Миозин-фосфатаза легкой цепи
| Фосфатаза легкой цепи миозина | |||
|---|---|---|---|
 Структура комплекса между PP1 и частью MYPT1, образованного из 1s70 [1] | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 3.1.3.53 | ||
| Номер CAS. | 86417-96-1 | ||
| Базы данных | |||
| ИнтЭнк | вид IntEnz | ||
| БРЕНДА | БРЕНДА запись | ||
| Экспаси | Просмотр NiceZyme | ||
| КЕГГ | КЕГГ запись | ||
| МетаЦик | метаболический путь | ||
| ПРЯМОЙ | профиль | ||
| PDB Структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||
| Генная онтология | АмиГО / QuickGO | ||
| |||
Фосфатаза легкой цепи миозина , также называемая миозинфосфатазой (EC 3.1.3.53; систематическое название [миозин-легкая цепь]-фосфатфосфогидролаза ), представляет собой фермент (в частности, серин/треонин-специфическую протеинфосфатазу ), который дефосфорилирует регуляторную легкую цепь. миозина II :
- [легкая цепь миозина] фосфат + H 2 O = [легкая цепь миозина] + фосфат
Эта реакция дефосфорилирования происходит в гладкой мышечной ткани и инициирует процесс релаксации мышечных клеток. Таким образом, миозинфосфатаза отменяет процесс мышечного сокращения , инициированный киназой легкой цепи миозина . Фермент состоит из трех субъединиц: каталитической области ( протеин-фосфатаза 1 или PP1), субъединицы, связывающей миозин (MYPT1), и третьей субъединицы (M20) с неизвестной функцией. Каталитическая область использует два иона марганца в качестве катализаторов для дефосфорилирования легких цепей миозина, что вызывает конформационные изменения миозина и расслабляет мышцы. Фермент высококонсервативен. [1] и содержится в гладкой мышечной ткани всех организмов. Хотя известно, что миозинфосфатаза регулируется rho-ассоциированными протеинкиназами , в настоящее время ведутся споры о том, регулируют ли этот фермент и другие молекулы, такие как арахидоновая кислота и цАМФ . [2]
Функция
[ редактировать ]Гладкая мышечная ткань состоит в основном из актина и миозина. [3] два белка, которые взаимодействуют друг с другом, вызывая сокращение и расслабление мышц. Миозин II, также известный как обычный миозин, имеет две тяжелые цепи, состоящие из головного и хвостового доменов, и четыре легкие цепи (по две на головку), которые связываются с тяжелыми цепями в «шейной» области. Когда мышце необходимо сократиться, ионы кальция поступают в цитозоль из саркоплазматического ретикулума , где они активируют кальмодулин, который, в свою очередь, активирует киназу легкой цепи миозина (киназу MLC). Киназа MLC фосфорилирует легкую цепь миозина (MLC 20 ) по остатку Ser-19. Это фосфорилирование вызывает конформационные изменения в миозине, активируя велосипедный цикл с поперечными мостиками и заставляя мышцу сокращаться. Поскольку миозин претерпевает конформационные изменения, мышца будет оставаться сокращенной, даже если концентрации кальция и активированной киназы MLC доводятся до нормального уровня. Конформационное изменение необходимо отменить, чтобы расслабить мышцу. [4]
Когда миозинфосфатаза связывается с миозином, она удаляет фосфатную группу . Без группы миозин возвращается к своей исходной конформации, в которой он не может взаимодействовать с актином и удерживать мышцу в напряжении, поэтому мышца расслабляется. Мышца будет оставаться в этом расслабленном положении до тех пор, пока миозин не будет фосфорилирован киназой MLC и не претерпит конформационного изменения.
Структура
[ редактировать ]
Миозинфосфатаза состоит из трех субъединиц. Каталитическая субъединица PP1 является одной из наиболее важных Ser/Thr-фосфатаз в эукариотических клетках , поскольку она играет роль в метаболизме гликогена , внутриклеточном транспорте, синтезе белка и делении клеток , а также в сокращении гладких мышц. [5] Поскольку он так важен для основных клеточных функций и поскольку в клетках гораздо меньше протеинфосфатаз, чем киназ, [6] Структура и функция PP1 высоко консервативны (хотя специфической изоформой, используемой в миозинфосфатазе, является изоформа δ, PP1δ). [7] PP1 работает, используя два иона марганца в качестве катализаторов дефосфорилирования (см. ниже).
Эти ионы окружает Y-образная щель с тремя бороздками: гидрофобной, кислой и С-концевой. Когда PP1 не связан ни с какой другой субъединицей, он не является особенно специфичным. Однако когда он связывается со второй субъединицей миозинфосфатазы, MYPT1 (ММ ~ 130 кДа), эта каталитическая щель меняет конфигурацию. Это приводит к резкому увеличению специфичности миозина. [1] Таким образом, ясно, что MYPT1 обладает большой регуляторной властью над PP1 и миозинфосфатазой даже без присутствия других активаторов или ингибиторов.
Третья субъединица, M20 (не путать с MLC 20 , важнейшей регуляторной субъединицей миозина), является самой маленькой и самой загадочной субъединицей. В настоящее время о М20 мало что известно, за исключением того, что он не необходим для катализа, поскольку удаление субъединицы не влияет на оборот или селективность. [1] Хотя некоторые полагают, что он может выполнять регулирующую функцию, пока ничего не определено. [2]
Механизм
[ редактировать ]Механизм удаления фосфата из Ser-19 очень похож на другие реакции дефосфорилирования в клетке, такие как активация гликогенсинтазы . Регуляторная субъединица миозина MLC 20 связывается как с гидрофобными, так и с кислотными бороздками PP1 и MYPT1, регуляторного сайта миозинфосфатазы. [1] [8] В правильной конфигурации и фосфорилированный серин , и свободная молекула воды стабилизируются остатками водородных связей в активном центре, а также положительно заряженными ионами (которые сильно взаимодействуют с отрицательной фосфатной группой). His-125 (на миозинфосфатазе) отдает протон Ser-19 (MLC20 ) , а молекула воды атакует атом фосфора . После перемещения протонов для стабилизации (что происходит быстрее по сравнению с атакой фосфора) образуются фосфат и спирт, и оба покидают активный центр.
Регулирование и здоровье человека
[ редактировать ]Регуляторные пути киназы MLC хорошо известны, но до конца 1980-х годов предполагалось, что миозинфосфатаза не регулируется, а сокращение/расслабление полностью зависит от активности киназы MLC. [2] Однако с 1980-х годов был обнаружен и тщательно исследован ингибирующий эффект rho-ассоциированной протеинкиназы. [11] RhoA GTP активирует Rho-киназу , которая фосфорилирует MYPT1 в двух основных ингибирующих сайтах: Thr-696 и Thr-866. [12] [13] Это полностью демонстрирует ценность MYPT1 не только для увеличения скорости и специфичности реакции, но и для значительного замедления реакции. Однако при добавлении телокина он эффективно отменяет действие Rho-киназы, хотя он и не дефосфорилирует MYPT1. [12]
Еще одна предложенная стратегия регулирования включает арахидоновую кислоту. Когда арахидоновая кислота добавляется к напряжённой мышечной ткани, она снижает скорость дефосфорилирования (и, следовательно, релаксации) миозина. Однако неясно, как арахидоновая кислота действует как ингибитор . [4] Две конкурирующие теории заключаются в том, что либо арахидоновая кислота действует как сопутствующий посредник в упомянутом выше каскаде ро-киназы, либо она связывается с c-концом MYPT1. [4]
Когда системы регуляции миозинфосфатазы начинают отказывать, это может иметь серьезные последствия для здоровья. Поскольку гладкие мышцы встречаются в дыхательной, кровеносной и репродуктивной системах человека (а также в других местах), если гладкие мышцы больше не могут расслабляться из-за неправильной регуляции, тогда возникает широкий ряд проблем, начиная от астмы , гипертонии и Это может привести к эректильной дисфункции . [4] [14]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Террак, Мохаммед; Керфф, Фредерик; и др. (17 июня 2004 г.). «Структурные основы регуляции протеинфосфатазы 1» . Природа . 429 (6993): 780–4. Бибкод : 2004Natur.429..780T . дои : 10.1038/nature02582 . ПМИД 15164081 .
- ^ Jump up to: а б с Хартшорн, диджей; Ито, М. (май 1998 г.). «Фосфатаза легкой цепи миозина: состав субъединиц, взаимодействия и регуляция». J Muscle Res Cell Motil . 19 (4): 325–41. дои : 10.1023/А:1005385302064 . ПМИД 9635276 . S2CID 27448238 .
- ^ Страница 174 в: Клетки гладких мышц сосудов: молекулярные и биологические реакции на внеклеточный матрикс . Авторы: Стивен М. Шварц, Роберт П. Мечем. Редакторы: Стивен М. Шварц, Роберт П. Мечем. Авторы: Стивен М. Шварц, Роберт П. Мечам. Издательство: Академик Пресс, 1995. ISBN 0-12-632310-0 , ISBN 978-0-12-632310-8
- ^ Jump up to: а б с д Уэбб, Р. Клинтон (ноябрь 2003 г.). «Гладкое сокращение и расслабление мышц». Достижения в области физиологического образования . 27 (4): 201–6. дои : 10.1152/advan.00025.2003 . ПМИД 14627615 .
- ^ Херли, Томас; Ян, Цзе; и др. (18 июля 2007 г.). «Структурные основы регуляции протеинфосфатазы 1 ингибитором-2» . Ж. Биол. Хим . 282 (39): 28874–83. дои : 10.1074/jbc.m703472200 . ПМИД 17636256 .
- ^ Коэн, Патрисия Т.В. (15 января 2002 г.). «Протеинфосфатаза 1, направленная во многих направлениях». J Cell Sci . 115 (2): 780–4. дои : 10.1242/jcs.115.2.241 . ПМИД 11839776 .
- ^ Фудзиока, М; Такахаши, Н. (1 апреля 1998 г.). «Новая изоформа нацеливающей/регуляторной субъединицы миозинфосфатазы человека (MYPT2): клонирование кДНК, экспрессия в тканях и хромосомное картирование». Геномика . 49 (1): 325–41. дои : 10.1006/geno.1998.5222 . ПМИД 9570949 .
- ^ Гомпертс, Бастейн Д. (19 августа 2009 г.). Преобразование сигнала: 2-е издание . Лондон: Академическая пресса. ISBN 978-0123694416 .
- ^ Ши, Игун (30 октября 2009 г.). «Серин/треонинфосфатазы: механизм через структуру» . Клетка . 139 (3): 468–84. дои : 10.1016/j.cell.2009.10.006 . ПМИД 19879837 . S2CID 13903804 .
- ^ Ли, Эрнест Ю.К.; Чжан, Лифан; и др. (15 марта 1999 г.). «Фосфорилаза-фосфатаза: новые горизонты для старого фермента» . Границы бионауки . 4 (1–3): 270–85. дои : 10,2741/ли . ПМИД 10077543 . Проверено 9 марта 2015 г.
- ^ Ван, Юэпэн; Риддик, Надин; и др. (27 февраля 2009 г.). «Регуляция изоформы ROCK миозинфосфатазы и сократимости в гладкомышечных клетках сосудов» . Цирк. Рез . 104 (4): 531–40. дои : 10.1161/circresaha.108.188524 . ПМЦ 2649695 . ПМИД 19131646 .
- ^ Jump up to: а б Хромов Е.С.; Момотани, К.; и др. (27 апреля 2012 г.). «Молекулярный механизм телокин-опосредованного растормаживания фосфатазы легкой цепи миозина и цАМФ/цГМФ-индуцированного расслабления гладких мышц желудочно-кишечного тракта» . J Биол Хим . 287 (25): 20975–85. дои : 10.1074/jbc.m112.341479 . ПМЦ 3375521 . ПМИД 22544752 .
- ^ Сомлио, Эндрю П.; Сомлё, Аврил В. (10 ноября 1999 г.). «Передача сигнала G-белками, Rho-киназой и протеинфосфатазой в гладкие мышцы и немышечный миозин II» . Журнал физиологии . 522 (2): 177–85. дои : 10.1111/j.1469-7793.2000.t01-2-00177.x . ПМК 2269761 . ПМИД 10639096 .
- ^ Агилар, Гектор; Митчелл, Б.Ф. (7 мая 2010 г.). «Физиологические пути и молекулярные механизмы, регулирующие сократимость матки» . Обновление репродукции человека . 16 (6): 725–44. дои : 10.1093/humupd/dmq016 . ПМИД 20551073 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Пато, доктор медицинских наук, Адельштейн Р.С. (1983). «Очистка и характеристика мультисубъединичной фосфатазы из гладких мышц желудка индейки. Влияние связывания кальмодулина с киназой легкой цепи миозина на дефосфорилирование» . Ж. Биол. Хим . 258 (11): 7047–54. дои : 10.1016/S0021-9258(18)32330-5 . ПМИД 6304072 .
- Кимура К; и др. (1996). «Регуляция миозинфосфатазы с помощью Rho и Rho-ассоциированной киназы (Rho-киназы)». Наука . 273 (5272): 245–248. Бибкод : 1996Sci...273..245K . дои : 10.1126/science.273.5272.245 . ПМИД 8662509 . S2CID 37249779 .
