Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Стромелизин-1 также известен как матрицы металлопротеиназы-3 (MMP3) представляет собой фермент , который у человека кодируется MMP3 геном . Ген MMP3 является частью кластера генов MMP, локализованных на хромосоме 11q22.3. [5] Расчетная молекулярная масса MMP-3 составляет 54 кДа. [6]

Функция [ править ]

Белки семейства матриксных металлопротеиназ ( ММП ) участвуют в распаде белков внеклеточного матрикса и во время ремоделирования тканей в нормальных физиологических процессах, таких как эмбриональное развитие и размножение, а также в патологических процессах, таких как артрит и метастазирование опухоли . Большинство ММП секретируются в виде неактивных пропротеинов, которые активируются при расщеплении внеклеточными протеиназами. [7]

Фермент MMP-3 разрушает коллаген типов II, III, IV, IX и X, протеогликаны , фибронектин , ламинин и эластин . [8] [9] [10] Кроме того, MMP-3 может также активировать другие MMP, такие как MMP-1 , MMP-7 и MMP-9 , делая MMP-3 критически важным в ремоделировании соединительной ткани. [11] Считается, что фермент также участвует в заживлении ран, прогрессировании атеросклероза и возникновении опухолей.

Помимо классических ролей MMP3 во внеклеточном пространстве, MMP3 может входить в ядра клеток и контролировать транскрипцию. [12]

Генная регуляция [ править ]

Сама MMP3 может входить в ядра клеток и регулировать ген-мишень, такой как ген CTGF / CCN2. [12]

Экспрессия MMP3 в первую очередь регулируется на уровне транскрипции, где промотор гена отвечает на различные стимулы, включая факторы роста , цитокины , опухолевые промоторы и продукты онкогенов . [13] полиморфизм в промоторе гена MMP3 был впервые описан в 1995 году [14] Полиморфизм вызывается изменением числа аденозинов , расположенных в положении -1171 по отношению к сайту инициации транскрипции, в результате чего один аллельимеющий пять аденозинов (5A) и другой аллель, имеющий шесть аденозинов (6A). Функциональные анализы промотора in vitro показали, что аллель 5А обладал большей промоторной активностью по сравнению с аллелем 6А. [11] В различных исследованиях было показано, что люди, несущие аллель 5А, имеют повышенную предрасположенность к заболеваниям, связанным с повышенной экспрессией ММП, таким как острый инфаркт миокарда и аневризма брюшной аорты . [15] [16]

С другой стороны, было обнаружено, что аллель 6A связан с заболеваниями, характеризующимися недостаточной экспрессией MMP-3 из-за более низкой промоторной активности аллеля 6A, такими как прогрессирующий коронарный атеросклероз . [11] [17] [18] Вариант -1171 5A / 6A также был связан с врожденными аномалиями, такими как расщелина губы и неба , когда люди с расщелиной губы / неба имели значительно больше генотипов 6A / 6A, чем контрольные. [19] Недавно было показано, что ген MMP3 подавляется у людей с заячьей губой и нёбом по сравнению с контрольной группой [20]. усиление природы расщелины губы / неба как состояния, вызванного недостаточным или дефектным ремоделированием эмбриональной ткани.

Структура [ править ]

Общая структура матричных металлопротеиназ.

Большинство членов семейства MMP организовано в три основных, отличительных и хорошо консервативных домена на основе структурных соображений: аминоконцевой пропептид ; каталитический домен; и гемопексиноподобный домен на карбокси-конце. Пропептид состоит приблизительно из 80–90 аминокислот, содержащих остаток цистеина, который взаимодействует с каталитическим атомом цинка через тиольную группу боковой цепи. В пропептиде присутствует высококонсервативная последовательность (... PRCGXPD ...). Удаление пропептида протеолизом приводит к активации зимогена , поскольку все члены семейства ММП продуцируются в латентной форме.

Каталитический домен содержит два иона цинка и по крайней мере один ион кальция, координированные с различными остатками. Один из двух ионов цинка присутствует в активном центре и участвует в каталитических процессах ММП. Второй ион цинка (также известный как структурный цинк) и ион кальция присутствуют в каталитическом домене примерно в 12 Å от каталитического цинка. Каталитический ион цинка необходим для протеолитической активности ММП; три остатка гистидина, которые координируются с каталитическим цинком, сохраняются среди всех MMP. Мало что известно о роли второго иона цинка и иона кальция в каталитическом домене, но показано, что ММП обладают высоким сродством к структурным ионам цинка и кальция.

ТИМП-1 (синий) в комплексе с ММП-3 (красный). Обратите внимание на хелатирование Cys1 (зеленый) TIMP-1 с каталитическим цинком (фиолетовый). Также показаны ионы кальция (желтый). На основе PyMOL-рендеринга PDB 1UEA . Для простоты другой мономер ММР-3 в комплексе с его соответствующим ТИМП-1 не показан.

Каталитический домен ММП-3 может ингибироваться тканевыми ингибиторами металлопротеиназ (ТИМП) . N-концевой фрагмент ТИМП связывается в щели активного сайта так же, как связывается пептидный субстрат. Остаток Cys1 ТИМП хелатирует с каталитическим цинком и образует водородные связи с одним из карбоксилатных атомов кислорода каталитического глутаматного остатка (Glu202, см. Механизм ниже). Эти взаимодействия заставляют молекулу воды, связанной с цинком, которая необходима для функции фермента, покинуть фермент. Потеря молекулы воды и блокирование активного центра ТИМП выводят из строя фермент. [21]

Гемопексиноподобный домен ММП является высококонсервативным и демонстрирует сходство последовательности с белком плазмы, гемопексином. Было показано, что гемопексиноподобный домен играет функциональную роль в связывании субстрата и / или во взаимодействиях с тканевыми ингибиторами металлопротеиназ (ТИМП), семейством специфических ингибиторов белка ММП. [22]

Механизм

Механизм MMP-3 является вариацией более широкой темы, наблюдаемой во всех матричных металлопротеиназах. В активном центре молекула воды координирована с остатком глутамата (Glu202) и одним из ионов цинка, присутствующим в каталитическом домене. Во-первых, скоординированная молекула воды выполняет нуклеофильную атаку на разреженный углерод пептидного субстрата, в то время как глутамат одновременно отрывает протон от молекулы воды. Затем оторванный протон удаляется из глутамата азотом ножничного амида. Это образует тетраэдрический промежуточный гем-диолят, который координирован с атомом цинка. [23]Чтобы амидный продукт высвободился из активного центра, ножничный амид должен отобрать второй протон от скоординированной молекулы воды. [24] В качестве альтернативы, для термолизина (другой металлопротеиназы) было показано, что амидный продукт может выделяться в своей нейтральной (R-NH2) форме. [25] [26] Карбоксилатный продукт высвобождается после того, как молекула воды атакует ион цинка и вытесняет карбоксилатный продукт. [27] Считается, что высвобождение карбоксилатного продукта является лимитирующей стадией реакции. [26]

Предполагается, что в дополнение к молекуле воды, непосредственно участвующей в механизме, вторая молекула воды является частью активного сайта MMP-3. Считается, что эта вспомогательная молекула воды стабилизирует промежуточное соединение гем-диолят, а также переходные состояния за счет снижения энергии активации для их образования. [23] [28] Это продемонстрировано на схеме координат механизма и реакции ниже.

Каталитический механизм для ММП-3 со вспомогательной молекулой воды. Указанные сборы являются официальными.

Актуальность болезни [ править ]

ММР-3 участвует в обострении последствий черепно-мозговой травмы (ЧМТ) за счет нарушения гематоэнцефалического барьера (ГЭБ). Различные исследования показали, что после того, как мозг подвергается травме и начинается воспаление , производство ММП в мозге увеличивается. [29] [30] В исследовании, проведенном с использованием мышей дикого типа (WT) и мышей с нокаутом (KO) MMP-3, было показано, что MMP-3 увеличивает проницаемость ГЭБ после травматического повреждения. [31] У мышей WT были обнаружены более низкие уровни клаудина- 5 и окклюдина.уровни, чем у мышей KO после TBI. Клаудин и окклюдин - это белки, которые необходимы для образования плотных контактов между клетками гематоэнцефалического барьера. [32] [33] Ткани мозга неповрежденных мышей WT и KO также обрабатывали активным MMP-3. В тканях WT и KO наблюдалось снижение содержания клаудина-5, окклюдина и ламинина- α1 ( протеина базальной пластинки ), что позволяет предположить, что ММР-3 непосредственно разрушает белки плотных контактов и базальной пластинки.

ММР-3 также делает повреждение гематоэнцефалического спинного мозга барьер (BSCB), функциональный эквивалент гематоэнцефалического барьера, [34] после травмы спинного мозга (SCI). В аналогичном исследовании, проведенном с использованием мышей MMP-3 WT и KO, было показано, что MMP-3 увеличивает проницаемость BSCB, при этом мыши WT демонстрируют большую проницаемость BSCB, чем мыши KO, после повреждения спинного мозга. В том же исследовании также было обнаружено снижение проницаемости BSCB при обработке тканей спинного мозга ингибитором MMP-3. Эти результаты предполагают, что присутствие MMP-3 способствует увеличению проницаемости BSCB после SCI. [35] Исследование показало, что MMP-3 устраняет это повреждение за счет разложения клаудина-5, окклюдина и ZO-1. (еще один белок с плотными контактами), аналогично тому, как ММР-3 повреждает ГЭБ.

Увеличение гематоэнцефалического барьера и проницаемости гематоэнцефалического барьера позволяет большему количеству нейтрофилов проникать в головной и спинной мозг в месте воспаления. [31] Нейтрофилы несут ММП-9., [36], который, как также было показано, разрушает окклюдин. [37] Это приводит к дальнейшему нарушению работы BBB и BSCB [38]


Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c GRCh38: Ensembl, выпуск 89: ENSG00000149968 - Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ a b c GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000043613 - 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. ^ «Ген Entrez: матричная металлопептидаза 3 MMP3 (стромелизин 1, прогелатиназа)» .
  6. ^ "Анти-ММР-3 антитела" .
  7. ^ Emonard Н, Гримо JA (1990). «Матричные металлопротеиназы. Обзор». Клеточная и молекулярная биология . 36 (2): 131–53. PMID 2165861 . 
  8. ^ Chin JR, Murphy G, Werb Z (октябрь 1985). «Стромелизин, металлоэндопептидаза, разрушающая соединительную ткань, секретируемая стимулированными синовиальными фибробластами кролика параллельно с коллагеназой. Биосинтез, выделение, характеристика и субстраты». Журнал биологической химии . 260 (22): 12367–76. PMID 2995374 . 
  9. Перейти ↑ Okada Y, Nagase H, Harris ED (октябрь 1986). «Металлопротеиназа из ревматоидных синовиальных фибробластов человека, которая переваривает компоненты матрикса соединительной ткани. Очистка и характеристика». Журнал биологической химии . 261 (30): 14245–55. PMID 3095317 . 
  10. ^ Догерти AJ, Murphy G (июнь 1990). «Семейство тканевых металлопротеиназ и ингибитор ТИМП: исследование с использованием кДНК и рекомбинантных белков». Анналы ревматических болезней . 49 Дополнение 1: 469–79. PMID 2197998 . 
  11. ^ a b c Е С, Эрикссон П., Хамстен А., Куркинен М., Хамфрис С. Е., Хенни А. М. (май 1996 г.). «Развитие коронарного атеросклероза связано с общим генетическим вариантом промотора стромелизина-1 человека, который приводит к снижению экспрессии гена» . Журнал биологической химии . 271 (22): 13055–60. DOI : 10.1074 / jbc.271.22.13055 . PMID 8662692 . 
  12. ^ а б Эгути Т., Кубота С., Кавата К., Мукудай Ю., Уэхара Дж., Оггавара Т., Ибараги С., Сасаки А., Кубоки Т., Такигава М. (апрель 2008 г.). «Новая подобная транскрипционному фактору функция матричной металлопротеиназы 3 человека, регулирующей ген CTGF / CCN2» . Молекулярная и клеточная биология . 28 (7): 2391–413. DOI : 10.1128 / MCB.01288-07 . PMC 2268440 . PMID 18172013 .  
  13. ^ Matrisian LM (апрель 1990). «Металлопротеиназы и их ингибиторы в ремоделировании матрикса». Тенденции в генетике . 6 (4): 121–5. DOI : 10.1016 / 0168-9525 (90) 90126-Q . PMID 2132731 . 
  14. ^ Е. S, Watts GF, Мандалия S, Хамфрис SE, Henney AM (март 1995). «Предварительный отчет: генетическая изменчивость промотора стромелизина человека связана с прогрессированием коронарного атеросклероза» . Британский журнал сердца . 73 (3): 209–15. DOI : 10.1136 / hrt.73.3.209 . PMC 483800 . PMID 7727178 .  
  15. ^ Terashima М, Акита Н, Канадзава К, Иноуэ Н, Ямада S, Ито К, Мацуда Y, Такай Е, Иваи С, Kurogane Н, Yoshida Y, Ёкояма М (июнь 1999). «Полиморфизм 5А / 6А промотора стромелизина связан с острым инфарктом миокарда» . Тираж . 99 (21): 2717–9. DOI : 10.1161 / 01.cir.99.21.2717 . PMID 10351963 . 
  16. ^ Иун S, G Тромп, Vongpunsawad S, Ronkainen А, Ювонен Т, Kuivaniemi Н (ноябрь 1999 г.). «Генетический анализ MMP3, MMP9 и PAI-1 у финских пациентов с аневризмами брюшной аорты или внутричерепными аневризмами». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях . 265 (2): 563–8. DOI : 10.1006 / bbrc.1999.1721 . PMID 10558909 . 
  17. ^ Хамфрис SE, Лыонг LA, Талмуд PJ, Фрик MH, Kesäniemi Ю.А., Пастернак A, Taskinen MR, Syvänne M (июль 1998). «Полиморфизм 5A / 6A в промоторе гена стромелизина-1 (MMP-3) предсказывает прогрессирование ангиографически определяемой ишемической болезни сердца у мужчин в исследовании LOCAT gemfibrozil. Lopid Coronary Angiography Trial». Атеросклероз . 139 (1): 49–56. DOI : 10.1016 / S0021-9150 (98) 00053-7 . PMID 9699891 . 
  18. ^ Де Маат МП, Jukema JW, Е. S, Zwinderman AH, Могхаддам PH, Бикман M, Kastelein JJ, ван Бовен AJ, Bruschke А.В., Хамфрис SE, Kluft C, Хенни AM (Март 1999). «Влияние промотора стромелизина-1 на эффективность правастатина при коронарном атеросклерозе и рестенозе». Американский журнал кардиологии . 83 (6): 852–6. DOI : 10.1016 / S0002-9149 (98) 01073-X . PMID 10190398 . 
  19. ^ Letra A, Silva RA, Менезес R, Astolfi CM, Shinohara А, де Соуза AP, Гранжейру JM (октябрь 2007). «Полиморфизмы гена MMP как факторы расщелины губы / неба: ассоциация с MMP3, но не MMP1». Архивы оральной биологии . 52 (10): 954–60. DOI : 10.1016 / j.archoralbio.2007.04.005 . PMID 17537400 . 
  20. ^ Буено DF, Сунаг DY, Кобаясайте Г.С., Aguena М, Рапозо-Amaral CE, Masotti С, Крузом Л.А., Пирсон PL, Пассос-Буэ MR (июнь 2011). «Культуры человеческих стволовых клеток от пациентов с расщелиной губы / неба показывают обогащение транскриптов, участвующих в моделировании внеклеточного матрикса, по сравнению с контролем» . Обзоры стволовых клеток . 7 (2): 446–57. DOI : 10.1007 / s12015-010-9197-3 . PMC 3073041 . PMID 21052871 .  
  21. ^ Гомис-Ruth FX, Maskos К, М Бец, Бергнер А, Huber R, Suzuki К, Yoshida Н, Нагасе Н, Брю К, Bourenkov П., Bartunik Н, Боде Вт (сентябрь 1997). «Механизм ингибирования матриксной металлопротеиназы стромелизин-1 человека с помощью TIMP-1». Природа . 389 (6646): 77–81. DOI : 10.1038 / 37995 . PMID 9288970 . S2CID 152666 .  
  22. ^ Massova I, котрое LP, Фридман R, Mobashery S (сентябрь 1998). «Матричные металлопротеиназы: структуры, эволюция и диверсификация». Журнал FASEB . 12 (25n26): 1075–95. CiteSeerX 10.1.1.31.3959 . DOI : 10.1142 / S0217984998001256 . PMID 9737711 .  
  23. ^ a b Пельменщиков В., Siegbahn PE (ноябрь 2002 г.). «Каталитический механизм матричных металлопротеиназ: двухслойное исследование ONIOM». Неорганическая химия . 41 (22): 5659–66. DOI : 10.1021 / ic0255656 . PMID 12401069 . 
  24. ^ Hangauer DG, Monzingo AF, Matthews BW (ноябрь 1984). «Интерактивное компьютерное графическое исследование термолизин-катализируемого пептидного расщепления и ингибирования N-карбоксиметилдипептидами». Биохимия . 23 (24): 5730–41. DOI : 10.1021 / bi00319a011 . PMID 6525336 . 
  25. ^ Pelmenschikov В, Бломберг М.Р., Зигбана ПЭ (Mar 2002). «Теоретическое исследование механизма гидролиза пептидов термолизином». Журнал биологической неорганической химии . 7 (3): 284–98. DOI : 10.1007 / s007750100295 . PMID 11935352 . S2CID 23262392 .  
  26. ^ a b Василевская Т, Хренова М.Г., Немухин А.В., Тиль В. (август 2015 г.). «Механизм протеолиза в матриксной металлопротеиназе-2 выявлен с помощью моделирования QM / MM». Журнал вычислительной химии . 36 (21): 1621–30. DOI : 10.1002 / jcc.23977 . PMID 26132652 . S2CID 25062943 .  
  27. Перейти ↑ Harrison RK, Chang B, Niedzwiecki L, Stein RL (ноябрь 1992 г.). «Механистические исследования матриксной металлопротеиназы стромелизина человека». Биохимия . 31 (44): 10757–62. DOI : 10.1021 / bi00159a016 . PMID 1420192 . 
  28. Перейти ↑ Browner MF, Smith WW, Castelhano AL (май 1995 г.). «Комплексы матрилизин-ингибитор: общие темы среди металлопротеиназ». Биохимия . 34 (20): 6602–10. DOI : 10.1021 / bi00020a004 . PMID 7756291 . 
  29. ^ Falo MC, Fillmore HL, Reeves TM, Phillips LL (сентябрь 2006). «Профиль экспрессии матричной металлопротеиназы-3 позволяет дифференцировать адаптивную и дезадаптивную синаптическую пластичность, вызванную черепно-мозговой травмой». Журнал неврологических исследований . 84 (4): 768–81. DOI : 10.1002 / jnr.20986 . PMID 16862547 . S2CID 7191007 .  
  30. ^ Морита-Fujimura Y, M Fujimura, Gasche Y, COPIN JC, Chan PH (январь 2000). «Сверхэкспрессия супероксиддисмутазы меди и цинка у трансгенных мышей предотвращает индукцию и активацию матриксных металлопротеиназ после травмы мозга, вызванной холодом» . Журнал мозгового кровотока и метаболизма . 20 (1): 130–8. DOI : 10.1097 / 00004647-200001000-00017 . PMID 10616801 . 
  31. ^ a b Герни KJ, Estrada EY, Rosenberg GA (июль 2006 г.). «Нарушение гематоэнцефалического барьера стромелизином-1 способствует проникновению нейтрофилов при нейровоспалении». Нейробиология болезней . 23 (1): 87–96. DOI : 10.1016 / j.nbd.2006.02.006 . PMID 16624562 . S2CID 20979287 .  
  32. ^ Furuse М, Фуджит К, Хиираги Т, Фужимото К, S Tsukita июня (1998). «Клаудин-1 и -2: новые интегральные мембранные белки, локализующиеся в плотных контактах без сходства последовательностей с окклюдином» . Журнал клеточной биологии . 141 (7): 1539–50. DOI : 10.1083 / jcb.141.7.1539 . PMC 2132999 . PMID 9647647 .  
  33. Nitta T, Hata M, Gotoh S, Seo Y, Sasaki H, Hashimoto N, Furuse M, Tsukita S (май 2003 г.). «Выборочное ослабление гематоэнцефалического барьера у мышей с дефицитом клаудина-5» . Журнал клеточной биологии . 161 (3): 653–60. DOI : 10,1083 / jcb.200302070 . PMC 2172943 . PMID 12743111 .  
  34. ^ Bartanusz В, D Jezova, Alajajian В, Digicaylioglu М (август 2011). «Гематоэнцефалический барьер: морфология и клинические последствия». Анналы неврологии . 70 (2): 194–206. DOI : 10.1002 / ana.22421 . PMID 21674586 . S2CID 15642099 .  
  35. Lee JY, Choi HY, Ahn HJ, Ju BG, Yune TY (ноябрь 2014 г.). «Матричная металлопротеиназа-3 способствует раннему разрушению гематоэнцефалического барьера и кровотечению, а также ухудшает долгосрочное неврологическое восстановление после травмы спинного мозга» . Американский журнал патологии . 184 (11): 2985–3000. DOI : 10.1016 / j.ajpath.2014.07.016 . PMID 25325922 . 
  36. ^ Opdenakker G, ван ден Стин PE, Dubois B, Nelissen I, Ван Coillie Е, Masure S, P, Proost Van Damme J (июнь 2001). «Желатиназа B действует как регулятор и эффектор в биологии лейкоцитов». Журнал биологии лейкоцитов . 69 (6): 851–9. PMID 11404367 . 
  37. ^ Giebel SJ, Menicucci G, PG McGuire, Das A (май 2005). «Матричные металлопротеиназы в ранней диабетической ретинопатии и их роль в изменении гемато-ретинального барьера» . Лабораторные исследования; Журнал технических методов и патологии . 85 (5): 597–607. DOI : 10.1038 / labinvest.3700251 . PMID 15711567 . 
  38. ^ AUBE В, Lévesque С.А., Пара А, Чамма Э., KEBIR Н, R Горин, Лекьюайер М.А., Альварес СО, Де Конинк Y, Энджелхардт В, Прат А, Лазурном, Лакруа S (сентябрь 2014). «Нейтрофилы опосредуют нарушение гемато-спинномозгового барьера при демиелинизирующих нейровоспалительных заболеваниях» . Журнал иммунологии . 193 (5): 2438–54. DOI : 10.4049 / jimmunol.1400401 . PMID 25049355 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Matrisian LM (апрель 1990 г.). «Металлопротеиназы и их ингибиторы в ремоделировании матрикса». Тенденции в генетике . 6 (4): 121–5. DOI : 10.1016 / 0168-9525 (90) 90126-Q . PMID  2132731 .
  • Массова И., Котра Л.П., Фридман Р., Mobashery S (сентябрь 1998 г.). «Матричные металлопротеиназы: структуры, эволюция и диверсификация». Журнал FASEB . 12 (25n26): 1075–95. CiteSeerX  10.1.1.31.3959 . DOI : 10.1142 / S0217984998001256 . PMID  9737711 .
  • Нагасе Х., Весснер Дж. Ф. (июль 1999 г.). «Матричные металлопротеиназы» . Журнал биологической химии . 274 (31): 21491–4. DOI : 10.1074 / jbc.274.31.21491 . PMID  10419448 .
  • Lijnen HR (январь 2002 г.). «Матричные металлопротеиназы и клеточная фибринолитическая активность». Биохимия. Биохимия . 67 (1): 92–8. DOI : 10,1023 / A: 1013908332232 . PMID  11841344 . S2CID  2905786 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Merops онлайновой базы данных для пептидазы и их ингибиторов: M10.005
  • Стромелизин + 1 в Национальных медицинских предметных рубриках США (MeSH)