Аспарагиновая эндопептидаза
![]()
Человеческий пролегумаин с каталитической триадой (красным), связанной с аутоингибирующим С-концевым продоменом (зеленым). ( ПРД : 4ФГУ ) | |||
Идентификаторы | |||
---|---|---|---|
Номер ЕС. | 3.4.22.34 | ||
Номер CAS. | 149371-18-6 | ||
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 | ||
|
Аспарагиновая эндопептидаза ( AEP , легумаин млекопитающих , δ-секретаза ; EC 3.4.22.34 ) представляет собой протеолитический фермент из семейства пептидаз C13 , который гидролизует пептидную связь, используя тиоловую группу остатка цистеина в качестве нуклеофила (отсюда также называемый цистеиновой протеазой ). Он также известен как аспарагинилэндопептидаза, цитвак, протеиназа B, гемоглобиназа, продукт гена PRSC1 или LGMN ( Homo sapiens ), вицилинпептидогидролаза и эндопептидаза бобов. У человека он кодируется геном LGMN (предыдущий символ PRSC1 ). [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
Он гидролизует субстраты на С-конце остатков аспарагина . Обнаруженный в 1996 году в бобах, его гомологи были идентифицированы у растений, простейших, позвоночных и гельминтов. Фермент участвует в ряде заболеваний человека, таких как рак , атеросклероз и воспаление . [ 4 ] Его можно обнаружить в селезенке, печени, мозге, ткани яичек и сердце. [ 5 ] и белок в основном локализован в лизосомах и эндосомах . Также интересно, что AEP активируется в зависимости от возраста. [ 6 ]
Распределение
[ редактировать ]был идентифицирован в вакуолях семян бобовых , а впоследствии был идентифицирован в лизосомах млекопитающих Этот фермент первоначально и Schistosoma mansoni . [ 7 ] Сейчас известно, что они присутствуют во многих растениях и животных. [ 8 ] [ 9 ]
Активность
[ редактировать ]Реакция и специфичность
[ редактировать ]Этот фермент катализирует следующую химическую реакцию :
- Гидролиз белков и низкомолекулярных субстратов по связям -Asn-Xaa-
Как растительные, так и животные бобовые наиболее активны в кислой среде. [ 10 ] [ 11 ]
Обработка продомена
[ редактировать ]Легмаины производятся в виде неактивных ферментов- предшественников . их С-концевой домен связывается с их активным сайтом (где субстрат обычно связывается ), ингибируя активность. [ 10 ] Попав в кислую среду вакуоли или лизосомы, продомен отщепляется, обнажая активный фермент. [ 10 ] [ 11 ]
Механизм
[ редактировать ]Легумаин представляет собой цистеиновую протеазу из семейства C13 клана протеаз CD ( MEROPS ). [ 11 ] Он использует каталитическую триаду цистеин протеолиза - гистидин - аспарагин в своем активном центре для осуществления ковалентного своего субстрата. [ 3 ]
Активация
[ редактировать ]Аспарагинэндопептидаза синтезируется в виде неактивного зимогена. [ 12 ] AEP и другие цистеинпептидазы активируются при изменении pH с нейтрального на кислый. Он подвергается аутопротеолитическому созреванию для каталитической активации. По-видимому, он автокаталитически расщепляется после остатка аспарагина или аспартата. Активация начинается при pH 4,5. Химическая структура на данный момент показывает, что разрывы, возникающие при pH 4,5, могут быть устранены в основных условиях кристаллизации. С-концевые фрагменты (≈13 кДа), образующиеся в ходе аутопротеолиза, могут постепенно повторно лигироваться с образованием профермента при повышении pH до pH 7,5, что означает, что протеолитическая активация AEP может быть обратимой. [ 6 ]
Биологические роли
[ редактировать ]Растения
[ редактировать ]Антимикробная активность
[ редактировать ]В растении Oldenlandia affinis он вырабатывает антимикробные циклические пептиды , которые важны для защиты растений от патогенов . [ 13 ] [ 14 ] Трава использовалась в народной африканской медицине для ускорения родов . [ 13 ]
Животные
[ редактировать ]Врожденная иммунная система
[ редактировать ]Существует множество регуляторов, которые влияют на иммунную систему и помогают поддерживать ее баланс. Если иммунная система слишком активна, существует опасность развития аутоиммунного заболевания, а пассивная иммунная система приведет к инфекциям или раку. Представление антигена играет ключевую роль в активации иммунной системы. [ 4 ] Было обнаружено, что AEP играет роль в этот критический момент. AEP участвует в презентации чужеродных и собственных белков с помощью белкового комплекса MHCII . [ 15 ] Роль AEP в иммунитете не ясна, но кажется, что она связана с ингибиторами контрольных точек, такими как PD-1 , который подавляет AEP, что является ключом к смещению баланса между борющимися с раком клетками и регуляторными Т-клетками . В отсутствие AEP тормозные контрольные точки могут не дать положительного ответа. Измерение этого фермента у пациентов может предсказать, какой из них может обеспечить лучший ответ на лечение. [ 16 ]
Сигнализация
[ редактировать ]Во врожденном иммунитете TLR играют важную роль. Эти TLR (в основном TLR7 и TLR9 ) могут протеолитически активироваться с помощью AEP. [ 17 ] Снижение провоспалительных цитокинов за счет стимуляции TLR9 было обнаружено в миелоидных клетках и плазмоцитоидных дендритных клетках, в которых отсутствовал AEP. [ 18 ] Фермент также важен для обработки вируса гриппа и иммунного ответа с использованием TLR7. [ 17 ] AEP играет решающую роль в обработке TLR. и AEP могут инициировать удаление инвариантной цепи в комплексе MHC-II, что может критически влиять на образование пептидов и активность MHCII. [ 19 ]
Болезнь
[ редактировать ]Нейродегенеративные заболевания
[ редактировать ]АЭП активируется во время ишемии головного мозга или ацидоза головного мозга и эпилептических припадков. Он переваривает белок SET , который является ингибитором ДНКазы , что приводит к повреждению ДНК и повреждению мозга. Повышенная активность АЭП в головном мозге наблюдается также у больных болезнью Альцгеймера и болезнью Паркинсона (БП). AEP расщепляет тау- белок [ 20 ] и белок-предшественник амилоида . У пациентов с БП альфа-синуклеин разрезается АЭП на токсичные куски. [ 4 ] [ 21 ] которые, как предполагается, могут играть роль в инициировании или патогенезе БП. [ 22 ]
болезнь Альцгеймера
[ редактировать ]Активный АЭП был обнаружен в повышенных количествах и транслоцирован в цитоплазму нейрональных клеток пациентов с БА. [ 23 ] При БА бляшки состоят из бета-амилоида , внутриклеточных нейрофибриллярных клубков и тау-белка. Нарушение протеолиза АРР и аномальное фосфорилирование тау приводят к образованию нейритных бляшек и нейрофибриллярных клубков (НФТ) соответственно, вызывая дегенерацию нейронов и деменцию. [ 24 ] Он также играет решающую роль в расстройствах поведения, связанных с AD, таких как тревога и депрессия. Это также играет роль в инсульте. Поскольку инсульт вызывает повышенную кислотность в мозге, АЭП становятся активными из-за низкого уровня pH. Затем он расщепляет SET, что вызывает гибель клеток мозга. [ 25 ] Нацеливание на AEP может помочь предотвратить появление симптомов AD. Разработка селективных ингибиторов AEP (таких как Cbz-L-Ala-L-Ala-AzaAsnхлорметилкетон и азапептидил-ингибиторы AEP) имеет решающее значение для помощи при заболеваниях. [ 4 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хара-Нисимура I (1998). «Аспарагинилэндопептидаза». В Барретт А.Дж., Роулингс Н.Д., Весснер Дж.Ф. (ред.). Справочник по протеолитическим ферментам . Лондон: Академическая пресса. стр. 746–749.
- ^ Далтон Дж. П., Бриндли П. Дж. (1998). «Шистосома бобовая». В Барретт А.Дж., Роулингс Н.Д., Весснер Дж.Ф. (ред.). Справочник по протеолитическим ферментам . Лондон: Академическая пресса. стр. 749–754.
- ^ Jump up to: а б Чен Дж.М., Роулингс Н.Д., Стивенс Р.А., Барретт А.Дж. (декабрь 1998 г.). «Идентификация активного сайта легумаина связывает его с каспазами, клострипаином и гингипаинами в новом клане цистеиновых эндопептидаз» . Письма ФЭБС . 441 (3): 361–5. дои : 10.1016/S0014-5793(98)01574-9 . ПМИД 9891971 . S2CID 46043484 .
- ^ Jump up to: а б с д Чжан Цз, Се М, Е К (октябрь 2016 г.). «Аспарагина эндопептидаза является инновационной терапевтической мишенью при нейродегенеративных заболеваниях» . Мнение экспертов о терапевтических целях . 20 (10): 1237–45. дои : 10.1080/14728222.2016.1182990 . ПМЦ 5315368 . ПМИД 27115710 .
- ^ Чен Дж.М., Дандо П.М., Стивенс Р.А., Фортунато М., Барретт А.Дж. (октябрь 1998 г.). «Клонирование и экспрессия мышиного легумаина, лизосомальной эндопептидазы» . Биохимический журнал . 335 (Часть 1) (1): 111–7. дои : 10.1042/bj3350111 . ПМЦ 1219758 . ПМИД 9742219 .
- ^ Jump up to: а б Чжао Л., Хуа Т., Кроули С., Ру Х., Ни). «Структурный анализ аспарагинилэндопептидазы выявляет механизм активации и обратимую промежуточную стадию созревания» . Клеточные исследования . 24 (3): 344–58. дои : 10.1038/cr.2014.4 . ПМЦ 3945893 . ПМИД 24407422 .
- ^ Чен Дж.М., Дандо П.М., Роулингс Н.Д., Браун М.А., Янг Н.Е., Стивенс Р.А., Хьюитт Э., Уоттс К., Барретт А.Дж. (март 1997 г.). «Клонирование, выделение и характеристика легумаина млекопитающих, аспарагинилэндопептидазы» . Журнал биологической химии . 272 (12): 8090–8. дои : 10.1074/jbc.272.12.8090 . ПМИД 9065484 .
- ^ Мюнц К., Шутов А.Д. (август 2002 г.). «Бобовые и их функции в растениях». Тенденции в науке о растениях . 7 (8): 340–4. дои : 10.1016/S1360-1385(02)02298-7 . ПМИД 12167328 .
- ^ Шутов А.Д., Блаттнер Ф.Р., Каховская И.А., Мюнц К. (февраль 2012 г.). «Новые аспекты молекулярной эволюции легумаинов, Asn-специфичных цистеиновых протеиназ». Журнал физиологии растений . 169 (3): 319–21. дои : 10.1016/j.jplph.2011.11.005 . ПМИД 22196948 .
- ^ Jump up to: а б с Чен Дж.М., Фортунато М., Барретт А.Дж. (декабрь 2000 г.). «Активация человеческого пролегумаина путем расщепления С-концевого остатка аспарагина» . Биохимический журнал . 352 Ч. 2 (2): 327–34. дои : 10.1042/bj3520327 . ПМК 1221463 . ПМИД 11085925 .
- ^ Jump up to: а б с «Семья С13» . merops.sanger.ac.uk . MEROPS — база данных пептидаз . Проверено 9 июня 2016 г.
- ^ Ли Д.Н., Мэтьюз С.П., Антониу А.Н., Маццео Д., Уоттс С. (октябрь 2003 г.). «Многоступенчатая аутоактивация аспарагинилэндопептидазы in vitro и in vivo» . Журнал биологической химии . 278 (40): 38980–90. дои : 10.1074/jbc.m305930200 . ПМИД 12860980 .
- ^ Jump up to: а б Гиллон А.Д., Саска И., Дженнингс К.В., Гуарино Р.Ф., Крейк Дж., Андерсон М.А. (февраль 2008 г.). «Биосинтез кольцевых белков у растений» . Заводской журнал . 53 (3): 505–15. дои : 10.1111/j.1365-313x.2007.03357.x . ПМИД 18086282 .
- ^ Крейк DJ (февраль 2012 г.). «Оборонозащитная деятельность циклотид» . Токсины . 4 (2): 139–56. дои : 10.3390/toxins4020139 . ПМК 3317112 . ПМИД 22474571 .
- ^ Мэтьюз С.П., Вербер И., Дойссинг Дж., Петерс К., Райнхекель Т., Уоттс К. (март 2010 г.). «Различные требования к протеазам для презентации антигена in vitro и in vivo» . Журнал иммунологии . 184 (5): 2423–31. doi : 10.4049/jimmunol.0901486 . ПМИД 20164435 .
- ^ «Обнаружена важность фермента AEP для иммунитета» . Проверено 28 августа 2018 г.
- ^ Jump up to: а б Маскалиди С., Хесслер С., Блан Ф., Сепульведа Ф.Е., Томе М., Шиньяр М., ван Эндерт П., Си-Тахар М., Декамп Д., Манури Б (16 августа 2012 г.). «Аспарагиновая эндопептидаза контролирует иммунные реакции против вируса гриппа посредством активации TLR7» . ПЛОС Патогены . 8 (8): e1002841. дои : 10.1371/journal.ppat.1002841 . ПМК 3420946 . ПМИД 22916010 .
- ^ Сепульведа Ф.Е., Масчалиди С., Колиссон Р., Хеслоп Л., Гирелли С., Сакка Е., Леннон-Дюменил А.М., Амигорена С., Кабани Л., Манури Б. (ноябрь 2009 г.). «Критическая роль аспарагин-эндопептидазы в передаче сигналов эндоцитарных Toll-подобных рецепторов в дендритных клетках» . Иммунитет . 31 (5): 737–48. doi : 10.1016/j.immuni.2009.09.013 . ПМИД 19879164 .
- ^ Мэнури Б., Маццео Д., Ли Д.Н., Биллсон Дж., Лоук К., Бенарох П., Уоттс С. (апрель 2003 г.). «Аспарагиновая эндопептидаза может инициировать удаление шаперона инвариантной цепи MHC класса II» . Иммунитет . 18 (4): 489–98. дои : 10.1016/s1074-7613(03)00085-2 . ПМИД 12705852 .
- ^ Чен, К; Чжоу, Ю; Ван, Х; Алам, А; Канг, СС; Ан, ЭХ; Лю, Х; Цзя, Дж; Йе, К (1 сентября 2021 г.). «Воспаление кишечника запускает C/EBPβ/δ-секретазу-зависимое распространение фибрилл Aβ и Tau от кишечника к мозгу при болезни Альцгеймера» . Журнал ЭМБО . 40 (17): е106320. дои : 10.15252/embj.2020106320 . ПМЦ 8408610 . ПМИД 34260075 .
- ^ Чжан, З; Канг, СС; Лю, Х; Ан, ЭХ; Чжан, З; Он, Л; Ювоне, премьер-министр; Дуонг, DM; Сейфрид, Северная Каролина; Бенски, MJ; Манфредссон, ФП; Джин, Л; Солнце, Ю; Ван, JZ; Йе, К (август 2017 г.). «Аспарагиновая эндопептидаза расщепляет α-синуклеин и опосредует патологическую активность при болезни Паркинсона» . Структурная и молекулярная биология природы . 24 (8): 632–642. дои : 10.1038/nsmb.3433 . ПМЦ 5871868 . ПМИД 28671665 .
- ^ Ан, ЭХ; Канг, СС; Лю, Х; Чен, Г; Чжан, З; Чандрасекхаран, Б; Алам, AM; Нейш, А.С.; Цао, X; Йе, К (январь 2020 г.). «Инициирование болезни Паркинсона от кишечника к мозгу с помощью δ-секретазы» . Клеточные исследования . 30 (1): 70–87. дои : 10.1038/s41422-019-0241-9 . ПМК 6951265 . ПМИД 31649329 .
- ^ Басурто-Ислас Г., Грундке-Икбал И., Тунг Ю.К., Лю Ф., Икбал К. (июнь 2013 г.). «Активация аспарагинилэндопептидазы приводит к гиперфосфорилированию тау при болезни Альцгеймера» . Журнал биологической химии . 288 (24): 17495–507. дои : 10.1074/jbc.M112.446070 . ПМЦ 3682549 . ПМИД 23640887 .
- ^ Чжан З, Сонг М, Лю Х, Кан СС, Квон И.С., Дуонг ДМ, Сейфрид НТ, Ху В.Т., Лю З, Ван Дж.З., Ченг Л., Сунь Й.Е., Ю С.П., Леви А.И., Йе К. (ноябрь 2014 г.). «Расщепление тау аспарагиновой эндопептидазой опосредует нейрофибриллярную патологию при болезни Альцгеймера» . Природная медицина . 20 (11): 1254–62. дои : 10.1038/нм.3700 . ПМЦ 4224595 . ПМИД 25326800 .
- ^ Гао Дж., Ли К., Ду Л., Инь Х., Тан Х., Ян З. (июль 2018 г.). «Удаление аспарагиновой эндопептидазы уменьшает тревожное и депрессивное поведение и улучшает способности пространственного познания у мышей». Бюллетень исследований мозга . 142 : 147–155. дои : 10.1016/j.brainresbull.2018.07.010 . ПМИД 30030107 . S2CID 51705806 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Легумаин в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)