Киназа пируватдегидрогеназы
| Киназа пируватдегидрогеназы | |||
|---|---|---|---|
 Области вокруг трех сайтов фосфорилирования показаны красным. Сайт 1 находится в левом нижнем углу, сайт 2 — в правом верхнем углу, а сайт 3 — в правом нижнем углу. | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 2.7.11.2 | ||
| Номер CAS. | 2620256 | ||
| Базы данных | |||
| ИнтЭнк | вид IntEnz | ||
| БРЕНДА | БРЕНДА запись | ||
| Экспаси | Просмотр NiceZyme | ||
| КЕГГ | КЕГГ запись | ||
| МетаЦик | метаболический путь | ||
| ПРЯМОЙ | профиль | ||
| PDB Структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||
| |||
Киназа пируватдегидрогеназы (также киназа комплекса пируватдегидрогеназы , киназа PDC или PDK ; EC 2.7.11.2 ) представляет собой киназу фермент , который инактивирует фермент пируватдегидрогеназу путем фосфорилирования его с помощью АТФ .
Таким образом, PDK участвует в регуляции пируватдегидрогеназного комплекса , первым компонентом которого является пируватдегидрогеназа. и комплекс пируватдегидрогеназы расположены в митохондриальном матриксе эукариот И PDK , . Комплекс преобразует пируват (продукт гликолиза в цитозоле ) в ацетил-КоА , который затем окисляется в митохондриях для производства энергии в цикле лимонной кислоты . Снижая активность этого комплекса, PDK снижает окисление пирувата в митохондриях и увеличивает превращение пирувата в лактат в цитозоле.
Противоположное действие PDK, а именно дефосфорилирование и активация пируватдегидрогеназы, катализируется фосфопротеинфосфатазой, называемой пируватдегидрогеназной фосфатазой .
(Киназу пируватдегидрогеназы не следует путать с фосфоинозитид-зависимой киназой-1 , которую также иногда называют «PDK1».)
Сайты фосфорилирования
[ редактировать ]PDK может фосфорилировать серина остаток пируватдегидрогеназы в трех возможных сайтах. Некоторые данные показали, что фосфорилирование в сайте 1 почти полностью деактивирует фермент, тогда как фосфорилирование в сайтах 2 и 3 вносит лишь небольшой вклад в инактивацию комплекса. [1] Следовательно, именно фосфорилирование в сайте 1 отвечает за дезактивацию пируватдегидрогеназы.
изоферменты
[ редактировать ]У человека известны четыре изофермента PDK:
Первичное секвенирование между четырьмя изоферментами сохраняется с 70% идентичностью. Наибольшие различия возникают вблизи N-конца . [2]
PDK1 является самым крупным из четырех и содержит 436 остатков , тогда как PDK2, PDK3 и PDK4 имеют 407, 406 и 411 остатков соответственно. Изозимы имеют разную активность и скорость фосфорилирования в каждом сайте. На сайте 1 в порядке убывания самого быстрого к самому медленному: PDK2 > PDK4 ≈ PDK1 > PDK3. Для сайта 2: PDK3 > PDK4 > PDK2 > PDK1. Только PDK1 может фосфорилировать сайт 3. Однако было показано, что эта активность чувствительна к небольшим изменениям pH , поэтому микроокружение изоферментов PDK может изменять скорость реакции. [3] [4]
Также было показано, что содержание изоферментов тканеспецифично . PDK1 достаточно в клетках сердца . PDK3 наиболее распространен в семенниках . PDK2 присутствует в большинстве тканей, но в небольшом количестве в селезенки и легких клетках . PDK4 преимущественно обнаруживается в скелетных мышцах и тканях сердца . [5]
Механизм
[ редактировать ]Пируватдегидрогеназа деактивируется при фосфорилировании PDK. В норме активный центр пируватдегидрогеназы находится в стабилизированной и упорядоченной конформации, поддерживаемой сетью водородных связей . Однако фосфорилирование PDK в сайте 1 вызывает стерические столкновения с другим близлежащим остатком серина как из-за увеличенного размера, так и из-за отрицательных зарядов, связанных с фосфорилированным остатком. [6] Это разрушает сеть водородных связей и нарушает конформацию двух петель фосфорилирования. Эти петли предотвращают стадию восстановительного ацетилирования , тем самым останавливая общую активность фермента. [7] Конформационные изменения и механизм дезактивации фосфорилирования в сайтах 2 и 3 в настоящее время неизвестны.
Регулирование
[ редактировать ]
Киназа пируватдегидрогеназы активируется АТФ , НАДН и ацетил-КоА . Он ингибируется АДФ , НАД+ , КоА-SH и пируватом . [9]
Каждый изофермент реагирует на каждый из этих факторов немного по-разному. НАДН стимулирует активность PDK1 на 20% и активность PDK2 на 30%. НАДН вместе с ацетил-КоА повышает активность этих ферментов на 200% и 300% соответственно. В аналогичных условиях PDK3 не реагирует на НАДН и ингибируется НАДН с ацетил-КоА. Активность PDK4 увеличивается на 200% с НАДН, но добавление ацетил-КоА не приводит к дальнейшему увеличению активности. [5]
Актуальность заболевания
[ редактировать ]Уровень изоформ PDK повышается при ожирении, диабете, сердечной недостаточности и раке. [10] Некоторые исследования показали, что клетки, которым не хватает инсулина (или нечувствительны к инсулину), сверхэкспрессируют PDK4. [11] В результате пируват, образующийся в результате гликолиза, не может окисляться, что приводит к гипергликемии, поскольку глюкоза в крови не может эффективно использоваться. Поэтому несколько препаратов нацелены на PDK4 в надежде вылечить диабет II типа . [12]
Было показано, что PDK1 обладает повышенной активностью в гипоксических раковых клетках из-за присутствия HIF-1 . PDK1 выводит пируват из цикла лимонной кислоты и поддерживает жизнь гипоксических клеток. [13] Поэтому ингибирование PDK1 было предложено в качестве противоопухолевой терапии, поскольку PDK1 предотвращает апоптоз в этих раковых клетках. [14] Аналогичным образом было показано, что PDK3 сверхэкспрессируется в клеточных линиях рака толстой кишки. [15] Тремя предлагаемыми ингибиторами являются AZD7545 и дихлорацетат , которые связываются с PDK1, и радицикол , который связывается с PDK3. [16]
Мутации в гене PDK3 являются редкой причиной Х-сцепленной болезни Шарко-Мари-Тута (CMTX6). [17] [18]
У собак, особенно у доберманов , мутация в гене PDK4 связана с дилатационной кардиомиопатией (ДКМП). [19] [20] [21]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Йеман С.Дж., Хатчесон Э.Т., Рош Т.Э., Петтит Ф.Х., Браун-младший, Рид Л.Дж., Уотсон, округ Колумбия, Диксон Г.Х. (июнь 1978 г.). «Сайты фосфорилирования пируватдегидрогеназы бычьих почек и сердца». Биохимия . 17 (12): 2364–70. дои : 10.1021/bi00605a017 . ПМИД 678513 .
- ^ Попов К.М., Кедишвили Н.Ю., Чжао Ю., Гуди Р.А., Харрис Р.А. (ноябрь 1994 г.). «Молекулярное клонирование субъединицы p45 киназы пируватдегидрогеназы» . Журнал биологической химии . 269 (47): 29720–4. дои : 10.1016/S0021-9258(18)43940-3 . ПМИД 7961963 .
- ^ Корочкина Л.Г., Патель М.С. (октябрь 2001 г.). «Сайт-специфичность четырех изоферментов киназы пируватдегидрогеназы по отношению к трем сайтам фосфорилирования пируватдегидрогеназы человека» . Журнал биологической химии . 276 (40): 37223–9. дои : 10.1074/jbc.M103069200 . ПМИД 11486000 .
- ^ Колобова Е, Туганова А, Булатников И, Попов КМ (август 2001 г.). «Регуляция активности пируватдегидрогеназы посредством фосфорилирования во многих сайтах» . Биохимический журнал . 358 (Часть 1): 69–77. дои : 10.1042/0264-6021:3580069 . ПМК 1222033 . ПМИД 11485553 .
- ^ Jump up to: а б Боукер-Кинли М.М., Дэвис В.И., Ву П., Харрис Р.А., Попов К.М. (январь 1998 г.). «Доказательства существования тканеспецифической регуляции комплекса пируватдегидрогеназы млекопитающих» . Биохимический журнал . 329 (1): 191–6. дои : 10.1042/bj3290191 . ПМК 1219031 . ПМИД 9405293 .
- ^ Корочкина Л.Г., Патель М.С. (февраль 2001 г.). «Исследование механизма инактивации пируватдегидрогеназы человека путем фосфорилирования трех сайтов» . Журнал биологической химии . 276 (8): 5731–8. дои : 10.1074/jbc.M007558200 . ПМИД 11092882 .
- ^ Като М., Винн Р.М., Чуанг Дж.Л., Цо С.К., Мачиус М., Ли Дж., Чуанг Д.Т. (декабрь 2008 г.). «Структурная основа инактивации комплекса пируватдегидрогеназы человека путем фосфорилирования: роль неупорядоченных петель фосфорилирования» . Структура . 16 (12): 1849–59. дои : 10.1016/j.str.2008.10.010 . ПМЦ 2849990 . ПМИД 19081061 .
- ^ Рош Т.Э., Рид Ж.Дж. (август 1974 г.). «Потребность в моновалентных катионах для ингибирования АДФ киназы пируватдегидрогеназы». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 59 (4): 1341–8. дои : 10.1016/0006-291X(74)90461-6 . ПМИД 4370205 .
- ^ Сагден MC, Холнесс MJ (май 2003 г.). «Последние достижения в механизмах регуляции окисления глюкозы на уровне комплекса пируватдегидрогеназы с помощью PDK». Американский журнал физиологии. Эндокринология и обмен веществ . 284 (5): Е855-62. дои : 10.1152/ajpendo.00526.2002 . ПМИД 12676647 .
- ^ Пак С., Чон Дж.Х., Ли И.К. (2018). «Роль комплекса пируватдегидрогеназы в метаболическом ремоделировании: дифференциальные функции комплекса пируватдегидрогеназы в метаболизме» . Медицинский журнал диабета . 42 (4): 270–281. дои : 10.4093/dmj.2018.0101 . ПМК 6107359 . ПМИД 30136450 .
- ^ Майер М., Попов К.М., Харрис Р.А., Богардус С., Прохазка М. (октябрь 1998 г.). «Инсулин подавляет мРНК киназы пируватдегидрогеназы (PDK): потенциальный механизм, способствующий усилению окисления липидов у инсулинорезистентных субъектов» . Молекулярная генетика и обмен веществ . 65 (2): 181–6. дои : 10.1006/mgme.1998.2748 . ПМИД 9787110 .
- ^ Холнесс MJ, Sugden MC (декабрь 2003 г.). «Регуляция активности комплекса пируватдегидрогеназы путем обратимого фосфорилирования». Труды Биохимического общества . 31 (Часть 6): 1143–51. дои : 10.1042/bst0311143 . ПМИД 14641014 .
- ^ Ким Дж.В., Чернышев И., Семенза Г.Л., Данг К.В. (март 2006 г.). «HIF-1-опосредованная экспрессия киназы пируватдегидрогеназы: метаболический переключатель, необходимый для клеточной адаптации к гипоксии» . Клеточный метаболизм . 3 (3): 177–85. дои : 10.1016/j.cmet.2006.02.002 . ПМИД 16517405 .
- ^ Бонне С., Арчер С.Л., Аллалунис-Тернер Дж., Хароми А., Больё С., Томпсон Р., Ли С.Т., Лопащук Г.Д., Путтагунта Л., Боннет С., Гарри Дж., Хасимото К., Портер С.Дж., Андраде М.А., Тебо Б., Микелакис Э.Д. ( январь 2007 г.). «Ось канала митохондрий-K+ подавляется при раке, и ее нормализация способствует апоптозу и ингибирует рост рака» . Раковая клетка . 11 (1): 37–51. дои : 10.1016/j.ccr.2006.10.020 . ПМИД 17222789 .
- ^ Лу CW, Лин С.К., Чиен С.В., Лин С.К., Ли КТ, Лин Б.В., Ли Дж.К., Цай С.Дж. (сентябрь 2011 г.). «Сверхэкспрессия киназы 3 пируватдегидрогеназы увеличивает лекарственную устойчивость и ранний рецидив рака толстой кишки» . Американский журнал патологии . 179 (3): 1405–14. дои : 10.1016/j.ajpath.2011.05.050 . ПМК 3157210 . ПМИД 21763680 .
- ^ Като М., Ли Дж., Чуанг Дж.Л., Чуанг Д.Т. (август 2007 г.). «Отличные структурные механизмы ингибирования изоформ киназы пируватдегидрогеназы AZD7545, дихлорацетатом и радициколом» . Структура . 15 (8): 992–1004. дои : 10.1016/j.str.2007.07.001 . ПМЦ 2871385 . ПМИД 17683942 .
- ^ Интернет-менделевское наследование у человека (OMIM): болезнь Шарко-Мари-Тута, Х-сцепленная доминантность, 6; CMTX6 - 300905
- ^ Кеннерсон М.Л., Ю Э.М., Чуанг Д.Т., Кидамби А., Цо С.К., Ли С., Чаудри Р., Дрю А.П., Рэнс Г., Делатикки М.Б., Цюхнер С., Райан М.М., Николсон Г.А. (апрель 2013 г.). «Новый локус Х-сцепленной доминантной болезни Шарко-Мари-Тута (CMTX6) вызван мутациями в гене изофермента 3 киназы пируватдегидрогеназы (PDK3)» . Молекулярная генетика человека . 22 (7): 1404–16. дои : 10.1093/hmg/dds557 . ПМЦ 3596851 . ПМИД 23297365 .
- ^ Болфер Л., Эстрада А.Х., Ларкин С., Конлон Т.Дж., Лоуренко Ф., Таггарт К. и др. (март 2020 г.). «Функциональные последствия дефицита PDK4 в фибробластах добермана-пинчера» . Научные отчеты . 10 (1): 3930. Бибкод : 2020NatSR..10.3930B . дои : 10.1038/s41598-020-60879-6 . ПМЦ 7054397 . ПМИД 32127618 .
- ^ Таггарт К., Эстрада А., Томпсон П., Лоренко Ф., Кирмани С., Сузуки-Хатано С., Пакак К.А. (2017). «Дефицит PDK4 индуцирует внутренний апоптоз в ответ на голодание в фибробластах доберманов с дилатационной кардиомиопатией» . Биоисследования в открытом доступе . 6 (1): 182–191. дои : 10.1089/biores.2017.0023 . ПМЦ 5745584 . ПМИД 29285418 .
- ^ Меурс К.М., Ламмерс С., Кин Б.В., Уайт С.Н., Ояма М.А., Маусели Э., Линдблад-То К. (август 2012 г.). «Мутация сайта сплайсинга в гене, кодирующем митохондриальный белок PDK4, связана с развитием дилатационной кардиомиопатии у добермана». Генетика человека . 131 (8): 1319–25. дои : 10.1007/s00439-012-1158-2 . ПМИД 22447147 . S2CID 253975177 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- пируват+дегидрогеназа+киназа в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- ЭК 2.7.11.2
