Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Холинкиназа
Идентификаторы
ЕС нет.2.7.1.32
№ CAS9026-67-9
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

Холин - киназа (также известная как CK , чок и холин фосфокиназа ) представляет собой фермент , который катализирует первую реакцию в холине пути для фосфатидилхолина (PC) биосинтеза. Эта реакция включает перенос фосфатной группы от аденозинтрифосфата (АТФ) к холину с образованием фосфохолина .

АТФ + холин АДФ + О-фосфохолин

Таким образом, двумя субстратами этого фермента являются АТФ и холин, а двумя его продуктами являются аденозиндифосфат (АДФ) и О-фосфохолин . Холинкиназе необходимы ионы магния (+2) в качестве кофактора для этой реакции. [1] Этот фермент принадлежит к семейству трансфераз , в частности к тем, которые переносят фосфорсодержащие группы ( фосфотрансферазы ) со спиртовой группой в качестве акцептора . Первое подробное исследование фермента было проведено МакКейменом в 1962 году, где было показано, что мозг является самым богатым источником фермента в тканях млекопитающих. Родственный фермент, этаноламинкиназа, имеет тенденцию очищаться совместно с холинкиназой, что позволяет предположить, что эти две активности опосредуются двумя различными активными центрами одного белка. [2] систематическое название данного фермента класса АТФ: холин фосфотрансферазы . Эти ферменты участвуют в метаболизме глицина, серина и треонина и метаболизме глицерофосфолипидов. В клетках млекопитающих фермент существует в виде трех изоформ : CKα-1, CKα-2 и CKβ. Эти изоформы кодируются двумя отдельными генами , CHKA и CHKB, и активны только в их гомодимерных, гетеродимерных и олигомерных формах. [3]

Структурные исследования [ править ]

По состоянию на конец 2007 г. было решено шесть структур для этого класса ферментов с кодами доступа PDB 1NW1 , 2CKO , 2CKP , 2CKQ , 2I7Q и 2IG7 .

CKα-2, происходящий от C. elegans , представляет собой димерный фермент, каждый мономер которого состоит из двух доменов. Активный сайт расположен между двумя доменами (см. Рисунок ниже). Его общая структура аналогична членам семейства эукариотических протеинкиназ . Холинкиназы млекопитающих существуют в растворе либо в димерной, либо в тетрамерной формах. [4] [5] Структурные исследования, проведенные на CKα-2, показали, что консервативные остатки в семействе ферментов CK могут играть жизненно важную роль в связывании субстрата, а также в стабилизации каталитически важных остатков. [6]

Увеличенный вид остатков, участвующих в димерном интерфейсе между S-образной петлей желтой субъединицы и петлей, следующей за спиралью А и цепью 4 голубой субъединицы. Показаны только остатки, которые участвуют в прямых солевых мостиках, водородных связях или ван-дер-ваальсовых взаимодействиях. Солевые мостики и водородные связи, пунктирные линии; метки остатков желтой субъединицы, красные; метки остатков из голубой субъединицы, синие. [6]

Механизм [ править ]

Хотя мало что известно о механизме реакции холинкиназы, недавний [ когда? ] успехи в выяснении структуры фермента обеспечили ученых [ кто? ] с гораздо большей проницательностью, чем раньше. Поскольку структура CK очень похожа на структуру семейства эукариотических протеинкиназ, было предложено расположение карманов связывания АТФ и холина. Они показаны на рисунках ниже. [ необходима цитата ]

Предлагаемый сайт связывания АТФ [ править ]

На этом рисунке есть сходство между APH (3 ') - IIIa, аминогликозид фосфотрансферазой и CK. [ необходима цитата ]

Предлагаемый сайт связывания холина [ править ]

Предположения об этом механизме были сделаны на основе механистических исследований, проведенных на эукариотических протеинкиназах. Было высказано предположение, что в механизме CKα-2 сначала связывается АТФ, затем холин, а затем происходит перенос фосфорильной группы. Затем высвобождается продукт О-фосфохолин с последующим высвобождением АДФ. [7]

Эволюция [ править ]

После тщательного изучения структурно схожих ферментов, CKα-2, APH (3 ') - IIIa и PKA , исследователи обнаружили, что PKA имеет меньше вставок в его структурное ядро ​​по сравнению с другими ферментами. На этом фоне считается, что CKα-2 произошли от PKA, чтобы иметь больше структурных элементов, прикрепленных к нему. [8]

Биологическая функция [ править ]

Холинкиназа катализирует образование фосфохолина, обязательную стадию биосинтеза фосфатидилхолина. Фосфатидилхолин является основным фосфолипидом в мембранах эукариот. Фосфатидилхолин важен для множества функций эукариот, таких как облегчение транспорта холестерина через организм, действие как субстрат для производства вторичных мессенджеров и как кофактор для активности нескольких связанных с мембранами ферментов. [9] ЦК также играет жизненно важную роль в производстве сфингомиелина , другого важного мембранного фосфолипида, и в регуляции роста клеток. [10]

Производство фосфохолина из ЦК необходимо для путей передачи сигнала, связанных с митогенезом . Также было обнаружено, что CK играет критическую роль в пролиферации эпителиальных клеток молочной железы человека. [11]

Холинкиназа α как белковый шаперон [ править ]

Холинкиназа α может действовать как белковый шаперон. [12] Киназа может функционировать как шаперон, и могут быть другие киназы, которые могут функционировать как шаперон, которые еще предстоит идентифицировать. Холинкиназа α (CKα) сверхэкспрессируется при раке простаты, где она физически взаимодействует с рецептором андрогенов (AR), основным фактором, вызывающим рак простаты. Отключив функцию CHKA, исследователи смогли подавить функцию AR и рост рака простаты.

Исследования in vivo, проведенные с использованием изоформ CKα-1 и CKβ, предполагают, что каждая изоформа может участвовать в различных биохимических путях. CKβ играет главную роль в катализе фосфорилирования этаноламина, тогда как CKα-1 катализирует фосфорилирование как холина, так и этаноламина. [13] ShRNA, опосредованная in vivo истощение CKα, снижает рост ксенотрансплантатов опухоли простаты [12]

Актуальность болезни [ править ]

Онкогенная активность и CKα-1 [ править ]

Гиперэкспрессия из CKα-1 было установлено, что связано с раком. Недавние [ когда? ] исследования, проведенные на линиях раковых клеток, показали, что CKα-1 сверхэкспрессируется в клетках рака груди. Это приводит к накоплению фосфохолина в груди и вызывает злокачественное новообразование. [14]

Исследования с использованием карцином толстой кишки, легких и предстательной железы человека также показали, что CK активируется за счет сверхэкспрессии CKα-1 в этих клетках по сравнению с нормальными, незлокачественными клетками. [15]

Одно из возможных объяснений этого состоит в том, что CKα-1 способствует регуляции фосфорилирования протеинкиназы B , особенно на конце серина-473. Следовательно, высокие уровни экспрессии и активности CKα-1 способствуют росту и выживанию клеток. [16] На основании наблюдения, что повышенная активность CKα-1 связана с раком, CKα-1 имеет многообещающее использование в качестве биомаркера опухоли, а также для диагностики и отслеживания прогрессирования опухолей. Все раковые клетки человека показали повышенный уровень этого фермента. [15]

Мышечная дистрофия и CKβ [ править ]

На моделях мышей с нокаутом CKβ было показано, что нарушение активности CKβ приводит к снижению содержания фосфатидилхолина (PC) в мышцах задних конечностей. Однако это не влияет на содержание фосфоэтаноламина (ПЭ). [17]

В конечном итоге соотношение ПК / ПЭ снижается, что приводит к нарушению целостности мембран в печени. [18] Этот скомпрометированный мембранный потенциал приводит к нарушению работы митохондрий . Хотя CK требуется для биосинтеза PC, CK обычно присутствует в избытке и поэтому обычно не считается этапом, ограничивающим скорость . [19] Однако исследователи пришли к выводу, что из-за пониженной активности CK, наблюдаемой в мышцах задних конечностей у мышей с нокаутом CKβ, CK, вероятно, является ограничивающим скорость ферментом в скелетных мышцах. Это говорит о том, что дефект CKβ может приводить к снижению синтеза ПК в мышцах, что приводит к мышечной дистрофии . [17]Эти результаты предполагают, что ЦК могут играть жизненно важную роль в гомеостазе ПК. [20]

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Wu G, Vance DE (август 2010). «Холинкиназа и ее функция». Биохимия и клеточная биология . 88 (4): 559–64. DOI : 10.1139 / O09-160 . PMID  20651826 .
  2. Перейти ↑ Spanner S, Ansell GB (1978). «Активность холина и этаноламиназы в цитоплазме нервных окончаний переднего мозга крысы». Успехи экспериментальной медицины и биологии . 101 : 237–45. DOI : 10.1007 / 978-1-4615-9071-2_23 . ISBN 978-1-4615-9073-6. PMID  208357 .
  3. ^ Aoyama C, Ляо H, Ishidate K (май 2004). «Структура и функция изоформ холинкиназы в клетках млекопитающих». Прогресс в исследованиях липидов . 43 (3): 266–81. DOI : 10.1016 / j.plipres.2003.12.001 . PMID 15003397 . 
  4. ^ Портер TJ, Кент C (январь 1990). «Очистка и характеристика холин / этаноламин киназы из печени крысы». Журнал биологической химии . 265 (1): 414–22. PMID 2152925 . 
  5. Перейти ↑ Uchida T, Yamashita S (май 1992 г.). «Молекулярное клонирование, характеристика и экспрессия в Escherichia coli кДНК, кодирующей холинкиназу млекопитающих». Журнал биологической химии . 267 (14): 10156–62. PMID 1577786 . 
  6. ^ a b Peisach D, Gee P, Kent C, Xu Z (июнь 2003 г.). «Кристаллическая структура холинкиназы показывает складку эукариотической протеинкиназы» . Структура . 11 (6): 703–13. DOI : 10.1016 / S0969-2126 (03) 00094-7 . PMID 12791258 . 
  7. ↑ McKay GA, Wright GD (октябрь 1995 г.). «Кинетический механизм аминогликозид фосфотрансферазы типа IIIa. Доказательства механизма Теорелла-Шанса» . Журнал биологической химии . 270 (42): 24686–92. DOI : 10.1074 / jbc.270.42.24686 . PMID 7559583 . 
  8. ↑ Hon WC, McKay GA, Thompson PR, Sweet RM, Yang DS, Wright GD, Berghuis AM (июнь 1997). «Структура фермента, необходимого для устойчивости к аминогликозидным антибиотикам, обнаруживает гомологию с эукариотическими протеинкиназами». Cell . 89 (6): 887–95. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 80274-3 . PMID 9200607 . S2CID 13251696 .  
  9. ^ Кент C (1990). «Регуляция биосинтеза фосфатидилхолина». Прогресс в исследованиях липидов . 29 (2): 87–105. DOI : 10.1016 / 0163-7827 (90) 90010-I . PMID 1965552 . 
  10. ^ Janardhan S, Srivani P, Шастри GN (2006). «Холинкиназа: важная мишень для рака». Современная лекарственная химия . 13 (10): 1169–86. DOI : 10.2174 / 092986706776360923 . PMID 16719778 . 
  11. ^ Рамирес де Молина А., Баньес-Коронель М., Гутьеррес Р., Родригес-Гонсалес А., Олмеда Д., Мегиас Д., Лакаль JC (сентябрь 2004 г.). «Активация холинкиназы является критическим требованием для пролиферации первичных эпителиальных клеток молочной железы человека и прогрессирования опухоли молочной железы» . Исследования рака . 64 (18): 6732–9. DOI : 10.1158 / 0008-5472.CAN-04-0489 . PMID 15374991 . 
  12. ^ а б Асим М., Масси К.Э., Орафидия Ф., Пертега-Гомес Н., Уоррен А.Ю., Эсмаили М. и др. (Май 2016). «Холинкиназа альфа как шаперон рецепторов андрогенов и терапевтическая мишень для рака простаты» . Журнал Национального института рака . 108 (5): djv371. DOI : 10,1093 / JNCI / djv371 . PMC 4849803 . PMID 26657335 .  
  13. ^ Гальего-Ortega D, Гомес дель Pulgar Т, Вальдес-Мор Ж, Cebrian А, Lacal JC (2011). «Участие человеческой холинкиназы альфа и бета в канцерогенезе: различная роль в метаболизме липидов и биологических функциях». Достижения в регуляции ферментов . 51 (1): 183–94. DOI : 10.1016 / j.advenzreg.2010.09.010 . PMID 21035492 . .
  14. ^ Элиягу G, Kreizman T, Degani H (апрель 2007). «Фосфохолин как биомаркер рака груди: молекулярные и биохимические исследования» . Международный журнал рака . 120 (8): 1721–30. DOI : 10.1002 / ijc.22293 . PMID 17236204 . S2CID 24802164 .  
  15. ^ a b Рамирес де Молина А., Родригес-Гонсалес А., Гутьеррес Р., Мартинес-Пиньейро Л., Санчес Дж., Бонилья Ф., Роселл Р., Лакаль Дж. (август 2002 г.). «Сверхэкспрессия холинкиназы - частая особенность клеточных линий, полученных из опухоли человека, а также рака легких, предстательной железы и колоректального рака человека». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях . 296 (3): 580–3. DOI : 10.1016 / S0006-291X (02) 00920-8 . PMID 12176020 . 
  16. ^ Чуа BT, Гальего-Ortega D, Рамирес де Молина A, Ульрих A, Lacal JC, Нисходящая J (декабрь 2009). «Регулирование фосфорилирования Akt (ser473) холинкиназой в клетках карциномы молочной железы» . Молекулярный рак . 8 : 131. DOI : 10,1186 / 1476-4598-8-131 . PMC 2806310 . PMID 20042122 .  
  17. ↑ a b Wu G, Sher RB, Cox GA, Vance DE (май 2009 г.). «Понимание мышечной дистрофии, вызванной делецией бета холинкиназы у мышей». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - молекулярная и клеточная биология липидов . 1791 (5): 347–56. DOI : 10.1016 / j.bbalip.2009.02.006 . PMID 19236939 . 
  18. ^ Li Z, Agellon LB, Allen TM, Умэда M, L Джуэл, Мэйсон A, Вэнс DE (май 2006). «Отношение фосфатидилхолина к фосфатидилэтаноламину влияет на целостность мембраны и стеатогепатит». Клеточный метаболизм . 3 (5): 321–31. DOI : 10.1016 / j.cmet.2006.03.007 . PMID 16679290 . 
  19. ^ Вэнс, Деннис; Вэнс, Жан (2008). «Биосинтез фосфолипидов у эукариот». В Вэнсе, Деннис Э .; Вэнс, Джин Э. (ред.). Биохимия липидов, липопротеинов и мембран . Эльзевир. стр.  213 -244. DOI : 10.1016 / B978-044453219-0.50010-6 . ISBN 978-0-444-53219-0.
  20. ^ Мори N, Glunde К, Такаги Т, комбинационное В, Bhujwalla ЗМ (декабрь 2007). «Подавление холинкиназы увеличивает эффект 5-фторурацила на клетки рака груди» . Исследования рака . 67 (23): 11284–90. DOI : 10.1158 / 0008-5472.CAN-07-2728 . PMID 18056454 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Хаяси С.И., Лин Э.К. (март 1967 г.). «Очистка и свойства глицеринкиназы из Escherichia coli». Журнал биологической химии . 242 (5): 1030–5. PMID  5335908 .
  • Виттенберг Дж, Корнберг А (май 1953 г.). «Холинфосфокиназа». Журнал биологической химии . 202 (1): 431–44. PMID  13061469 .