Нейраминидазы ( сиалидаза ) ферменты являются гликозид гидролазы ферментов , которые расщепляют (срез) в гликозидных связях из нейраминовых кислот . Ферменты нейраминидазы - это большое семейство, обнаруженное у ряда организмов. Самая известная нейраминидаза - это вирусная нейраминидаза , лекарственная мишень для предотвращения распространения инфекции гриппа . Вирусные нейраминидазы часто используются в качестве антигенных детерминант, обнаруживаемых на поверхности вируса гриппа. Некоторые варианты нейраминидазы гриппа обладают большей вирулентностью.к вирусу, чем другие. Другие гомологи обнаружены в клетках млекопитающих, которые выполняют ряд функций. По крайней мере, четыре гомолога сиалидазы млекопитающих были описаны в геноме человека (см. NEU1 , NEU2 , NEU3 , NEU4 ). Сиалидазы могут действовать как патогенные факторы при микробных инфекциях. [1]
Реакция [ править ]
Существует два основных класса нейраминидаз, которые расщепляют экзо- или эндо-полисиаловые кислоты:
- Экзогидролиз α- (2 → 3) -, α- (2 → 6) -, α- (2 → 8) -гликозидных связей концевых остатков сиаловой кислоты [2] [3]
- Эндогидролиз (2 → 8) -α-сиалозильных связей в олиго- или поли (сиаловой) кислотах [3]
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Функция [ править ]
Нейраминидазы, также называемые сиалидазами, катализируют гидролиз концевых остатков сиаловой кислоты из вновь образованных вирионов и из рецепторов клетки-хозяина. [4] Активность сиалидазы включает помощь в перемещении вирусных частиц через слизь дыхательных путей и в элюировании потомства вириона из инфицированной клетки. [5] [6]
Подтипы [ править ]
Swiss-Prot перечисляет 137 типов нейраминидазы различных видов по состоянию на 18 октября 2006 г. [7] Известно девять подтипов нейраминидазы гриппа; многие встречаются только у различных видов уток и кур. Подтипы N1 и N2 были положительно связаны с эпидемиями среди людей, а штаммы с подтипами N3 или N7 были идентифицированы в ряде изолированных случаев смерти. [ необходима цитата ]
CAZy определяет в общей сложности 85 семейств гликозилгидролаз, основными из которых являются семейства GH34 (вирусные), GH33 (клеточные организмы), GH58 (вирусные и бактериальные), GH83 (вирусные). GH58 - единственное семейство эндодействующих. [8]
Ниже приводится список основных классов ферментов нейраминидазы:
- Вирусная нейраминидаза
- Бактериальная нейраминидаза
- Нейраминидазы млекопитающих:
|
|
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Структура [ править ]
Нейраминидаза гриппа - это грибовидный выступ на поверхности вируса гриппа. Он имеет головку, состоящую из четырех копланарных и примерно сферических субъединиц, и гидрофобную область, которая встроена во внутреннюю часть вирусной мембраны. Он состоит из одной полипептидной цепи, которая ориентирована в направлении, противоположном антигену гемагглютинина. Состав полипептида представляет собой одну цепь из шести консервативных полярных аминокислот, за которыми следуют гидрофильные вариабельные аминокислоты. β-Листы преобладают на вторичном уровне конформации белка.
Структура транс-сиалидазы включает каталитический бета-пропеллерный домен, N-концевой лектин- подобный домен и нерегулярный бета-цепочечный домен, вставленный в каталитический домен. [9]
Недавнее появление осельтамивира и резистентного к занамивиру человеческого гриппа A ( H1N1 ) H274Y подчеркнуло необходимость в подходящих системах экспрессии для получения больших количеств высокочистой и стабильной рекомбинантной нейраминидазы через два отдельных домена искусственной тетрамеризации, которые способствуют образованию каталитически активных гомотетрамеров нейраминидазы из дрожжи и Staphylothermus marinus, которые позволяют секрецию белков с меткой FLAG и дальнейшую очистку. [10]
Механизм [ править ]
Ферментативный механизм сиалидазы вируса гриппа был изучен Taylor et al., Он показан на рисунке 1. Процесс ферментативного катализа состоит из четырех этапов. Первая стадия включает искажение α-сиалозида из конформации 2 C 5 кресло (форма с наименьшей энергией в растворе) в конформацию псевдобоя, когда сиалозид связывается с сиалидазой. Вторая стадия приводит к промежуточному продукту оксокарбокации, сиалозильному катиону. Третий этап - это образование Neu5Ac вначале в виде α-аномера, а затем мутаротация и высвобождение в виде более термодинамически стабильного β-Neu5Ac. [11]
Ингибиторы [ править ]
Ингибиторы нейраминидазы полезны для борьбы с инфекцией гриппа : занамивир , вводимый путем ингаляции; осельтамивир , принимаемый перорально; перамивир вводят парентерально , то есть путем внутривенной или внутримышечной инъекции; и ланинамивир, который проходит III фазу клинических испытаний.
На поверхности частиц вируса гриппа есть два основных белка. Один из них - это лектин-гемагглютинин с тремя относительно неглубокими сайтами связывания сиаловой кислоты, а другой - фермент сиалидаза с активным сайтом в кармане. Благодаря относительно глубокому активному центру, в котором низкомолекулярные ингибиторы могут иметь множество благоприятных взаимодействий, и доступным методам создания аналогов переходного состояния при гидролизе сиалозидов, сиалидаза становится более привлекательной мишенью противогриппозного лекарственного средства, чем гемагглютинин. [12] После того, как стали доступны рентгеновские кристаллические структуры нескольких сиалидаз вируса гриппа, была применена конструкция ингибитора на основе структуры для обнаружения мощных ингибиторов этого фермента. [13]
Производное ненасыщенной сиаловой кислоты (N-ацетилнейраминовая кислота [Neu5ac]) 2-дезокси-2, 3-дидегидро-DN-ацетилнейраминовая кислота (Neu5Ac2en), аналог сиалозильного катиона в переходном состоянии (рис. 2), считается наиболее мощным ингибитором. основной шаблон. Структурно модифицированные производные Neu5Ac2en могут давать более эффективные ингибиторы. [14]
Многие соединения на основе Neu5Ac2en были синтезированы и протестированы на их способность ингибировать сиалидазу вируса гриппа. Например: 4-замещенные производные Neu5Ac2en (Рисунок 3), 4-амино-Neu5Ac2en (Соединение 1), которые показали на два порядка лучшее ингибирование сиалидазы вируса гриппа, чем Neu5Ac2en5 и 4-гуанидино-Neu5Ac2en (Соединение 2), известные как Занамивир, который в настоящее время продается для лечения вируса гриппа как лекарство, были разработаны фон Ицштейном с сотрудниками. [15] Ряд амид-связанных C9 модифицированных Neu5Ac2en был описан Megesh и его коллегами как ингибиторы NEU1. [16]
См. Также [ править ]
- Семейство гликозид гидролаз 33
- Ингибиторы нейраминидазы
- Гемагглютинин (грипп)
Ссылки [ править ]
- ^ Рота B, Рота B, Роггентин P, Шауер R (апрель 1991). «Ген сиалидазы из Clostridium septicum: клонирование, секвенирование, экспрессия в Escherichia coli и идентификация консервативных последовательностей в сиалидазах и других белках». Молекулярная и общая генетика . 226 (1–2): 190–7. DOI : 10.1007 / BF00273603 . PMID 2034213 . S2CID 21308462 .
- Перейти ↑ Schauer R (1982). «Химия, метаболизм и биологические функции сиаловых кислот». Достижения в химии и биохимии углеводов Том 40 . Достижения в химии и биохимии углеводов. 40 . С. 131–234. DOI : 10.1016 / S0065-2318 (08) 60109-2 . ISBN 978-0-12-007240-8. PMID 6762816 .
- ^ a b Cabezas JA (август 1991 г.). «Некоторые вопросы и предложения по ссылкам на типы официальной номенклатуры (IUB) для сиалидазы (ей) и эндосиалидазы» . Биохимический журнал . 278 (Pt 1) (Pt 1): 311–2. DOI : 10.1042 / bj2780311 . PMC 1151486 . PMID 1883340 .
- ^ Фон Itzstein M (декабрь 2007). «Война против гриппа: открытие и разработка ингибиторов сиалидазы». Обзоры природы. Открытие наркотиков . 6 (12): 967–74. DOI : 10.1038 / nrd2400 . PMID 18049471 . S2CID 36867756 .
- ^ Palese P, Tobita K, Ueda M, Компан RW (октябрь 1974). «Характеристика чувствительных к температуре мутантов вируса гриппа, дефектных по нейраминидазе». Вирусология . 61 (2): 397–410. DOI : 10.1016 / 0042-6822 (74) 90276-1 . PMID 4472498 .
- ^ Liu C, Eichelberger MC, Компан RW, Air GM (февраль 1995). «Нейраминидаза вируса гриппа типа А не играет роли в проникновении, репликации, сборке или почковании вируса» . Журнал вирусологии . 69 (2): 1099–106. DOI : 10,1128 / JVI.69.2.1099-1106.1995 . PMC 188682 . PMID 7815489 .
- ^ Найдите в базе знаний UniProt (Swiss-Prot и TrEMBL) нейраминидазу
- ^ "Поиск CAZy: активность: нейраминидаза" . www.cazy.org . Проверено 28 апреля 2019 .
- Перейти ↑ Luo Y, Li SC, Chou MY, Li YT, Luo M (апрель 1998 г.). «Кристаллическая структура внутримолекулярной транс-сиалидазы со специфичностью NeuAc alpha2 -> 3Gal» . Структура . 6 (4): 521–30. DOI : 10.1016 / S0969-2126 (98) 00053-7 . PMID 9562562 .
- ^ Schmidt PM, Этвуд RM, Mohr PG, Barrett SA, McKimm-Breschkin JL (февраль 2011). «Универсальная система для экспрессии и очистки растворимой и стабильной нейраминидазы гриппа» . PLOS ONE . 6 (2): e16284. Bibcode : 2011PLoSO ... 616284S . DOI : 10.1371 / journal.pone.0016284 . PMC 3034727 . PMID 21326879 .
- ^ Taylor NR, фон Itzstein M (март 1994). «Молекулярное моделирование исследований связывания лиганда с сиалидазой вируса гриппа и механизма катализа». Журнал медицинской химии . 37 (5): 616–24. DOI : 10.1021 / jm00031a011 . PMID 8126701 .
- ^ Дрикамер K, Тейлор М. П. (2006). Введение в гликобиологию . Оксфорд [Оксфордшир]: Издательство Оксфордского университета. стр. 177 -178. ISBN 0-19-928278-1.
- ^ Dyason JC, Itzstein Mv (2001). «Дизайн лекарственного средства против вируса гриппа: ингибиторы сиалидазы». Австралийский химический журнал . 54 (11): 663–670. DOI : 10,1071 / CH01173 .
- ^ Fgedi P (2006). Органическая химия сахаров . Вашингтон, округ Колумбия: Тейлор и Фрэнсис. С. 822–823. ISBN 0-8247-5355-0.
- ^ фон Ицштейн M, Wu WY, Jin B (июнь 1994). «Синтез 2,3-дидегидро-2,4-дидезокси-4-гуанидинил-N-ацетилнейраминовой кислоты: мощного ингибитора сиалидазы вируса гриппа». Исследование углеводов . 259 (2): 301–5. DOI : 10.1016 / 0008-6215 (94) 84065-2 . PMID 8050102 .
- ^ Magesh S, S Мория, Сузуки Т, Т Мияги, Ишида Н, Кисо М (январь 2008). «Дизайн, синтез и биологическая оценка ингибиторов сиалидазы человека. Часть 1: селективные ингибиторы лизосомальной сиалидазы (NEU1)». Письма по биоорганической и медицинской химии . 18 (2): 532–7. DOI : 10.1016 / j.bmcl.2007.11.084 . PMID 18068975 .
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме нейраминидазы . |
- Нейраминидаза в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- Ортомиксовирусы , Роберт Б. Коуч, UTMB. Статья включает хороший четкий рисунок нейраминидазы вируса гриппа.
