Sfingomyelinaasi

Sfingomyeliinifosfodiesteraasi ( EC 3.1.4.12 , sfingomyeliinifosfodiesteraasi , sfingomyelinaasi ) on lysosomaalinen entsyymi , joka hajottaa kalvolipidisfingomyeliinin fosfatidyylikoliiniksi ja keramidiksi . Entsyymin puute johtaa merkittävään lipidien kertymiseen lysosomeihin , mikä aiheuttaa sairauksia, jotka tunnetaan nimellä Niemann-Pickin tauti [2] . Entsyymiä on 5 muotoa: hapan sfingomyelinaasi ( SMPD1 ), neutraali ( SMPD2 , SMPD3 ) ja happaman sfingomyelinaasin kaltainen (  SPDL3A , SPDL3B ).

Sfingomyelinaasiperhe

Viisi SMase-tyyppiä on tunnistettu. Ne luokitellaan kationiriippuvuutensa ja optimaalisen pH-vaikutuksensa mukaan ja sisältävät:

• Lysosomaalisen hapon SMaasi
• Erittynyt sinkistä riippuvainen hapan SMaasi
• Magnesiumriippuvainen neutraali SMase
• Magnesiumista riippumaton neutraali SMase
• Alkalinen SMase

Näistä lysosomaalista hapanta SMaasia ja magnesiumista riippuvaa neutraalia SMaasia pidetään ensisijaisina ehdokkaina keramidin tuottamiseen solun stressivasteessa [3] .

Neutraali sfingomyelinaasi

Neutraali sfingomyelinaasin (N-SMaasi) aktiivisuus kuvattiin ensimmäisen kerran fibroblasteissa potilailta, joilla oli Niemann-Pickin  tauti, lysosomaalinen varastointisairaus, jolle on ominaista happaman SMaasin puutos. [4] Myöhemmät tutkimukset osoittivat, että tämä entsyymi oli yhden geenin tuote, sen optimaalinen pH oli 7,4, sen aktiivisuus riippui Mg 2+ -ioneista ja oli erityisen runsaasti aivoissa. [5] Naudan aivoista tehty uudempi tutkimus kuitenkin vahvisti useiden N-SMaasi-isoformien olemassaolon, joilla on erilaiset biokemialliset ja kromatografiset ominaisuudet. [6]

Suuri läpimurto tapahtui 1980-luvun puolivälissä, kun Bacillus cereuksen ja Staphylococcus aureuksen ensimmäiset N-SMaasit kloonattiin . [7] [8] Näiden bakteerien sfingomyelinaasien sekvenssien käyttäminen homologiahauissa johti lopulta hiivan N-SMaasien ISC1 tunnistamiseen orastavassa hiivassa Saccharomyces cerevisiae [9] ja nisäkkään N-SMase-entsyymeissä nSMase1 ja nSMase2. [10] [11] [12] Identtisyys nisäkkäiden, hiivojen ja bakteerien SMaasien välillä on hyvin alhainen, noin 20 % nSMase2:n ja B. cereuksen SMaasien välillä. Sekvenssikohdistus (katso kuva) kuitenkin osoittaa useita konservoituneita tähteitä koko perheessä, erityisesti entsyymien katalyyttisellä alueella. [13] Tämä on johtanut ehdotukseen yhteisestä katalyyttimekanismista N-SMase-perheelle.

Kolmas N-SMase-proteiini, nSMase3, kloonattiin ja karakterisoitiin vuonna 2006. [14] nSMase3:lla on vähän samankaltaisuutta nSMase1:n tai nSMase2:n kanssa. Kuitenkin näyttää olevan korkea evoluution konservatiivisuus alemmista korkeampiin organismeihin, mikä viittaa siihen, että ne voivat sisältää ainutlaatuisen ja erillisen N-SMaasin. NSMase3:n korkea ilmentyminen sydämessä ja luustolihaksessa viittaa myös mahdolliseen rooliin sydämen toiminnassa. [neljätoista]

Aktiivinen sivusto

Suurennettu kuva SMasen aktiivisesta kohdasta sitoutuneiden Co 2+ -ionien kanssa, jossa näkyy kaksiarvoisten metallikationien sitomisesta vastuussa olevat jäännökset.

Listeria ivanoviin ja Bacillus cereuksen neutraalin sfingomyelinaasin kiderakenteen liuos mahdollisti niiden entsymaattisen kohdan täydellisemmän ymmärtämisen. B. cereus SMasen aktiivinen kohta sisältää tähteitä Asn -16, Glu - 53, Asp -195, Asn-197 ja sen -296. Näistä Glu-53-, Asp-195- ja His-296-tähteiden tiedetään olevan tärkeitä aktiivisuuden kannalta. SMase:n suhteellinen katalyyttinen aktiivisuus metalli-ionien sitoutuessa aktiiviseen kohtaan on tutkittu kaksiarvoisille metalli-ioneille Co 2+, Mn 2+, Mg 2+, Ca 2+ ja Sr.2+. Näistä viidestä metalli-ionista aktiiviseen kohtaan sitoutuneet Co2+, Mn2+ ja Mg2+ johtavat SMaasin korkeaan katalyyttiseen aktiivisuuteen. Aktiiviseen kohtaan sitoutuneilla Ca2+:lla ja Sr2+:lla on paljon pienempi SMase-katalyyttinen aktiivisuus. Kun yksi Mg 2+ -ioni tai kaksi Co 2+ -ionia sitoutuu aktiiviseen kohtaan, tuloksena on kaksinkertainen heksa-koordinoitu geometria, jossa on kaksi oktaedristä bipyramidia Co 2+:lle ja yksi oktaedrinen bipyramidi Mg 2+:lle. Kun yksi Ca 2+ -ioni sitoutuu aktiiviseen kohtaan, tuloksena on hepta-koordinoitu geometria. Siksi oletetaan, että metalli-ionien katalyyttisen aktiivisuuden ero johtuu geometrisista eroista. Mitä tulee Co 2+:aan ja Mg2+:aan, SMaasilla on parempi reaktiivisuus, kun kaksi Co 2+ -ionia on sitoutunut SMaseen; kun nämä Co 2+ -ionit ovat sitoutuneet, Glu-53 ja His-296 sitovat kumpikin yhden kaksiarvoisen metallikationin. Näitä kationeja ympäröivät siltaavat vesimolekyylit ja ne toimivat kuten Lewis-hapot. [viisitoista]

Mekanismi

Listeria ivanoviin ja Bacillus cereuksen neutraalin sfingomyelinaasin kiderakenteen ratkaiseminen valaisi myös niiden katalyyttisiä mekanismeja. SMasen aktiivinen kohta sisältää Glu- ja His-tähteitä, joista kukin liittyy yhteen tai kahteen kaksiarvoiseen metallikationiin, tavallisesti Co2+-, Mg2+- tai Ca2+-kationiin optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi. Nämä kaksi kationia osallistuvat katalyysiin värväämällä SM:ää SMase-aktiiviseen kohtaan. Glu-tähteeseen sitoutunut kaksiarvoinen kationi reagoi amidohapen ja esterihapen kanssa C1- ja fosfaatti.CM-ryhmän välillä; Asn-tähde ja His-tähteeseen liittyvä kaksiarvoinen metallikationi sitoutuvat SM-fosfaattiryhmän happiatomeihin. Tämä stabiloi fosfaattiryhmän negatiivisen varauksen. His-tähteeseen sekä Asp- ja Asn-sivuketjuihin sitoutunut metallikationi alentaa yhden siltaavan vesimolekyylin pKa-arvoa aktivoiden näin vesimolekyylin. Tämä vesimolekyyli toimii sitten nukleofiilina ja hyökkää fosfaattiryhmää SM vastaan ​​luoden viisiarvoisen fosforiatomin, jonka negatiivista varausta stabiloivat kaksiarvoiset metallikationit. Fosfaatti muuttaa sitten tetraedrisen konformaationsa muodostaen keramidia ja fosfokoliinia [15] .

Hapan sfingomyelinaasi

Hapan sfingomyelinaasi on yksi sfingomyeliinin (SMase) entsyymeistä, joka on vastuussa sfingomyeliinin hajoamisen katalysoinnista keramidiksi ja fosfatidyylikoliiniksi. Ne luokitellaan emäksisiin, neutraaleihin ja happamiin SMaaseihin sen pH:n perusteella, jossa niiden entsymaattinen aktiivisuus on optimaalinen. Lipidit, kationit, pH, redox-potentiaali ja muut ympäristön proteiinit voivat vaikuttaa happamien sfingomyelinaasien (aCMaasien) entsymaattiseen aktiivisuuteen. Erityisesti aSMaasien on osoitettu lisäävän entsymaattista aktiivisuutta väliaineissa, jotka on rikastettu (LBPA) tai fosfatidyyli-inositolilla (PI), ja ne estävät aktiivisuutta fosforyloitujen PI-johdannaisten läsnä ollessa.

Sfingomyeliinifosfodiesteraasi 1 [SMPD1] on geeni, joka koodaa kahta aSMase-entsyymiä, jotka ovat erilaisia ​​hydrolysoimissaan sfingomyeliinipoolissa. Lysosomaalista sfingomyelinaasia (L-SMaasi) löytyy lysosomaalisesta osastosta ja erittävää sfingomyelinaasia (S-SMaasi) ekstrasellulaarisesti.

Muistiinpanot

1. ↑ ATE 2ddt ; Ago H, Oda M, Takahashi M, Tsuge H, Ochi S, Katunuma N, Miyano M, Sakurai J (kesäkuu 2006). "Sfingomyeliinifosfodiesteraasiaktiivisuuden rakenteellinen perusta Bacillus cereuksen neutraalissa sfingomyelinaasissa". J Biol. Chem . 281 (23): 16157-67. DOI : 10.1074/jbc.M601089200 . PMID  16595670 .
2. ↑ PB Schneider, E. P. Kennedy. Sfingomyelinaasi normaaleissa ihmisen pernoissa ja Niemann-Pickin tautia sairastavien henkilöiden pernoissa  // Journal of Lipid Research. - 1967-05. - T. 8 , no. 3 . — S. 202–209 . — ISSN 0022-2275 . Arkistoitu alkuperäisestä 14. elokuuta 2021.
3. ↑ Sfingomyeliinifosfodiesteraasi . www.hmong.press . Haettu 17. helmikuuta 2022. Arkistoitu alkuperäisestä 17. helmikuuta 2022. (määrätön)
4. ↑ PB Schneider, E. P. Kennedy. Sfingomyelinaasi normaaleissa ihmisen pernoissa ja Niemann-Pickin tautia sairastavien henkilöiden pernoissa  // Journal of Lipid Research. - 1967-05. - T. 8 , no. 3 . — S. 202–209 . — ISSN 0022-2275 . Arkistoitu alkuperäisestä 17. helmikuuta 2022.
5. ↑ BG Rao, M.W. Spence. Sfingomyelinaasin aktiivisuus pH:ssa 7,4 ihmisen aivoissa ja vertailu aktiivisuuteen pH:ssa 5,0  // Journal of Lipid Research. - 1976-09. - T. 17 , no. 5 . — S. 506–515 . — ISSN 0022-2275 . Arkistoitu alkuperäisestä 17. helmikuuta 2022.
6. ↑ SY Jung, JH Suh, HJ Park, KM Jung, MY Kim. Kalvoon liittyvän neutraalin sfingomyelinaasin useiden muotojen tunnistaminen naudan aivoissa  // Journal of Neurochemistry. - 2000-09. - T. 75 , no. 3 . — S. 1004–1014 . — ISSN 0022-3042 . - doi : 10.1046/j.1471-4159.2000.0751004.x . Arkistoitu alkuperäisestä 17. helmikuuta 2022.
7. ↑ D.C. Coleman, J.P. Arbuthnott, H.M. Pomeroy, T.H. Birkbeck. Staphylococcus aureuksen beeta-lysiinideterminantin kloonaus ja ilmentäminen Escherichia colissa ja Staphylococcus aureuksessa: todisteita siitä, että beeta-lysiiniaktiivisuuden bakteriofaagikonversio johtuu beeta-lysiinideterminantin inaktivaatiosta  // Mikrobipatogeneesi. - 1986-12. - T. 1 , ei. 6 . — S. 549–564 . — ISSN 0882-4010 . - doi : 10.1016/0882-4010(86)90040-9 . Arkistoitu alkuperäisestä 17. helmikuuta 2022.
8. ↑ A. Yamada, N. Tsukagoshi, S. Udaka, T. Sasaki, S. Makino. Bacillus cereuksen sfingomyelinaasia koodaavan geenin nukleotidisekvenssi ja ekspressio Escherichia colissa  // European Journal of Biochemistry. - 1.8.1988. - T. 175 , no. 2 . — S. 213–220 . — ISSN 0014-2956 . - doi : 10.1111/j.1432-1033.1988.tb14186.x . Arkistoitu alkuperäisestä 17. helmikuuta 2022.
9. ↑ H. Sawai, Y. Okamoto, C. Luberto, C. Mao, A. Bielawska. ISC1:n (YER019w) tunnistaminen inositolifosfingolipidifosfolipaasi C:ksi Saccharomyces cerevisiaessa  // The Journal of Biological Chemistry. – 15.12.2000. - T. 275 , no. 50 . — S. 39793–39798 . — ISSN 0021-9258 . - doi : 10.1074/jbc.M007721200 . Arkistoitu alkuperäisestä 17. helmikuuta 2022.
10. ↑ Kaushlendra Tripathi. Inositolifosfingolipidifosfolipaasin C1, neutraalien sfingomyelinaasien hiivahomologin rooli DNA-vauriovasteessa ja -sairauksissa  // Journal of Lipids. - 2015. - T. 2015 . - S. 161392 . — ISSN 2090-3030 . - doi : 10.1155/2015/161392 . Arkistoitu alkuperäisestä 17. helmikuuta 2022.
11. ↑ S. Tomiuk, K. Hofmann, M. Nix, M. Zumbansen, W. Stoffel. Kloonattu nisäkkään neutraali sfingomyelinaasi: toimii sfingolipidisignaaleissa?  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. – 31.3.1998. - T. 95 , no. 7 . — S. 3638–3643 . — ISSN 0027-8424 . - doi : 10.1073/pnas.95.7.3638 . Arkistoitu alkuperäisestä 17. helmikuuta 2022.
12. ↑ S. Tomiuk, M. Zumbansen, W. Stoffel. Hiiren ja ihmisen magnesiumista riippumattoman neutraalin sfingomyelinaasin karakterisointi ja subsellulaarinen sijainti  // The Journal of Biological Chemistry. - 25.2.2000. - T. 275 , no. 8 . — S. 5710–5717 . — ISSN 0021-9258 . doi : 10.1074 / jbc.275.8.5710 . Arkistoitu alkuperäisestä 17. helmikuuta 2022.
13. ↑ Christopher J. Clarke, Christopher F. Snook, Motohiro Tani, Nabil Matmati, Norma Marchesini. Laajennettu neutraalien sfingomyelinaasien perhe  // Biokemia. – 26.9.2006. - T. 45 , no. 38 . — S. 11247–11256 . — ISSN 0006-2960 . doi : 10.1021 / bi061307z . Arkistoitu alkuperäisestä 17. helmikuuta 2022.
14. ↑ 1 2 Oleg Krut, Katja Wiegmann, Hamid Kashkar, Benjamin Yazdanpanah, Martin Krönke. Uusi tuumorinekroositekijään reagoiva nisäkkään neutraali sfingomyelinaasi-3 on C-häntä-ankkuroitu proteiini  // The Journal of Biological Chemistry. – 12.5.2006. - T. 281 , no. 19 . — S. 13784–13793 . — ISSN 0021-9258 . - doi : 10.1074/jbc.M511306200 . Arkistoitu alkuperäisestä 17. helmikuuta 2022.
15. ↑ 1 2 Hideo Ago, Masataka Oda, Masaya Takahashi, Hideaki Tsuge, Sadayuki Ochi. Sfingomyeliinifosfodiesteraasiaktiivisuuden rakenteellinen perusta Bacillus cereuksen neutraalissa sfingomyelinaasissa  // The Journal of Biological Chemistry. - 9.6.2006. - T. 281 , no. 23 . — S. 16157–16167 . — ISSN 0021-9258 . - doi : 10.1074/jbc.M601089200 . Arkistoitu alkuperäisestä 17. helmikuuta 2022.