Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Фосфатаза легкой цепи миозина
Комплекс между PP1 и частью структуры MYPT1.png
Структура комплекса между PP1 и частью MYPT1, образованная из 1s70 [1]
Идентификаторы
ЕС нет.3.1.3.53
№ CAS86417-96-1
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

Фосфатаза легкой цепи миозина , более часто называемая миозинфосфатазой ( EC 3.1.3.53 ), представляет собой фермент (в частности, серин / треонин-специфичную протеинфосфатазу ), который дефосфорилирует регуляторную легкую цепь миозина II . Эта реакция дефосфорилирования происходит в гладкой мышечной ткани и запускает процесс расслабления мышечных клеток. Таким образом, миозинфосфатаза отменяет процесс сокращения мышц, инициированный киназой легких цепей миозина . Фермент состоит из трех субъединиц: каталитической области ( протеинфосфатаза 1 или PP1),субъединица связывания миозина (MYPT1) и третья субъединица (M20) неизвестной функции. Каталитическая область использует два иона марганца в качестве катализаторов для дефосфорилирования легких цепей миозина, что вызывает конформационные изменения миозина и расслабляет мышцы. Фермент очень консервативен [1] и обнаружен в гладкой мышечной ткани всех организмов. Хотя известно, что миозинфосфатаза регулируется rho-ассоциированными протеинкиназами , в настоящее время ведутся споры о том , регулируют ли фермент также другие молекулы, такие как арахидоновая кислота и цАМФ . [2]

Функция [ править ]

Основная статья: гладкая мышечная ткань

Гладкая мышечная ткань в основном состоит из актина и миозина [3], двух белков, которые взаимодействуют друг с другом, вызывая сокращение и расслабление мышц. Миозин II, также известный как обычный миозин, имеет две тяжелые цепи, которые состоят из головного и хвостового доменов, и четыре легких цепи (по две на голову), которые связываются с тяжелыми цепями в области «шеи». Когда мышце необходимо сокращаться, ионы кальция поступают в цитозоль из саркоплазматической сети , где они активируют кальмодулин, который, в свою очередь, активирует киназу легкой цепи миозина (киназу MLC). Киназа MLC фосфорилирует легкую цепь миозина (MLC 20) по остатку Ser-19. Это фосфорилирование вызывает конформационные изменения миозина, активируя циклический переход между мостами и заставляя мышцы сокращаться. Поскольку миозин претерпевает конформационные изменения, мышца будет продолжать сокращаться, даже если концентрации кальция и активированной киназы MLC доведены до нормального уровня. Конформационные изменения должны быть отменены, чтобы расслабить мышцу. [4]

Когда миозинфосфатаза связывается с миозином, она удаляет фосфатную группу . Без группы миозин возвращается к своей исходной конформации, в которой он не может взаимодействовать с актином и удерживать мышцы в напряжении, поэтому мышца расслабляется. Мышца будет оставаться в этом расслабленном положении до тех пор, пока миозин не будет фосфорилирован киназой MLC и не претерпит конформационных изменений.

Структура [ править ]

Трехмерное изображение PP1 (показано красным) и части MYPT1 (показано синим) с катализаторами на основе ионов марганца, показанными белым. Желтыми линиями отмечены бороздки, которые имеют решающее значение для связывания ферментов и катализа.

Миозинфосфатаза состоит из трех субъединиц. Каталитическая субъединица, PP1, является одной из наиболее важных Ser / Thr фосфатаз в эукариотических клетках , поскольку она играет роль в метаболизме гликогена , внутриклеточном транспорте, синтезе белка и делении клеток, а также в сокращении гладких мышц. [5] Поскольку он так важен для основных клеточных функций, и поскольку в клетках гораздо меньше протеинфосфатаз, чем киназ, [6] структура и функция PP1 очень консервативны (хотя специфической изоформой, используемой в миозинфосфатазе, является δ-изоформа, PP1δ). [7] PP1 работает, используя два иона марганца в качестве катализаторов дефосфорилирования (см. Ниже).

Эти ионы окружают Y-образную щель с тремя бороздками: гидрофобной, кислой и С-концевой. Когда PP1 не связан с какой-либо другой субъединицей, это не особенно специфично. Однако, когда он связывается со второй субъединицей миозинфосфатазы, MYPT1 (MW ~ 130 кДа), эта каталитическая щель меняет конфигурацию. Это приводит к резкому увеличению специфичности миозина. [1] Таким образом, очевидно, что MYPT1 обладает большой регулирующей способностью по отношению к PP1 и миозинфосфатазе, даже без присутствия других активаторов или ингибиторов.

Третья субъединица, M20 (не путать с MLC 20 , критической регуляторной субъединицей миозина), является самой маленькой и самой загадочной субъединицей. В настоящее время мало что известно о M20, за исключением того, что он не является необходимым для катализа, поскольку удаление субъединицы не влияет на оборот или селективность. [1] Хотя некоторые считают, что он может выполнять регулирующую функцию, пока ничего не определено. [2]

Механизм [ править ]

Механизм удаления фосфата из Ser-19 очень похож на другие реакции дефосфорилирования в клетке, такие как активация гликогенсинтазы . Регуляторная субъединица миозина MLC 20 связывается как с гидрофобными, так и с кислотными бороздками PP1 и MYPT1, регуляторного сайта на миозинфосфатазе. [1] [8] В правильной конфигурации и фиосфорилированный серин, и свободная молекула воды стабилизируются остатками водородных связей в активном центре, а также положительно заряженными ионами (которые сильно взаимодействуют с отрицательной фосфатной группой. ). His-125 (на миозинфосфатазе) отдает протон Ser-19 MLC 20 ), и молекула воды атакует атом фосфора.. После перетасовки протонов для стабилизации (что происходит быстро по сравнению с атакой на фосфор) образуются фосфат и спирт, и оба покидают активный центр.

Показан механизм PP1 для миозинфосфатазы с критическими остатками фермента. [9] [10] Подложки и продукты выделены жирным шрифтом и красным цветом, а ионы марганца - синим. Группа спирта, показанная на миозине после дефосфорилирования, представляет собой спирт на Ser-19.

Регулирование и здоровье человека [ править ]

Пути регуляции MLC-киназы были хорошо изучены, но до конца 1980-х предполагалось, что миозинфосфатаза не регулируется, а сокращение / расслабление полностью зависит от активности MLC-киназы. [2] Однако с 1980-х годов был обнаружен и тщательно исследован ингибирующий эффект rho-ассоциированной протеинкиназы. [11] RhoA GTP активирует Rho-киназу , которая фосфорилирует MYPT1 в двух основных ингибирующих сайтах, Thr-696 и Thr-866. [12] [13] Это полностью демонстрирует ценность MYPT1 не только в увеличении скорости и специфичности реакции, но и в значительном замедлении реакции. Однако когда телокиндобавлен, он эффективно отменяет действие Rho-киназы, даже если он не дефосфорилирует MYPT1. [12]

Еще одна предлагаемая стратегия регулирования связана с арахидоновой кислотой. Когда арахидоновая кислота добавляется к напряженной мышечной ткани, кислота снижает скорость дефосфорилирования (и, следовательно, релаксации) миозина. Однако неясно, как арахидоновая кислота действует как ингибитор . [4] Две конкурирующие теории состоят в том, что либо арахидоновая кислота действует как сопутствующий агент в каскаде родиназ, упомянутом выше, либо она связывается с c-концом MYPT1. [4]

Когда системы регуляции миозинфосфатазы начинают давать сбои, это может иметь серьезные последствия для здоровья. Поскольку гладкие мышцы находятся в дыхательной, кровеносной и репродуктивной системах человека (а также в других местах), если гладкие мышцы больше не могут расслабляться из-за неправильной регуляции, тогда возникает широкий спектр проблем, начиная от астмы , гипертонии и может возникнуть эректильная дисфункция . [4] [14]

См. Также [ править ]

  • Миозин
  • Киназа легкой цепи миозина
  • Роа
  • Ро-киназа

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e Террак, Мохаммед; Керфф, Фредерик; и другие. (17 июня 2004 г.). «Структурные основы регуляции протеинфосфатазы 1» . Природа . 429 (6993): 780–4. Bibcode : 2004Natur.429..780T . DOI : 10,1038 / природа02582 . PMID  15164081 .
  2. ^ a b c Хартсхорн, ди-джей; Ито, М. (май 1998 г.). «Фосфатаза легкой цепи миозина: субъединичный состав, взаимодействия и регуляция». J Muscle Res Cell Motil . 19 (4): 325–41. DOI : 10,1023 / A: 1005385302064 . PMID 9635276 . S2CID 27448238 .  
  3. ^ Страница 174 в: Гладкомышечные клетки сосудов: молекулярные и биологические ответы на внеклеточный матрикс . Авторы: Стивен М. Шварц, Роберт П. Мешам. Редакторы: Стивен М. Шварц, Роберт П. Мешам. Авторы: Стивен М. Шварц, Роберт П. Мешам. Издатель: Academic Press, 1995. ISBN 0-12-632310-0 , ISBN 978-0-12-632310-8  
  4. ^ a b c d Уэбб, Р. Клинтон (ноябрь 2003 г.). «Сокращение и расслабление гладких мышц». Достижения в физиологическом образовании . 27 (4): 201–6. DOI : 10.1152 / advan.00025.2003 . PMID 14627615 . 
  5. ^ Херли, Томас; Ян, Цзе; и другие. (18 июля 2007 г.). «Структурные основы регуляции протеинфосфатазы 1 ингибитором-2» . J. Biol. Chem . 282 (39): 28874–83. DOI : 10,1074 / jbc.m703472200 . PMID 17636256 . 
  6. Перейти ↑ Cohen, Patricia TW (15 января 2002 г.). «Протеиновая фосфатаза-1, направленная во многих направлениях». J Cell Sci . 115 (2): 780–4. PMID 11839776 . 
  7. ^ Фудзиока, М; Такахаши, Н. (1 апреля 1998 г.). «Новая изоформа направленной / регулирующей субъединицы миозинфосфатазы человека (MYPT2): клонирование кДНК, тканевая экспрессия и хромосомное картирование». Геномика . 49 (1): 325–41. DOI : 10.1006 / geno.1998.5222 . PMID 9570949 . 
  8. ^ Gomperts, Bastein D. (19 августа 2009). Преобразование сигнала: 2-е издание . Лондон: Academic Press. ISBN 978-0123694416.
  9. ^ Ши, Yigong (30 октября 2009). «Серин / треонинфосфатазы: механизм через структуру» . Cell . 139 (3): 468–84. DOI : 10.1016 / j.cell.2009.10.006 . PMID 19879837 . S2CID 13903804 . Проверено 9 марта 2015 года .  
  10. ^ Ли, Эрнест YC; Чжан, Лифанг; и другие. (15 марта 1999 г.). «Фосфорилаза фосфатаза: новые горизонты для старого фермента» . Границы биологических наук . 4 (1–3): 270–85. DOI : 10.2741 / ли . PMID 10077543 . Проверено 9 марта 2015 года . 
  11. ^ Ван, Юэпэн; Риддик, Надин; и другие. (27 февраля 2009 г.). "Регуляция изоформ ROCK миозинфосфатазы и сократимости в гладкомышечных клетках сосудов" . Circ. Res . 104 (4): 531–40. DOI : 10,1161 / circresaha.108.188524 . PMC 2649695 . PMID 19131646 .  
  12. ^ а б Хромов Э.С. Momotani, K .; и другие. (27 апреля 2012 г.). «Молекулярный механизм опосредованного телокином подавления фосфатазы легкой цепи миозина и расслабления гладких мышц желудочно-кишечного тракта, вызванного цАМФ / цГМФ» . J Biol Chem . 287 (25): 20975–85. DOI : 10,1074 / jbc.m112.341479 . PMC 3375521 . PMID 22544752 .  
  13. ^ Somlyo, Эндрю П .; Сомлё, Аврил В. (10 ноября 1999 г.). «Передача сигнала с помощью G-протеинов, Rho-киназы и протеинфосфатазы в гладкие мышцы и немышечный миозин II» . Журнал физиологии . 522 (2): 177–85. DOI : 10.1111 / j.1469-7793.2000.t01-2-00177.x . PMC 2269761 . PMID 10639096 .  
  14. ^ Агилар, Гектор; Митчелл, Б.Ф. (7 мая 2010 г.). «Физиологические пути и молекулярные механизмы, регулирующие сократимость матки» . Обновление репродукции человека . 16 (6): 725–44. DOI : 10.1093 / humupd / dmq016 . PMID 20551073 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Пато, доктор медицины, Адельштейн Р.С. (1983). «Очистка и характеристика мультисубъединичной фосфатазы из гладких мышц желудка индейки. Влияние связывания кальмодулина с киназой легкой цепи миозина на дефосфорилирование». J. Biol. Chem . 258 (11): 7047–54. PMID  6304072 .
  • Kimura K; и другие. (1996). «Регулирование миозинфосфатазы с помощью Rho и Rho-ассоциированной киназы (Rho-киназы)». Наука . 273 (5272): 245–248. Bibcode : 1996Sci ... 273..245K . DOI : 10.1126 / science.273.5272.245 . PMID  8662509 . S2CID  37249779 .