Кинуренин-3-монооксигеназа
кинуренин-3-монооксигеназа | |||
---|---|---|---|
Идентификаторы | |||
Номер ЕС. | 1.14.13.9 | ||
Номер CAS. | 9029-61-2 | ||
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 | ||
|
В энзимологии кинуренин -3-монооксигеназа ( EC 1.14.13.9 ) — фермент химическую , катализирующий реакцию .
- L -кинуренин + НАДФН + Н + + O 2 ⇌ 3-гидрокси- L -кинуренин + НАДФ + + Н 2 О
Кинуренин-3-монооксигеназа является продуктом экспрессии KMO (гена) . Систематическое название этого класса ферментов — L -кинуренин, НАДФН:оксидоредуктаза кислорода (3-гидроксилирующая) . Другие широко используемые названия включают кинуренин-3-гидроксилазу , кинуренингидроксилазу и L -кинуренин-3-гидроксилазу . Он участвует в метаболизме триптофана посредством катаболического пути кинуренина . Этот фермент принадлежит к семейству оксидоредуктаз , а точнее действующих на парные доноры с О 2 в качестве окислителя. Кинуренин-3-монооксигеназа катализирует внедрение молекулярного кислорода в ароматическое кольцо кинуренина с образованием 3-гидрокси- L -кинуренина. [ 2 ] Он использует один кофактор , FAD . Кинуренин-3-монооксигеназа служит важной точкой разветвления кинуренинового пути и, как следствие, является привлекательной мишенью для лечения иммунологических , нейродегенеративных и нейровоспалительных заболеваний . [ 3 ] В настоящее время большинство исследований фермента кинуренин-3-монооксигеназы сосредоточено в первую очередь на крысиных моделях. [ 4 ] и в дрожжах , [ 5 ] Было продемонстрировано, что оба из них имеют высокую гомологию последовательностей с белком кинуренин-3-монооксигеназы человека. Исследования показали положительный эффект ингибирования ферментов в этих активных центрах кинуренин-3-монооксигеназы эукариот, что делает этот фермент привлекательной мишенью для разработки лекарств для человека. [ 3 ] [ 5 ]
Структура
[ редактировать ]Кинуренин-3-монооксигеназа представляет собой димер, содержащий асимметричные субъединицы. [ 5 ] и имеет один FAD-связывающий домен в качестве простетической группы. [ 3 ] Кинуренин-3-монооксигеназа содержит линкерную область, участвующую в связывании субстрата, следующую за второй цепью антипараллельного β-листа , шестицепочечным антипараллельным доменом β-листа и α-спиралью на карбокси-конце. [ 5 ] Гидрофобный С -конец действует как домен закрепления митохондрий и участвует в ферментативной активности. [ 6 ]
Активный сайт
[ редактировать ]Хотя ни в одной научной литературе не сообщается о кристаллическом изображении комплекса кинуренин-3-монооксигеназы с L -кинуренином, структурные исследования фермента в дрожжах, сокристаллизованного с UPF 648, показывают, как кофактор FAD и субстрат связаны в активном центре. [ 1 ] Химическое сходство между UPF 648 и L -кинуренином позволяет предположить, что субстрат связывается вблизи Re -грани флавопротеина. Считается, что петля, содержащая остатки Pro 321 –Gln 325, является сайтом связывания кислорода над re-стороной простетической группы FAD. [ 5 ]
Каждый мономер содержит консервативный гидрофобный карман (остатки Leu 221 , Met 230 , Ile 232 , Leu 234 , Phe 246 , Pro 321 , Phe 322 ), расположенный вокруг ароматического бензольного фрагмента субстрата. [ 5 ] Консервативный полярный остаток Gln 325 также участвует в образовании водородных связей по карбонильной группе L -кинуренин, а также по водороду на атоме N3 ФАД. [ 1 ] Arg 83 и Tyr 97 также образуют полярные контакты с карбоксилатом аминокислотного фрагмента субстрата. [ 7 ]
Механизм
[ редактировать ]Кинуренин-3-монооксигеназа катализирует гидроксилирование - кинуренин L до 3-гидрокси- L -кинуренин с сопутствующим взаимопревращением НАДФН в НАДФ. + . Механизм реакции не совсем известен, но считается, что он соответствует механизмам, связанным с флавинзависимыми монооксигеназами . [ 8 ] После L -кинуренина НАДФН восстанавливает ФАД и уходит в виде НАДФ. связывания + . Затем кислород связывается и создает промежуточный продукт L -кинуренин-ФАД-гидропероксид. [ 5 ] [ 9 ] Это промежуточное соединение является электрофильным источником реакции гидроксилирования, в результате чего образуется первичная кетиминовая форма продукта и C4a-гидрокси-FAD. [ 10 ] Таутомеризация дает 3-гидрокси -L -кинуренин в комплексе с ферментом (E Fl HOH-P). Диссоциация 3-гидрокси- L -кинуренина и H 2 O приводит к образованию свободного фермента (E Fl ox ).
Биологическая функция
[ редактировать ]Кинуренин-3-монооксигеназа катализирует превращение L -кинуренина в 3-гидрокси- L -кинуренин, важный биоактивный метаболит на пути кинуренина . Кинурениновый путь ответственен за более чем 95% окислительного расщепления триптофана . [ 11 ] L -Кинуренин является важной точкой разветвления этого метаболического пути, превращаясь в нейротоксин 3-гидрокси- L -кинуренин посредством кинуренин-3-монооксигеназы, в нейропротекторную кинуреновую кислоту посредством кинуренинаминотрансферазы или в антраниловую кислоту посредством кинурениназы . [ 12 ]
Кинуренин-3-монооксигеназа регулирует последующее производство хинолиновой кислоты , которая может генерировать реактивные свободные радикалы. [ 13 ] и активирует подтип NMDA глутаматных рецепторов, вызывая эксайтотоксические поражения в центральной нервной системе млекопитающих. [ 14 ] [ 15 ] Хинолиновая кислота также является биопредшественником НАД. + . [ 12 ]
Ингибирование кинуренин-3-монооксигеназы приводит к увеличению содержания кинурениновой кислоты в кинурениновом пути. Этот метаболит действует как антагонист никотинового ацетилхолинового рецептора α7 и как антагонист глицинового участка рецептора NMDA. [ 16 ] В результате регуляция фермента кинуренин-3-монооксигеназы определяет нейротоксический и нейропротекторный потенциал кинуренинового пути.
Актуальность заболевания
[ редактировать ]Кинуренин-3-монооксигеназа является привлекательной мишенью для лечения ряда нейродегенеративных и нейровоспалительных заболеваний, особенно болезни Хантингтона , болезни Альцгеймера и Паркинсона . Введение мощных ингибиторов ферментов продемонстрировало многообещающие фармакологические результаты. [ 3 ] [ 5 ] В частности, было показано, что генетическое устранение фермента кинуренин-3-монооксигеназы подавляет токсичность белка хантингтина в дрожжах. [ 17 ] и дрозофила [ 18 ] модели болезни Гентингтона.
Дефицит кинуренин-3-монооксигеназы, который может быть вызван генетическим полиморфизмом , цитокинами или тем и другим, [ 19 ] приводит к накоплению кинуренина и сдвигу метаболического пути триптофана в сторону кинуреновой кислоты и антраниловой кислоты . Недавние исследования показывают, что гиперфизиологические концентрации кинуренина у пациентов с дефицитом кинуренин-3-монооксигеназы приводят к сдвигу в сторону выработки кинуреновой кислоты, что, как полагают, связано с когнитивным дефицитом в предсказательном поиске и зрительно-пространственной рабочей памяти . [ 20 ] Дефицит кинуренин-3-монооксигеназы связан с заболеваниями головного мозга (например, шизофрения , тики ) и печени. [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Амарал, М. (2014). «Кристаллическая структура кинуренин-3-монооксигеназы - усечена в положении 394 плюс расщеплена метка HIS». дои : 10.2210/pdb4j34/pdb .
{{cite journal}}
: Для цитирования журнала требуется|journal=
( помощь ) - ^ Филиппини, Грациелла Аллегри; Коста, Карло В.Л.; Бертаццо, Антонелла; Международное совещание по исследованию триптофана (1998 г.). Последние достижения в исследованиях триптофана: пути триптофана и серотонина . Достижения экспериментальной медицины и биологии. Том. 398. дои : 10.1007/978-1-4613-0381-7 . ISBN 978-1-4613-8026-9 . S2CID 38080353 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Смит, Джейсон Р.; Джейми, Джоан Ф.; Гиймен, Жиль Ж. (февраль 2016 г.). «Кинуренин-3-монооксигеназа: обзор структуры, механизма и ингибиторов». Открытие наркотиков сегодня . 21 (2): 315–324. дои : 10.1016/j.drudis.2015.11.001 . ISSN 1359-6446 . ПМИД 26589832 .
- ^ Хорн, У.; Ульрих, В.; Штаудингер, HJ (1971). «Очистка и характеристика L -кинуренин-3-гидроксилазы (EC 1.14.1.2.) из печени крыс». З. Физиол Хоппе-Зейлера. Хим . 352 (6): 837–842. дои : 10.1515/bchm2.1971.352.1.837 . ПМИД 5087636 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я Амарал, М; Леви, К; Привет, диджей; Лафит, П; Отейро, Техас; Джорджини, Ф; Лейс, Д; Скраттон, Н.С. (2013). «Структурные основы ингибирования кинуренин-3-монооксигеназы» . Природа . 496 (7445): 382–385. Бибкод : 2013Natur.496..382A . дои : 10.1038/nature12039 . ПМК 3736096 . ПМИД 23575632 .
- ^ Хираи К.Х. и др. (2010). «Двойная роль карбоксильно-концевой области L -кинуренин-3-монооксигеназы печени свиньи: сигнал, направляющий на митохондрии, и ферментативная активность». Дж. Биохим . 148 (6): 639–650. дои : 10.1093/jb/mvq099 . ПМИД 20802227 .
- ^ Моул Д. и др. (2016). «Ингибирование кинуренин-3-монооксигеназы предотвращает полиорганную недостаточность на моделях острого панкреатита на грызунах» . Природная медицина . 22 (2): 202–209. дои : 10.1038/nm.4020 . ПМЦ 4871268 . ПМИД 26752518 .
- ^ Бретон, Дж.; и др. (2000). «Функциональная характеристика и механизм действия рекомбинантной кинуренин-3-гидроксилазы человека» . Евро. Дж. Биохим . 267 (4): 1092–1099. дои : 10.1046/j.1432-1327.2000.01104.x . ПМИД 10672018 .
- ^ Перейти обратно: а б Крозье-Реабе, КР; и др. (2008). «Кинуренин-3-монооксигеназа из Pseudomonas fluorescens : субстратоподобные ингибиторы одновременно стимулируют восстановление флавина и стабилизируют промежуточное соединение флавин-пероксо, но приводят к образованию перекиси водорода». Биохимия . 47 (47): 12420–12433. дои : 10.1021/bi8010434 . ПМИД 18954092 .
- ^ Перейти обратно: а б Энч Б. и др. (1976). «Флавин-кислородные производные, участвующие в гидроксилировании п -гидроксибензоатгидроксилазы» . Ж. Биол. Хим . 251 (9): 2550–2563. дои : 10.1016/S0021-9258(17)33523-8 . ПМИД 816794 .
- ^ Тевандаваккам М.А. и др. (2010). «Нацеливание на кинуренин-3-монооксигеназу (КМО). Значение для терапии болезни Хантингтона». Нейрол ЦНС. Разлад. Цели по наркотикам . 9 (6): 791–800. дои : 10.2174/187152710793237430 . ПМИД 20942784 .
- ^ Перейти обратно: а б Джорджини Ф., Хуанг С.Ю., Сатьясайкумар К.В. и др. (2013). «Направленное удаление кинуренин-3-монооксигеназы у мышей: новый инструмент для изучения метаболизма кинуренинового пути на периферии и мозге» . Журнал биологической химии . 288 (51): 36554–36566. дои : 10.1074/jbc.M113.503813 . ПМЦ 3868768 . ПМИД 24189070 .
- ^ Риос, К.; Сантамария, А. (1991). «Хинолиновая кислота является мощным перекисителем липидов в гомогенатах мозга крыс». Нейрохим. Рез . 16 (10): 1139–1143. дои : 10.1007/bf00966592 . ПМИД 1686636 . S2CID 28669340 .
- ^ Стоун, ТВ; Перкинс, Миннесота (1981). «Хинолиновая кислота: мощный эндогенный возбудитель аминокислотных рецепторов в ЦНС». Евро. Дж. Фармакол . 72 (4): 411–412. дои : 10.1016/0014-2999(81)90587-2 . ПМИД 6268428 .
- ^ Шварц, Р.; Бруно, JP; Муховский, П.Дж.; Ву, штаб-квартира (2012 г.). «Кинуренины в мозге млекопитающих. Когда физиология встречается с патологией» . Нат. Преподобный Нейроски . 13 (7): 465–477. дои : 10.1038/nrn3257 . ПМК 3681811 . ПМИД 22678511 .
- ^ Хилмас, К.; Перейра, EF; Алкондон, М.; Рассулпур, А.; Шварц, Р.; Альбукерке, EX (2001). «Метаболит мозга кинуреновая кислота ингибирует активность никотиновых рецепторов α7 и увеличивает экспрессию никотиновых рецепторов, отличных от α7: физиопатологические последствия» . Дж. Нейроски . 21 (19): 7463–7473. doi : 10.1523/JNEUROSCI.21-19-07463.2001 . ПМК 6762893 . ПМИД 11567036 .
- ^ Джорджини, Ф.; Гуидетти, П.; Нгуен, К.; Беннетт, Южная Каролина; Муховский, П.Дж. (2005). «Геномный скрининг дрожжей показал, что кинуренин-3-монооксигеназа является терапевтической мишенью при болезни Хантингтона» . Нат. Жене . 37 (5): 526–531. дои : 10.1038/ng1542 . ПМЦ 1449881 . ПМИД 15806102 .
- ^ Крестьянин, С.; Грин, восточно-западный регион; Бреда, К.; Сатьясайкумар, К.В.; Муховски, П.Дж.; Шварц, Р.; Кириаку, CP; Джорджини, Ф (2011). «Кинурениновый путь модулирует нейродегенерацию в дрозофилы модели болезни Хантингтона у » . Курс. Биол . 21 (11): 961–966. дои : 10.1016/j.cub.2011.04.028 . ПМЦ 3929356 . ПМИД 21636279 .
- ^ Мюллер, Н; Мьинт, AM; Шварц, MJ (2010). «Воспалительные биомаркеры и депрессия». Нейротокс. Рез . 19 (2): 308–318. дои : 10.1007/s12640-010-9210-2 . ПМИД 20658274 . S2CID 3225744 .
- ^ Воноди И., Колин-Стайн О., Сатьясайкумар К.В. и др. (2011). «Пониженная экспрессия гена кинуренин-3-монооксигеназы и активность ферментов при шизофрении и генетическая ассоциация с эндофенотипами шизофрении» . Генеральная психиатрия . 68 (7): 665–674. doi : 10.1001/archgenpsychiatry.2011.71 . ПМЦ 3855543 . ПМИД 21727251 .
- ^ Хольце М., Саетре П., Энгберг Г. и др. (2012). «Полиморфизмы кинуренин-3-монооксигеназы: актуальность для синтеза кинуреновой кислоты у пациентов с шизофренией и здоровых людей» . J Психиатрия Неврология . 37 (1): 53–57. дои : 10.1503/яп.100175 . ПМЦ 3244499 . ПМИД 21693093 .
- ^ Кэмпбелл, Брайан М.; Чарыч, Эрик; Ли, Анна В.; Мёллер, Томас (2014). «Кинуренины при заболеваниях ЦНС: регуляция воспалительными цитокинами» . Границы в неврологии . 8 (12): 12. дои : 10.3389/fnins.2014.00012 . ПМЦ 3915289 . ПМИД 24567701 .
- ^ Хукстра, П.Дж.; Андерсон, генеральный менеджер; Трост, PW (2007). «Кинуренин в плазме и связанные с ним меры у пациентов с тиковыми расстройствами». Европейская детская подростковая психиатрия . 16 (Приложение 1): 71–77. дои : 10.1007/s00787-007-1009-1 . PMID 17665285 . S2CID 39150343 .
- ^ Бунесс А., Рот А., Херрманн А., Шмитц О., Камп Х. и др. (2014). «Идентификация метаболитов, клинических химических маркеров и транскриптов, связанных с гепатотоксичностью» . ПЛОС ОДИН . 9 (5): е97249. Бибкод : 2014PLoSO...997249B . дои : 10.1371/journal.pone.0097249 . ПМК 4023975 . ПМИД 24836604 .
- ^ Юкико, Хирата; Такаши, Кавачи; Такаси, Сугимура (2 октября 1967 г.). «Жирная печень, вызванная инъекцией L -триптофана». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Липиды и липидный обмен . 144 (2): 233–241. дои : 10.1016/0005-2760(67)90153-1 . ПМИД 4168935 .
- Фушер А.Л., Макинтош А., Дус Дж., Вастлинг Дж., Тейт А., Тернер СМ (2006). «Протеомный анализ устойчивости к лекарствам мышьяка у Trypanosoma brucei». Протеомика . 6 (9): 2726–2732. дои : 10.1002/pmic.200500419 . ПМИД 16526094 . S2CID 24074942 .
- Окамото Х, Хаяиси О (1967). «Потребность во флавинадениндинуклеотиде для кинуренингидроксилазы митохондрий печени крысы». Биохим. Биофиз. Рез. Коммун . 29 (3): 394–399. дои : 10.1016/0006-291X(67)90469-X . ПМИД 6076241 .
- Сайто Ю., Хаяиши О., Ротберг С. (1957). «Исследование оксигеназ; ферментативное образование 3-гидрокси- L -кинуренин из L -кинуренин» . Ж. Биол. Хим . 229 (2): 921–934. дои : 10.1016/S0021-9258(19)63696-3 . ПМИД 13502353 .