Jump to content

Растворимая аденилатциклаза

Растворимая аденилатциклаза (sAC) представляет собой регуляторный цитозольный фермент, присутствующий почти в каждой клетке. sAC является источником циклического аденозин-3',5'-монофосфата (цАМФ) – вторичного мессенджера, который опосредует рост и дифференцировку клеток в организмах от бактерий до высших эукариот. sAC отличается от трансмембранной аденилатциклазы (tmACs) – важного источника цАМФ; в том, что sAC регулируется бикарбонатными анионами и рассредоточен по цитоплазме клетки. Было обнаружено, что sAC выполняет различные функции в физиологических системах, отличные от функций tmAC. [ 1 ]

Геномный контекст и резюме

[ редактировать ]
А
Генная структура : Хромосома: 1; NC_000001.10 (167778625..167883453, дополнение)

sAC кодируется одним геном Homo sapiens, идентифицированным как ADCY10 или аденилатциклаза 10 (растворимая). Этот ген упаковал 33 экзона размером более 100 т.п.н.; хотя, похоже, он использует несколько промоутеров, [ 2 ] [ 3 ] и его мРНК подвергается обширному альтернативному сплайсингу. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

Структура

[ редактировать ]

Функциональный sAC млекопитающих состоит из двух гетерологичных каталитических доменов (C1 и C2), образующих аминоконец белка массой 50 кДа. [ 6 ] [ 7 ] Дополнительный С-конец фермента размером ~140 кДа включает аутоингибирующую область, [ 8 ] каноническая P-петля, потенциальный гем-связывающий домен, [ 9 ] и последовательность, похожая на лейциновую молнию, [ 10 ] которые представляют собой форму предполагаемых регуляторных доменов.

Усеченная форма фермента включает только домены C1 и C2 и называется минимально функциональным вариантом sAC. [ 5 ] [ 10 ] Эта укороченная форма sAC обладает цАМФ-образующей активностью намного выше, чем ее полноразмерный тип. Эти варианты sAC стимулируются HCO3- и реагируют на все известные селективные ингибиторы sAC. [ 6 ] Кристаллические структуры этого варианта sAC, включающие только каталитическое ядро, в апо-форме и в комплексе с различными аналогами субстрата, продуктами и регуляторами, демонстрируют общую архитектуру AC класса III со специфичными для sAC особенностями. [ 11 ] Структурно родственные домены C1 и C2 образуют типичный псевдогетеродимер с одним активным центром. [ 6 ] Псевдосимметричный сайт содержит специфичный для sAC активатор HCO3-, который активируется, запуская перегруппировку Arg176, остатка, соединяющего оба сайта. Анионный ингибитор sAC 4,4’-диизотиоцианатостилбен-2,2’-дисульфоновая кислота (DIDS) действует как блокатор входа в активный центр и карман связывания бикарбоната. [ 11 ]

Активация бикарбонатом (HCO 3 ) и кальций (Ca 2+ )

[ редактировать ]

Связывание и циклизация аденозин-5'-трифосфата (АТФ) с каталитически активным центром фермента координируется двумя катионами металлов. Каталитическая активность рАЦ повышается в присутствии марганца [Mn 2+ ]. sAC магния [Mg 2+ ] активность регулируется кальцием [Ca 2+ ], который увеличивает сродство к АТФ рАС млекопитающих. Кроме того, бикарбонат [HCO 3 ] высвобождает АТФ-Mg 2+ ингибирование субстрата и увеличивает V max фермента. [ 12 ]

Состояние открытой конформации sAC достигается, когда АТФ с Ca 2+ связанный с его γ-фосфатом, связывается со специфическими остатками в каталитическом центре фермента. Когда второй металл – Mg 2+ ион – связывается с α-фосфатом АТФ, что приводит к конформационному изменению фермента: закрытому состоянию . Изменение конформации из открытого состояния в закрытое вызывает этерификацию α-фосфата рибозой в аденозине и высвобождение β- и γ-фосфатов, что приводит к циклизации. [ 7 ] фермента Гидрокарбонат стимулирует V max , способствуя аллостерическим изменениям, которые приводят к закрытию активного центра и привлечению каталитического Mg. 2+ ион и перенастройка фосфатов в связанном АТФ. [ 13 ] Бикарбонат активатора связывается с сайтом, псевдосимметричным по отношению к активному сайту, и запускает конформационные изменения, рекрутируя Arg176 из активного сайта (см. выше – «структура»). [ 11 ] Кальций увеличивает сродство к субстрату, заменяя магний в участке иона B, который обеспечивает точку закрепления бета- и гамма-фосфатов субстрата АТФ. [ 11 ] [ 13 ]

Источники бикарбоната (HCO 3 ) и кальций (Ca 2+ )

[ редактировать ]

Физиологические эффекты

[ редактировать ]

Мозг и нервная система

[ редактировать ]

Астроциты экспрессируют несколько вариантов сплайсинга sAC, [ 14 ] которые участвуют в метаболической связи между нейронами и астроцитами . Увеличение калия [K + ] во внеклеточное пространство, вызванное активностью нейронов, деполяризует клеточную мембрану близлежащих астроцитов и облегчает поступление гидрокарбоната через Na + /HCO 3 – котранспортеры. [ 7 ] Увеличение цитозольного гидрокарбоната активирует sAC; Результатом этой активации является высвобождение лактата в качестве источника энергии для использования нейронами .

Многочисленные варианты сплайсинга sAC присутствуют в остеокластах и ​​остеобластах. [ 3 ] а мутация в гене sAC человека связана с низкой плотностью позвоночника. [ 15 ] Кальцификация остеобластами неразрывно связана с бикарбонатом и кальцием. Эксперименты по плотности костей черепа мыши [ 16 ] культивирование указывает на то, что HCO 3- чувствительный sAC является физиологически подходящим регулятором костеобразования и/или реабсорбции.

sAC бикарбонатом необходима для подвижности и других аспектов капацитации сперматозоидов Активация млекопитающих. [ 17 ] [ 18 ] У мужчин мутации в гене ADCY10 , приводящие к инактивации sAC, связаны со случаями бесплодия. [ 19 ] Из-за этой важной роли в мужской фертильности sAC был исследован в качестве потенциальной мишени для негормональной мужской контрацепции . [ 20 ]

  1. ^ Россетти Т., Джеквони С., Бак Дж., Левин Л.Р. (апрель 2021 г.). «Измерение бикарбоната, диоксида углерода и pH с помощью растворимой аденилатциклазы млекопитающих, регулируемой бикарбонатом» . Фокус на интерфейсе . 11 (2): 20200034. doi : 10.1098/rsfs.2020.0034 . ПМЦ   7898154 . ПМИД   33633833 .
  2. ^ Перейти обратно: а б Фаррелл Дж., Рамос Л., Тресгеррес М., Каменецкий М., Левин Л.Р., Бак Дж. (сентябрь 2008 г.). «Соматические «растворимые» изоформы аденилатциклазы не затрагиваются у «нокаутных» мышей Sacy tm1Lex/Sacy tm1Lex» . ПЛОС ОДИН . 3 (9): е3251. Бибкод : 2008PLoSO...3.3251F . дои : 10.1371/journal.pone.0003251 . ПМЦ   2532759 . ПМИД   18806876 .
  3. ^ Перейти обратно: а б с Гэн В., Ван З., Чжан Дж., Рид Б.И., Пак С.И., Мо О.В. (июнь 2005 г.). «Клонирование и характеристика растворимой аденилатциклазы человека». Американский журнал физиологии. Клеточная физиология . 288 (6): C1305–C1316. doi : 10.1152/ajpcell.00584.2004 . ПМИД   15659711 . S2CID   1638649 .
  4. ^ Шмид А., Сутто З., Нленд М.К., Хорват Г., Шмид Н., Бак Дж. и др. (июль 2007 г.). «Растворимая аденилатциклаза локализуется в ресничках и способствует регуляции частоты сокращений ресничек посредством продукции цАМФ» . Журнал общей физиологии . 130 (1): 99–109. дои : 10.1085/jgp.200709784 . ПМК   2154360 . ПМИД   17591988 .
  5. ^ Перейти обратно: а б Джайсвал Б.С., Конти М. (август 2001 г.). «Идентификация и функциональный анализ сплайсинговых вариантов растворимой аденилатциклазы зародышевых клеток» . Журнал биологической химии . 276 (34): 31698–31708. дои : 10.1074/jbc.m011698200 . ПМИД   11423534 .
  6. ^ Перейти обратно: а б с Стигборн С. (декабрь 2014 г.). «Структура, механизм и регуляция растворимых аденилатциклаз - сходства и различия с трансмембранными аденилатциклазами» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Молекулярные основы болезней . 1842 (12 Пт Б): 2535–2547. дои : 10.1016/j.bbadis.2014.08.012 . ПМИД   25193033 .
  7. ^ Перейти обратно: а б с Тресгеррес М., Левин Л.Р., Бак Дж. (июнь 2011 г.). «Внутриклеточная передача сигналов цАМФ с помощью растворимой аденилатциклазы» . Почки Интернешнл . 79 (12): 1277–1288. дои : 10.1038/ki.2011.95 . ПМК   3105178 . ПМИД   21490586 .
  8. ^ Чалупка Дж.А., Баллок С.А., Юргенко В., Левин Л.Р., Бак Дж. (март 2006 г.). «Аутоингибирующая регуляция растворимой аденилатциклазы» . Молекулярное воспроизводство и развитие . 73 (3): 361–368. дои : 10.1002/mrd.20409 . ПМЦ   3644951 . ПМИД   16250004 .
  9. ^ Миддельхауфе С., Лейпельт М., Левин Л.Р., Бак Дж., Стигборн С. (октябрь 2012 г.). «Идентификация гем-домена в растворимой аденилатциклазе человека» . Отчеты по биологическим наукам . 32 (5): 491–499. дои : 10.1042/BSR20120051 . ПМЦ   3475452 . ПМИД   22775536 .
  10. ^ Перейти обратно: а б Бак Дж., Синклер М.Л., Шапал Л., Канн М.Дж., Левин Л.Р. (январь 1999 г.). «Цитозольная аденилатциклаза определяет уникальную сигнальную молекулу у млекопитающих» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (1): 79–84. Бибкод : 1999ПНАС...96...79Б . дои : 10.1073/pnas.96.1.79 . ПМК   15096 . ПМИД   9874775 .
  11. ^ Перейти обратно: а б с д Кляйнбоелтинг С., Диас А., Мониот С., ван ден Хеувел Дж., Вейанд М., Левин Л.Р. и др. (март 2014 г.). «Кристаллические структуры растворимой аденилатциклазы человека раскрывают механизмы катализа и ее активации посредством бикарбоната» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (10): 3727–3732. Бибкод : 2014PNAS..111.3727K . дои : 10.1073/pnas.1322778111 . ПМЦ   3956179 . ПМИД   24567411 .
  12. ^ Литвин Т.Н., Каменецкий М., Зарифян А., Бак Дж., Левин Л.Р. (май 2003 г.). «Кинетические свойства «растворимой» аденилатциклазы. Синергизм кальция и бикарбоната» . Журнал биологической химии . 278 (18): 15922–15926. дои : 10.1074/jbc.m212475200 . ПМИД   12609998 .
  13. ^ Перейти обратно: а б Стигборн С., Литвин Т.Н., Левин Л.Р., Бак Дж., Ву Х. (январь 2005 г.). «Бикарбонатная активация аденилатциклазы посредством содействия закрытию каталитического активного центра и привлечению металлов» . Структурная и молекулярная биология природы . 12 (1): 32–37. дои : 10.1038/nsmb880 . ПМЦ   3644947 . ПМИД   15619637 .
  14. ^ Чой Х.Б., Гордон Г.Р., Чжоу Н., Тай С., Рунгта Р.Л., Мартинес Дж. и др. (сентябрь 2012 г.). «Метаболическая связь между астроцитами и нейронами посредством бикарбонат-чувствительной растворимой аденилатциклазы» . Нейрон . 75 (6): 1094–1104. дои : 10.1016/j.neuron.2012.08.032 . ПМК   3630998 . ПМИД   22998876 .
  15. ^ Рид БАЙ, Гитомер В.Л., Хеллер Х.Дж., Сюй М.К., Лемке М., Падалино П., Пак С.Ю. (апрель 2002 г.). «Идентификация и характеристика гена с заменами оснований, связанным с фенотипом абсорбционной гиперкальциурии и низкой плотностью костей позвоночника» . Журнал клинической эндокринологии и метаболизма . 87 (4): 1476–1485. дои : 10.1210/jcem.87.4.8300 . ПМИД   11932268 .
  16. ^ Гэн В., Хилл К., Зервех Дж.Э., Колер Т., Мюллер Р., Мо О.В. (август 2009 г.). «Ингибирование образования и функции остеокластов бикарбонатом: роль растворимой аденилатциклазы» . Журнал клеточной физиологии . 220 (2): 332–340. дои : 10.1002/jcp.21767 . ПМК   3044925 . ПМИД   19360717 .
  17. ^ Се Ф., Гарсия М.А., Карлсон А.Е., Шух С.М., Бэбкок Д.Ф., Джайсвал Б.С. и др. (август 2006 г.). «Растворимая аденилатциклаза (sAC) необходима для функционирования сперматозоидов и оплодотворения». Биология развития . 296 (2): 353–362. дои : 10.1016/j.ydbio.2006.05.038 . ПМИД   16842770 .
  18. ^ Веннемут Дж., Карлсон А.Э., Харпер А.Дж., Бэбкок Д.Ф. (апрель 2003 г.). «Действие бикарбоната на реакцию жгутиковых и Ca2+-каналов: начальные события активации сперматозоидов» . Разработка . 130 (7): 1317–1326. дои : 10.1242/dev.00353 . PMID   12588848 .
  19. ^ Акбари, Арванд; Пипитоне, Иоанн Креститель; Анвар, Захра; Джафариния, Моджтаба; Феррари, Маурицио; Каррера, Паола; Тотончи, Мехди (4 июня 2019 г.). «Вариант со сдвигом рамки ADCY10, приводящий к тяжелой рецессивной астенозооспермии и сегрегации с абсорбционной гиперкальциурией». Репродукция человека . 34 (6): 1155–1164. дои : 10.1093/humrep/dez048 . ПМИД   31119281 .
  20. ^ Бальбах, Мелани; Россетти, Томас; Феррейра, Джейкоб; Ганем, Лубна; Ритальяти, Карла; Майерс, Роберт В.; Хаггинс, Дэвид Дж.; Стигборн, Клеменс; Миранда, Илеана С.; Мейнке, Питер Т.; Бак, Йохен; Левин, Лонни Р. (14 февраля 2023 г.). «Мужская контрацепция по требованию посредством острого ингибирования растворимой аденилатциклазы» . Природные коммуникации . 14 (1): 637. Бибкод : 2023NatCo..14..637B . дои : 10.1038/s41467-023-36119-6 . ПМЦ   9929232 . ПМИД   36788210 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 89449a6bd325a4cd05215161083bca5e__1694698860
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/89/5e/89449a6bd325a4cd05215161083bca5e.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Soluble adenylyl cyclase - 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.)