] [2]

Механизм реакции [ править ]

CTP (цитидинтрифосфат) синтетаза катализирует последнюю коммитируемую стадию биосинтеза пиримидиновых нуклеотидов: [3]

АТФ + УТФ + глутамин → АДФ + P i + ЦТФ + глутамат

Это фермент, ограничивающий скорость синтеза нуклеотидов цитозина, как de novo, так и пути восстановления уридина. [4]

Реакция протекает путем АТФ-зависимого фосфорилирования UTP по 4-му атому кислорода, что делает 4-углеродный электрофильный и уязвимый для реакции с аммиаком. [5] Источником аминогруппы в CTP является глутамин , который гидролизуется в домене глутамин-амидотрансферазы с образованием аммиака. Затем он направляется через внутреннюю часть фермента в домен синтетазы. [6] [7] Здесь аммиак реагирует с промежуточным 4-фосфорил UTP. [8]

Изоферменты [ править ]

У человека существуют два изофермента с активностью CTP-синтазы, кодируемые следующими генами:

  • CTPS - CTP-синтаза 1
  • CTPS2 - CTP-синтаза 2

Структура [ править ]

Димерная форма CTP-синтазы из Sulfolobus solfataricus (код PDB: 3NVA). Цепочка A изображена синим, а цепь B - зеленым.

Активная CTP-синтаза существует как гомотетрамерный фермент. При низких концентрациях фермента и в отсутствие АТФ и УТФ CTP-синтаза существует в виде неактивного мономера. По мере увеличения концентрации фермента он сначала полимеризуется в димер (такой как форма, показанная слева), а в присутствии АТФ и УТФ образует тетрамер. [5] [9]

Фермент содержит два основных домена, ответственных за активность аминотрансферазы и синтазы соответственно. Домены амидотрансферазы расположены далеко от границ раздела тетрамеров и не подвержены влиянию олигомерного состояния. Сайт связывания АТФ и сайт связывания CTP в синтазном домене расположены на границе тетрамера. По этой причине для тетрамеризации требуются АТФ и УТФ. [10]

Регламент [ править ]

CTP-синтаза точно регулируется внутриклеточными концентрациями CTP и UTP, и было замечено, что как hCTPS1, так и hCTPS2 максимально активны при физиологических концентрациях ATP, GTP и глутамина. [11]

Было продемонстрировано, что активность изофермента CTPS1 человека ингибируется фосфорилированием. [12] Одним из основных примеров этого является фосфорилирование остатка Ser-571 киназой 3 гликогенсинтазы (GSK3) в ответ на условия низкого содержания сыворотки. [13] Кроме того, было замечено, что Ser568 фосфорилируется казеинкиназой 1, ингибируя активность CTP-синтазы. [11]

CTP также подвержен различным формам аллостерической регуляции . GTP действует как аллостерический активатор, который сильно способствует гидролизу глутамина, но также ингибирует глутамин-зависимое образование CTP при высоких концентрациях. [14] Это балансирует относительное количество пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. Продукт реакции CTP также служит аллостерическим ингибитором. Сайт связывания трифосфата перекрывается с сайтом связывания UTP, но нуклеозидный фрагмент CTP связывается в альтернативном кармане, противоположном сайту связывания UTP. [15]

Было показано, что уровни CTP-синтазы зависят от уровней транскрипционного фактора Myc . В свою очередь, активность CTP-синтазы необходима для фенотипов, связанных с Myc. [16]

Глутамина аналога DON также была замечена действовать в качестве ингибитора необратимой, и был использован в качестве противоракового средства. [17]

Нити [ править ]

Сообщалось, что CTP-синтаза образует филаменты у нескольких различных организмов. К ним относятся бактерии ( C. crescentus ), [18] дрожжи ( S. cerevisiae ), [19] плодовые мушки ( D. melanogaster ) [20] и клетки человека. [21] Эти нитевидные структуры были названы цитоплазматическими стержнями и кольцами, [22] цитоофидиями (от греческого «цито», что означает клетка, и «офидиум», что означает змея, из-за морфологии структур) или просто нитями CTP-синтазы. Было показано, что филаментация подавляет или усиливает активность CTP-синтазы в зависимости от вида. [23] [24] [25] [26][27] У Drosophila только одна из изоформ CTP-синтазы образует филамент. [28] С момента открытия этого нового способа регуляции фермента в CTP-синтазе было показано, что множество других ферментов демонстрируют сходные характеристики, что позволяет предположить, что это важная и хорошо сохраняющаяся стратегия ферментативной регуляции. [29] CTP-синтаза остается модельным ферментом для изучения образования филаментов.

Клиническое значение [ править ]

Повышенная активность CTP-синтазы широко наблюдалась в опухолях человека и грызунов. [30]

Было замечено, что мутации в CTP-синтазе придают устойчивость к цитотоксическим препаратам, таким как цитозинарабинозид (ara-C), в клеточной модели лейкемии яичников китайского хомячка (CHO), хотя такие мутации не были обнаружены у пациентов с устойчивостью к ara-C. [31]

См. Также [ править ]

  • Биосинтез пиримидина

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Либерман I (октябрь 1956 г.). «Ферментативное аминирование трифосфата уридина в трифосфат цитидина» . Журнал биологической химии . 222 (2): 765–75. PMID  13367044 .
  2. ↑ Long CW, Levitzki A, Koshland DE (январь 1970). «Субъединичная структура и субъединичные взаимодействия цитидинтрифосфатсинтетазы» . Журнал биологической химии . 245 (1): 80–7. PMID 5411547 . 
  3. ^ Кошланд DE, Левицкий A (1974). «CTP-синтетаза и родственные ферменты» . В Boyer PD (ред.). Ферменты (3-е изд.). Нью-Йорк: Academic Press. С. 539–59. ISBN 978-0-12-122710-4.
  4. ^ van Kuilenburg AB, Meinsma R, Vreken P, Waterham HR, van Gennip AH (2000). «Изоформы CTP синтетазы человека». Успехи экспериментальной медицины и биологии . 486 : 257–61. DOI : 10.1007 / 0-306-46843-3_50 . ISBN 978-0-306-46515-4. PMID  11783495 .
  5. ↑ a b von der Saal W., Anderson PM, Villafranca JJ (декабрь 1985 г.). «Механистические исследования цитидин-5'-трифосфатсинтетазы Escherichia coli. Обнаружение промежуточного продукта с помощью экспериментов по позиционному обмену изотопов». Журнал биологической химии . 260 (28): 14993–7. PMID 2933396 . 
  6. ^ Левицкий A, Кошланд DE (август 1971). «Цитидинтрифосфатсинтетаза. Ковалентные промежуточные соединения и механизмы действия». Биохимия . 10 (18): 3365–71. DOI : 10.1021 / bi00794a008 . PMID 4940761 . 
  7. ^ Endrizzi JA, Ким H, Андерсон П.М., Baldwin EP (июнь 2004). «Кристаллическая структура цитидинтрифосфатсинтетазы Escherichia coli, нуклеотид-регулируемого слитого белка глутамин амидотрансферазы / АТФ-зависимой амидолигазы и гомолога мишеней противораковых и противопаразитарных лекарств» . Биохимия . 43 (21): 6447–63. DOI : 10.1021 / bi0496945 . PMC 2891762 . PMID 15157079 .  
  8. Перейти ↑ Lewis DA, Villafranca JJ (октябрь 1989 г.). «Исследование механизма CTP-синтетазы с использованием методов быстрого гашения и разделения изотопов». Биохимия . 28 (21): 8454–9. DOI : 10.1021 / bi00447a027 . PMID 2532543 . 
  9. ↑ Андерсон PM (июнь 1983 г.). «CTP-синтетаза из Escherichia coli: улучшенная процедура очистки и характеристика эффектов гистерезиса и концентрации ферментов на кинетические свойства». Биохимия . 22 (13): 3285–92. DOI : 10.1021 / bi00282a038 . PMID 6349684 . 
  10. ^ Lauritsen I, Willemoës M, Jensen KF, Johansson E, Harris P (февраль 2011). «Структура димерной формы CTP-синтазы Sulfolobus solfataricus» . Acta Crystallographica Раздел F . 67 (Pt 2): 201–8. DOI : 10.1107 / S1744309110052334 . PMC 3034608 . PMID 21301086 .  
  11. ^ a b Кассель К.М., Au DR, Хиггинс М.Дж., Хайнс М., Грейвс Л.М. (октябрь 2010 г.). «Регулирование цитидинтрифосфатсинтетазы 2 человека путем фосфорилирования» . Журнал биологической химии . 285 (44): 33727–36. DOI : 10.1074 / jbc.M110.178566 . PMC 2962471 . PMID 20739275 .  
  12. ^ Carman GM, Kersting MC (февраль 2004). «Синтез фосфолипидов в дрожжах: регулирование фосфорилированием». Биохимия и клеточная биология . 82 (1): 62–70. DOI : 10.1139 / o03-064 . PMID 15052328 . 
  13. ^ Хиггинс MJ, Graves PR, Graves LM (октябрь 2007 г.). «Регулирование цитидинтрифосфатсинтетазы 1 человека с помощью киназы 3 гликогенсинтазы» . Журнал биологической химии . 282 (40): 29493–503. DOI : 10.1074 / jbc.M703948200 . PMID 17681942 . 
  14. Перейти ↑ Lunn FA, MacDonnell JE, Bearne SL (январь 2008 г.). «Структурные требования для активации CTP-синтазы Escherichia coli аллостерическим эффекторным GTP строги, но требования к ингибированию слабые» . Журнал биологической химии . 283 (4): 2010–20. DOI : 10.1074 / jbc.M707803200 . PMID 18003612 . 
  15. ^ Endrizzi JA, Ким H, Андерсон П.М., Baldwin EP (октябрь 2005). «Механизмы регуляции продуктовой обратной связи и лекарственной устойчивости цитидинтрифосфатсинтетаз из структуры комплекса, ингибируемого CTP» . Биохимия . 44 (41): 13491–9. DOI : 10.1021 / bi051282o . PMC 2891682 . PMID 16216072 .  
  16. ^ Aughey GN, Грайс SJ, Лю JL (февраль 2016). «Взаимодействие между Myc и CTP-синтазой у дрозофилы» . PLOS Genetics . 12 (2): e1005867. DOI : 10.1371 / journal.pgen.1005867 . PMC 4759343 . PMID 26889675 .  
  17. ^ Ахлувалия Г.С., Grem ДЛ, Хао Z, Куни Д. А. (1990). «Метаболизм и действие противораковых средств аминокислотных аналогов» . Фармакология и терапия . 46 (2): 243–71. DOI : 10.1016 / 0163-7258 (90) 90094-I . PMID 2108451 . 
  18. ^ Ingerson-Mahar M, Briegel A, Вернер JN, Jensen GJ, Гитай Z (август 2010). «Метаболический фермент CTP-синтаза образует филаменты цитоскелета» . Природа клеточной биологии . 12 (8): 739–46. DOI : 10.1038 / ncb2087 . PMC 3210567 . PMID 20639870 .  
  19. ^ Noree С, Сато BK, Бройер RM, Вильгельм JE (август 2010). «Идентификация новых филамент-образующих белков в Saccharomyces cerevisiae и Drosophila melanogaster» . Журнал клеточной биологии . 190 (4): 541–51. DOI : 10,1083 / jcb.201003001 . PMC 2928026 . PMID 20713603 .  
  20. ↑ Лю JL (май 2010 г.). «Внутриклеточная компартментация CTP-синтазы у Drosophila» . Журнал генетики и геномики = И Чуань Сюэ Бао . 37 (5): 281–96. DOI : 10.1016 / S1673-8527 (09) 60046-1 . PMID 20513629 . 
  21. ^ Chen K, Zhang J, Tastan OY, Дейссен ZA, Siswick М.Ю., Лю JL (сентябрь 2011). «Аналоги глутамина способствуют сборке цитоофидия в клетках человека и дрозофилы». Журнал генетики и геномики = И Чуань Сюэ Бао . 38 (9): 391–402. DOI : 10.1016 / j.jgg.2011.08.004 . PMID 21930098 . 
  22. ^ Carcamo туалет, Сато М, Касахар Н, Тэрада Н, Hamazaki Т, Чан JY, Яо В, Тамайо S, Covini G, фон Mühlen СА, Чан Е. К. (2011). «Индукция цитоплазматических стержней и кольцевых структур путем ингибирования пути синтеза CTP и GTP в клетках млекопитающих» . PLOS ONE . 6 (12): e29690. DOI : 10.1371 / journal.pone.0029690 . PMC 3248424 . PMID 22220215 .  
  23. ^ Линч Е.М., Хикс Д.Р., Шеперд М., Эндриззи Дж. А., Создатель А, Хансен Дж. М., Барри Р. М., Гитай Z, Болдуин Е. П., Коллман Дж. М. (июнь 2017 г.). «Структура филаментов CTP-синтазы человека выявляет конформацию активного фермента» . Структурная и молекулярная биология природы . 24 (6): 507–514. DOI : 10.1038 / nsmb.3407 . PMC 5472220 . PMID 28459447 .  
  24. ^ Барри RM, Bitbol AF, Lorestani A, Charles EJ, Habrian CH, Hansen JM, Li HJ, Baldwin EP, Wingreen NS, Kollman JM, Gitai Z (июль 2014 г.). «Крупномасштабное образование филаментов подавляет активность CTP-синтетазы» . eLife . 3 : e03638. DOI : 10.7554 / eLife.03638 . PMC 4126345 . PMID 25030911 .  
  25. ^ Огхей Г.Н., Грайс SJ, Шен QJ, Сюй Y, Чанг CC, Аззам G, Ван ПЙ, Фриман-Миллс L, Пай Л.М., Сунг LY, Ян Дж., Лю JL (октябрь 2014 г.). «Синтез нуклеотидов регулируется образованием цитоофидия во время развития нервной системы и адаптивного метаболизма» . Биология открытая . 3 (11): 1045–56. DOI : 10.1242 / bio.201410165 . PMC 4232762 . PMID 25326513 .  
  26. ^ Noree C, E Монфор, Shiau А.К., Вильгельм JE (август 2014). «Общий регуляторный контроль активности фермента CTP-синтазы и образования филаментов» . Молекулярная биология клетки . 25 (15): 2282–90. DOI : 10,1091 / mbc.E14-04-0912 . PMC 4116302 . PMID 24920825 .  
  27. ^ Барри RM, Гитайте Z (декабрь 2011). «Самособирающиеся ферменты и происхождение цитоскелета» . Текущее мнение в микробиологии . 14 (6): 704–11. DOI : 10.1016 / j.mib.2011.09.015 . PMC 3234109 . PMID 22014508 .  
  28. ^ Аззам G, Лю JL (февраль 2013 г. ). «Только одна изоформа CTP-синтазы Drosophila melanogaster образует цитоофидий» . PLOS Genetics . 9 (2): e1003256. DOI : 10.1371 / journal.pgen.1003256 . PMC 3573105 . PMID 23459760 .  
  29. ^ Aughey Г.Н., Лю JL (2015). «Метаболическая регуляция посредством ферментной филаментации» . Критические обзоры в биохимии и молекулярной биологии . 51 (4): 282–93. DOI : 10.3109 / 10409238.2016.1172555 . PMC 4915340 . PMID 27098510 .  
  30. ^ Kizaki H, Williams JC, Моррис HP, Вебер G (ноябрь 1980). «Повышенная активность цитидин 5'-трифосфатсинтетазы в опухолях крыс и человека» . Исследования рака . 40 (11): 3921–7. PMID 7471043 . 
  31. ^ Велэн Дж, Смит Т, Phear G, Rohatiner А, Листер А, Meuth М (февраль 1994 г.). «Устойчивость к цитозинарабинозиду при остром лейкозе: значение мутаций в CTP-синтетазе». Лейкоз . 8 (2): 264–5. PMID 8309250 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Вейлетт А., Дэвидсон Д. (июнь 2014 г.). «Иммунология: когда лимфоциты выдыхаются». Природа . 510 (7504): 222–3. DOI : 10,1038 / природа13346 . PMID  24870231 . S2CID  4468136 .

Внешние ссылки [ править ]

  • CTP + синтетаза в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)