Jump to content

Папаиноподобная протеаза

(Перенаправлено с Цистеин-катепсина )

Папаин , однофамилец семьи, из Carica papaya.
Идентификаторы
Символ Пептидаза_CA
Пфам Клан CL0125
ЭКОД 219.1.1
МЕРОПС ЧТО

Папаин-подобные протеазы (или папаин-подобные (цистеиновые) пептидазы ; сокращенно PLP или PLCP ) представляют собой большое белковое семейство цистеиновых протеаз ферментов , которые имеют общие структурные и ферментативные свойства с одноименным членом группы, папаином . Они встречаются во всех сферах жизни . У животных эта группа часто известна как цистеиновые катепсины или, в более старой литературе, лизосомальные пептидазы . [ 1 ] В системе классификации ферментов протеаз MEROPS папаин-подобные протеазы образуют Clan CA. [ 2 ] Папаин-подобные протеазы имеют общий каталитической диады активный центр , содержащий цистеина аминокислотный остаток , который действует как нуклеофил . [ 1 ]

Геном человека кодирует одиннадцать цистеиновых катепсинов, которые обладают широким спектром физиологических функций. [ 3 ] У некоторых паразитов папаин-подобные протеазы играют роль во инвазии хозяина , например, крузипаин из Trypanosoma cruzi . [ 1 ] У растений они участвуют в защите хозяина и развитии. [ 4 ] Исследования папаин-подобных протеаз прокариот отстают от их эукариотических аналогов. [ 1 ] В клеточных организмах они синтезируются в виде препроферментов , которые не проявляют ферментативной активности до созревания, а их активность жестко регулируется, часто за счет присутствия эндогенных ингибиторов протеаз, таких как цистатины . [ 3 ] Во многих РНК-вирусах , включая важные человеческие патогены, такие как коронавирусы SARS-CoV и SARS-CoV-2 , белковые домены папаин-подобных протеаз часто играют роль в процессинге полипротеинов в зрелые вирусные неструктурные белки . [ 5 ] [ 6 ] Многие папаин-подобные протеазы считаются потенциальными мишенями для лекарств . [ 3 ] [ 7 ]

Классификация

[ редактировать ]

Система классификации ферментов протеаз MEROPS определяет клан CA как содержащий папаин-подобные протеазы. Считается, что они имеют общее эволюционное происхождение. По состоянию на 2021 год в клане насчитывалось 45 семей. [ 2 ] [ 8 ]

Структура

[ редактировать ]
Ранняя (1984 г.) рентгеновская кристаллография структуры зрелого фермента папаина. Преимущественно альфа-спиральный L-домен показан слева, а R-домен, богатый бета-листами, показан справа. Каталитические остатки выделены; цистеин (окисленный в этой структуре) показан зеленым цветом, а гистидин - синим. Сохраненная дисульфидная связь показана голубым цветом. Из PDB : 9PAP . [ 9 ]

Структура папаина была одной из первых белковых структур, экспериментально определенных с помощью рентгеновской кристаллографии . [ 3 ] [ 10 ] [ 9 ] Многие ферменты папаин-подобных протеаз функционируют как мономеры , хотя некоторые из них, такие как катепсин C (дипептидилпептидаза I), являются гомотетрамерами . Структура зрелого мономера обычно разделена на две доли или субдомены, известные как L-домен ( N-конец ) и R-домен ( С-конец ), где активный сайт . между ними расположен [ 1 ] L-домен преимущественно спиральный, тогда как R-домен содержит бета-листы в форме бета-бочки , окруженные спиралью. [ 3 ] Ферментный субстрат взаимодействует с обоими доменами в вытянутой конформации. [ 1 ] [ 3 ]

Папаин-подобные протеазы часто синтезируются в виде препроферментов или ферментативно неактивных предшественников. Сигнальный пептид на N-конце , который служит сигналом субклеточной локализации , расщепляется сигнальной пептидазой с образованием зимогена . посттрансляционная модификация в виде N-связанного гликозилирования . Параллельно происходит и [ 3 ] Зимоген все еще неактивен из-за присутствия пропептида , который действует как ингибитор, блокирующий доступ к активному центру. Пропептид удаляется путем протеолиза с образованием зрелого фермента. [ 1 ] [ 3 ] [ 11 ]

Каталитический механизм

[ редактировать ]

Папаин-подобные протеазы имеют каталитическую диаду, состоящую из остатка цистеина и гистидина , которые образуют ионную пару через свои заряженные тиолатные и имидазолиевые боковые цепи. Отрицательно заряженный тиолат цистеина действует как нуклеофил . [ 1 ] [ 2 ] Дополнительные соседние остатки — аспартат , аспарагин или глутамин — позиционируют каталитические остатки; [ 1 ] [ 2 ] в папаине необходимые каталитические остатки цистеин, гистидин и аспартат иногда называют каталитической триадой (аналогично сериновым протеазам ). [ 11 ] Папаин-подобные протеазы обычно являются эндопептидазами , но некоторые члены группы также или даже исключительно являются экзопептидазами . [ 1 ] Некоторые вирусные папаин-подобные протеазы, в том числе коронавирусы , также могут расщеплять изопептидные связи и функционировать как деубиквитиназы . [ 5 ]

Эукариоты

[ редактировать ]

Млекопитающие

[ редактировать ]

У животных, особенно в биологии млекопитающих, члены семейства папаин-подобных протеаз обычно называются цистеиновыми катепсинами, то есть цистеиновых членами группы протеаз, известных как катепсины (которая включает цистеиновые, сериновые и аспарагиновые протеазы ). . имеется 11 цистеиновых катепсинов: B , C , F , H , K , L , O , S , V , X и W. У человека Большинство катепсинов экспрессируются по всему телу, но некоторые имеют более узкое распределение в тканях . [ 1 ] [ 3 ]

Человеческий катепсин К в комплексе с ковалентным ингибитором оданакатибом показан голубым цветом, а ковалентно модифицированный каталитический цистеин - зеленым. Оданакатиб изучался в клинических исследованиях в качестве ингибитора катепсина К при остеопорозе. [ 12 ]

Хотя исторически они известны как лизосомальные протеазы и изучаются главным образом из-за их роли в катаболизме белков , с тех пор было идентифицировано, что цистеиновые катепсины играют важную роль в ряде физиологических процессов и болезненных состояний. В рамках нормальных физиологических процессов они участвуют в ключевых этапах антигена в рамках адаптивной иммунной системы , ремоделировании внеклеточного матрикса , дифференцировке кератиноцитов презентации и процессинге пептидных гормонов . [ 1 ] [ 3 ] Цистеиновые катепсины связаны с раком и прогрессированием опухолей , сердечно-сосудистыми заболеваниями , аутоиммунными заболеваниями и другими состояниями здоровья человека. [ 11 ] [ 13 ] [ 14 ] Катепсин К играет роль в резорбции костей и был изучен в качестве мишени для лечения остеопороза . [ 15 ]

Паразиты

[ редактировать ]

Ряд паразитов , в том числе гельминты (паразитические черви), используют папаин-подобные протеазы в качестве механизмов инвазии в своих хозяев . Примеры включают Toxoplasma gondii и Giardia lamblia . У многих плоских червей очень высокий уровень экспрессии цистеиновых катепсинов; у печеночного сосальщика Fasciola hepatica дупликация генов привела к образованию более 20 паралогов катепсин -L -подобного фермента. [ 1 ] Цистеиновые катепсины также являются частью нормального жизненного цикла одноклеточного паразита Leishmania , где они действуют как факторы вирулентности . [ 16 ] Фермент и потенциальная мишень препарата крузипаин важны для жизненного цикла паразита Trypanosoma cruzi , вызывающего болезнь Шагаса . [ 17 ]

Растения

[ редактировать ]
Рентгеновская кристаллографическая структура папаина в комплексе с ингибитором цистатиновой протеазы (оранжевый) из растения таро . Остатки активного центра выделены (цистеин зеленым и гистидин синим цветом). Из PDB : 3IMA . [ 18 ]

Члены семейства папаин-подобных протеаз играют ряд важных ролей в развитии растений , включая прорастание семян , старение листьев и реакцию на абиотический стресс . Папаин-подобные протеазы участвуют в регуляции запрограммированной гибели клеток у растений, например, в тапетуме во время развития пыльцы . Они также важны для иммунитета растений, обеспечивая защиту от вредителей и патогенов . [ 4 ] Взаимосвязь между растительными папаин-подобными протеазами и реакцией на патогены, такие как цистатина ингибиторы , описывается как эволюционная гонка вооружений . [ 19 ]

Некоторые представители семейства PLP в растениях имеют кулинарное и коммерческое применение. Одноименный член семейства, папаин , представляет собой протеазу, полученную из папайи , используемую в качестве размягчителя мяса . [ 20 ] Подобные, но менее широко используемые растительные продукты включают бромелайн из ананаса и фицин из инжира . [ 1 ] [ 20 ]

Прокариоты

[ редактировать ]

Хотя папаин-подобные протеазы встречаются во всех сферах жизни они изучены хуже, , у прокариот чем у эукариот . [ 1 ] Лишь немногие прокариотические ферменты PLP были охарактеризованы с помощью рентгеновской кристаллографии или ферментативных исследований, в основном из патогенных бактерий, включая стрептопаин из Streptococcus pyogenes ; ксилеллаин из возбудителя растений Xylella fastidiosa ; [ 21 ] Cwp84 Clostridium difficile ; [ 22 ] и Lpg2622 из Legionella pneumophila . [ 23 ]

Рентгеновская кристаллографическая структура домена папаин-подобной протеазы (PLPro) из SARS-CoV-2. неструктурного белка 3 Каталитические остатки выделены цистеином зеленым цветом и гистидином синим цветом. Синяя сфера — связанный ион цинка . Из PDB : 6WZU . [ 24 ]

Семейство папаин-подобных протеаз включает ряд белковых доменов , которые встречаются в крупных полипротеинах, экспрессируемых РНК-вирусами . [ 2 ] Среди наиболее изученных вирусных PLP — нидовирусные папаин-подобные протеазные домены нидовирусов особенно , коронавирусов . Эти PLP ответственны за несколько событий расщепления, которые перерабатывают большой полипротеин в вирусные неструктурные белки , хотя они выполняют меньше расщеплений, чем 3C-подобная протеаза (также известная как основная протеаза). [ 5 ] PLP коронавируса представляют собой многофункциональные ферменты, которые также могут действовать как деубиквитиназы (расщепляющие изопептидную связь с убиквитином ) и «деИСГилирующие ферменты» с аналогичной активностью против убиквитиноподобного белка ISG15 . [ 5 ] [ 6 ] В патогенах человека, включая SARS-CoV , MERS-CoV и SARS-CoV-2 , домен PLP необходим для репликации вируса и поэтому считается мишенью для разработки противовирусных препаратов . [ 6 ] [ 7 ] Один из таких экспериментальных противовирусных препаратов, Jun12682 , изучается как потенциальное средство лечения COVID-19, и считается, что он действует путем ингибирования папаин-подобной протеазы SARS-CoV-2 (PLpro). [ 25 ]

  1. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот Новинец М., Ленарчич Б. (июнь 2013 г.). «Папаин-подобные пептидазы: структура, функции и эволюция» . Биомолекулярные концепции . 4 (3): 287–308. дои : 10.1515/bmc-2012-0054 . ПМИД   25436581 . S2CID   2112616 .
  2. ^ Перейти обратно: а б с д и «Сводка по клану СА» . МЕРОПС . Проверено 20 декабря 2021 г.
  3. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж Турк В., Стока В., Васильева О., Ренко М., Сан Т., Турк Б. и др. (январь 2012 г.). «Цистеиновые катепсины: от структуры, функции и регуляции к новым горизонтам» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1824 (1): 68–88. дои : 10.1016/j.bbapap.2011.10.002 . ПМК   7105208 . ПМИД   22024571 .
  4. ^ Перейти обратно: а б Лю Х, Ху М, Ван Ц, Ченг Л, Чжан Цз (4 декабря 2018 г.). «Роль папаин-подобных цистеиновых протеаз в развитии растений» . Границы в науке о растениях . 9 : 1717. doi : 10.3389/fpls.2018.01717 . ПМК   6288466 . ПМИД   30564252 .
  5. ^ Перейти обратно: а б с д Милех А.М., Чен Ю, Месекар А.Д., Бейкер СК (декабрь 2014 г.). «Папаин-подобные протеазы нидовируса: многофункциональные ферменты с протеазной, деубиквитинирующей и деисгилирующей активностью» . Вирусные исследования . 194 : 184–190. doi : 10.1016/j.virusres.2014.01.025 . ПМК   4125544 . ПМИД   24512893 .
  6. ^ Перейти обратно: а б с Хартениан Э., Нандакумар Д., Лари А., Ли М., Такер Дж.М., Глаунсингер Б.А. (сентябрь 2020 г.). «Молекулярная вирусология коронавирусов» . Журнал биологической химии . 295 (37): 12910–12934. дои : 10.1074/jbc.REV120.013930 . ПМЦ   7489918 . ПМИД   32661197 .
  7. ^ Перейти обратно: а б Клемм Т., Эберт Г., Каллея Д.Д., Эллисон К.С., Ричардсон Л.В., Бернардини Дж.П. и др. (сентябрь 2020 г.). «Механизм и ингибирование папаинподобной протеазы PLpro SARS-CoV-2» . Журнал ЭМБО . 39 (18): e106275. дои : 10.15252/embj.2020106275 . ПМК   7461020 . ПМИД   32845033 . S2CID   221328909 .
  8. ^ Роулингс Н.Д., Барретт А.Дж., Томас П.Д., Хуан Х, Бейтман А., Финн Р.Д. (январь 2018 г.). «База данных протеолитических ферментов MEROPS, их субстратов и ингибиторов в 2017 году и сравнение с пептидазами в базе данных PANTHER» . Исследования нуклеиновых кислот . 46 (Д1): Д624–Д632. дои : 10.1093/нар/gkx1134 . ПМЦ   5753285 . ПМИД   29145643 .
  9. ^ Перейти обратно: а б Камфуис И.Г., Калк К.Х., Сварте М.Б., Дрент Дж. (октябрь 1984 г.). «Структура папаина уточнена при разрешении 1,65 А». Журнал молекулярной биологии . 179 (2): 233–256. дои : 10.1016/0022-2836(84)90467-4 . ПМИД   6502713 .
  10. ^ Дрент Дж., Янсониус Дж. Н., Кукук Р., Свен Х. М., Уолтерс Б. Г. (июнь 1968 г.). «Структура папаина». Природа . 218 (5145): 929–932. Бибкод : 1968Natur.218..929D . дои : 10.1038/218929a0 . ПМИД   5681232 . S2CID   4169127 .
  11. ^ Перейти обратно: а б с Лёзер Р., Питч Дж. (23 июня 2015 г.). «Цистеиновые катепсины: их роль в прогрессировании опухоли и последние тенденции в разработке датчиков визуализации» . Границы в химии . 3 : 37. Бибкод : 2015FrCh....3...37L . дои : 10.3389/fchem.2015.00037 . ПМЦ   4477214 . ПМИД   26157794 .
  12. ^ Лоу С., Андро П.М., Агуда А.Х., Нгуен Н.Т., Кругляк Н., Брайер Г.Д. и др. (февраль 2017 г.). «Идентификация структурных элементов катепсина К мыши, которые регулируют эффективность оданакатиба» . Биохимический журнал . 474 (5): 851–864. дои : 10.1042/BCJ20160985 . ПМИД   28049758 .
  13. ^ Видак Э, Яворшек У, Визовишек М, Турк Б (март 2019 г.). «Цистеиновые катепсины и их внеклеточные роли: формирование микроокружения» . Клетки . 8 (3): 264. doi : 10.3390/cells8030264 . ПМК   6468544 . ПМИД   30897858 .
  14. ^ Якош Т., Пишлар А., Джеветт А., Кос Дж. (28 августа 2019 г.). «Цистеиновые катепсины в опухолеассоциированных иммунных клетках» . Границы в иммунологии . 10 : 2037. дои : 10.3389/fimmu.2019.02037 . ПМК   6724555 . ПМИД   31555270 .
  15. ^ Дрейк М.Т., Кларк Б.Л., Оурслер М.Дж., Хосла С. (август 2017 г.). «Ингибиторы катепсина К при остеопорозе: биология, потенциальная клиническая польза и извлеченные уроки» . Эндокринные обзоры . 38 (4): 325–350. дои : 10.1210/er.2015-1114 . ПМЦ   5546879 . ПМИД   28651365 .
  16. ^ Моттрам Дж.К., Кумбс Г.Х., Александр Дж. (август 2004 г.). «Цистеиновые пептидазы как факторы вирулентности лейшмании». Современное мнение в микробиологии . 7 (4): 375–381. дои : 10.1016/j.mib.2004.06.010 . ПМИД   15358255 .
  17. ^ Бранкинья М.Х., Оливейра С.С., Сангенито Л.С., Содре К.Л., Кнейпп Л.Ф., д'Авила-Леви К.М. и др. (2015). «Крузипаин: обновленная информация о его потенциале в качестве мишени химиотерапии против человеческого патогена Trypanosoma cruzi». Современная медицинская химия . 22 (18): 2225–2235. дои : 10.2174/0929867322666150521091652 . ПМИД   25994861 .
  18. ^ Чу М.Х., Лю К.Л., Ву ХИ, Йе К.В., Ченг Ю.С. (август 2011 г.). «Кристаллическая структура комплекса тароцистатин-папаин: значение ингибирующих свойств фитоцистатинов группы 2» . Планта . 234 (2): 243–254. Бибкод : 2011Plant.234..243C . дои : 10.1007/s00425-011-1398-8 . ПМК   3144364 . ПМИД   21416241 .
  19. ^ Мисас-Вилламиль Х.К., ван дер Хорн Р.А., Дёлеманн Г. (декабрь 2016 г.). «Папаиноподобные цистеиновые протеазы как центральные узлы иммунитета растений» . Новый фитолог . 212 (4): 902–907. дои : 10.1111/nph.14117 . ПМИД   27488095 .
  20. ^ Перейти обратно: а б Фернандес-Лукас Х., Кастаньеда Д., Ормиго Д. (октябрь 2017 г.). «Новые тенденции для классического фермента: папаин, история биотехнологического успеха в пищевой промышленности». Тенденции в пищевой науке и технологиях . 68 : 91–101. дои : 10.1016/j.tifs.2017.08.017 . hdl : 11323/1609 .
  21. ^ Лейте Н.Р., Фаро А.Р., Дотта М.А., Фаим Л.М., Джанотти А., Сильва Ф.Х. и др. (февраль 2013 г.). «Кристаллическая структура цистеиновой протеазы Xylellain из Xylella fastidiosa обнаруживает интригующий механизм активации» . Письма ФЭБС . 587 (4): 339–344. дои : 10.1016/j.febslet.2013.01.009 . ПМИД   23333295 . S2CID   1367730 .
  22. ^ Брэдшоу В.Дж., Кирби Дж.М., Тиягараджан Н., Чемберс С.Дж., Дэвис А.Х., Робертс А.К. и др. (июль 2014 г.). «Структура цистеиновой протеазы и лектиноподобных доменов Cwp84, белка, связанного с поверхностным слоем Clostridium difficile» . Акта Кристаллографика. Раздел D. Биологическая кристаллография . 70 (Часть 7): 1983–1993. Бибкод : 2014AcCrD..70.1983B . дои : 10.1107/S1399004714009997 . ПМК   4089489 . ПМИД   25004975 .
  23. ^ Гонг X, Чжао X, Чжан В, Ван Дж, Чен X, Хамид М.Ф. и др. (август 2018 г.). «Структурная характеристика гипотетического белка Lpg2622, нового члена пептидаз семейства C1 Legionella pneumophila» . Письма ФЭБС . 592 (16): 2798–2810. дои : 10.1002/1873-3468.13210 . ПМИД   30071124 . S2CID   51906615 .
  24. ^ Осипюк Дж., Азизи С.А., Дворкин С., Эндрес М., Еджейчак Р., Джонс К.А. и др. (февраль 2021 г.). «Структура папаинподобной протеазы SARS-CoV-2 и ее комплексов с нековалентными ингибиторами» . Природные коммуникации . 12 (1): 743. Бибкод : 2021NatCo..12..743O . дои : 10.1038/s41467-021-21060-3 . ПМЦ   7854729 . ПМИД   33531496 .
  25. ^ Тан Б., Чжан Х, Ансари А, Джадхав П., Тан Х., Ли К. и др. (март 2024 г.). «Разработка ингибитора папаинподобной протеазы SARS-CoV-2 с противовирусной эффективностью на мышиной модели» . Наука . 383 (6690): 1434–1440. дои : 10.1126/science.adm9724 . ПМЦ   10705561 . ПМИД   38547259 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 47550c1db1278353c4eb736dc51e78c9__1725952500
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/47/c9/47550c1db1278353c4eb736dc51e78c9.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Papain-like protease - 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.)