Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Сайты расщепления фосфолипаз . Ферменты фосфолипазы C разрезают непосредственно перед тем, как фосфат присоединяется к фрагменту R 3 .

Фосфолипаза C ( PLC ) - это класс мембранно-ассоциированных ферментов, которые расщепляют фосфолипиды непосредственно перед фосфатной группой (см. Рисунок). Чаще всего его считают синонимом человеческих форм этого фермента, которые играют важную роль в физиологии эукариотических клеток , в частности в путях передачи сигналов. Существует тринадцать видов фосфолипазы С млекопитающих, которые классифицируются на шесть изотипов (β, γ, δ, ε, ζ, η) в зависимости от структуры. Каждый ПЛК имеет уникальные и частично совпадающие элементы управления экспрессией и субклеточным распределением. Активаторы каждого PLC различаются, но обычно включают гетеротримерный G-белок.субъединицы, протеинтирозинкиназы , малые G-белки , Ca 2+ и фосфолипиды. [1]

Варианты [ править ]

Варианты млекопитающих [ править ]

Обширное количество функций, выполняемых реакцией PLC, требует, чтобы она строго регулировалась и была способна реагировать на множественные внеклеточные и внутриклеточные входы с соответствующей кинетикой. Эта потребность руководила эволюцией шести изотипов PLC у животных, каждый из которых имел свой способ регуляции. Пре-мРНК PLC также может подвергаться дифференциальному сплайсингу, так что млекопитающее может иметь до 30 ферментов PLC. [2]

Бактериальные варианты [ править ]

Большинство бактериальных вариантов фосфолипазы С относятся к одной из четырех групп структурно родственных белков. Токсичные фосфолипазы C способны взаимодействовать с мембранами эукариотических клеток и гидролизовать фосфатидилхолин и сфингомиелин, что в конечном итоге приводит к лизису клеток. [3]

  • Цинк-металлофосфолипаза C: альфа-токсин Clostridium perfringens , Bacillus cereus PLC (BC-PLC)
  • Сфингомиелиназы: B. cereus , Staphylococcus aureus
  • Ферменты, гидролизующие фосфатидилинозит: B. cereus , B. thuringiensis , L. monocytogenes (PLC-A)
  • Псевдомонад фосфолипаза C: Pseudomonas aeruginosa (PLC-H и PLC-N)

Структура фермента [ править ]

Сравнение C2-домена PI-PLC млекопитающих в красном и C2-подобного домена Bacillus cereus в голубом.

У млекопитающих PLC имеют общую консервативную структуру ядра и отличаются другими доменами, специфичными для каждого семейства. Основной фермент включает в себя ствол расщепленной триозофосфатизомеразы (TIM) , домен гомологии плекстрина (PH) , четыре тандемных домена EF hand и домен C2 . [1] Цилиндр TIM содержит активный центр, все каталитические остатки и сайт связывания Ca 2+ . Он имеет автоматическую вставку, которая прерывает его работу, называемая XY-линкером. Было показано, что линкер XY перекрывает активный сайт, и при его удалении активируется PLC. [4]

Гены, кодирующие альфа-токсин ( Clostridium perfringens ) , Bacillus cereus PLC (BC-PLC) и PLC из Clostridium bifermentans и Listeria monocytogenes , были выделены и нуклеотиды секвенированы. Наблюдается значительная гомология последовательностей, приблизительно 250 остатков, от N-конца. Альфа-токсин имеет еще 120 остатков на С-конце. Сообщается, что С-конец альфа-токсина является «С2-подобным» доменом, относящимся к домену С2, обнаруженному у эукариот, которые участвуют в передаче сигнала и присутствуют в фосфоинозитид-фосфолипазе С млекопитающих . [5]

Ферментный механизм [ править ]

Общая реакция, катализируемая фосфолипазой C

Первичная катализируемая реакция PLC происходит на нерастворимом субстрате на границе раздела липид-вода. Остатки в активном сайте консервативны во всех изотипах PLC. У животных PLC избирательно катализирует гидролиз фосфолипидного фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата (PIP 2 ) на глицериновой стороне фосфодиэфирной связи. Происходит образование слабо связанного с ферментом промежуточного продукта, 1,2-циклического фосфодиэфира инозита, и высвобождение диацилглицерина (DAG) . Промежуточный продукт затем гидролизуют до 1,4,5-трифосфата инозита (IP 3 ) . [6] Таким образом, двумя конечными продуктами являются DAG и IP 3 . Для кислотно-основного катализа требуются два консервативных остатка гистидина и CaИон 2+ необходим для гидролиза PIP 2 . Было замечено, что Ca 2+ в активном центре координируется с четырьмя кислотными остатками, и если какой-либо из остатков мутирован, то для катализа требуется более высокая концентрация Ca 2+ . [7]

Регламент [ править ]

Активация [ править ]

Рецепторы, активирующие этот путь, в основном представляют собой рецепторы, связанные с G -белком, связанные с субъединицей G αq , включая:

  • 5-HT 2 серотонинергические рецепторы
  • адренорецепторы α 1 (Альфа-1) [8]
  • Рецепторы кальцитонина
  • Гистаминовые рецепторы H 1
  • Метаботропные рецепторы глутамата , группа I
  • Мускариновые рецепторы M 1 , M 3 и M 5
  • Рецептор тироид-высвобождающего гормона в передней доле гипофиза

Другими второстепенными активаторами, кроме G αq, являются:

  • MAP-киназа . Активаторы этого пути включают PDGF и FGF . [8]
  • βγ-комплекс из гетеротримерных G-белков , как и в незначительной пути из гормона роста выпуска путем гормона роста-рилизинг-гормона . [9]
  • Каннабиноидные рецепторы

Запрещение [ править ]

  • Низкая молекула U73122: аминостероид, предполагаемый ингибитор PLC. [10] [11] Однако специфичность U73122 подвергается сомнению. [12] [13] Сообщалось, что U73122 активирует фосфолипазную активность очищенных PLC. [14]
  • Эдельфозин : липидоподобное противоопухолевое средство (ЕТ-18-ОСН3) [15]
  • Автоингибирование линкера XY в клетках млекопитающих: предполагается, что линкер XY состоит из длинных участков кислых аминокислот, которые образуют плотные области отрицательного заряда. Эти области могут отталкиваться отрицательно заряженной мембраной при связывании PLC с липидами мембраны. Считается, что комбинация отталкивания и стерических ограничений удаляет линкер XY рядом с активным сайтом и снимает аутоингибирование. [1]
  • Соединения, содержащие каркас морфолинобензойной кислоты, относятся к классу лекарственно-подобных фосфатидилхолин-специфичных ингибиторов PLC [16] [17]
  • о- фенантролин: гетероциклическое органическое соединение, ингибирующее цинк-металлоферменты [18]
  • EDTA: молекула, которая хелатирует ионы Zn 2+ и эффективно инактивирует PLC, которая, как известно, ингибирует цинк-металлоферменты [19]

Биологическая функция [ править ]

PLC-опосредованное расщепление PIP2 до DAG и IP3

PLC расщепляет фосфолипид- фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат (PIP 2 ) на диацилглицерин (DAG) и инозитол-1,4,5-трифосфат (IP 3 ). Таким образом, PLC оказывает сильное влияние на истощение PIP 2 , который действует как мембранный якорь или аллостерический регулятор и агонист для многих липид-зависимых ионных каналов . [20] [21] PIP 2 также действует как субстрат для синтеза более редкого липидного фосфатидилинозитол 3,4,5-трифосфата (PIP 3 ) , который отвечает за передачу сигналов во многих реакциях. [22] Следовательно, PIP2 истощение в результате реакции PLC имеет решающее значение для регулирования локальных концентраций PIP 3 как в плазматической мембране, так и в ядерной мембране.

Два продукта реакции, катализируемой PLC, DAG и IP 3 , являются важными вторичными посредниками, которые контролируют различные клеточные процессы и являются субстратами для синтеза других важных сигнальных молекул. Когда PIP 2 расщепляется, DAG остается связанным с мембраной, а IP 3 высвобождается в виде растворимой структуры в цитозоль . Затем IP 3 диффундирует через цитозоль, связываясь с рецепторами IP 3 , особенно с кальциевыми каналами в гладкой эндоплазматической сети (ER). Это вызывает повышение цитозольной концентрации кальция, вызывая каскад внутриклеточных изменений и активности. [23] Кроме того, кальций и DAG вместе работают, чтобы активировать протеинкиназу C , которая продолжает фосфорилировать другие молекулы, что приводит к изменению клеточной активности. [23] Конечные эффекты включают вкусовые качества, стимулирование опухоли, а также экзоцитоз везикул, выработку супероксида из НАДФН-оксидазы и активацию JNK . [23] [24]

И DAG, и IP 3 являются субстратами для синтеза регуляторных молекул. DAG является субстратом для синтеза фосфатидной кислоты , регуляторной молекулы. IP 3 является субстратом, ограничивающим скорость синтеза полифосфатов инозита, которые стимулируют множественные протеинкиназы, транскрипцию и процессинг мРНК. [25] Регуляция активности PLC, таким образом, жизненно важна для координации и регуляции других ферментов путей, которые являются центральными для контроля клеточной физиологии.

Дополнительная информация: Функция кальция у позвоночных и функция протеинкиназы C

Кроме того, фосфолипаза C играет важную роль в пути воспаления. Связывание агонистов, таких как тромбин , адреналин или коллаген , с рецепторами на поверхности тромбоцитов может запускать активацию фосфолипазы C, чтобы катализировать высвобождение арахидоновой кислоты из двух основных мембранных фосфолипидов, фосфатидилинозитола и фосфатидилхолина . Затем арахидоновая кислота может перейти в путь циклооксигеназы (продуцируя простогландины ( PGE1 , PGE2, PGF2), простациклины (PGI2) или тромбоксаны (TXA2)) и путь липоксигеназы (продуцируя лейкотриены).(LTB4, LTC4, LTD4, LTE4)). [26]

Бактериальный вариант Clostridium perfringens типа A продуцирует альфа-токсин. Токсин обладает активностью фосфолипазы C и вызывает гемолиз , летальность и дермонекроз. В высоких концентрациях альфа-токсин вызывает массовую деградацию фосфатидилхолина и сфингомиелина с образованием диацилглицерина и церамида соответственно. Затем эти молекулы участвуют в путях передачи сигнала. [5] Сообщалось, что токсин активирует каскад арахидоновой кислоты в изолированной аорте крысы. [27] Сокращение, вызванное токсином, было связано с образованием тромбоксана А 2.из арахидоновой кислоты. Таким образом, вероятно, что бактериальный PLC имитирует действие эндогенного PLC в мембранах эукариотических клеток.

См. Также [ править ]

  • Гликозилфосфатидилинозитолдиацилглицерин-лиаза EC 4.6.1.14 Трипаносомальный фермент.
  • Фосфатидилинозитолдиацилглицерин-лиаза EC 4.6.1.13 Другой родственный бактериальный фермент
  • Фосфоинозитидфосфолипаза C EC 3.1.4.11 Основная форма, обнаруженная у эукариот, особенно у млекопитающих.
  • Семейство цинк-зависимых фосфолипаз C бактериальных ферментов EC 3.1.4.3, которое включает альфа-токсины C. perfringens (также известной как лецитиназа ), P. aeruginosa и S. aureus .

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Кадамур G, Росс Э.М. (2013). «Фосфолипаза С млекопитающих». Ежегодный обзор физиологии . 75 : 127–54. DOI : 10.1146 / annurev-Physiol-030212-183750 . PMID  23140367 .
  2. ^ Suh, PG; Парк, JI; Manzoli, L; Cocco, L; Пик, JC; Катан, М; Фуками, К; Катаока, Т; Юн, S; Рю, SH (2008). «Множественные роли фосфоинозитид-специфических изоферментов фосфолипазы C» . BMB Reports . 41 (6): 415–34. DOI : 10.5483 / bmbrep.2008.41.6.415 . PMID 18593525 . 
  3. ^ Titball, RW (1993). «Бактериальные фосфолипазы С.» Микробиологические обзоры . 57 (2): 347–66. DOI : 10.1128 / MMBR.57.2.347-366.1993 . PMC 372913 . PMID 8336671 .   
  4. ^ Хикс С.Н., język М.Р., Gershburg S, Сеиферт ДП, Харден ТК, Sondek J (август 2008 г.). «Общее и универсальное автоингибирование изоферментов PLC» . Молекулярная клетка . 31 (3): 383–94. DOI : 10.1016 / j.molcel.2008.06.018 . PMC 2702322 . PMID 18691970 .  
  5. ^ a b Сакурай Дж, Нагахама М, Ода М (ноябрь 2004 г.). «Альфа-токсин Clostridium perfringens: характеристика и механизм действия» . Журнал биохимии . 136 (5): 569–74. DOI : 10.1093 / Jb / mvh161 . PMID 15632295 . 
  6. ^ Essen LO, Perisic O, Катан M, Wu Y, Робертс MF, Williams RL (февраль 1997). «Структурное картирование каталитического механизма фосфоинозитид-специфической фосфолипазы C млекопитающих». Биохимия . 36 (7): 1704–18. DOI : 10.1021 / bi962512p . PMID 9048554 . 
  7. ^ Эллис, МВ; Джеймс, SR; Перишич, О; Даунс, ПК; Уильямс, Р.Л .; Катан, М. (1998). «Каталитический домен фосфоинозитид-специфической фосфолипазы C (PLC): анализ мутаций остатков в активном центре гидрофобного гребня PLCD1» . Журнал биологической химии . 273 (19): 11650–9. DOI : 10.1074 / jbc.273.19.11650 . PMID 9565585 . 
  8. ^ a b Уолтер Ф. Борон (2003). Медицинская физиология: клеточный и молекулярный подход . Elsevier / Saunders. п. 1300. ISBN 978-1-4160-2328-9. Стр.104
  9. ^ GeneGlobe -> Сигнализация GHRH [ постоянная мертвая ссылка ] Проверено 31 мая 2009 г.
  10. ^ Bleasdale JE, Тхакур NR, Gremban RS Банди GL, Фицпатрик FA, Smith RJ, овсянка S (ноябрь 1990). «Селективное ингибирование рецептор-связанных фосфолипазных C-зависимых процессов в человеческих тромбоцитах и ​​полиморфно-ядерных нейтрофилах». Журнал фармакологии и экспериментальной терапии . 255 (2): 756–68. PMID 2147038 . 
  11. ↑ Macmillan D, McCarron JG (июль 2010 г.). «Ингибитор фосфолипазы C U-73122 ингибирует высвобождение Ca (2+) из внутриклеточного хранилища Ca (2+) саркоплазматического ретикулума путем ингибирования накачки Ca (2+) в гладких мышцах» . Британский журнал фармакологии . 160 (6): 1295–301. DOI : 10.1111 / j.1476-5381.2010.00771.x . PMC 2938802 . PMID 20590621 .  
  12. ^ Хуанг Вт, Барретта М, Hajicek N, S Хикс, Харден ТК, Sondek Дж, Чжан Q (февраль 2013 г. ). «Низкомолекулярные ингибиторы фосфолипазы С от нового высокопроизводительного скрининга» . Журнал биологической химии . 288 (8): 5840–8. DOI : 10.1074 / jbc.M112.422501 . PMC 3581404 . PMID 23297405 .  
  13. ^ Лейтнер М.Г., Мишель N, Берендт М, Dierich М, Dembla S, Вилка Б, Конрад М, М Линднера, Oberwinkler J, Оливер D (август 2016). «Прямая модуляция каналов TRPM4 и TRPM3 ингибитором фосфолипазы C U73122» . Британский журнал фармакологии . 173 (16): 2555–69. DOI : 10.1111 / bph.13538 . PMC 4959952 . PMID 27328745 .  
  14. ↑ Klein RR, Bourdon DM, Costales CL, Wagner CD, White WL, Williams JD, Hicks SN, Sondek J, Thakker DR (апрель 2011 г.). «Прямая активация фосфолипазы С человека ее хорошо известным ингибитором u73122» . Журнал биологической химии . 286 (14): 12407–16. DOI : 10.1074 / jbc.M110.191783 . PMC 3069444 . PMID 21266572 .  
  15. ^ Horowitz Л.Ф., Hirdes W, Suh BC, Hilgemann DW, Mackie K, Хилле B (сентябрь 2005). «Фосфолипаза С в живых клетках: активация, ингибирование, потребность в Са2 + и регуляция М-тока» . Журнал общей физиологии . 126 (3): 243–62. DOI : 10,1085 / jgp.200509309 . PMC 2266577 . PMID 16129772 .  
  16. ^ Eurtivong, C .; Pilkington, LI; ван Ренсбург, М .; Белый, РМ; Kaur Brar, H .; Rees, S .; Паулин, Э.К .; Сюй, CS; Sharma, N .; Люнг, IKH; Leung, E .; Barker, D .; Рейниссон, Дж. (1 февраля 2020 г.). «Открытие новых ингибиторов фосфатидилхолин-специфической фосфолипазы C, подобных лекарственным средствам, в качестве потенциальных противораковых агентов» . Европейский журнал медицинской химии . 187 : 111919. дои : 10.1016 / j.ejmech.2019.111919 . PMID 31810783 . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  17. ^ Пилкингтон, LI; Воробей, К .; Рис, SWP; Паулин, Э.К .; ван Ренсбург, М .; Сюй, CS; Лэнгли, RJ; Люнг, IKH; Reynisson, J .; Leung, E .; Баркер, Д. (2020). «Разработка, синтез и биологическое исследование нового класса мощных ингибиторов PC-PLC». Европейский журнал медицинской химии . 191 : 112162. DOI : 10.1016 / j.ejmech.2020.112162 . PMID 32101781 . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  18. ^ Литтл C, Otnåss AB (июнь 1975). «Зависимость фосфолипазы С от ионов металлов Bacillus cereus». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Энзимология . 391 (2): 326–33. DOI : 10.1016 / 0005-2744 (75) 90256-9 . PMID 807246 . 
  19. ^ «Фосфолипаза C, специфичная для фосфатидилинозита из Bacillus cereus» (PDF) . Информация о продукте . Сигма Олдрич.
  20. ^ Hilgemann DW (октябрь 2007). «Локальные сигналы PIP (2): когда, где и как?». Pflügers Archiv . 455 (1): 55–67. DOI : 10.1007 / s00424-007-0280-9 . PMID 17534652 . S2CID 29839094 .  
  21. ↑ Хансен (1 мая 2015 г.). «Липидный агонизм: парадигма PIP2 лиганд-управляемых ионных каналов» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - молекулярная и клеточная биология липидов . 1851 (5): 620–628. DOI : 10.1016 / j.bbalip.2015.01.011 . PMC 4540326 . PMID 25633344 .  
  22. ↑ Falkenburger BH, Jensen JB, Dickson EJ, Suh BC, Hille B (сентябрь 2010 г.). «Фосфоинозитиды: липидные регуляторы мембранных белков» . Журнал физиологии . 588 (Pt 17): 3179–85. DOI : 10.1113 / jphysiol.2010.192153 . PMC 2976013 . PMID 20519312 .  
  23. ^ a b c Альбертс Б., Льюис Дж, Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2002). Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Нью-Йорк: Наука Гарланд. ISBN 978-0-8153-3218-3.
  24. ↑ Li Z, Jiang H, Xie W, Zhang Z, Smrcka AV, Wu D (февраль 2000 г.). «Роли PLC-beta2 и -beta3 и PI3Kgamma в хемоаттрактант-опосредованной передаче сигнала» . Наука . 287 (5455): 1046–9. Bibcode : 2000Sci ... 287.1046L . DOI : 10.1126 / science.287.5455.1046 . PMID 10669417 . 
  25. ^ Gresset А, Sondek Дж, Харден ТК (2012). «Изоферменты фосфолипазы С и их регуляция». Фосфоинозитиды I: ферменты синтеза и распада . Субклеточная биохимия. 58 . С. 61–94. DOI : 10.1007 / 978-94-007-3012-0_3 . ISBN 978-94-007-3011-3. PMC  3638883 . PMID  22403074 .
  26. ^ Piomelli, Daniele (1993-04-01). «Арахидоновая кислота в передаче сигналов в клетке» (PDF) . Текущее мнение в клеточной биологии . 5 (2): 274–280. DOI : 10.1016 / 0955-0674 (93) 90116-8 . PMID 7685181 .  
  27. ↑ Fujii Y, Sakurai J (май 1989 г.). «Сокращение изолированной аорты крысы, вызванное альфа-токсином Clostridium perfringens (фосфолипаза C): доказательства участия в метаболизме арахидоновой кислоты» . Британский журнал фармакологии . 97 (1): 119–24. DOI : 10.1111 / j.1476-5381.1989.tb11931.x . PMC 1854495 . PMID 2497921 .