Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Сфингомиелин фосфодиэстераза
Smasegeometry2.gif
Кристаллическая структура сфингомиелиназы Bacillus cereus . [1]
Идентификаторы
ЕС нет.3.1.4.12
№ CAS9031-54-3
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

Сфингомиелинфосфодиэстераза ( EC 3.1.4.12 , также известная как нейтральная сфингомиелиназа , сфингомиелиназа или SMase ) представляет собой фермент гидролазу, который участвует в реакциях метаболизма сфинголипидов . SMase является членом  суперсемейства ферментов ДНКазы I и отвечает за расщепление сфингомиелина (SM) на фосфохолин и церамид . Активация SMase была предложена в качестве основного пути производства церамида в ответ на клеточные стрессы. [2]

Семейство сфингомиелиназ [ править ]

Выявлено пять типов SMase. Они классифицируются в соответствии с их катионной зависимостью и оптимумом действия pH и включают:

  • Лизосомальная кислота SMase
  • Секретируемая цинк-зависимая кислотная SMase
  • Магний-зависимая нейтральная SMase
  • Магний-независимый нейтральный SMase
  • Щелочная SMase

Из них лизосомальная кислая SMase и магний-зависимая нейтральная SMase считаются основными кандидатами на продукцию церамида в клеточной реакции на стресс.

Нейтральная сфингомиелиназа [ править ]

Активность нейтральной сфингомиелиназы (N-SMase) была впервые описана в фибробластах пациентов с болезнью Ниманна-Пика - лизосомальной болезнью накопления, характеризующейся дефицитом кислой SMase. [3] Последующее исследование показало, что этот фермент был продуктом отдельного гена, имел оптимальный pH 7,4, зависел от ионов Mg 2+ по своей активности и был особенно богат в мозге. [4] Однако более недавнее исследование головного мозга крупного рогатого скота подтвердило существование множества изоформ N-SMase с различными биохимическими и хроматографическими свойствами. [5]

Главный прорыв произошел в середине 1980-х годов с клонированием первых N-SMases из Bacillus cereus и Staphylococcus aureus . [6] [7] Использование последовательностей этих бактериальных сфингомиелиназ в поисках гомологии в конечном итоге привело к идентификации дрожжевых N-SMases ISC1 в почкующихся дрожжах Saccharomyces cerevisiae [8] и ферментов N-SMase млекопитающих, nSMase1 и nSMase2. [9] [10] [11]Идентичность между SMase млекопитающих, дрожжей и бактерий очень низкая - примерно 20% между nSMase2 и SMase B. cereus. Однако выравнивание последовательностей (см. Рисунок) указывает на ряд консервативных остатков во всем семействе, особенно в каталитической области ферментов. [12] Это привело к предположению об общем каталитическом механизме для семейства N-SMase.

Третий белок N-SMase - nSMase3 - появился недавно [ когда? ] клонировано и охарактеризовано. nSMase3 имеет небольшое сходство последовательностей с nSMase1 или nSMase2. Однако, по-видимому, существует высокая степень эволюционной консервативности от низших организмов к высшим, что позволяет предположить, что они могут включать уникальную и отличную N-SMase. Высокая экспрессия nSMase3 в сердце и скелетных мышцах также предполагает потенциальную роль в сердечной функции. [13]

Активный сайт [ править ]

Увеличенное изображение активного сайта SMase со связанными ионами Co 2+, показывающее остатки, ответственные за связывание катионов двухвалентного металла. Из PDB : 2dds .

Решение кристаллической структуры нейтральной сфингомиелиназы из Listeria ivanovii и Bacillus cereus позволило более полно понять их ферментативный сайт. Активный сайт из B. Cereus SMase содержит остатки Asn -16, Glu -53, Asp -195, Asn-197, и его -296. Известно, что из них остатки Glu-53, Asp-195 и His-296 важны для активности. Относительная каталитическая активность SMase, когда ионы металлов связаны с активным центром, была изучена для ионов двухвалентных металлов Co 2+ , Mn 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ и Sr.2+ . Из этих пяти ионов металлов Co 2+ , Mn 2+ и Mg 2+, связанные с активным центром, приводят к высокой каталитической активности SMase. Ca 2+ и Sr 2+, связанные с активным центром, проявляют гораздо более низкую каталитическую активность SMase. Когда один Mg 2+ ион или два Co 2+ ионы связываются с активным сайтом, двойные гекса- скоординированы результатов геометрии с двумя октаэдрических би-пирамид для Co 2+ и один октаэдрической би-пирамиды для Mg 2+ . Когда один Ca 2+ion связывается с активным центром, в результате получается гепта-скоординированная геометрия. Следовательно, предполагается, что различие в каталитической активности для ионов металлов связано с геометрическими различиями. Что касается Co 2+ и Mg 2+ , SMase имеет лучшую реакционную способность, когда два иона Co 2+ связаны с SMase; когда эти ионы Co 2+ связаны, каждый из Glu-53 и His-296 связывает один двухвалентный катион металла. Эти катионы окружены мостиковыми молекулами воды и действуют как кислоты Льюиса . [1]

Механизм [ править ]

Решение кристаллической структуры нейтральной сфингомиелиназы из Listeria ivanovii и Bacillus cereus также пролило свет на их каталитические механизмы. Активный сайт SMase содержит остатки Glu и His, каждый из которых связан с одним или двумя катионами двухвалентного металла, обычно Co 2+ , Mg 2+ или Ca 2+ для оптимальной работы. Эти два катиона участвуют в катализе, привлекая SM к активному центру SMase. Двухвалентный катион, связанный с остатком Glu, взаимодействует с амидокислородом и кислородом сложного эфира между C1 и фосфатом.группа СМ; Остаток Asn и катион двухвалентного металла, связанный с остатком His, связываются с атомами кислорода фосфатной группы SM. Это стабилизирует отрицательный заряд фосфатной группы. Катион металла, связанный с остатком His и боковыми цепями Asp и Asn, снижает значение pKa одной из мостиковых молекул воды, таким образом активируя молекулу воды. Затем эта молекула воды действует как нуклеофил и атакует фосфатную группу SM, создавая пятивалентный атом фосфора, отрицательный заряд которого стабилизируется катионами двухвалентных металлов. Затем фосфат преобразует свою тетраэдрическую конформацию с образованием церамида и фосфохолина . [1] Однако в настоящее время[ когда? ] неясно, является ли механизм действия кислой сфингомиелиназы таким же из-за отсутствия кристаллической структуры.

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б в PDB : 2ddt ; Аго Х., Ода М., Такахаши М., Цуге Х., Очи С., Катунума Н., Мияно М., Сакураи Дж. (Июнь 2006 г.). «Структурные основы активности сфингомиелин фосфодиэстеразы в нейтральной сфингомиелиназе из Bacillus cereus» . J. Biol. Chem . 281 (23): 16157–67. DOI : 10.1074 / jbc.M601089200 . PMID  16595670 .
  2. ^ Hannun Ю.А., Obeid Л.М. (июль 2002). «Церамид-центрическая вселенная липид-опосредованной регуляции клеток: стрессовые столкновения липидного типа» . J. Biol. Chem . 277 (29): 25847–50. DOI : 10.1074 / jbc.R200008200 . PMID 12011103 . 
  3. ^ Schneider PB, Кеннеди EP (май 1967). «Сфингомиелиназа в нормальной селезенке человека и в селезенке субъектов с болезнью Ниманна-Пика». J. Lipid Res . 8 (3): 202–9. PMID 4962590 . 
  4. Перейти ↑ Rao BG, Spence MW (сентябрь 1976 г.). «Активность сфингомиелиназы при pH 7,4 в мозге человека и сравнение с активностью при pH 5,0». J. Lipid Res . 17 (5): 506–15. PMID 9463 . 
  5. ↑ Jung SY, Suh JH, Park HJ, Jung KM, Kim MY, Na DS, Kim DK (сентябрь 2000 г.). «Идентификация множественных форм мембран-ассоциированной нейтральной сфингомиелиназы в мозге крупного рогатого скота» . J. Neurochem . 75 (3): 1004–14. DOI : 10.1046 / j.1471-4159.2000.0751004.x . PMID 10936181 . S2CID 46397368 .  
  6. Перейти ↑ Coleman DC, Arbuthnott JP, Pomeroy HM, Birkbeck TH (декабрь 1986). «Клонирование и экспрессия в Escherichia coli и Staphylococcus aureus детерминанты бета-лизина из Staphylococcus aureus: доказательства того, что бактериофаговое преобразование активности бета-лизина вызвано инсерционной инактивацией детерминанты бета-лизина». Microb. Патог . 1 (6): 549–64. DOI : 10.1016 / 0882-4010 (86) 90040-9 . PMID 3334158 . 
  7. ^ Ямада А, Tsukagoshi N, S Удака, Сасаки Т, Макино S, S Накамура, Литтл С, Томита М., Ikezawa Н (август 1988 г.). «Нуклеотидная последовательность и экспрессия в Escherichia coli гена, кодирующего сфингомиелиназу Bacillus cereus» . Евро. J. Biochem . 175 (2): 213–20. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1988.tb14186.x . PMID 2841128 . 
  8. ^ Савай Н, Окамото У, Luberto С, Мао С, Bielawska А, Domae Н, Hannun Ю.А. (декабрь 2000). «Идентификация ISC1 (YER019w) как инозитолфосфосфинголипидфосфолипаза C в Saccharomyces cerevisiae» . J. Biol. Chem . 275 (50): 39793–8. DOI : 10.1074 / jbc.M007721200 . PMID 11006294 . 
  9. ^ Трипатхи, K (2015). «Роль инозитолфосфинголипидфосфолипазы C1, дрожжевого гомолога нейтральных сфингомиелиназ в ответе на повреждение ДНК и заболеваниях» . Журнал липидов . 2015 : 161392. дои : 10,1155 / 2015/161392 . PMC 4544949 . PMID 26346287 .  
  10. ^ Tomiuk S, Hofmann K, M Никс, Zumbansen M, Штоффель W (март 1998). «Клонированная нейтральная сфингомиелиназа млекопитающих: функции в передаче сигналов сфинголипидов?» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 95 (7): 3638–43. Bibcode : 1998PNAS ... 95.3638T . DOI : 10.1073 / pnas.95.7.3638 . PMC 19888 . PMID 9520418 .  
  11. ^ Tomiuk S, M Zumbansen, Штоффель W (февраль 2000). «Характеристика и субклеточная локализация магний-зависимой нейтральной сфингомиелиназы мыши и человека» . J. Biol. Chem . 275 (8): 5710–7. DOI : 10.1074 / jbc.275.8.5710 . PMID 10681556 . 
  12. ^ Кларк CJ, Снук CF, Tani M, Matmati N, N Marchesini, Hannun YA (сентябрь 2006). «Расширенная семья нейтральных сфингомиелиназ». Биохимия . 45 (38): 11247–56. DOI : 10.1021 / bi061307z . PMID 16981685 . 
  13. ^ Круть O, Wiegmann K, Кашкар H, Yazdanpanah B, Кронке M (май 2006). «Новая нейтральная сфингомиелиназа-3 млекопитающих, чувствительная к фактору некроза опухолей, представляет собой заякоренный в С-хвосте белок» . J. Biol. Chem . 281 (19): 13784–93. DOI : 10.1074 / jbc.M511306200 . PMID 16517606 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • «Бактериальный токсин закрывает ворота иммунного ответа» 2008-02-13

Внешние ссылки [ править ]

  • Сфингомиелин + фосфодиэстераза в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)