Гликозилтрансфераза
Гликозилтрансферазы ( GTFs , Gtfs ) представляют собой ферменты ( EC 2.4 ), которые устанавливают естественные гликозидные связи . Они катализируют перенос сахаридных фрагментов от активированного нуклеотидного сахара (также известного как « гликозильный донор ») к нуклеофильной гликозильной молекуле-акцептору, нуклеофил которой может быть на основе кислорода , углерода , азота или серы . [1]
Результатом переноса гликозила может быть углевод , гликозид , олигосахарид или полисахарид . Некоторые гликозилтрансферазы катализируют переход к неорганическому фосфату или воде . Перенос гликозила может также происходить к остаткам белка , обычно к тирозину , серину или треонину с образованием О-связанных гликопротеинов , или к аспарагину с образованием N-связанных гликопротеинов. Маннозильные группы могут переноситься на триптофан с образованием C-маннозилтриптофана , которого относительно много у эукариот. Трансферазы могут также использовать липиды в качестве акцептора, образуя гликолипиды , и даже использовать доноры липидосвязанных сахарофосфатов, такие как долихолфосфаты в эукариотических организмах или ундекапренилфосфат в бактериях.
Гликозилтрансферазы, использующие доноры сахарных нуклеотидов, представляют собой ферменты Лелуара , в честь Луиса Ф. Лелуара , ученого, открывшего первый сахарный нуклеотид и получившего Нобелевскую премию по химии 1970 года за свою работу по метаболизму углеводов. Гликозилтрансферазы, которые используют ненуклеотидные доноры, такие как долихол или полипренолпирофосфат , являются гликозилтрансферазами, не относящимися к Лелуару .
Млекопитающие используют только 9 доноров сахарных нуклеотидов для гликозилтрансфераз: [2] UDP-глюкоза , UDP-галактоза , UDP-GlcNAc , UDP-GalNAc , UDP-ксилоза , UDP-глюкуроновая кислота , GDP-манноза , GDP-фукоза и CMP-сиаловая кислота . Фосфат(ы) этих донорных молекул обычно координируются двухвалентными катионами, такими как марганец, однако существуют металлнезависимые ферменты.
Многие гликозилтрансферазы представляют собой однопроходные трансмембранные белки и обычно закрепляются на мембранах аппарата Гольджи. [3]
Механизм
[ редактировать ]
Гликозилтрансферазы можно разделить на «удерживающие» или «инвертирующие» ферменты в зависимости от того, сохраняется ли стереохимия аномерной связи донора (α→α) или инвертируется (α→β) во время переноса. Механизм инвертирования прост: для инвертирования стереохимии требуется одна нуклеофильная атака принимающего атома.
Механизм удержания был предметом споров, но существуют убедительные доказательства против механизма двойного замещения (который мог бы вызвать две инверсии аномерного углерода для чистого сохранения стереохимии) или диссоциативного механизма (распространенный вариант которого был известен как СНи). Был предложен «ортогональный ассоциативный» механизм, который, подобно инвертирующим ферментам, требует только одной нуклеофильной атаки акцептора под нелинейным углом (как это наблюдается во многих кристаллических структурах) для достижения удержания аномера. [4]
Обратимость реакции
[ редактировать ]Недавнее открытие обратимости многих реакций, катализируемых инвертирующими гликозилтрансферазами, послужило сдвигом парадигмы в этой области и подняло вопросы относительно обозначения сахарных нуклеотидов как «активированных» доноров. [5] [6] [7] [8] [9]
Классификация по последовательности
[ редактировать ]Методы классификации, основанные на последовательностях, оказались мощным способом создания гипотез о функции белков на основе выравнивания последовательностей со связанными белками. База данных углеводно-активных ферментов представляет собой основанную на последовательностях классификацию гликозилтрансфераз на более чем 90 семейств. [10] Ожидается, что одна и та же трехмерная складка произойдет внутри каждого из семейств. [11]
Структура
[ редактировать ]В отличие от разнообразия 3D-структур, наблюдаемого для гликозидгидролаз , гликозилтрансферазы имеют гораздо меньший диапазон структур. [12] [13] Фактически, согласно базе данных Структурной классификации белков , для гликозилтрансфераз наблюдаются только три различных складки. [14] Совсем недавно была идентифицирована новая гликозилтрансферазная складка для гликозилтрансфераз, участвующих в биосинтезе основной цепи полимера NAG-NAM пептидогликана . [15]
Ингибиторы
[ редактировать ]Известны многие ингибиторы гликозилтрансфераз. Некоторые из них являются натуральными продуктами, такими как моеномицин , ингибитор пептидогликангликозилтрансфераз, никкомицины , ингибиторы хитинсинтазы, и эхинокандины , ингибиторы грибковых β-1,3-глюкансинтаз . Некоторые ингибиторы гликозилтрансферазы используются в качестве лекарств или антибиотиков. Моеномицин используется в кормах для животных в качестве стимулятора роста. Каспофунгин был разработан на основе эхинокандинов и используется в качестве противогрибкового средства. Этамбутол является ингибитором микобактериальных арабинотрансфераз и применяется для лечения туберкулеза. Луфенурон является ингибитором синтеза хитина насекомых и используется для борьбы с блохами у животных. Синтетические ингибиторы гликозилтрансфераз на основе имидазолия разработаны для использования в качестве противомикробных и антисептических средств. [16]
Определитель группы крови
[ редактировать ]| Семейство гликозилтрансфераз 6 | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | GT6 | ||
| Пфам | PF03414 | ||
| ИнтерПро | ИПР005076 | ||
| Суперсемейство OPM | 199 | ||
| белок OPM | 2rj6 | ||
| Мембраном | 468 | ||
| |||
Система групп крови АВО определяется тем, какой тип гликозилтрансфераз экспрессируется в организме.
АВО Локус гена , экспрессирующий гликозилтрансферазы, имеет три основные аллельные формы: A, B и O. Аллель A кодирует 1-3-N-ацетилгалактозаминилтрансферазу, которая связывает α- N-ацетилгалактозамин с D-галактозным концом антигена H, образуя A антиген. Аллель B кодирует 1-3-галактозилтрансферазу, которая соединяет α-D-галактозу, связанную с D-галактозным концом антигена H, создавая антиген B. В случае аллели О экзон 6 содержит делецию, которая приводит к потере ферментативной активности. Аллель О немного отличается от аллели А делецией одного нуклеотида — гуанина в положении 261. Делеция вызывает сдвиг рамки считывания и приводит к трансляции почти полностью другого белка, лишенного ферментативной активности. Это приводит к тому, что антиген H остается неизменным в случае групп O.
Сочетание гликозилтрансфераз по обоим аллелям, присутствующим у каждого человека, определяет наличие группы крови АВ, А, В или О.
Использование
[ редактировать ]Гликозилтрансферазы широко используются как для целевого синтеза специфических гликоконъюгатов, так и для синтеза дифференциально гликозилированных библиотек лекарств, биологических зондов или натуральных продуктов в контексте открытия лекарств и разработки лекарств (процесс, известный как гликорандомизация ). [17] Подходящие ферменты могут быть выделены из природных источников или получены рекомбинантным путем. В качестве альтернативы были разработаны системы на основе цельных клеток, использующие либо эндогенные доноры гликозила, либо системы на основе клеток, содержащие клонированные и экспрессированные системы для синтеза доноров гликозила. В бесклеточных подходах крупномасштабное применение гликозилтрансфераз для синтеза гликоконъюгатов потребовало доступа к большим количествам гликозильных доноров. С другой стороны, были разработаны системы рециркуляции нуклеотидов, которые позволяют повторно синтезировать доноры гликозила из высвободившегося нуклеотида. Подход к рециркуляции нуклеотидов имеет еще одно преимущество, заключающееся в уменьшении количества нуклеотидов, образующихся в качестве побочного продукта, тем самым уменьшая степень ингибирования, вызываемого интересующей гликозилтрансферазой - часто наблюдаемой особенностью нуклеотидного побочного продукта.
См. также
[ редактировать ]- Углеводная химия
- Химическое гликозилирование
- Глюкуронозилтрансфераза
- Гликогенсинтаза
- Гликозильный акцептор
- Гликозильный донор
- Гликозилирование
- Олигосахарилтрансфераза
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уильямс, Дж.Дж.; Торсон, Дж. С. (2009). Натуральные продукты гликозилтрансфераз: свойства и применение . Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии. Том. 76. стр. 55–119. дои : 10.1002/9780470392881.ch2 . ISBN 9780470392881 . ПМИД 18990828 .
- ^ Эцлер М.Э., Варки А., Каммингс Р.Л., Эско Дж.Д., Фриз Х.Х., Харт Г.В., ред. (2008). Основы гликобиологии (2-е изд.). Плейнвью, Нью-Йорк: Лабораторное издательство Колд-Спринг-Харбор. ISBN 978-0-87969-770-9 .
- ^ Трансферазы в базе данных мембраномов .
- ^ Шуман Б., Эванс С.В., Файлс Т.М. (август 2013 г.). «Геометрические атрибуты удерживающих ферментов гликозилтрансферазы в пользу ортогонального механизма» . ПЛОС ОДИН . 8 (8): е71077. Бибкод : 2013PLoSO...871077S . дои : 10.1371/journal.pone.0071077 . ПМЦ 3731257 . ПМИД 23936487 .
- ^ Чжан, К; Гриффит, БР; Фу, Кью; Альберманн, К; Фу, Х; Ли, АйК; Ли, Л; Торсон, Дж. С. (1 сентября 2006 г.). «Использование обратимости реакций, катализируемых гликозилтрансферазой природного продукта». Наука . 313 (5791): 1291–4. Бибкод : 2006Sci...313.1291Z . дои : 10.1126/science.1130028 . ПМИД 16946071 . S2CID 38072017 .
- ^ Чжан, К; Альберманн, К; Фу, Х; Торсон, Дж. С. (27 декабря 2006 г.). «Характеристика in vitro итеративной авермектингликозилтрансферазы AveBI показывает обратимость реакции и гибкость сахарных нуклеотидов». Журнал Американского химического общества . 128 (51): 16420–1. дои : 10.1021/ja065950k . ПМИД 17177349 .
- ^ Чжан, К; Фу, Кью; Альберманн, К; Ли, Л; Торсон, Дж. С. (5 марта 2007 г.). «Характеристика эритронолидмикарозилтрансферазы EryBV in vitro и ее полезность в диверсификации макролидов». ХимБиоХим . 8 (4): 385–90. дои : 10.1002/cbic.200600509 . ПМИД 17262863 . S2CID 45058028 .
- ^ Чжан, К; Моретти, Р; Цзян, Дж; Торсон, Дж.С. (13 октября 2008 г.). «Характеристика полиенгликозилтрансфераз AmphDI и NysDI in vitro» . ХимБиоХим . 9 (15): 2506–14. дои : 10.1002/cbic.200800349 . ПМЦ 2947747 . ПМИД 18798210 .
- ^ Гантт, RW; Пельтье-Пейн, П; Курнуайе, WJ; Торсон, Дж.С. (21 августа 2011 г.). «Использование простых доноров для поддержания равновесия реакций, катализируемых гликозилтрансферазой» . Химическая биология природы . 7 (10): 685–91. дои : 10.1038/nchembio.638 . ПМК 3177962 . ПМИД 21857660 .
- ^ CAZypedia Гликозилтрансферазы
- ^ «CAZy гликозилтрансфераза» . Архивировано из оригинала 23 марта 2009 г. Проверено 25 августа 2009 г.
- ^ Сингх, С; Филлипс Дж.Н., младший; Торсон, Дж. С. (октябрь 2012 г.). «Структурная биология ферментов, участвующих в гликозилировании природных продуктов» . Отчеты о натуральных продуктах . 29 (10): 1201–37. дои : 10.1039/c2np20039b . ПМК 3627186 . ПМИД 22688446 .
- ^ Чанг, А; Сингх, С; Филлипс Дж.Н., младший; Торсон, Дж. С. (декабрь 2011 г.). «Структурная биология гликозилтрансферазы и ее роль в разработке катализаторов гликозилирования» . Современное мнение в области биотехнологии . 22 (6): 800–8. дои : 10.1016/j.copbio.2011.04.013 . ПМК 3163058 . ПМИД 21592771 .
- ^ SCOP: Структурная классификация белков
- ^ Любящий А.Л., де Кастро Л.Х., Лим Д., Стринадка Н.К. (март 2007 г.). «Структурное понимание стадии трансгликозилирования биосинтеза бактериальной клеточной стенки». Наука . 315 (5817): 1402–5. Бибкод : 2007Sci...315.1402L . дои : 10.1126/science.1136611 . ПМИД 17347437 . S2CID 41658295 .
- ^ Коцев, А; Меламед, Дж; Ван, С; Конг, Х; Влахакис, Дж. З.; Сюй, Ю; Шарек, Вашингтон; Брокгаузен, I (июнь 2020 г.). «Ингибирование роста бактерий и активности галактозилтрансферазы WbwC солями α, ω-бис(3-алкил-1H-имидазолия)алканов: влияние изменения содержания углерода». Биоорганическая и медицинская химия . 28 (11): 115494. doi:10.1016/j.bmc.2020.115494 . ПМИД 32312486 .
- ^ Гантт, RW; Пельтье-Пейн, П; Торсон, Дж. С. (октябрь 2011 г.). «Ферментативные методы глико(диверсификации/рандомизации) лекарств и малых молекул». Отчеты о натуральных продуктах . 28 (11): 1811–53. дои : 10.1039/c1np00045d . ПМИД 21901218 .
