Лактоназа (также ацил-гомосеринлактоназа ) представляет собой металлофермент , продуцируемый некоторыми видами бактерий, который нацелен на ацилированные гомосериновые лактоны (AHL) и инактивирует их.
ацил-L-гомосерин-лактон-лактоногидролаза | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||||
ЕС нет. | 3.1.1.81 | |||||||
№ CAS | 389867-43-0 | |||||||
Базы данных | ||||||||
IntEnz | Просмотр IntEnz | |||||||
BRENDA | BRENDA запись | |||||||
ExPASy | Просмотр NiceZyme | |||||||
КЕГГ | Запись в KEGG | |||||||
MetaCyc | метаболический путь | |||||||
ПРИАМ | профиль | |||||||
Структуры PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
|
Было показано, что многие виды Proteobacteria из классов альфа, бета и гамма продуцируют ацилированные лактоны гомосерина, которые представляют собой небольшие гормоноподобные молекулы, обычно используемые в качестве сигналов связи между бактериальными клетками в популяции для регулирования экспрессии определенных генов и фенотипического поведения. [1] Этот тип генной регуляции известен как распознавание кворума .
Механизм катализируемой реакции:
- лактон N-ацил-L-гомосерина + H 2 O N-ацил-L-гомосерин
Другие названия для этих типов ферментов кворумных закалки N-ацил-гомосериндегидрогеназа lactonase ( EC 3.1.1.81 , ацил гомосерин фермента , ацил-гомосерин лактон ацилаза , АГЛО lactonase , AHL-фермент , AHL-инактивировать фермент , AHLase , AhlD , AhlK , AIIa , AIIa lactonase , AIIa-подобный белок , AiiB , АИИК , ATTM , delactonase , lactonase-подобный фермент , N-ацил гомосерин lactonase , N-ацил гомосерин лактон гидролазы , N-ацил-гомосерин лактон lactonase , N-ацил -L-гомосерин лактон гидролаза , кворумный закалки lactonase , кворумный закалки N-ацил гомосерин лактон гидролаза ) представляет собой фермент , с систематическим названием N-ацил-L-гомосерин-лактон lactonohydrolase . [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12]]
Ферментный механизм
Lactonase гидролизуется в эфирной связи в гомосериндегидрогеназе лактон кольца ацилированного гомосерина лактонов. При гидролизе лактоновой связи лактоназа предотвращает связывание этих сигнальных молекул с их целевыми регуляторами транскрипции, тем самым подавляя восприятие кворума . [13]
Структура фермента
Биядерный сайт связывания цинка является консервативным для всех известных лактоназ и необходим для активности ферментов и сворачивания белков. [14]
Zn1 тетракоординирован His104, His106, His169 и мостиковым гидроксид-ионом. Zn2 имеет пять лигандов, включая Asp191, His235, His109, Asp108 и мостиковый гидроксид-ион. Ионы металлов способствуют поляризации лактоновой связи, увеличивая электрофильность карбонильного углерода лактонового кольца. Исследования изотопного мечения показали, что раскрытие цикла происходит в результате реакции отщепления с добавлением воды, как показано ниже. [15]
Биологическая функция
Лактоназы могут мешать AHL-опосредованному восприятию кворума. Некоторыми примерами этих лактоназ являются AiiA, продуцируемая видами Bacillus , AttM и AiiB, продуцируемая Agrobacterium tumefaciens , и QIcA, продуцируемая видами Rhizobiales . [16]
Сообщалось о лактоназах для Bacillus, Agrobacterium, Rhodococcus, Streptomyces, Arthrobacter, Pseudomonas и Klebsiella. [17] Группа Bacillus cereus (состоящая из B. cereus, B. thuringiensis, B. mycoides и B. anthracis), как было обнаружено, содержит девять генов, гомологичных гену AiiA, которые кодируют ферменты, инактивирующие AHL, с каталитическим цинком - связывающий мотив консервативен во всех случаях. [18]
В фитопатогене A. tumefaciens лактоназа AiiB действует как тонкий модулятор, который существенно задерживает высвобождение лактона OC8-HSL и, как следствие, количество опухолей, продуцируемых патогеном. Лактоназа AttM опосредует деградацию лактона OC8-HSL в поврежденных тканях растений. [19]
Первичная активность анти - атеросклеротическая параоксоназа (PON) ферментов , как lactonase. [20] окисленных полиненасыщенные жирные кислоты ( в частности , в окисленной липопротеинов низкой плотности ) формы лактон -как структур , которые являются PON подложки. [20]
Экология
До сих пор неясно экологическое воздействие лактоназы, но было высказано предположение, что, поскольку бактерии в основном сосуществуют с другими микроорганизмами в окружающей среде, некоторые штаммы бактерий могли развить свои стратегии питания и использовать АГЛ в качестве основного источника энергии и азота. [21]
Приложения
Понимание механизмов и целей активности лактоназ может привести к потенциальной прикладной роли этих лактоназ в борьбе с бактериальными инфекциями, подавляя активность кворума и оказывая глубокое воздействие на здоровье человека и окружающую среду. Однако как при химическом, так и при ферментативном лактонолизе реакция обратима, что затрудняет прямое терапевтическое применение лактоназ. [22]
Pseudomonas aeruginosa - это AHL-продуцирующие бактерии, условно-патогенные микроорганизмы, которые поражают пациентов с ослабленным иммунитетом [23] и обнаруживаются при инфекциях легких у пациентов с муковисцидозом. P. aeruginosa полагается на восприятие кворомов посредством выработки лактонов N-бутаноил-1-гомосерина (C4-HSL) и N- (3-оксододеканоил) -1-HSL (3-оксо-C12-HSL) для регулирования роения, токсинов и производство протеазы и правильное формирование биопленки. Отсутствие одного или нескольких компонентов системы определения кворума приводит к значительному снижению вирулентности патогена. [24]
Erwinia carotovora - это патоген растений, вызывающий мягкую гниль у ряда культур, таких как картофель и морковь [25], за счет использования квором-зондирования N-гексаноил-1-HSL (C6-HSL) для обхода защитных систем растения и координации его производства. пектатлиаза во время инфекционного процесса. [26]
Было показано, что растения, экспрессирующие AHL-лактоназу, демонстрируют повышенную устойчивость к инфекции, вызываемой патогеном Erwinia carotovora. Экспрессия генов вирулентности у E. Carotovora регулируется N- (3-оксогексаноил) -1-гомосеринлактон (OHHL). Предположительно, гидролиз OHHL с помощью лактоназы снижает уровни OHHL, ингибируя системы, чувствительные к кворомам, управляющие экспрессией гена вирулентности. [27]
Смотрите также
- 1,4-лактоназа
- 2-пирон-4,6-дикарбоксилатлактоназа
- 3-оксоадипат енол-лактоназа
- Актиномицин-лактоназа
- Дезоксилимонат A-кольцо-лактоназа
- Глюконолактоназа
- L-рамноно-1,4-лактоназа
- Лимонин-D-кольцо-лактоназа
- Стероид-лактоназа
- Триацетат-лактоназа
- Ксилоно-1,4-лактоназа
Рекомендации
- ^ Fuqua, C .; Winans, SC; Гринберг, EP (1996). «Перепись и консенсус в бактериальных экосистемах: семейство LuxR-LuxI кворум-чувствительных регуляторов транскрипции». Анну. Rev. Microbiol . 50 : 727–751. DOI : 10.1146 / annurev.micro.50.1.727 . PMID 8905097 .
- ^ Томас П.У., Стоун Э.М., Костелло А.Л., Тирни Д.Л., Быстрый В. (май 2005 г.). «Лактоназа, подавляющая кворум, из Bacillus thuringiensis является металлопротеином». Биохимия . 44 (20): 7559–69. DOI : 10.1021 / bi050050m . PMID 15895999 .
- ^ Донг Ю.Х., Густи А.Р., Чжан К., Сюй Д.Л., Чжан Л.Х. (апрель 2002 г.). «Идентификация кворум-тушения N-ацил гомосерин лактоназ из видов Bacillus» . Прикладная и экологическая микробиология . 68 (4): 1754–9. DOI : 10,1128 / AEM.68.4.1754-1759.2002 . PMC 123891 . PMID 11916693 .
- ^ Ван Л.Х., Ван Л.Х., Донг Ю.Х., Чжан Л.Х. (апрель 2004 г.). «Специфичность и ферментативная кинетика кворум-тушения N-ацилгомосеринлактоназы (AHL-лактоназа)» . Журнал биологической химии . 279 (14): 13645–51. DOI : 10.1074 / jbc.M311194200 . PMID 14734559 .
- ^ Дун Й.Х., Сюй Дж.Л., Ли СЗ, Чжан Л.Х. (март 2000 г.). «AiiA, фермент, который инактивирует сигнал кворума ацилгомосерина лактона и ослабляет вирулентность Erwinia carotovora» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 97 (7): 3526–31. DOI : 10.1073 / pnas.060023897 . PMC 16273 . PMID 10716724 .
- ^ Донг Ю.Х., Ван Л.Х., Сюй Дж.Л., Чжан Х.Б., Чжан XF, Чжан Л.Х. (июнь 2001 г.). «Тушение зависящей от кворума бактериальной инфекции с помощью N-ацилгомосеринлактоназы». Природа . 411 (6839): 813–7. DOI : 10.1038 / 35081101 . PMID 11459062 .
- ^ Ли SJ, Пак SY, Ли JJ, Yum DY, Koo BT, Lee JK (август 2002 г.). «Гены, кодирующие фермент, разлагающий лактон N-ацил гомосерина, широко распространены во многих подвидах Bacillus thuringiensis» . Прикладная и экологическая микробиология . 68 (8): 3919–24. DOI : 10.1128 / aem.68.8.3919-3924.2002 . PMC 124016 . PMID 12147491 .
- ^ Пак Си, Ли Си Джей, О ТК, О ДжВ, Ку БТ, Юм Д.Й., Ли Дж.К. (июнь 2003 г.). «AhlD, N-ацилгомосеринлактоназа в Arthrobacter sp., И предсказанные гомологи у других бактерий». Микробиология . 149 (Pt 6): 1541–50. DOI : 10.1099 / mic.0.26269-0 . PMID 12777494 .
- ^ Ульрих Р.Л. (октябрь 2004 г.). «Тушение кворума: ферментативное нарушение опосредованной N-ацилгомосерином лактонной бактериальной коммуникации у Burkholderia thailandensis» . Прикладная и экологическая микробиология . 70 (10): 6173–80. DOI : 10,1128 / AEM.70.10.6173-6180.2004 . PMC 522112 . PMID 15466564 .
- ^ Kim MH, Choi WC, Kang HO, Lee JS, Kang BS, Kim KJ, Derewenda ZS, Oh TK, Lee CH, Lee JK (декабрь 2005 г.). «Молекулярная структура и каталитический механизм кворум-тушения N-ацил-L-гомосеринлактонгидролазы» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (49): 17606–11. DOI : 10.1073 / pnas.0504996102 . PMC 1295591 . PMID 16314577 .
- ^ Лю Д., Лепор Б.В., Петско Г.А., Томас П.В., Стоун Е.М., Фаст В., Ринге Д. (август 2005 г.). «Трехмерная структура кворум-гашения N-ацилгомосеринлактонгидролазы из Bacillus thuringiensis» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (33): 11882–7. DOI : 10.1073 / pnas.0505255102 . PMC 1187999 . PMID 16087890 .
- ^ Ян Ф, Ван Л. Х., Ван Дж, Донг Й., Ху Дж-Й, Чжан Л. Х. (июль 2005 г.). «Активность фермента гашения кворума широко сохраняется в сыворотках млекопитающих» . Письма FEBS . 579 (17): 3713–7. DOI : 10.1016 / j.febslet.2005.05.060 . PMID 15963993 .
- ^ Dong, Y .; Wang, L .; Xu, J .; Zhang, H .; Чжан, X .; Чжан, Л. (2001). «Преодоление зависящей от кворума бактериальной инфекции с помощью N-ацилгомосерин-лактоназы». Природа . 411 (6839): 813–817. Bibcode : 2001Natur.411..813D . DOI : 10.1038 / 35081101 . PMID 11459062 . S2CID 4324448 .
- ^ Thomas PW; Камень ЭМ; Костелло А.Л .; Tierney DL; Фаст У. (2005). «Лактоназа, подавляющая кворум, из Bacillus thuringiensis является металлопротеином». Биохимия . 44 (20): 7559–7569. DOI : 10.1021 / bi050050m . PMID 15895999 .
- ^ Momb J .; Ван С .; Лю Д .; Thomas PW; Пецко Г.А.; Guo H .; Ringe D; Фаст У. (2008). «Механизм кворум-тушения лактонов (AiiA) из Bacillus thuringiensis. 2. Моделирование субстрата и мутации активного сайта» . Биохимия . 47 (29): 7715–7725. DOI : 10.1021 / bi8003704 . PMC 2646874 . PMID 18627130 .
- ^ Риаз К .; Elmerich, C .; Морейра, Д .; Raffoux A .; Dessaux Y .; Фор Д. (2008). «Метагеномный анализ почвенных бактерий расширяет разнообразие лактоназ, подавляющих кворум». Экологическая микробиология . 10 (3): 560–570. DOI : 10.1111 / j.1462-2920.2007.01475.x . PMID 18201196 .
- ^ Schipper C .; Hornung C .; Bijtenhoorn P .; Quitschau M .; Grond S .; Streit WR (2009). «Клоны, происходящие из метагенома, кодирующие два новых белка семейства лактоназ, участвующих в ингибировании биопленки у Pseudomonas aeruginosa» . Молекулярные взаимодействия растений и микробов . 75 (1): 224–233. DOI : 10,1128 / aem.01389-08 . PMC 2612230 . PMID 18997026 .
- ^ Dong YH; Gusti AR; Zhang Q .; Xu JL; Чжан, LH (2002). «Идентификация кворум-тушения N-ацил гомосерин лактоназ из видов Bacillus» . Прикладная и экологическая микробиология . 68 (4): 1754–1759. DOI : 10,1128 / AEM.68.4.1754-1759.2002 . PMC 123891 . PMID 11916693 .
- ^ Haudecoeur E .; Tannieres M .; Cirou A .; Раффу А; Dessaux Y .; Фор Д. (2009). «Различные регуляции и роли лактоназ AiiB и AttM в Agrobacterium tumefaciens C58» . Ежегодный обзор фитопатологии . 22 (5): 529–537. DOI : 10.1094 / MPMI-22-5-0529 . PMID 19348571 .
- ^ а б Чистяков Д.А., Мельниченко А.А., Орехов А.Н., Бобрышев Ю.В. (2017). «Сердечно-сосудистые заболевания, связанные с параоксоназом и атеросклерозом». Биохимия . 132 : 19–27. DOI : 10.1016 / j.biochi.2016.10.010 . PMID 27771368 .
- ^ Лидбеттер, JRG; Гринберг, EP (2000). «Метаболизм сигналов кворума ацил-гомосерин-лактон с помощью Variovorax paradoxus» . J. Bacteriol . 182 (24): 6921–6926. DOI : 10.1128 / JB.182.24.6921-6926.2000 . PMC 94816 . PMID 11092851 .
- ^ Расмуссен ТБ; Гивсков М. (2006). «Ингибиторы кворума как антипатогенные препараты». Международный журнал медицинской микробиологии . 296 (2–3): 149–161. DOI : 10.1016 / j.ijmm.2006.02.005 . PMID 16503194 .
- ^ Уайтхед, штат Северная Каролина; Barnard AML; Slater H .; Симпсон, Нью-Джерси; Салмонд, GPC (2001). «Определение кворума грамотрицательных бактерий» . FEMS Microbiol. Ред . 25 (4): 365–404. DOI : 10.1111 / j.1574-6976.2001.tb00583.x . PMID 11524130 ..
- ^ Smith RS; Иглевски BH (2003). «Системы определения кворума P. aeruginosa и вирулентность». Текущее мнение в микробиологии . 6 (1): 56–60. DOI : 10.1016 / S1369-5274 (03) 00008-0 . PMID 12615220 .
- ^ Pirhonen, M .; Флегом, Д .; Heikinheimo, R .; Palva, ET (1993). «Небольшая диффундирующая сигнальная молекула отвечает за глобальный контроль вирулентности и продукции экзоферментов у патогена растений Erwinia carotovora» . EMBO J . 12 (6): 2467–2476. DOI : 10.1002 / j.1460-2075.1993.tb05901.x . PMC 413482 . PMID 8508772 .
- ^ Фон Бодман С.Б.; Bauer WD; Коплин Д.Л. (2003). «Кворум-зондирование в патогенных для растений бактериях». Ежегодный обзор фитопатологии . 41 : 455–482. DOI : 10.1146 / annurev.phyto.41.052002.095652 . PMID 12730390 .
- ^ Dong YH; Gusti AR; Zhang Q .; Xu JL; Чжан, LH (2002). «Идентификация кворум-тушения N-ацил гомосерин лактоназ из видов Bacillus» . Прикладная и экологическая микробиология . 68 (4): 1754–1759. DOI : 10,1128 / AEM.68.4.1754-1759.2002 . PMC 123891 . PMID 11916693 .