Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с нуклеозиддифосфаткиназы )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Кристаллическая структура НДПК у человека, вид спереди и сбоку соответственно: дифракция рентгеновских лучей, 2,2 Å.
Нуклеозид-дифосфаткиназа
Идентификаторы
ЕС нет.2.7.4.6
№ CAS9026-51-1
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
BRENDABRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

Нуклеозид-дифосфаткиназы ( NDPKs , также NDP-киназа , ( поли ) нуклеотидкиназы и нуклеозиддифосфокиназа s) - это ферменты, которые катализируют обмен концевого фосфата между различными нуклеозиддифосфатами (NDP) и трифосфатами (NTP) обратимым трифосфатным способом с образованием нуклеотидов.. Многие NDP служат акцепторами, в то время как NTP являются донорами фосфатной группы. Общая реакция по механизму пинг-понга выглядит следующим образом: XDP + YTP ← → XTP + YDP (X и Y каждый представляют разные азотистые основания). Активности NDPK поддерживают равновесие между концентрациями различных нуклеозидтрифосфатов, таких как, например, когда гуанозинтрифосфат (ГТФ), продуцируемый в цикле лимонной кислоты (Кребса), превращается в аденозинтрифосфат (АТФ). [1] Другие виды деятельности включают пролиферацию, дифференцировку и развитие клеток, передачу сигнала , рецептор , связанный с G-белком , эндоцитоз и экспрессию генов .

Структура [ править ]

NDPK представляют собой гомогексамерные белки, состоящие из мономеров длиной примерно 152 аминокислоты с теоретической массой 17,17 кДа. [2] Комплекс находится в митохондриях и растворимой цитоплазме клеток.

Функция [ править ]

NDPK обнаружены во всех клетках, не проявляют особой специфичности по отношению к типам нуклеозидных оснований и способны принимать нуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды в качестве субстратов или доноров. [3] Таким образом, NDPK является источником предшественников РНК и ДНК, кроме АТФ. [4] NDPK использует специфическую кинетику ферментов для реакции с несколькими субстратами, а именно механизм пинг-понга . Пинг-понг механизм интегрирует фосфорилирование из гистидина остатка путем переноса концевой фосфатной группы (γ-фосфата из АТФ) к НПР бета-фосфат , с тем чтобы произвести NTP и NDPK катализирует такие обратимые реакции. [5]NTP фосфорилирует гистидин, который, в свою очередь, фосфорилирует NDP. NDPK участвуют в синтезе нуклеозидтрифосфатов (NTP), таких как гуанозинтрифосфат (GTP), цитидинтрифосфат (CTP) и уридинтрифосфат (UTP), тимидинтрифосфат (TTP). [6]

Механизм пинг-понга, используемый НДПК

За этой, казалось бы, простой реакцией стоит многоступенчатый механизм. Ключевые этапы трансфосфорилирования следующие:

  • NDPK связывается с NTP1
  • Фосфорильная группа от NTP1 переносится на His в активном центре NDPK.
  • Промежуточный фосфоэнзим образуется
  • Первоначально связанный NDP1 выпущен из NDPK, в результате чего появился новый NDP2
  • Фосфорильная группа переносится с NDPK-His на NDP2 или dNDP2, создавая связанный NTP2
  • НДПК выпускает новый протокол NTP2

Каждый шаг является частью обратимого процесса, так что многоступенчатое равновесие имеет следующую форму.

НДПК + НТП ↔ НДПК ~ НТП ↔ НДПК-П ~ НДП ↔ НДПК-П + НДП

Роли НДПК в этих НПТ различаются; как правило, киназы вводят NTP для синтеза нуклеиновых кислот. CTP используется для синтеза липидов , UTP - для синтеза полисахаридов, а GTP используется для удлинения белка и передачи сигнала . [3] Во время передачи сигнала с помощью цАМФ , NDPK отвечает за фосфорилирование GDP, высвобождаемого G-белками, активированными в результате связывания с рецептором; как только АТФ отдает фосфатную группу через активность NDPK, GTP последовательно связывается. [7] Повышенная активность мембранно-ассоциированного NDPK приводит к синтезу цАМФ. NDPK контролирует K + каналы, G-белки, секрецию клеток, выработку клеточной энергии и синтез UTP.

Регламент [ править ]

Подавление AMPK [ править ]

NDPK обычно потребляет АТФ, самый распространенный клеточный нуклеотид, и хранит нуклеотиды. Однако потребление АТФ определенно повлияет на энергетический баланс клетки, что влияет на регуляцию АМФ-активируемой протеинкиназы ( AMPK ). [8] AMPK действует как датчик энергии и регулирует пути АТФ, поворачивая или нет пути генерации. Благодаря такой активности AMPK может напрямую ингибировать NDPK посредством фосфорилирования . Чтобы быть более конкретным, NDPK поддерживает производство нуклеотидов в клеточных состояниях с высокой энергией и низким уровнем стресса. Однако это может произойти только тогда, когда AMPK инактивирован, потому что низкострессовые клеточные состояния АТФ запускают активацию AMPK, что в конечном итоге снижает активность NDPK за счет фосфорилирования остатков серина.

Прокариотические системы [ править ]

У большинства прокариот фермент NDPK является тетрамерным . Сообщалось о наличии ряда патогенов. Функция NDPK была изучена на Escherichia coli , Bacillus subtilis , Salmonella typhimurium , Microccocus luteus и Myxococcus xanthus . [9] Прокариотический НДПК образует функциональный гомотетрамер . Активность нуклеозиддифосфаткиназы включает перенос γ-фосфата нуклеозидтрифосфата (NTP) в нуклеозиддифосфат (NDP), где N1 и N2 могут быть рибо- или дезоксирибонуклеозидами. Это осуществляется через промежуточный фосфогистидин с высокой энергией. Помимо участия в синтезе пиримидинануклеотидов, прокариотическая NDPK также участвует в нескольких циклах метаболизма. Также было обнаружено, что NDPK действует как протеин-гистидинкиназа , которая включает обратимое фосфорилирование гистидина в качестве хорошо известного регуляторного сигнала. [10] Однако у большинства прокариот уровни экспрессии NDPK участвуют в росте, развитии и дифференцировке клеток организма, особенно бактерий .

NDPK - это фермент, запускающий дефосфорилирование GTP в GDP в цикле ppGpp.

(p) метаболизм ppGpp [ править ]

В цикле биосинтеза (p) ppGpp NDPK играет важную роль. Когда заряженная тРНК отсутствует в А-сайте рибосомы , рибосома останавливается и запускает синтез молекулы гуанозинпентафосфата ((p) ppGpp). (p) Биосинтез ppGpp является частью пути метаболизма пуринов и координирует ряд клеточных активностей в ответ на изобилие питательных веществ. [11] Синтез (p) ppGpp запускается углеродным голоданием или недостатком углерода в окружающей среде клетки и вызывает активацию белка SpoT. SpoT работает вместе с NDPK, и оба они служат важными ферментами в цикле биосинтеза (p) ppGpp. NDPK синтезирует образование GDP из GTP посредством дефосфорилирования. [12]

Функция гена Nm23 [ править ]

Хотя биомолекулярный механизм, с помощью которого ген Nm23 работает в клетках, в настоящее время неизвестен, как и у большинства прокариот, уровни экспрессии нуклеозиддифосфаткиназы (NDPK) определяют рост и дифференцировку клеток. [3] Обычно ген Nm23 (NME) участвует в подавлении метастазов у людей. У прокариот ген Nm23 участвует в нормальном развитии и дифференцировке клеток. Высококонсервативные гомологи гена Nm23 были обнаружены у прокариот, а именно у Myxococcus xanthus , грамотрицательных почвенных бактерий. Гомологи Nm23 в M. xanthus были закрыты и охарактеризованы как нуклеозиддифосфаткиназа (ген ndk) и, по-видимому, важны дляРост M. xanthus . Также было показано, что во время развития M. xanthus активность нуклеозиддифосфаткиназы резко снижается. [13]

Эукариотические системы [ править ]

У человека существует по крайней мере четыре ферментативно активных изоформы NDPK: NDPK-A, NDPK-B, NDPK-C и NDPK-D. Все четыре изоформы имеют очень похожие структуры и могут объединяться в любой форме, чтобы стать функциональными гексамерами NDPK. Предполагается, что NDPK участвует в трансмембранной передаче сигналов в эукариотических клетках. [14]

У людей [ править ]

В эукариотических системах роль NDK заключается в синтезе нуклеозидтрифосфатов, отличных от АТФ. Гамма-фосфат АТФ передается в бета-фосфат NDP по механизму пинг-понга с использованием фосфорилированного промежуточного соединения активного центра и синтезирует такие продукты, как UTP. NDK обладает нуклеозиддифосфаткиназой, серин / треонин-специфической протеинкиназой, геранил- и фарнезилпирофосфаткиназой, гистидиновой протеинкиназой и 3'-5'-экзонуклеазной активностью. Его процессы связаны с пролиферацией, дифференцировкой и развитием клеток, а также с экспрессией генов в клетках человека. Это также часть процесса нервного развития, который включает формирование нервного паттерна и определение судьбы клеток. Более того,NDPK участвует в процессах передачи сигнала и эндоцитозе рецепторов, связанных с G-белками, поскольку переносит фосфатную группу на G-субъединицы и превращает GDP в GTP. Это увеличение концентрации GTP около α-субъединиц G-белка вызывает активацию α-субъединиц G-белка для передачи сигналов G-белка.[15] Помимо передачи сигналов, NDPK участвует в контроле K + каналов, секреции клеток и выработке клеточной энергии.

В растениях [ править ]

Биохимические реакции, катализируемые киназой NDP в растениях, аналогичны активности, описанной у людей, поскольку активность аутофосфорилирования осуществляется за счет АТФ и ГТФ. Помимо этого, у растений есть четыре типа изоформ NDPK. Цитозольный тип I NDPK участвует в метаболизме, росте и стрессовых реакциях растений. [16] NDPK типа II сконцентрирован в хлоропласте и, как полагают, участвует в процессе фотосинтеза и управлении окислительным стрессом, но его функция еще точно не известна. [16] Тип III NDPK нацелен как на митохондрии, так и на хлоропласты, и в основном участвует в энергетическом метаболизме. [16] Локализация и точная функция НДПК типа IV пока не известны и требуют дальнейших исследований. [16]Кроме того, NDPK связан с H2O2-опосредованной передачей сигналов митоген-активируемой протеинкиназы в растениях. [17]

Заболевания, связанные с НДПК [ править ]

Десять паралоговых генов кодируют белки NDPK, которые разделены на две группы. Первая группа кодирует белки с функциями NDPK. Гены другой группы кодируют другие различные белки, которые проявляют низкую активность NDPK или не проявляют ее. В первой группе один из генов, названный NM23, был идентифицирован как первый белок-супрессор метастазов, и его ген Nm23 был менее активирован в метастатических клетках. В другом эксперименте человеческий Nm23 культивировали с раковыми клетками и продемонстрировали ингибирование метастазирования. Уровень белка NM23 был обратно пропорционален метастатическому потенциалу солидных опухолей человека. Однако другие типы опухолей, такие как рак яичников, нейробластомаи гематологические злокачественные новообразования показали повышенные уровни NM23 в образцах пациентов. Следовательно, понимание биологической основы семейства генов Nm23 необходимо для твердого знания его разнообразных результатов.

Сердечно-сосудистые заболевания [ править ]

Nme2, один из генов NDPK, связан с сердечно-сосудистыми функциями. Известно, что ген Nme2 образует комплекс с бета-субъединицей гетеротриметрического G-белка в клетках сердца и регулирует сократительную способность сердца. Есть две функции Nme2, которые позволяют такое регулирование; одна из них - гистидинкиназная активность, которая представляет собой фосфорилирование каналов, регулирующих то, что проходит, а другая - функция каркаса образования кавеол. Истощение взаимодействия Nme2 / кавеолин показало снижение скорости сердечной сократимости. [18] Кроме того, больше исследований с рыбками-зебрами показали, что истощение NDPK оказывает пагубное влияние на работу сердца. [19]

Nme1 и Nme2 как супрессоры метастазов [ править ]

Было много споров о том, отвечает ли ген NM23 за подавление или активацию метастазов. Две противоположные стороны по этому поводу оставались неоднозначными и неопределенными на протяжении всего исследования НДПК. Однако недавние эксперименты начали показывать доказательства того, что NM23 является супрессором метастазов. Nme2 был помечен как ген антиметастазирования с использованием технологии тканевого чипа и иммуногистохимии . Когда продукты гена Nme2 были чрезмерно продуцированы в клетках рака желудка, наблюдалось уменьшение пролиферации, миграции и инвазии таких раковых клеток. Культуры клеток показали, что Nme2 влияет на клетки рака желудка, но все еще остается вопрос о том, что регулирует активность Nme2 среди различных типов рака. [20]Nme1 был обнаружен в большом количестве в слабометастатических сублиниях клеток меланомы . Кроме того, трансфекция Nme1 в линию высокометастатической меланомы значительно снизила метастазирование. Эта теория также была проверена на мышах; у мышей с дефицитом Nme1 образовывались более крупные метастазы в легких, чем у мышей дикого типа, что показывает, что этот ген обладает подавляющей активностью. Инвазия рака происходит из-за изменений клеточной адгезии и вызвана изменениями экспрессии генов в эпителиально-мезенхимальном переходе (EMT). Удивительно, но существует множество молекул адгезии, факторов подвижности , сигнальных путей, протеолитическихсобытия, признаки EMT и другие программы транскрипции, которые были связаны с белками Nme1. Эти белки препятствуют метастазированию, связывая белки, способствующие метастазированию. Белки Nme1 связываются с вирусными белками, онкогенами и другими факторами, способствующими метастазированию. Связывание может быть косвенным с использованием сигнального комплекса. [20]

См. Также [ править ]

  • Нуклеозид
  • Нуклеотид
  • Нуклеозид монофосфат
  • Нуклеозид трифосфат
  • Тимидинкиназа
  • Тимидилаткиназа
  • Тимидинкиназа в клинической химии
  • Тимидилатсинтаза

Ссылки [ править ]

  1. ^ Берг JM, Tymoczko JL, Stryer L (2002). Биохимия - 5 место . WH Freeman and Company. С.  476 . ISBN 978-0-7167-4684-3.
  2. ^ "Обзор структуры PDB 1jxv‹ Банк данных белков в Европе (PDBe) ‹EMBL-EBI" . www.ebi.ac.uk . Проверено 2 ноября 2015 года .
  3. ^ a b c «Нуклеозиддифосфаткиназа (IPR001564)» . ИнтерПро . Проверено 15 октября 2015 года .
  4. ^ Дюма С, Лашка я, Мореры S, Глезер Р, Р Fourme, бумажник В, Лакомбы М.Л., Верон М, Янин J (сентябрь 1992). «Рентгеновская структура нуклеозид дифосфаткиназы» . Журнал EMBO . 11 (9): 3203–8. DOI : 10.1002 / j.1460-2075.1992.tb05397.x . PMC 556853 . PMID 1324167 .  
  5. ^ «NME1 - нуклеозиддифосфаткиназа A - Homo sapiens (человек) - ген и белок NME1» . www.uniprot.org . Проверено 17 ноября 2015 года .
  6. ^ Salway, JG (2017). Метаболизм вкратце, 4-е издание . Великобритания: Уайли Блэквелл. п. 110. ISBN 9781119277781.
  7. ↑ Lutz S, Mura R, Baltus D, Movsesian M, Kübler W, Niroomand F (январь 2001 г.). «Повышенная активность ассоциированной с мембраной нуклеозиддифосфаткиназы и ингибирование синтеза цАМФ в поврежденном миокарде человека» . Сердечно-сосудистые исследования . 49 (1): 48–55. DOI : 10.1016 / S0008-6363 (00) 00222-4 . PMID 11121795 . 
  8. ^ Onyenwoke RU, Форсберг LJ, Лю L, Т Williams, Алзате О, Brenman JE (январь 2012). «AMPK напрямую ингибирует NDPK через переключение фосфосерина для поддержания клеточного гомеостаза» . Молекулярная биология клетки . 23 (2): 381–9. DOI : 10,1091 / mbc.E11-08-0699 . PMC 3258181 . PMID 22114351 .  
  9. ^ Stadtman Е.Р., Чок ПБ (2014-06-28). От метаболита к метаболизму и метаболизму: актуальные темы клеточной регуляции . Эльзевир. ISBN 9781483217321.
  10. ^ Эттвуд PV, Wieland T (февраль 2015). «Нуклеозиддифосфаткиназа как протеин-гистидинкиназа». Архив фармакологии Наунин-Шмидеберг . 388 (2): 153–60. DOI : 10.1007 / s00210-014-1003-3 . PMID 24961462 . 
  11. ^ «spoT - Бифункциональная (p) ppGpp-синтаза / гидролаза SpoT - Escherichia coli (штамм K12) - ген и белок spoT» . www.uniprot.org . Проверено 17 ноября 2015 года .
  12. ^ Lengeler Дж, Древса G, Н Шлегель (10 июля 2009 г.). Биология прокариот . Джон Вили и сыновья. ISBN 9781444313307.
  13. ↑ de la Rosa A, Williams RL, Steeg PS (январь 1995 г.). «Nm23 / нуклеозиддифосфаткиназа: к структурному и биохимическому пониманию его биологических функций». BioEssays . 17 (1): 53–62. DOI : 10.1002 / bies.950170111 . PMID 7702594 . 
  14. ↑ Otero AS (июнь 2000 г.). «NM23 / нуклеозиддифосфаткиназа и передача сигнала». Журнал биоэнергетики и биомембран . 32 (3): 269–75. DOI : 10,1023 / A: 1005589029959 . PMID 11768310 . 
  15. ^ Энгельгардт S, Rochais F (апрель 2007). "G-белки: больше, чем преобразователи сигналов, генерируемых рецепторами?" . Циркуляционные исследования . 100 (8): 1109–11. DOI : 10.1161 / 01.RES.0000266971.15127.e8 . PMID 17463326 . 
  16. ^ a b c d Dorion S, Rivoal J (февраль 2015 г.). «Ключ к разгадке функций изоформ растений НДПК». Архив фармакологии Наунин-Шмидеберг . 388 (2): 119–32. DOI : 10.1007 / s00210-014-1009-х . PMID 24964975 . 
  17. ↑ Moon H, Lee B, Choi G, Shin D, Prasad DT, Lee O, Kwak SS, Kim DH, Nam J, Bahk J, Hong JC, Lee SY, Cho MJ, Lim CO, Yun DJ (январь 2003 г.). «Киназа 2 NDP взаимодействует с двумя MAPK, активированными окислительным стрессом, чтобы регулировать окислительно-восстановительное состояние клеток и усиливает устойчивость к множественному стрессу у трансгенных растений» (PDF) . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (1): 358–63. DOI : 10.1073 / pnas.252641899 . PMC 140977 . PMID 12506203 .   
  18. ^ Хсу Т, Steeg П.С., Золло М, Т Wieland (февраль 2015). «Прогресс в отношении функций, связанных с семейством генов Nme (NDP киназа / Nm23 / Awd), полученных из модельных систем на животных: примеры исследований по развитию, сердечно-сосудистым заболеваниям и метастазам рака» . Архив фармакологии Наунин-Шмидеберг . 388 (2): 109–17. DOI : 10.1007 / s00210-014-1079-9 . PMID 25585611 . 
  19. ↑ Mehta A, Orchard S (сентябрь 2009 г.). «Нуклеозиддифосфаткиназа (NDPK, NM23, AWD): последние достижения в области регулирования эндоцитоза, метастазов, псориаза, высвобождения инсулина, эритроидного происхождения плода и сердечной недостаточности; примеры трансляционной медицины» . Молекулярная и клеточная биохимия . 329 (1-2): 3-15. DOI : 10.1007 / s11010-009-0114-5 . PMC 2721137 . PMID 19415463 .  
  20. ^ а б Лю Ю.Ф., Ян А., Лю В., Ван Ц., Ван М., Чжан Л., Ван Д., Донг Дж. Ф., Ли М. (01.01.2015). «NME2 снижает пролиферацию, миграцию и инвазию клеток рака желудка, чтобы ограничить метастазирование» . PLOS One . 10 (2): e0115968. DOI : 10.1371 / journal.pone.0115968 . PMC 4336288 . PMID 25700270 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Нуклеозид-дифосфат + киназа в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
  • EC 2.7.4.6