КМАХ
КМАХП | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Псевдонимы | CMAHP , CMAH, CSAH, гидроксилаза цитидинмонофосфо-N-ацетилнейраминовой кислоты, псевдоген | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Внешние идентификаторы | МГИ : 103227 ; GeneCards : CMAHP ; OMA : CMAHP — ортологи | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Викиданные | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Цитидинмонофосфо- N -ацетилнейраминовая кислота гидроксилаза ( Cmah ) представляет собой фермент , кодируемый CMAH геном . [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] У большинства млекопитающих фермент гидроксилирует N-ацетилнейраминовую кислоту (Neu5Ac), образуя N-гликолилнейраминовую кислоту (Neu5Gc). [ 6 ] Neu5Ac и Neu5Gc — гликаны млекопитающих, составляющие гликокаликс , особенно в сиалогликопротеинах , которые являются частью семейства сиаловых кислот . [ 8 ] Эквивалентом CMAH ; у человека является псевдоген (CMAHP) [ 9 ] в нормальных тканях человека Neu5Gc не обнаруживается. [ 6 ] Этот дефицит имеет ряд предполагаемых последствий для человека, включая ускорение роста мозга и улучшение самораспознавания иммунной системы человека . [ 10 ] [ 11 ] Включение Neu5Gc из красного мяса и молочных продуктов в ткани человека связано с хроническими заболеваниями, включая диабет 2 типа и хроническое воспаление . [ 12 ] [ 13 ]
Открытие
[ редактировать ]Путь биосинтеза Neu5Gc из Neu5Ac был открыт Шоу и Шауэром в 1988 году. [ 14 ] в то время как последовательности белка и ДНК Neu5Gc, Neu5Ac и CMAHP были описаны Irie et al . в 1998 году. [ 6 ]
Эволюция
[ редактировать ]Геномный анализ показывает, что гены CMAH присутствуют только у вторичноротых , некоторых одноклеточных водорослей и некоторых бактерий . [ 15 ] Родственники CMAH были утеряны во многих других линиях вторичноротых, включая оболочники , многие группы рыб, аксолотлей , большинство рептилий и всех птиц. [ 15 ] Среди млекопитающих этот ген отсутствует или нефункционален у обезьян Нового Света, европейского ежа, хорьков, некоторых летучих мышей, кашалота и утконоса. [ 15 ] Эти животные, у которых отсутствует функциональный ген CMAH , не экспрессируют Neu5Gc. [ 15 ]
Отсутствие Neu5Gc у человека обусловлено делецией 92 п.н. экзона . человеческого гена CMAH [ 6 ] . мышей, свиней и шимпанзе, Последовательности, кодирующие CMAH были исследованы с использованием методов клонирования кДНК и оказались очень похожими. [ 15 ] Однако гомологичная кДНК человека отличается от этих кДНК делецией длиной 92 п.н. в 5'-области. [ 15 ] Эта делеция, соответствующая экзону 5 гена гидроксилазы мыши, вызывает мутацию сдвига рамки считывания и преждевременное обрыв полипептидной цепи у людей. [ 6 ] Neu5Gc, по-видимому, не обнаруживается в тканях человека, поскольку укороченная версия мРНК гидроксилазы человека не может кодировать активный фермент. [ 14 ]
Делеция, деактивировавшая этот ген, произошла примерно 3,2 млн лет назад , после отделения человека от африканских человекообразных обезьян , и быстро закрепилась в человеческой популяции. [ 10 ] Происхождение этого псевдогена у людей указывает на еще один глубокий раскол в Африке, датируемый 2,9 млн лет назад, со сложной последующей историей. [ 10 ]
Половой отбор , возможно, способствовал фиксации нефункционального CMAH у людей. [ 16 ] Эта гипотеза была проверена на мышах: самки-носители нефункционального CMAH демонстрировали репродуктивную несовместимость с самцами-носителями функционального CMAH против Neu5Gc из-за того, что антитела мигрировали в репродуктивный тракт самок и разрушали Neu5Gc-положительные сперматозоиды. [ 16 ]
Функция у других млекопитающих
[ редактировать ]Сиаловые кислоты, такие как Neu5Ac и Neu5Gc, являются концевыми компонентами углеводных цепей гликоконъюгатов, участвующих во взаимодействиях лиганд-рецептор , клетка-клетка и клетка-патоген. [ 5 ] Было показано, что Neu5Gc участвует в различных процессах у мышей, включая белковый метаболизм , передачу сигналов , метаболизм большинства органических молекул и иммунитет. [ 8 ]
Группа крови кошки АВ
[ редактировать ]Группа крови кошки в основном соответствует системе групп крови AB, определяемой аллелями CMAH, которыми обладает кошка. Большинство типов А, по-видимому, доминируют над рецессивным типом B, который встречается с более высокой частотой только у некоторых пород. Тип «AB», по-видимому, выражается третьим рецессивным аллелем. [ 17 ]
Функция у человека
[ редактировать ]Neu5Gc был обнаружен в нормальных тканях человека, а большие количества обнаружены в плодах. [ 11 ] и раковые [ 18 ] ткани. Исследования показывают, что Neu5Gc может быть отличным маркером раковых клеток. [ 18 ] Поскольку Neu5Gc может производиться только с помощью функционального CMAH, которого нет у людей, исследователи искали альтернативные источники Neu5Gc у людей. [ 19 ] Текущие исследования показывают, что Neu5Gc попадает в ткани человека при употреблении красного мяса и молочных продуктов. [ 19 ] [ 12 ] Этот процесс включения включает макропиноцитоз , доставку в лизосому и экспорт свободного Neu5Gc в цитозоль через переносчик сиалина. [ 19 ] [ 13 ]
человека обрабатывают его как нативную сиаловую кислоту Поскольку Neu5Gc отличается от Neu5Ac только одним кислородом, биохимические пути . [ 13 ] Однако иммунная система работает иначе; все люди имеют разное количество антител против Neu5Gc разного спектра. [ 12 ] Если Neu5Gc постоянно внедряется в ткани из-за диеты, богатой красным мясом и молочными продуктами, антитела против Neu5Gc вызывают хроническое воспаление, особенно в кровеносных сосудах и оболочках полых органов. [ 12 ] Эти участки также являются частыми местами развития атеросклероза и эпителиальной карциномы , оба из которых связаны с употреблением красного мяса и молочных продуктов и усугубляются хроническим воспалением. [ 20 ] Употребление красного мяса и хроническое воспаление также связаны с такими заболеваниями, как диабет 2 типа и возрастная дегенерация желтого пятна , поэтому Neu5Gc также может быть связан с развитием этих заболеваний. [ 12 ] [ 13 ]
Недавние данные свидетельствуют о том, что гипоксические состояния при карциномах могут усиливать экспрессию лизосомального переносчика сиаловой кислоты, необходимого для включения Neu5Gc в ткани человека. [ 20 ] [ 13 ] Кроме того, факторы роста могут активировать усиленный макропиноцитоз, что может увеличить включение Neu5Gc. [ 13 ] Исследования показали, что ткани плода также способны поглощать Neu5Gc из пищевых источников матери, что может объяснить повышенные уровни Neu5Gc у плода человека. [ 20 ]
Присутствие Neu5Gc в различных биотерапевтических препаратах, полученных из продуктов животного происхождения, может повлиять на здоровье человека и все еще изучается. [ 12 ] Некоторые осложнения могут включать реакции иммунной гиперчувствительности , сокращение периода полураспада биотерапевтического препарата в кровообращении, образование иммунных комплексов , увеличение концентрации антител Neu5Gc, повышенную иммунореактивность против биотерапевтического полипептида и непосредственную загрузку большего количества Neu5Gc в ткани. [ 20 ]
Последствия для эволюции человека
[ редактировать ]Псевдогены, такие как CMAH, могут быть использованы для изучения фиксации аллелей и демографической истории . [ 21 ] Анализ CMAH разнообразия гаплотипов использовался для изучения демографической истории человека во время плио-плейстоцена . [ 21 ]
Функциональная потеря CMAH после отделения человека от человекообразных обезьян имеет несколько последствий для его роли в развитии человека, включая менее ограниченный рост мозга и повышенную выносливость в беге — две черты, которые считаются важными для эволюции человека. [ 10 ] [ 22 ] У большинства млекопитающих CMAH экспрессия в головном мозге подавляется, а экспериментальное повышение экспрессии CMAH приводит к летальному исходу у мышей. [ 10 ] Экспериментальная потеря CMAH у мышей увеличивает беговую выносливость и снижает мышечную утомляемость, что могло быть полезно для предков Homo во время фиксации гена. [ 22 ]
Последствия для патогенности
[ редактировать ]Утрата Neu5Gc у людей могла способствовать устойчивости к универсальным патогенам и повышению патогенности специфичных для человека патогенов. [ 23 ] Человеческая холера , при которой сиаловые кислоты хозяина вызывают реакцию желудочно-кишечного тракта, преимущественно использует Neu5Ac и ингибируется Neu5Gc. [ 23 ]
Нефункционализация CMAH за сделала людей более восприимчивыми к некоторым вирусам счет уменьшения разнообразия сиаловых кислот. [ 11 ] человека присутствовали другие сиаловые кислоты Вирусы, которые связываются с Neu5Ac перед проникновением в клетку, усиливаются за счет высокой плотности Neu5Ac, которая была бы снижена, если бы на клеточных мембранах . [ 11 ] Например, наиболее серьезная форма малярии у людей, P. falciparum , связывается с Neu5Ac на мембране эритроцитов . [ 11 ] [ 20 ] В отличие от этих негативных последствий, потеря CMAH должна фактически защитить людей от любого вируса, нацеленного на Neu5Gc, например, от тех, которые вызывают диарейные заболевания у домашнего скота. [ 11 ] , E. coli K99 , коронавирус трансмиссивного гастроэнтерита (TGEV), [ 20 ] и обезьяний вирус 40 (SV40). [ 20 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с GRCh38: Версия Ensembl 89: ENSG00000168405 – Ensembl , май 2017 г.
- ^ Jump up to: а б с GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000016756 – Ensembl , май 2017 г.
- ^ «Ссылка на Human PubMed:» . Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
- ^ «Ссылка на Mouse PubMed:» . Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
- ^ Jump up to: а б Кавано Т., Кояма С., Такемацу Х., Кодзуцуми Ю., Кавасаки Х., Кавасима С. и др. (июль 1995 г.). «Молекулярное клонирование гидроксилазы цитидинмонофосфо-N-ацетилнейраминовой кислоты. Регуляция видо- и тканеспецифической экспрессии N-гликолилнейраминовой кислоты» . Журнал биологической химии . 270 (27): 16458–63. дои : 10.1074/jbc.270.27.16458 . ПМИД 7608218 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Ирие А., Кояма С., Козуцуми Ю., Кавасаки Т., Сузуки А. (июнь 1998 г.). «Молекулярная основа отсутствия N-гликолилнейраминовой кислоты у человека» . Журнал биологической химии . 273 (25): 15866–71. дои : 10.1074/jbc.273.25.15866 . ПМИД 9624188 .
- ^ «Ген Энтреза: CMAH гидроксилаза цитидинмонофосфат-N-ацетилнейраминовой кислоты (CMP-N-ацетилнейрамината монооксигеназа)» .
- ^ Jump up to: а б Квон Д.Н., Чанг Б.С., Ким Дж.Х. (2014). «Экспрессия генов и анализ путей воздействия дезактивации CMAH на легкие, почки и сердце мыши» . ПЛОС ОДИН . 9 (9): 1–13. Бибкод : 2014PLoSO...9j7559K . дои : 10.1371/journal.pone.0107559 . ПМК 4167996 . ПМИД 25229777 .
- ^ «CMAHP гидроксилаза цитидинмонофосфо-N-ацетилнейраминовой кислоты, псевдоген [Homo sapiens (человек)]» . Генбанк NCBI . 12 октября 2019 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Чоу Х.Х., Хаякава Т., Диас С., Крингс М., Индриати Е., Лики М. и др. (сентябрь 2002 г.). «Инактивация гидроксилазы CMP-N-ацетилнейраминовой кислоты произошла до расширения мозга в ходе эволюции человека» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 99 (18): 11736–41. Бибкод : 2002PNAS...9911736C . дои : 10.1073/pnas.182257399 . ПМК 129338 . ПМИД 12192086 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Варки А (2001). «Потеря N-гликолилнейраминовой кислоты у человека: механизмы, последствия и последствия для эволюции гоминид» . Американский журнал физической антропологии . Приложение 33 (Приложение): 54–69. дои : 10.1002/ajpa.10018 . ПМЦ 7159735 . ПМИД 11786991 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Падлер-Каравани В., Ю Х., Као Х., Чокхавала Х., Карп Ф., Варки Н. и др. (октябрь 2008 г.). «Разнообразие специфичности, количества и состава антител против Neu5Gc у нормальных людей: потенциальные последствия для болезней» . Гликобиология . 18 (10): 818–30. дои : 10.1093/гликоб/cwn072 . ПМЦ 2586336 . ПМИД 18669916 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Варки А (май 2010 г.). «Доклад коллоквиума: уникальная человеческая эволюция генетики и биологии сиаловых кислот» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 Приложение 2 (приложение 2): 8939–46. Бибкод : 2010PNAS..107.8939V . дои : 10.1073/pnas.0914634107 . ПМК 3024026 . ПМИД 20445087 .
- ^ Jump up to: а б Шоу Л., Шауэр Р. (июнь 1988 г.). «Биосинтез N-гликолоилнейраминовой кислоты происходит путем гидроксилирования CMP-гликозида N-ацетилнейраминовой кислоты». Биологическая химия Хоппе-Сейлера . 369 (6): 477–86. дои : 10.1515/bchm3.1988.369.1.477 . ПМИД 3202954 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Пери С., Кулкарни А., Фейертаг Ф., Бернинсоне П.М., Альварес-Понсе Д. (январь 2018 г.). «Филогенетическое распределение CMP-Neu5Ac гидроксилазы (CMAH), фермента, синтезирующего [ sic ] провоспалительный ксеноантиген человека Neu5Gc» . Геномная биология и эволюция . 10 (1): 207–219. дои : 10.1093/gbe/evx251 . ПМК 5767959 . ПМИД 29206915 .
- ^ Jump up to: а б Гадери Д., Спрингер С.А., Ма Ф., Коэн М., Секрест П., Тейлор Р.Э., Варки А., Ганье П. (2011). «Половой отбор посредством женского иммунитета против отцовских антигенов может исправить потерю функциональных аллелей» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 (43): 17743–48. Бибкод : 2011PNAS..10817743G . дои : 10.1073/pnas.1102302108 . ПМК 3203784 . ПМИД 21987817 .
- ^ Бигиньоли Б., Ниини Т., Гран Р.А., Педерсен Н.К., Миллон Л.В., Полли М. и др. (июнь 2007 г.). «Мутации гидроксилазы цитидинмонофосфо-N-ацетилнейраминовой кислоты (CMAH), связанные с группой крови AB домашней кошки» . БМК Генетика . 8:27 . дои : 10.1186/1471-2156-8-27 . ЧВК 1913925 . ПМИД 17553163 .
- ^ Jump up to: а б Малых Ю.Н., Шауэр Р., Шоу Л. (2001). «N-гликолилнейраминовая кислота в опухолях человека». Биохимия . 83 (7): 623–34. дои : 10.1016/s0300-9084(01)01303-7 . ПМИД 11522391 .
- ^ Jump up to: а б с Тангворанунтакул П., Ганье П., Диас С., Бардор М., Варки Н., Варки А., Мачмор Э. (октябрь 2003 г.). «Поглощение человеком и включение иммуногенной нечеловеческой пищевой сиаловой кислоты» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (21): 12045–50. Бибкод : 2003PNAS..10012045T . дои : 10.1073/pnas.2131556100 . ПМК 218710 . ПМИД 14523234 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Варки А (апрель 2009 г.). «Множественные изменения в биологии сиаловой кислоты в ходе эволюции человека» . Гликоконъюгатный журнал . 26 (3): 231–45. дои : 10.1007/s10719-008-9183-z . ПМЦ 7087641 . ПМИД 18777136 . S2CID 13169985 .
- ^ Jump up to: а б Хаякава Т., Аки И., Варки А., Сатта Ю., Такахата Н. (2005). «Фиксация специфичного для человека псевдогена гидроксилазы CMP-N-ацетилнейраминовой кислоты и значение разнообразия гаплотипов для эволюции человека» . Генетика . 172 (2): 1139–46. дои : 10.1534/генетика.105.046995 . ПМЦ 1456212 . ПМИД 16272417 .
- ^ Jump up to: а б Окерблом Дж., Флетес В., Патель Х.Х., Шенк С., Варки А., Брин ЕС (2018). «Человеческая инактивация Cmah у мышей увеличивает выносливость при беге и снижает утомляемость мышц: последствия для эволюции человека» . Труды Королевского общества B: Биологические науки . 285 (1886): 20181656. doi : 10.1098/rspb.2018.1656 . ПМК 6158528 . ПМИД 30209232 .
- ^ Jump up to: а б Алиссон-Сильва Ф., Лю Дж.З., Диас С.Л., Дэн Л., Гаро М.Г., Марчеллетта Р., Чен X и др. (2018). «Эволюционная потеря человеком эпителиальной экспрессии Neu5Gc и видовая восприимчивость к холере» . ПЛОС Патогены . 14 (6): 1–20. дои : 10.1371/journal.ppat.1007133 . ПМК 6023241 . ПМИД 29912959 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Варки А (июль 2001 г.). «Дефицит N-гликолилнейраминовой кислоты у человека». Биохимия . 83 (7): 615–22. дои : 10.1016/S0300-9084(01)01309-8 . ПМИД 11522390 .
- Бональдо М.Ф., Леннон Дж., Соарес М.Б. (сентябрь 1996 г.). «Нормализация и вычитание: два подхода к открытию генов» . Геномные исследования . 6 (9): 791–806. дои : 10.1101/гр.6.9.791 . ПМИД 8889548 .
- Ирие А, Сузуки А (июль 1998 г.). «Гидроксилаза CMP-N-ацетилнейраминовой кислоты исключительно неактивна у людей». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 248 (2): 330–3. дои : 10.1006/bbrc.1998.8946 . ПМИД 9675135 .
- Чоу Х.Х., Такемацу Х., Диас С., Ибер Дж., Никерсон Э., Райт К.Л. и др. (сентябрь 1998 г.). «Мутация в гидроксилазе CMP-сиаловой кислоты человека произошла после расхождения Homo-Pan» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (20): 11751–6. Бибкод : 1998PNAS...9511751C . дои : 10.1073/pnas.95.20.11751 . ПМК 21712 . ПМИД 9751737 .
- Мучмор Э.А., Диас С., Варки А. (октябрь 1998 г.). «Структурное различие между клеточными поверхностями человека и человекообразных обезьян». Американский журнал физической антропологии . 107 (2): 187–98. doi : 10.1002/(SICI)1096-8644(199810)107:2<187::AID-AJPA5>3.0.CO;2-S . ПМИД 9786333 .
- Хаякава Т., Сатта Ю., Ганье П., Варки А., Такахата Н. (сентябрь 2001 г.). «Alu-опосредованная инактивация гена гидроксилазы CMP-N-ацетилнейраминовой кислоты человека» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (20): 11399–404. Бибкод : 2001PNAS...9811399H . дои : 10.1073/pnas.191268198 . ПМК 58741 . ПМИД 11562455 .
- Чоу Х.Х., Хаякава Т., Диас С., Крингс М., Индриати Е., Лики М. и др. (сентябрь 2002 г.). «Инактивация гидроксилазы CMP-N-ацетилнейраминовой кислоты произошла до расширения мозга в ходе эволюции человека» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 99 (18): 11736–41. Бибкод : 2002PNAS...9911736C . дои : 10.1073/pnas.182257399 . ПМК 129338 . ПМИД 12192086 .