Jump to content

Сериновая гидроксиметилтрансфераза

(Перенаправлено из SHMT1 )
Сериновая гидроксиметилтрансфераза
Сериновая гидроксиметилтрансфераза 1 (цитозольная), гомотетрамер, человек
Идентификаторы
ЕС №. 2.1.2.1
CAS №. 9029-83-8
Базы данных
Intenz Intenz View
Бренда Бренда вход
Расширение Вид Nicezyme
Кегг Кегг вход
Метатический Метаболический путь
Напрямую профиль
PDB Структуры RCSB PDB PDBE PDBSUM
Поиск
PMCarticles
PubMedarticles
NCBIproteins
Пимол отображала кристаллическую структуру сериновой гидроксиметилтрансферазы

Сериновая гидроксиметилтрансфераза (SHMT) представляет собой ( PLP) 6 ) , ( EC 2.1.2.1 ), который играет важную роль в клеточных одноуглероде зависимый пиридоксальфосфат ( B фермент витамин тетрагидрофолат (THF) до 5,10-метилентетрагидрофолата (5,10-CH 2 -thf). [ 1 ] Эта реакция обеспечивает самую большую часть одноуглеродистых единиц, доступных для ячейки. [ 2 ]

Структура

[ редактировать ]

Структура мономера SHMT похожа на прокариоты и эукариоты , но, хотя активный фермент является димером у прокариот, фермент существует в качестве тетрамера в эукариотических клетках, хотя эволюционная основа этого различия в структуре неизвестна. [ 1 ] Тем не менее, эволюционный путь, пройдя SHMT, переходя от прокариотической димерной формы к эукариотической тетрамерной форме, можно легко рассматривать как своего рода удвоенное событие. Другими словами, эукариотический тетрамер SHMT напоминает два прокариотических диме, которые упакованы, образуя то, что было описано как «димер димеров». [ 3 ] Было обнаружено, что взаимодействие между двумя мономерами в субъединице димера происходит в области большей области контакта и, следовательно, намного плотнее, чем взаимодействие между двумя димерами. [ 3 ] Человеческий серин-гидроксиметилтрансфераза 2 (SHMT2) регулирует одноуглеродные реакции переноса, необходимые для аминокислотного и нуклеотидного метаболизма, и регулируемого переключения между димерным и тетрамерным формами Shmt2, который индуцируется пиридоксальным фосфатом ,,, как [ 4 ] Недавно было показано, что он участвует в регуляции комплекса Brisc Dubiquitylase, связывая метаболизм с воспалением. Димер SHMT2, но не тетрамер, связанный с PLP, является мощным ингибитором мультимерного комплекса BRISC, выявляя потенциальный механизм регуляции воспаления SHMT2. [ 5 ]

Один мономер SHMT может быть подразделен на три домена: N-конце «ARM», «большой» домен и «маленький» домен. [ 3 ] N-концевая рука, по-видимому, поддерживает тесное взаимодействие между двумя мономерами. Рука, состоящая из двух альфа -спиралей и бета -листа , оборачивается вокруг другого мономера в олигомерной форме. [ 3 ] «Большой» домен содержит сайт связывания PLP , как видно у других PLP-зависимых белков, таких как аспартат-аминотрансфераза . [ 3 ] Большой домен в эукариотической форме также содержит гистидин, который необходим для стабильности тетрамера. [ 3 ] Все четыре гистидина этих остатков, по одному от каждого мономера, расположены в центре тетрамерного комплекса, где два гистидина из димерной субъединицы участвуют в укладке взаимодействия с гистидинами другой субъединицы. [ 3 ] Прокариотический SHMT имеет остаток пролина, а не гистидин в эквивалентном положении, что частично объяснило бы, почему прокариотический SHMT не образует тетрамеры. [ 6 ]

Структура активного сайта высоко консервативна между эукариотическими и прокариотическими формами. PLP закреплена с помощью лизина , который образует базовую связь Aldimine Schiff PLP с Aldehyde . [ 7 ] Было выдвинуто предположение, что близлежащий тирозин функционирует в качестве донора и акцептора протона во время стадии трансадиминации, а также стадии переноса формала и что аргинина задействует боковую цепь тирозина в катион -π -взаимодействие , что помогает снизить ПК остаток тирозина, снижая барьер для переноса протона. [ 7 ]

Механизм

[ редактировать ]

Механизм, обычно приписываемый ферментативной активности SHMT, представляет собой трансамидацию, сопровождаемая расщеплением аминокислотной боковой цепи от основной цепи. [ 7 ] N-концевой амин серина делает нуклеофильную образуя гем-диамин, а затем n- конце атаку на альдимин между лизином SHMT (внутренний альдимин) и альдегидом PLP , новый альдимин, на этот раз с серином (внешний альдимин). [ 7 ] [ 8 ] Считается, что близлежащий тирозин отвечает за большую часть протонных трансфертов, которые происходят во время трансадиминации. [ 7 ] [ 9 ] [ 10 ]

Глутамат в активном участке SHMT депротонирует сериновый гидроксил из внешнего альдимина, образующего формальдегид. Тетрагидрофолат (ТГФ) затем атакует формальдегид, образующий карбиноламин, за которым следует несколько протонных трансфертов и дегидратации карбиноламина, все этапы облегчаются ферментом. Промежуточное соединение метилен-ТТФ циклирует до 5,10-CH 2 -thf. Наконец, внешние реформы глицина перед гидролизом и высвобождение с активного сайта. [ 8 ] [ 11 ] [ 12 ]

Как только серин связан с PLP, PLP запускает α-элиминацию гидроксиметильной группы субстрата (серин). Эта группа высвобождается как молекула формальдегида, потому что близлежащий глутамат абстрагирует протон из гидроксильной группы. После этого нуклеофильный амин на ТГФ атакует свободное формальдегидное промежуточное соединение, чтобы сделать карбиноламин промежуточным. [ 8 ] [ 12 ] Во втором случае нуклеофильные амины на THF атакуют углерод с сериной боковой цепи, одновременно образуя промежуточное соединение карбиноламина на THF и промежуточное здание хиноида с PLP. [ 8 ] [ 13 ] Тем не менее, ТГФ не является обязательным субстратом для SHMT, что означает расщепление серина и других β-гидрокси аминокислот (таких как треонин ) может происходить без присутствия ТГФ, и, в этом случае, механизм представляет собой расщепление ретро-альдола. [ 14 ] Кроме того, представляется, что последующее обезвоживание промежуточного карбиноламина с образованием метиленового моста и полностью циклизируется в 5,10 -CH 2 -thf, не катализируется ферментом, и эта реакция может возникнуть спонтанно . [ 8 ] Фактически, это преобразование может произойти за пределами фермента, но исследование показывает, что эта реакция быстрее и термодинамически благоприятно, когда происходит внутри SHMT, которым помогает остаток Glu57. Более того, циклизация промежуточного карбиноламина для образования 5,10 -CH 2 -thf имеет важное значение для восстановления своего протона Glu57, который используется для протонирования протонирования хиноноида и завершения каталитического цикла. [ 12 ]

Клиническое значение

[ редактировать ]

Метаболизм фолата уже был субъектом химиотерапевтических SHMT стратегий, но ингибирование , хотя и исследовано, на самом деле не использовалось в коммерческих противоопухолевых препаратах. [ 15 ] Однако, поскольку фолоты, используемые метаболическими и фоластными ферментами, все очень похожи по структуре, и имитируют фолат, уже распространены в медицинском использовании, не было трудно найти потенциальные молекулярные структуры, которые могут ингибировать SHMT. [ 15 ] Например, PemetRexed уже используется в качестве антифолата для лечения мезотелиомы и было обнаружено эффективным ингибитором SHMT [ 15 ] и скрининг других антифолатов выявил LometRexol как еще один эффективный ингибитор SHMT. [ 16 ]

SHMT также прошел исследование в качестве потенциальной мишени для противомалярийных препаратов . Исследования показывают, что среда активного сайта SHMT Plasmodium (PSHT) отличается от среды цитозольного SHMT человека, что позволяет получить возможность селективного ингибирования PSHMT и, таким образом, лечения малярийных инфекций. [ 17 ] В частности, было показано, что некоторые молекулы пиразолопирана обладают селективной наномолярной эффективностью против PSHT. Плохая фармакокинетика , однако, не позволила этим пиразолопиранам быть эффективными в живых моделях. [ 18 ]

Изоформы

[ редактировать ]

Бактерии, такие как Escherichia coli и Bacillus stearothermophilus, имеют версии этого фермента, и, по -видимому, есть две изоформы SHMT у млекопитающих, одна в цитоплазме (CSHMT), а другая в митохондриях (MSHMT). [ 1 ] Растения могут иметь дополнительную изоформу SHMT в хлоропластах . [ 19 ]

У млекопитающих фермент представляет собой тетрамер из четырех идентичных субъединиц по приблизительно 50 000 далтонов. Интактное голоофермент имеет молекулярную массу приблизительно 200 000 Daltons и включает в себя четыре молекулы PLP в качестве коэнзимента . [ 20 ]

Другие реакции

[ редактировать ]

Наряду с его основной ролью в метаболизме фолата, SHMT также катализирует другие реакции, которые могут быть биологически значимыми, включая превращение 5,10-меенилтетрагидрофолата в 10-Формилтетрагидрофолат . [ 2 ] В сочетании с C 1 -тетрагидрофолатной синтазой и тетрагидроптероатом CSHMT также катализирует превращение формиата в серин. [ 2 ]

Роль в синдроме Смит -Магенис

[ редактировать ]

Синдром Смит -Магенис (SMS) является редким расстройством, которое проявляется как сложный набор признаков, включая аномалии лица, необычное поведение и задержку развития. [ 21 ] Это является результатом интерстициальной делеции в хромосоме 17p11.2, включая ген CSHMT и небольшое исследование, показало, что активность SHMT у пациентов с SMS составляла ~ 50% от нормы. [ 21 ] Снижение SHMT приведет к снижению глицинового бассейна, который может повлиять на нервную систему, уменьшая функционирование рецепторов NMDA . Это может быть потенциальным механизмом для объяснения SMS. [ 21 ]

Биологическая роль SHMT:
а ) серино -глицин взаимосвязь, катализируемой SHMT. THF = тетрагидрофолат, CH2-TTHF = N-5, N-10-метилентетрагидрофолат. Красная точка выделяет углерод, который переносится из SER в THF.
б ) Схематический обзор функции человека SHMT (HSHMT). MTHFD = метилентетрагидрофолат дегидрогеназа-циклогидролаза, CH2-THF = N-5, N-10-метилентетрагидрофолат, CH+ -THF = 5,10-меенилтетрагидрофолат, cho-thf = 10-Формилтетрагидрофолат, NADP+ = Никотинуидеридэдфус uced форма.
C ) SHMT, дигидрофолатредуктаза (DHFR) и тимидилатсинтаза (TS) в цикле фолата. THF = тетрагидрофолат, CH2-THF = 5,10-метилентетрагидрофолат, DHF = дигидрофолат, FDUMP = фтородезоксиуридин-5'-монофосфат, дамп = дезоксиуридин монофосф, DTMP = деокситимид монофосфат.
От Nonaka et al., 2019. [ 22 ]
  1. ^ Jump up to: а беременный в Appaji Rao N, Ambili M, под VR, Subramanya HS, Savithri HS (апрель 2003 г.). «Структурно-функциональная связь в серииновой гидроксиметлтрансферазе» Biochimica et Biophysica Acta (BB) - белки и протеомика 1647 (1–2): 24–2 Doi : 10.1016/s1570-9639 (03) 00043-8  12686103PMID
  2. ^ Jump up to: а беременный в Stover P, Schirch V (август 1990 г.). «Серин-гидроксиметилтрансфераза катализирует гидролиз 5,10-меенилтетрагидрофолата до 5-формалтетрагидрофолата» . Журнал биологической химии . 265 (24): 14227–14233. doi : 10.1016/s0021-9258 (18) 77290-6 . PMID   2201683 .
  3. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин Ренвик С.Б., Снелл К., Бауманн У (сентябрь 1998 г.). «Кристаллическая структура цитозольной сериновой гидроксиметилтрансферазы человека: мишень для химиотерапии рака» . Структура 6 (9): 1105–1116. doi : 10.1016/s0969-2126 (98) 00112-9 . PMID   9753690 .
  4. ^ Giardina G, Brunotti P, Fiascarelli A, Cicalini A, Costa MG, Buckle AM, et al. (Апрель 2015). «Как пиридоксаль 5'-фосфат дифференциально регулирует цитозольную и митохондриальную сериновую гидроксиметилтрансферазу олигомерное состояние» . Журнал FEBS . 282 (7): 1225–1241. doi : 10.1111/febs.13211 . PMID   25619277 . S2CID   11561274 .
  5. ^ Eyers PA, Murphy JM (ноябрь 2016 г.). «Развивающийся мир псевдоэферментов: белки, предрассудки и зомби» . BMC Biology . 14 (1): 98. Bibcode : 2019natur.570..194W . doi : 10.1038/s41586-019-1232-1 . PMC   5106787 . PMID   27835992 .
  6. ^ Scarsdale JN, Radaev S, Kazanina G, Schirch V, Wright HT (февраль 2000 г.). «Кристаллическая структура при 2,4 разрешения сериновой гидроксиметилтрансферазы E. coli в комплексе с глициновым субстратом и 5-формал-тетрагидрофолатом». Журнал молекулярной биологии . 296 (1): 155–168. doi : 10.1006/jmbi.1999.3453 . PMID   10656824 .
  7. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Florio R, Di Salvo ML, Vivoli M, Contestabile R (ноябрь 2011). «Серин -гидроксиметилтрансфераза: модельный фермент для механистических, структурных и эволюционных исследований». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - белки и протеомика . 1814 (11): 1489–1496. doi : 10.1016/j.bbapap.2010.10.010 . PMID   21059411 .
  8. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Schirch V, Szebenyi DM (октябрь 2005 г.). «Сериновая гидроксиметилтрансфераза повторно». Современное мнение о химической биологии . 9 (5): 482–487. doi : 10.1016/j.cbpa.2005.08.017 . PMID   16125438 .
  9. ^ Oliveira EF, Cerqueira NM, Fernandes PA, Ramos MJ (октябрь 2011 г.). «Механизм образования внутреннего альдимина в пиридоксале 5'-фосфат-зависимых ферментов». Журнал Американского химического общества . 133 (39): 15496–15505. doi : 10.1021/ja204229m . PMID   21854048 .
  10. ^ Cerqueira NM, Fernandes PA, Ramos MJ (май 2011 г.). «Вычислительные механистические исследования, рассматриваемые реакцией переъезда, присутствующей во всех пиридоксальных 5'-фосфатно-реквизитивных ферментах». Журнал химической теории и вычислений . 7 (5): 1356–1368. doi : 10.1021/ct1002219 . PMID   26610130 .
  11. ^ Триведи В., Гупта А., Джала В.Р., Сараванан П., Рао Г.С., Рао Н.А. и др. (Май 2002 г.). «Кристаллическая структура бинарных и тройных комплексов сериновой гидроксиметилтрансферазы из Bacillus Stearothermophilus: понимание каталитического механизма» . Журнал биологической химии . 277 (19): 17161–17169. doi : 10.1074/jbc.m111976200 . PMID   11877399 .
  12. ^ Jump up to: а беременный в Fernandes HS, Ramos MJ, Cerqueira NM (2018-10-03). «Каталитический механизм сериновой гидроксиметилтрансферазы: вычислительное исследование Oniom QM/MM». Катализ ACS . 8 (11): 10096–10110. doi : 10.1021/acscatal.8b02321 . ISSN   2155-5435 . S2CID   105838672 .
  13. ^ Szebenyi DM, Musayev FN, Di Salvo ML, Safo MK, Schirch V (июнь 2004 г.). «Серин -гидроксиметилтрансфераза: роль Glu75 и доказательства того, что серин расщепляется механизмом ретроальдола» . Биохимия . 43 (22): 6865–6876. doi : 10.1021/bi049791y . PMID   15170323 .
  14. ^ Chiba Y, Terada T, Kameya M, Shimizu K, Arai H, Ishii M, Igarashi Y (февраль 2012 г.). «Механизм реакции, независимой от фолат альдолазы, катализируется сериновой гидроксиметилтрансферазой» . Журнал FEBS . 279 (3): 504–514. doi : 10.1111/j.1742-4658.2011.08443.x . PMID   22141341 .
  15. ^ Jump up to: а беременный в Daidone F, Florio R, Rinaldo S, Contestabile R, Di Salvo ML, Cutruzzolà F, et al. (Май 2011). «В Silico и in vitro проверка сериновой гидроксиметилтрансферазы в качестве химиотерапевтической мишени антифолатного лекарственного средства PemetRexed». Европейский журнал по лекарственной химии . 46 (5): 1616–1621. doi : 10.1016/j.ejmech.2011.02.009 . PMID   21371789 .
  16. ^ Paiardini A, Fiascarelli A, Rinaldo S, Daidone F, Giardina G, Koes DR, et al. (Март 2015 г.). «Скрининг и тестирование in vitro антифолетных ингибиторов цитозольной сериновой гидроксиметилтрансферазы человека» . Chemmedchem . 10 (3): 490–497. doi : 10.1002/cmdc.201500028 . PMC   5438088 . PMID   25677305 .
  17. ^ Pinthong C, Maenpuen S, Amornwatcharapong W, Yuthavong Y, Leartsakulpanich U, Chaiyen P (июнь 2014 г.). «Отличительные биохимические свойства сериновой гидроксиметилтрансферазы человека по сравнению с ферментом плазмодия: последствия для селективного ингибирования» . Журнал FEBS . 281 (11): 2570–2583. doi : 10.1111/febs.12803 . PMID   24698160 .
  18. ^ Witschel MC, Rottmann M, Schwab A, Leartsakulpanich U, Chitnumsub P, Seet M, et al. (Апрель 2015). «Ингибиторы плазмодиальной сериновой гидроксиметилтрансферазы (SHMT): кокристаллические структуры пиразолопиранов с активной активностью в крови и печени». Журнал лекарственной химии . 58 (7): 3117–3130. doi : 10.1021/jm501987h . PMID   25785478 .
  19. ^ Besson V, Nauburger M, Rebeille F, Douce R (1995). «Свидетельство трех сериновых гидроксиметилтрансфераз в клетках зеленых листьев. Очистка и характеристика митохондриальных и хлоропластических изоформ». Plant Physiol. Биохимия . 33 (6): 665–673.
  20. ^ Martinez-Carrion M, Critz W, Quashnock J (апрель 1972 г.). «Молекулярная масса и субъединицы сериновой траншидроксиметилазы». Биохимия . 11 (9): 1613–1615. doi : 10.1021/bi00759a011 . PMID   5028104 .
  21. ^ Jump up to: а беременный в Elsea SH, Juyal RC, Jiralerspong S, Finucane BM, Pandolfo M, Greenberg F, et al. (Декабрь 1995). «Гаплоинсуфальность цитозольной сериновой гидроксиметилтрансферазы при синдроме Смит-Магенис» . Американский журнал человеческой генетики . 57 (6): 1342–1350. PMC   1801426 . PMID   8533763 .
  22. ^ Нонака Х., Наканиши Ю., Куно С., Ота Т., Мохидом К., Сайто и др. (Февраль 2019 г.). «Стратегия проектирования для зондов сериновой гидроксиметилтрансферазы на основе реакции типа ретро-альбола» . Природная связь . 10 (1): 876. doi : 10.1038/s41467-019-08833-7 . PMC   6382819 . PMID   30787298 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 3e1fc22bc0c8e506ca90d166c46b0b16__1711350900
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/3e/16/3e1fc22bc0c8e506ca90d166c46b0b16.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Serine hydroxymethyltransferase - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)