Сериновая гидроксиметилтрансфераза
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 | ||
|

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 ]

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 ]
Фигуры
[ редактировать ]
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 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ 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
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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.
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 ]- Ахтар М., Эль-Обид Х.А. (март 1972 г.). «Инцивация сериновой траншидроксиметиметиметиметиметилазы и треониной альдолазы» Biochimica et biophysica acta (BB) - ферма 258 (3): 791–7 Doi : 10.1016/0005-2744 (72) 90180-5 5017703PMID
- Блейкли Р.Л. (декабрь 1960 г.). «Спектрофотометрическое исследование реакции, катализируемое серином траншидроксиметилазой» . Биохимический журнал . 77 (3): 459–465. doi : 10.1042/bj0770459 . PMC 1205057 . PMID 16748851 .
- Fujioka M (1969). «Очистка и свойства сериновой гидроксиметилазы из растворимой и митохондриальной фракций печени кролика». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - фермер . 185 (2): 338–349. doi : 10.1016/0005-2744 (69) 90427-6 . PMID 5808700 .
- Kumagai H, Nagate T, Yoshida H, Yamada H (март 1972 г.). «Треонин альдолаза из Candida humicola. II. Очистка, кристализация и свойства» Biochimica et biophysica acta (BB) - ферма 258 (3): 779–7 Doi : 10.1016/0005-2744 (72) 90179-9 5017702PMID
- Schirch L, Gross T (ноябрь 1968 г.). «Сериновая траншидроксиметилаза. Идентификация как треонин и алдолазы алдолазы» . Журнал биологической химии . 243 (21): 5651–5655. doi : 10.1016/s0021-9258 (18) 91916-2 . PMID 5699057 .
- Schirch L, Quashnock J (июнь 1981 г.). «Доказательства того, что тетрагидрофолат не связывается с сериновой гидроксиметилтрансферазой с положительной гомотропной кооперативностью» . Журнал биологической химии . 256 (12): 6245–6249. doi : 10.1016/s0021-9258 (19) 69154-4 . PMID 6787050 .
- Quashnock JM, Chlebowski JF, Martinez-Carrion M, Schirch L (январь 1983 г.). «Серин-гидроксиметилтрансфераза. 31p ядерное магнитно-резонансное исследование фермента-связанного пиридоксаля 5'-фосфата» . Журнал биологической химии . 258 (1): 503–507. doi : 10.1016/s0021-9258 (18) 33284-8 . PMID 6848517 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Серин+Гидроксиметилтрансфераза в Национальной медицинской библиотеке Медицинской библиотеки США (Mesh)