Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

GLUD1 ( глутаматдегидрогеназа 1 ) представляет собой фермент митохондриального матрикса , один из семейства глутаматдегидрогеназ, которые встречаются повсеместно в жизни и играют ключевую роль в метаболизме азота и глутамата (Glu) и энергетическом гомеостазе . Эта дегидрогеназа экспрессируется на высоком уровне в печени , мозге , поджелудочной железе и почках , но не в мышцах . Считается, что в клетках поджелудочной железы GLUD1 участвует в выработке инсулина. механизмы секреции . В нервной ткани, где глутамат присутствует в концентрациях выше, чем в других тканях, GLUD1, по-видимому, участвует как в синтезе, так и в катаболизме глутамата и, возможно, в детоксикации аммиака .

Структура [ править ]

Джин [ править ]

GLUD1 структура экзона / интрона .
Цветовая схема выглядит следующим образом : Glu-BD , NAD (P) -BD , Antena , спираль поворота

Человеческий GLUD1 содержит 13 экзонов и расположен на 10-й хромосоме .

Есть свидетельства того, что GLUD1 был ретропозиционирован в Х-хромосому, где он дал начало безинтронному GLUD2 посредством случайных мутаций и естественного отбора. GLUD2 адаптировался к особым потребностям нервной системы, где он специфически выражен. [5]

Белок [ править ]

Доменная структура GLUD1
Каждый домен окрашен по-разному - Glu-BD , NAD (P) -BD , антенна , поворотная спираль . Аллостерические регуляторы показаны в виде сферических моделей. Эта конкретная структура GLUD1 представляет собой комбинацию двух рентгеновских структур - одна со связанным GTP ( 1HWZ ), а вторая со связанным ADP ( 1NQT ). Хотя это и нереально, эта структура показывает относительное положение аллостерических эффекторов, когда они связаны с GLUD1. Также показаны NADPH и Glu.

GLUD1 - гексамер. В состав мономерного агрегата входят:

  1. N-концевой Glu-BD (связывающий домен), который состоит в основном из β-цепей.
  2. НАД-БД - может связывать либо НАД +, либо НАДФ + .
  3. 48-остаточный антенно-подобный выступ, который выходит из верхней части каждого NAD-BD. Антенна состоит из восходящей спирали и нисходящей случайной нити катушки, которая содержит небольшую α-спираль к С-концевому концу нити.

NAD-BD находится на вершине Glu-BD. NAD-BD и Glu-BD образуют каталитическую щель. Во время связывания субстрата NAD-BD значительно перемещается. Это движение состоит из двух компонентов: они вращаются вдоль длинной оси спирали в задней части NAD-BD, называемой «поворотной спиралью», и вращаются вокруг антенны по часовой стрелке. Сравнение открытой и закрытой конформаций GLUD1 выявляет изменения в маленькой спирали нисходящей нити антенны, которая, кажется, отскакивает при открытии каталитической щели. [6] Закрытие одной субъединицы связано с искажением небольшой спирали нисходящей нити, которая проталкивается в антенну соседней субъединицы. R496 расположен на этой маленькой спирали (см. Мутации).

Ядро гексамера представляет собой сложенный димер тримеров. Glu-BD мономеров в основном ответственны за наращивание ядра. Относительное положение мономеров таково, что вращение вокруг поворотной спирали в каждом мономере не ограничено. Антенны из трех субъединиц внутри тримеров обвиваются друг вокруг друга и претерпевают конформационные изменения по мере того, как каталитическая щель открывается и закрывается. Антенна служит каналом связи между подразделениями во время отрицательной кооперативности и аллостерической регуляции.

Выравнивание GLUD1 из различных источников показывает, что антенна, вероятно, эволюционировала у протистов до образования пуриновых регуляторных сайтов . Это указывает на то, что есть некоторое избирательное преимущество самой антенны и что животные развили новые функции для GLUD1 за счет добавления аллостерической регуляции . [7]

GLUD1 может образовывать длинные волокна путем объединения гексамеров из конца в конец. Полимеризация не связана с каталитической активностью, но, вероятно, играет важную роль, такую ​​как образование мультиферментных комплексов.

GLUD1 имеет два сайта связывания коферментов: один в NAD-BD, который способен связывать эфир NAD + или NADP + и непосредственно участвует в каталитическом процессе, а второй, который выполняет регуляторную функцию, находится непосредственно под стержневой спиралью. , которые могут связывать ADP, NAD + или NADH, но плохо связывают NADPH. [8]

Функция [ править ]

GLUD1 катализирует окислительное дезаминирование Glu до 2-оксоглутарата и свободного NH 4 +, используя NAD + или NADP + в качестве кофактора. Реакция происходит с переносом иона гидрида от Cα Glu к NAD (P) + , в результате чего образуется 2-иминоглутарат, который гидролизуется до 2-оксоглутарата и NH 4 + . Равновесие реакции при стандартных условиях в значительной степени способствует образованию Glu по сравнению с образованием NH 4 + (Go '~ 30 кДж · моль-1). По этой причине считалось, что фермент играет важную роль в детоксикации аммиака, потому что, поскольку высокий [NH 4 +] токсичны, это положение равновесия было бы физиологически важным; это поможет поддерживать низкий уровень [NH 4 + ]. Однако у людей с определенной формой гипераммониемии, вызванной формой гиперинсулинизма , активность фермента увеличивается из-за снижения чувствительности к GTP, негативному регулятору. У этих людей уровень аммиака в крови значительно повышен, чего нельзя было бы ожидать, если бы фермент действительно работал в равновесии.

Взаимодействия [ править ]

Связующие партнеры [ править ]

ADP [ править ]

АДФ связывается за NAD-BD, прямо под поворотной спиралью - вторым сайтом связывания кофермента. Аденозиновый фрагмент связывается в гидрофобном кармане с рибозофосфатными группами, направленными вверх в сторону центральной спирали.

ADP также может связываться со вторым, ингибирующим, NADH-сайтом, но вызывает активацию.

GTP [ править ]

Связывание GTP противодействует P i и ADP, но синергетично с NADH, связанным в некаталитическом аллостерическом сайте. Большинство контактов между GTP и ферментом осуществляется через трифосфатный фрагмент. Сайт связывания GTP считается «сенсором», который выключает фермент, когда клетка находится в состоянии высокой энергии. GTP связывается на стыке между NAD-BD и антенной. [8] [9]

В то время как большинство взаимодействий GLUD1-GTP осуществляется через β- и γ-фосфатные взаимодействия, существуют специфические взаимодействия с E346 и K343, которые отдают предпочтение гуанозину по сравнению с аденозином.

В открытой конформации сайт связывания GTP искажен, так что он больше не может связывать GTP. [6]

Регламент [ править ]

Когда GLUD1 сильно насыщен лигандами (субстратами) активного центра, в активном центре образуется ингибирующий абортивный комплекс: NAD (P) H.Glu в реакции окислительного дезаминирования при высоком pH и NAD (P) + .2-оксоглутарат. в реакции восстановительного аминирования при низком pH. GLUD1 принимает конфигурацию своего базального состояния в отсутствие аллостерических эффекторов, независимо от того, функционируют ли аллостерические сайты. Аллостерические регуляторы GLUD1 - ADP, GTP, Leu, NAD +и НАДН - проявляют свои эффекты, изменяя энергию, необходимую для открытия и закрытия каталитической щели во время ферментативного обмена, другими словами, дестабилизируя или стабилизируя, соответственно, абортивные комплексы. Активаторы не нужны для каталитической функции GLUD1, поскольку он активен в отсутствие этих соединений (базальное состояние). Было высказано предположение, что GLUD1 принимает в своем базальном состоянии конфигурацию (открытая каталитическая щель), которая обеспечивает каталитическую активность независимо от того, являются ли аллостерические сайты функциональными. Регуляция GLUD имеет особое биологическое значение, что подтверждается наблюдениями, показывающими, что регуляторные мутации GLUD1 связаны с клиническими проявлениями у детей.

ADP [ править ]

АДФ, являющийся одним из двух основных активаторов ( другой - НАД + ), действует путем дестабилизации абортивных комплексов и отмены отрицательной кооперативности. В отсутствие субстратов и со связанным АДФ каталитическая щель находится в открытой конформации, и гексамеры GLUD1 образуют длинные полимеры в кристаллической ячейке с большим количеством взаимодействий, чем обнаруженные в абортивных сложных кристаллах ( 1NQT ). Это согласуется с тем фактом, что ADP способствует агрегации в растворе. Когда каталитическая щель открывается, R516 превращается в фосфаты АДФ. [8]Раскрытие каталитической щели примерно коррелирует с расстоянием между R516 и фосфатами АДФ. Таким образом, ADP активирует GLUD1, облегчая открытие каталитической щели, что снижает сродство продукта и способствует высвобождению продукта. [6] [10], таким образом, позволяя GLUD1 примирять некаталитические абортивные комплексы. [9]

Ранее предполагалось, что ингибирование высоким [АДФ] связано с конкуренцией между АДФ и аденозиновым фрагментом кофермента в активном сайте1. По крайней мере, известно, что на этот эффект не влияют ни H507Y, ни R516A.

ATP [ править ]

АТФ оказывает комплексное зависящее от концентрации влияние на активность GLUD1:

  • Низкое [АТФ] - ингибирование, опосредованное через сайт связывания GTP, поскольку оно устраняется H507Y. Сродство АТФ к сайту GTP, по-видимому, в 1000 раз ниже, чем к GTP, поскольку взаимодействия β- и γ-фосфата являются основными детерминантами связывания на сайте GTP.
  • Промежуточное звено [АТФ] - активация, опосредованная эффекторным сайтом АДФ, так как практически полностью устраняется R516A. На этом сайте нуклеотидная группа является главной детерминантой связывания.
  • Высокое [АТФ] - ингибирование, опосредованное слабым связыванием в третьем сайте, которое относительно специфично для нуклеотидов аденина. На этот эффект относительно не влияют ни H507Y, ни R516A. Как предполагают для АДФ, это может быть связано с конкуренцией между АТФ и аденозиновым фрагментом кофермента в активном центре. [11]

GTP [ править ]

GTP подавляет обмен ферментов в широком диапазоне условий за счет увеличения сродства GLUD1 к продукту реакции, что ограничивает скорость высвобождения продукта во всех условиях в присутствии GTP. GTP действует, удерживая каталитическую щель в закрытой конформации, таким образом стабилизируя абортивные комплексы. Эффекты GTP на GLUD1 не локализованы исключительно в субъединице, с которой он связывается, и что антенна играет важную роль в передаче этого ингибирования другим субъединицам.

Лей [ править ]

Leu активирует GLUD1 независимо от сайта ADP путем связывания в другом месте, возможно, непосредственно в каталитической щели. Повышенная реакция пациентов с HI / HA (см. Синдром HI / HA) на стимуляцию Leu высвобождения INS3, которая является результатом их ослабленной чувствительности к ингибированию GTP, подчеркивает физиологическое значение ингибирующего контроля GLUD1. [11]

NAD + [ редактировать ]

NAD (P) (H) может связываться со вторым сайтом каждой субъединицы. Этот сайт связывает НАД (Н) в ~ 10 раз лучше, чем НАДФ (Н), с восстановленными формами лучше, чем с окисленными. Хотя было высказано предположение, что связывание восстановленного кофермента на этом сайте ингибирует реакцию, в то время как связывание окисленного кофермента вызывает активацию, эффект до сих пор не ясен.

НАД [ править ]

НАДН - еще один главный аллостерический ингибитор GLUD1.

Фосфат [ править ]

Фосфат и другие двухвалентные анионы стабилизируют GLUD1. Недавние структурные исследования показали, что молекулы фосфата связываются с участком GTP. [8]

Клиническое значение [ править ]

Семейный гиперинсулинизм, связанный с мутациями в GLUD1, характеризуется гипогликемией, которая варьируется от тяжелой неонатальной болезни, трудно поддающейся лечению, до болезни, начинающейся в детстве, с легкими симптомами и трудно диагностируемой гипогликемией.. Неонатальное заболевание проявляется в течение нескольких часов или двух дней после рождения. Заболевание, начавшееся в детстве, проявляется в первые месяцы или годы жизни. В период новорожденности симптомы могут быть неспецифическими, включая судороги, гипотонию, плохое питание и апноэ. В тяжелых случаях концентрации глюкозы в сыворотке крови обычно чрезвычайно низкие и поэтому легко распознаются, тогда как в более легких случаях вариабельная и легкая гипогликемия может затруднить диагностику. Даже в пределах одной семьи проявления болезни могут варьироваться от легких до тяжелых. Лица с аутосомно-рецессивным семейным гиперинсулинизмом, вызванным мутациями в ABCC8 или KCNJ11(FHI-KATP), имеют тенденцию быть большими для гестационного возраста и обычно проявляются тяжелой рефрактерной гипогликемией в первые 48 часов жизни; Пострадавшие младенцы обычно лишь частично реагируют на диету или медикаментозное лечение (например, терапию диазоксидом) и, следовательно, могут потребовать резекции поджелудочной железы. Лица с аутосомно-доминантным FHI- KATP, как правило, подходят для гестационного возраста при рождении, примерно в возрасте одного года (диапазон: от 2 дней до 30 лет) и отвечают на диету и терапию диазоксидом. Сообщалось об исключениях из обоих этих общих положений. FHI-GCK, вызванный мутациями в GCK, может быть намного мягче, чем FHI-KATP; однако у некоторых людей наблюдается тяжелая гипогликемия, не реагирующая на диазоксид. FHI-HADH, вызванный мутациями в HADH, имеет тенденцию быть относительно легким, хотя сообщалось о тяжелых случаях. Люди с FHI-HNF4A, вызванным мутациями в HNF4A, обычно рождаются крупными для гестационного возраста и имеют легкие черты характера, которые поддаются лечению диазоксидом . FHI-UCP2, вызванный мутациями в UCP2, является редкой причиной FH1, чувствительного к диазоксиду. Гипераммониемия / гиперинсулинизм (HA / HI) связан с гипераммониемией от легкой до умеренной и с относительно легкой гипогликемией с поздним началом; большинство, но не все пораженные люди имеют мутации в GLUD1. [12]

Клинические характеристики [ править ]

FHI характеризуется гипогликемией, которая варьируется от тяжелого неонатального начала, трудно поддающегося лечению заболевания, до детского заболевания с легкими симптомами и трудно диагностируемой гипогликемией. Неонатальное заболевание проявляется в течение нескольких часов или двух дней после рождения. Заболевание, начавшееся в детстве, проявляется в первые месяцы или годы жизни. [13] В период новорожденности симптомы могут быть неспецифическими, включая судороги, гипотонию, плохое питание и апноэ. В тяжелых случаях концентрации глюкозы в сыворотке крови обычно чрезвычайно низкие и поэтому легко распознаются, тогда как в более легких случаях вариабельная и легкая гипогликемия может затруднить диагностику. Даже в пределах одной семьи проявления болезни могут варьироваться от легких до тяжелых. [14]

Диагностика / тестирование [ править ]

Примерно 45% пораженных людей имеют мутации либо в ABCC8, который кодирует белок SUR1, либо в KCNJ11, который кодирует белок Kir6.2. В еврейской популяции ашкенази две мутации-основатели ABCC8 ответственны за приблизительно 97% FHI. Другие мутации-основатели ABCC8 присутствуют в финской популяции (p. Val187Asp и p.Asp1506Lys). Каждая мутация в GLUD1 и HNF4A составляет примерно 5% людей с FHI. [15] [16] Активирующие мутации в GCK или инактивирующие мутации в HADH встречаются менее чем у 1% людей с FHI. На сегодняшний день мутации в UCP2 зарегистрированы только в двух семьях. Примерно 40% людей с FHI не имеют идентифицируемой мутации ни в одном из генов, которые, как известно, связаны с FHI.

Управление [ править ]

При первоначальном диагнозе гипогликемия корректируется внутривенным введением глюкозы для нормализации концентрации глюкозы в плазме и предотвращения повреждения головного мозга. [17] Долгосрочное лечение включает использование диазоксида, аналогов соматостатина, нифедипина, глюкагона, рекомбинантного IGF-I, глюкокортикоидов, гормона роста человека, диетических вмешательств или комбинаций этих методов лечения. [18] У лиц, у которых агрессивное медицинское лечение не позволяет поддерживать концентрацию глюкозы в плазме в безопасных пределах или у которых такая терапия не может безопасно поддерживаться в течение долгого времени, рассматривается резекция поджелудочной железы. [19]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c GRCh38: Ensembl, выпуск 89: ENSG00000148672 - Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ a b c GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000021794 - Ensembl , май 2017 г.
  3. ^ "Human PubMed Reference:" . Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  4. ^ «Ссылка на Mouse PubMed:» . Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  5. ^ Shashidharan Р, Michaelidis ТМ, Robakis НК, Kresovali А, Papamatheakis Дж, Plaitakis А (июнь 1994 года). «Новая человеческая глутаматдегидрогеназа, экспрессируемая в нервных тканях и тканях яичек и кодируемая X-связанным геном без интрона» . J. Biol. Chem . 269 (24): 16971–6. PMID 8207021 . 
  6. ^ a b c Смит Т.Дж., Шмидт Т., Фанг Дж., Ву Дж., Сюздак Г. , Стэнли, Калифорния (май 2002 г.). «Структура апо глутаматдегидрогеназы человека детализирует связь субъединиц и аллостерию». J. Mol. Биол . 318 (3): 765–77. DOI : 10.1016 / S0022-2836 (02) 00161-4 . PMID 12054821 . 
  7. Перейти ↑ Banerjee S, Schmidt T, Fang J, Stanley CA, Smith TJ (апрель 2003 г.). «Структурные исследования активации АДФ глутаматдегидрогеназы млекопитающих и эволюции регуляции». Биохимия . 42 (12): 3446–56. DOI : 10.1021 / bi0206917 . PMID 12653548 . 
  8. ^ a b c d Смит Т. Дж., Петерсон П. Е., Шмидт Т., Фанг Дж., Стэнли, Калифорния (март 2001 г.). «Структуры бычьих глутаматдегидрогеназных комплексов проясняют механизм пуриновой регуляции». J. Mol. Биол . 307 (2): 707–20. DOI : 10.1006 / jmbi.2001.4499 . PMID 11254391 . 
  9. ^ a b Peterson PE, Smith TJ (июль 1999 г.). «Структура бычьей глутаматдегидрогеназы дает представление о механизме аллостерии». Структура . 7 (7): 769–82. DOI : 10.1016 / S0969-2126 (99) 80101-4 . PMID 10425679 . 
  10. ^ Джордж A, Белл JE (декабрь 1980). «Влияние аденозин-5'-дифосфата на глутаматдегидрогеназу крупного рогатого скота: модификация диэтилпирокарбоната». Биохимия . 19 (26): 6057–61. DOI : 10.1021 / bi00567a017 . PMID 7470450 . 
  11. ^ a b Фанг, Дж; Hsu, BY; MacMullen, CM; Понц, М; Смит, Т.Дж.; Стэнли, Калифорния (2002). «Экспрессия, очистка и характеристика аллостерических регуляторных мутаций GLUD1» . Биохим. Дж . 363 (Pt 1): 81–7. DOI : 10.1042 / 0264-6021: 3630081 . PMC 1222454 . PMID 11903050 .  
  12. ^ «Энтрез Ген: глутаматдегидрогеназа 1» .
  13. Won JG, Tseng HS, Yang AH, Tang KT, Jap TS, Lee CH, Lin HD, Burcus N, Pittenger G, Vinik A (ноябрь 2006 г.). «Клинические особенности и морфологическая характеристика 10 пациентов с инсулиномным панкреатогенным гипогликемическим синдромом (NIPHS)». Клиническая эндокринология . 65 (5): 566–78. DOI : 10.1111 / j.1365-2265.2006.02629.x . PMID 17054456 . S2CID 19076202 .  
  14. ^ Pinney SE, MacMullen C, Becker S, Lin YW, Ханна C, P Thornton, Гангули A, Shyng SL, Стенли CA (август 2008). «Клиническая характеристика и биохимические механизмы врожденного гиперинсулинизма, ассоциированного с мутациями доминантного КАТФ-канала» . Журнал клинических исследований . 118 (8): 2877–86. DOI : 10.1172 / JCI35414 . PMC 2441858 . PMID 18596924 .  
  15. ^ Глезер В, Блех я, Krakinovsky Y, Ekstein J, D Гиллис, Мазор-Aronovitch К, Ландау Н, Abeliovich D (октябрь 2011). «Частота аллеля мутации ABCC8 в еврейской популяции ашкенази и риск очаговой гиперинсулинемической гипогликемии». Генетика в медицине . 13 (10): 891–4. DOI : 10.1097 / GIM.0b013e31821fea33 . PMID 21716120 . S2CID 11352891 .  
  16. ^ Højlund К, Т Хансен, Лайер М, Хенриксен JE, Левин К, Линдхольм Дж, Педерсен О, Бек-Нильсен Н (июня 2004 года). «Новый синдром аутосомно-доминантной гиперинсулинемической гипогликемии, связанный с мутацией в гене рецептора человеческого инсулина» . Диабет . 53 (6): 1592–8. DOI : 10.2337 / diabetes.53.6.1592 . PMID 15161766 . 
  17. ^ Мазор-Aronovitch K, Ландау H, Гиллис D (март 2009). «Хирургическое против безоперационного лечения врожденного гиперинсулинизма». Обзоры детской эндокринологии . 6 (3): 424–30. PMID 19396028 . 
  18. ^ Мазор-Aronovitch К, Д Гиллис, Лобель D, Hirsch HJ, Пинхас-Hamiel О, Модан-Моисей Д, Глейзер В, Н Ландау (октябрь 2007 г.). «Долгосрочный исход развития нервной системы при консервативном лечении врожденного гиперинсулинизма» . Европейский журнал эндокринологии . 157 (4): 491–7. DOI : 10,1530 / EJE-07-0445 . PMID 17893264 . 
  19. ^ Стенли СА, Торнтон П.С., Гангули А, MacMullen С, Андервуд Р, Р Бхатья, Steinkrauss л, Wanner л, Кэй R, Ruchelli Е, Suchi М, Adzick Н.С. (январь 2004). «Предоперационная оценка младенцев с очаговым или диффузным врожденным гиперинсулинизмом с помощью внутривенных тестов на острый инсулиновый ответ и селективной стимуляции кальциевой артерии поджелудочной железы» . Журнал клинической эндокринологии и метаболизма . 89 (1): 288–96. DOI : 10.1210 / jc.2003-030965 . PMID 14715863 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • GeneReviews / NCBI / NIH / UW запись о семейном гиперинсулинизме
  • Глутамат + дегидрогеназа в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
  • Обзор всей структурной информации, доступной в PDB для UniProt : P00367 (глутаматдегидрогеназа 1, митохондриальная) в PDBe-KB .

Эта статья включает текст из Национальной медицинской библиотеки США , который находится в общественном достоянии .