Jump to content

Матриксная металлопротеиназа

Матриксная металлопротеиназа
Идентификаторы
Символ ММП
Пфам Клан CL0126
ИнтерПро ИПР021190
Мембраном 317

Матриксные металлопротеиназы ( ММП ), также известные как матриксные металлопептидазы или матриксины , представляют собой металлопротеиназы , которые представляют собой - зависимые цинксодержащие кальций эндопептидазы ; [1] другими членами семейства являются адамализины , серрализины и астацины . ММП принадлежат к более крупному семейству протеаз, известному как суперсемейство метцинцина . [2]

В совокупности эти ферменты способны разрушать все виды белков внеклеточного матрикса , но также могут обрабатывать ряд биологически активных молекул. Известно, что они участвуют в расщеплении рецепторов клеточной поверхности , высвобождении апоптотических лигандов (таких как лиганд FAS ) и инактивации хемокинов / цитокинов . [3] Также считается, что ММП играют важную роль в поведении клеток, таком как пролиферация клеток , миграция ( адгезия /дисперсия), дифференцировка , ангиогенез , апоптоз и защита хозяина .

Впервые они были описаны у позвоночных в 1962 году. [4] включая людей, но с тех пор были обнаружены у беспозвоночных и растений. Они отличаются от других эндопептидаз своей зависимостью от ионов металлов в качестве кофакторов , способностью разрушать внеклеточный матрикс и специфической эволюционной последовательностью ДНК .

Первоначально ММП были описаны Джеромом Гроссом и Чарльзом Лапьером в 1962 году, которые наблюдали ферментативную активность ( коллагена деградацию тройной спирали ) во время метаморфоза хвоста головастика (путем помещения хвоста головастика в пластинку коллагенового матрикса). [5] Поэтому фермент был назван интерстициальной коллагеназой ( ММП-1 ).

Позже его очистили из человеческой кожи (1968 г.), [6] и было признано, что он синтезируется как зимоген . [7]

«Цистеиновый переключатель» был описан в 1990 году. [8]

Структура

[ редактировать ]

ММП имеют общую доменную структуру . Тремя общими доменами являются пропептидный, каталитический домен и гемопексиноподобный С -концевой домен, который связан с каталитическим доменом гибкой шарнирной областью. [2]

Пропептид

[ редактировать ]

ММП первоначально синтезируются как неактивные зимогены с пропептидным доменом, который необходимо удалить, прежде чем фермент станет активным. Пропептидный домен является частью «цистеинового переключателя». Он содержит консервативный остаток цистеина , который взаимодействует с цинком в активном центре и предотвращает связывание и расщепление субстрата , сохраняя фермент в неактивной форме. В большинстве ММП остаток цистеина находится в консервативной последовательности PRCGxPD. Некоторые ММП имеют сайт расщепления прогормон-конвертазы (фуриноподобный) как часть этого домена, который при расщеплении активирует фермент. MMP-23A и ​​MMP-23B включают трансмембранный сегмент в этом домене. [9]

Каталитический домен

[ редактировать ]

Рентгенокристаллографические структуры нескольких каталитических доменов ММП показали, что этот домен представляет собой сплюснутую сферу размером 35 x 30 x 30 Å (3,5 x 3 x 3 нм ). Активный центр представляет собой бороздку размером 20 Å (2 нм), пересекающую каталитический домен. В части каталитического домена, образующей активный центр, находится каталитически важный Zn. 2+ ион, который связан тремя остатками гистидина , обнаруженными в консервативной последовательности HExxHxxGxxH. Следовательно, эта последовательность представляет собой мотив, связывающий цинк.

Желатиназы типа II , , такие как MMP-2 , включают фибронектина модули вставленные непосредственно перед этим в цинк -связывающий мотив в каталитическом домене. [10]

Шарнирная область

[ редактировать ]

Каталитический домен соединен с С-концевым доменом гибкой шарнирной или линкерной областью. Он имеет длину до 75 аминокислот и не имеет определенной структуры.

Гемопексиноподобный С-концевой домен

[ редактировать ]
Гемопексиноподобный С-концевой домен MMP9 PDB 1itv

С-концевой домен имеет структурное сходство с сывороточным белком гемопексином . Он имеет четырехлопастную конструкцию β-пропеллера. Структуры β-пропеллера обеспечивают большую плоскую поверхность, которая, как полагают, участвует в белок-белковых взаимодействиях . Это определяет специфичность субстрата и является местом взаимодействия с ТИМП ( тканевым ингибитором металлопротеиназ ). Гемопексиноподобный домен отсутствует у ММП-7 , ММП-23, ММП-26, а также у растений и нематод . Мембраносвязанные ММП (МТ-ММП) закрепляются на плазматической мембране через трансмембранный домен или домен, закрепляющий GPI.

Каталитический механизм

[ редактировать ]

Опубликовано три каталитических механизма.

  • В первом механизме Браунер М.Ф. и его коллеги [11] предложил механизм основного катализа, осуществляемый консервативным остатком глутамата и Zn 2+ ион.
  • Во втором механизме, механизме Мэтьюза, Кестер и Мэтьюз [12] предположил взаимодействие между молекулой воды и Zn 2+ ион в ходе кислотно-основного катализа .
  • В третьем механизме, механизме Манцетти, Манцетти Серджио и его коллеги. [13] предоставили доказательства того, что координация между водой и цинком во время катализа маловероятна, и предположили третий механизм, при котором гистидин из мотива HExxHxxGxxH участвует в катализе , позволяя Zn 2+ иона принять квазипента-координированное состояние путем его диссоциации от него. В этом состоянии Zn 2+ Ион координируется с двумя атомами кислорода каталитической глутаминовой кислоты, карбонильным атомом кислорода субстрата и двумя остатками гистидина и может поляризовать атом кислорода глутаминовой кислоты, приближаться к разрывной связи и побуждать ее действовать как обратимый донор электронов. оксианиона Это образует переходное состояние . На этом этапе молекула воды воздействует на диссоциированную разрезающую связь и завершает гидролиз субстрата.

Классификация

[ редактировать ]
Функциональная классификация матриксных металлопротеиназ.

ММП можно разделить по-разному.

Эволюционный

[ редактировать ]

Использование биоинформатических методов для сравнения первичных последовательностей ММП позволяет предположить следующие эволюционные группы ММП:

Анализ каталитических доменов по отдельности предполагает, что каталитические домены развивались дальше после дифференциации основных групп, на что также указывают специфичности ферментов субстратные .

Функциональный

[ редактировать ]

Наиболее часто используемые группировки (исследователями биологии ММП) частично основаны на исторической оценке субстратной специфичности ММП, а частично на клеточной локализации ММП. К этим группам относятся коллагеназы, желатиназы, стромелизины и ММП мембранного типа (МТ-ММП).

  • Коллагеназы на отдельные фрагменты способны расщеплять трехспиральные фибриллярные коллагены 3/4 и 1/4. Эти коллагены являются основными компонентами костей , хрящей и дентина , а ММП — единственные известные млекопитающих ферменты , способные их расщеплять. Коллагеназами являются № 1, № 8, № 13 и № 18. Кроме того, было показано, что № 14 расщепляет фибриллярный коллаген , и есть доказательства того, что № 2 способен к коллагенолизу. В MeSH текущий список коллагеназ включает № 1, № 2, № 8, № 9 и № 13. Коллагеназа № 14 присутствует в MeSH, но не указана как коллагеназа, а № 18 – отсутствует в MeSH.
  • Основными субстратами желатиназ являются коллаген и желатин IV типа , и эти ферменты отличаются наличием дополнительного домена, встроенного в каталитический домен. Эта связывающая желатин область расположена непосредственно перед мотивом, связывающим цинк, и образует отдельную единицу сворачивания, которая не нарушает структуру каталитического домена. Желатиназы – № 2 и № 9.
  • Стромелизины обладают широкой способностью расщеплять белки внеклеточного матрикса , но не способны расщеплять трехспиральные фибриллярные коллагены. Тремя каноническими членами этой группы являются № 3, № 10 и № 11.
  • Все шесть ММП мембранного типа ( № 14 , № 15, № 16, № 17, № 24 и № 25) имеют сайт расщепления фурином в пропептиде, что также характерно для № 11.

Однако становится все более очевидным, что эти разделения являются несколько искусственными, поскольку существует ряд ММП, которые не вписываются ни в одну из традиционных групп.

Ген Имя Псевдонимы Расположение Описание
ММП1 Интерстициальная коллагеназа КЛГ, КЛГН секретируемый Субстраты включают Col I, II, III, VII, VIII, X, желатин.
ММП2 Желатаза-А, 72 кДа желатиназа секретируемый Субстраты включают желатин, Col I, II, III, IV, Vii, X.
ММП3 Стромелизин 1 ЧДС6, ММП-3, СЛ-1, СТМИ, СТМИ1, СТР1 секретируемый Субстраты включают Col II, IV, IX, X, XI, желатин.
ММП7 Матрилизин, НАСОС 1 ММП-7, МПСЛ1, НАСОС-1 секретируемый мембрана, связанная посредством связывания с сульфатом холестерина в клеточных мембранах, субстраты включают: фибронектин, ламинин, Col IV, желатин.
ММП8 Нейтрофильная коллагеназа CLG1, HNC, MMP-8, PMNL-CL секретируемый Субстраты включают Col I, II, III, VII, VIII, X, аггрекан, желатин.
ММП9 Желатаза-B, желатиназа 92 кДа CLG4B, GELB, MANDP2, MMP-9 секретируемый Субстраты включают желатин, Col IV, V.
ММП10 Стромелизин 2 СЛ-2, СТМИ2 секретируемый Субстраты включают Col IV, ламинин, фибронектин, эластин.
ММП11 Стромелизин 3 СЛ-3, СТ3, СТМИ3 секретируемый MMP-11 демонстрирует большее сходство с MT-MMP, активируется конвертазой и поэтому секретируется, поэтому обычно связан с MMP, активируемыми конвертазой. Субстраты включают Col IV, фибронектин, ламинин, аггрекан.
ММП12 Макрофаговая металлоэластаза ХМЕ, МЕ, ММЕ, ММП-12 секретируемый Субстраты включают эластин, фибронектин, Col IV.
ММП13 Коллагеназа 3 CLG3, MANDP1, MMP-13 секретируемый Субстраты включают Col I, II, III, IV, IX, X, XIV, желатин.
ММП14 МТ1-ММП ММП-14, ММП-Х1, МТ-ММП, МТ-ММП 1, МТ1-ММП, МТ1ММП, МТММП1, WNCHRS мембраносвязанный трансмембранная ММП I типа; субстраты включают желатин, фибронектин, ламинин
ММП15 МТ2-ММП МТ2-ММП, МТММП2, СМКП-2, ММП-15, МТ2ММП мембраносвязанный трансмембранная ММП I типа; субстраты включают желатин, фибронектин, ламинин
ММП16 МТ3-ММП C8orf57, ММП-Х2, МТ-ММП2, МТ-ММП3, МТ3-ММП мембраносвязанный трансмембранная ММП I типа; субстраты включают желатин, фибронектин, ламинин
ММП17 МТ4-ММП МТ4-ММП, ММП-17, МТ4ММП, МТММП4 мембраносвязанный гликозилфосфатидилинозитол -присоединенный; субстраты включают фибриноген, фибрин
ММП18 Коллагеназа 4, xcol4, xenopus коллагеназа Нет известного человеческого ортолога.
ММП19 RASI-1, иногда называемый стромелизин-4. ММП18, РАСИ-1, КОДА
ММП20 Эмализин АИ2А2, ММП-20 секретируемый
ММП21 Х-ММП ММП-21, HTX7 секретируемый
ММП23А СА-ММП мембраносвязанный трансмембранная цистеиновая матрица типа II
ММП23Б МФР, МФР-1, ММП22, ММП23А мембраносвязанный трансмембранная цистеиновая матрица типа II
ММП24 МТ5-ММП ММП-24, ММП25, МТ-ММП 5, МТ-ММП5, МТ5-ММП, МТ5ММП, МТММП5 мембраносвязанный трансмембранная ММП I типа
ММП25 МТ6-ММП ММП-25, ММП20, ММП20А, ММПЛ1, МТ-ММП 6, МТ-ММП6, МТ6-ММП, МТ6ММП, МТММП6 мембраносвязанный гликозилфосфатидилинозитол -присоединенный
ММП26 Матрилизин-2, эндометаза
ММП27 ММП-22, С-ММП ММП-27
ММП28 Эпилизин ЭПИЛИЗИН, ММ28, ММП-25, ММП-28, ММП25 секретируемый Обнаружен в 2001 году и получил свое название в связи с обнаружением в кератиноцитах человека . В отличие от других ММП этот фермент конститутивно экспрессируется во многих тканях (высокий уровень экспрессии в семенниках и на более низких уровнях в легких , сердце , головном мозге, толстой кишке , кишечнике , плаценте , слюнных железах , матке , коже). Треонин заменяет пролин в его цистеиновом переключателе (PRCGVTD). [14]

Матриксные металлопротеиназы соединяются с металлсвязывающим белком металлотионином; тем самым помогая в механизме металлического связывания.

ММП играют важную роль в ремоделировании тканей, связанном с различными физиологическими или патологическими процессами, такими как морфогенез , ангиогенез , восстановление тканей , цирроз печени , артрит и метастазирование . MMP-2 и MMP-9 Считается, что MMP-1 играют важную роль в метастазировании. Считается, что играет важную роль при ревматоидном артрите и остеоартрите. Последние данные свидетельствуют об активной роли ММП в патогенезе аневризмы аорты. Избыток ММП разрушает структурные белки стенки аорты. Нарушение баланса между ММП и ТИМП также характерно для острых и хронических сердечно-сосудистых заболеваний. [15]

Активация

[ редактировать ]
взаимная активация ММП

Все ММП синтезируются в латентной форме (зимоген). Они секретируются как проферменты и требуют внеклеточной активации. Они могут быть активированы in vitro с помощью многих механизмов, включая ртутьорганические соединения, хаотропные агенты и другие протеазы.

Ингибиторы

[ редактировать ]

ММП ингибируются специфическим эндогенным тканевым ингибитором металлопротеиназ (ТИМП), который включает семейство из четырех ингибиторов протеаз : ТИМП-1, ТИМП-2, ТИМП-3 и ТИМП-4.

Синтетические ингибиторы обычно содержат хелатную группу , которая прочно связывает каталитический атом цинка ММП в активном центре . Общие хелатные группы включают гидроксаматы , карбоксилаты , тиолы и фосфинилы . Гидроксиматы являются особенно мощными ингибиторами ММП и других цинк-зависимых ферментов из-за их бидентатного хелатирования атома цинка. Другие заместители этих ингибиторов обычно предназначены для взаимодействия с различными карманами связывания на интересующей ММП, что делает ингибитор более или менее специфичным для данных ММП. [2]

Фармакология

[ редактировать ]

Доксициклин в субантимикробных дозах ингибирует активность ММП и использовался с этой целью в различных экспериментальных системах, например, при резистентных рецидивирующих эрозиях роговицы. Он используется в клинической практике для лечения заболеваний пародонта и является единственным ингибитором ММП, широко доступным в клинической практике. Он продается под торговой маркой Periostat компанией CollaGenex . Также было показано, что миноциклин, другой антибиотик тетрациклинового ряда, ингибирует активность ММП.

Ряд рационально разработанных ингибиторов ММП показали некоторую перспективность в лечении патологий, в которых предположительно участвуют ММП (см. выше). Однако большинство из них, такие как маримастат (BB-2516), ингибитор ММП широкого спектра действия, и ципемастат (Ro 32-3555), селективный ингибитор ММП-1 , показали плохие результаты в клинических исследованиях . Провал Маримасата частично стал причиной закрытия компании British Biotech , которая его разработала. Неудача этих препаратов была обусловлена ​​главным образом токсичностью (в частности, скелетно-мышечной токсичностью в случае ингибиторов широкого спектра действия) и неспособностью показать ожидаемые результаты (в случае трокады многообещающие результаты на моделях артрита кроликов не были воспроизведены в клинических исследованиях). испытания на людях). Причины столь неутешительных клинических результатов применения ингибиторов ММП неясны, особенно в свете их активности на животных моделях .

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Верма Р.П., Ханш С. (март 2007 г.). «Матриксные металлопротеиназы (ММП): химико-биологические функции и (Q) SAR» (PDF) . Биоорг. Мед. хим. 15 (6): 2223–68. дои : 10.1016/j.bmc.2007.01.011 . ПМИД   17275314 . Архивировано из оригинала (PDF) 13 мая 2015 года . Проверено 21 октября 2015 г.
  2. ^ Jump up to: а б с Матриксные металлопротеиназы: их значение при сердечно-сосудистых заболеваниях
  3. ^ Ван Линт П., Либерт С. (декабрь 2007 г.). «Обработка хемокинов и цитокинов матриксными металлопротеиназами и ее влияние на миграцию и воспаление лейкоцитов» . Дж. Леукок. Биол. 82 (6): 1375–81. дои : 10.1189/jlb.0607338 . ПМИД   17709402 .
  4. ^ Гросс, Дж.; Лапьер, CM (июнь 1962 г.). «Коллагенолитическая активность в тканях амфибий: анализ культуры тканей» . Труды Национальной академии наук . 48 (6): 1014–22. Бибкод : 1962PNAS...48.1014G . дои : 10.1073/pnas.48.6.1014 . ПМК   220898 . ПМИД   13902219 .
  5. ^ Гросс Дж., Лапьер С. (1962). «Коллагенолитическая активность в тканях амфибий: анализ культуры ткани» . Proc Natl Acad Sci США . 48 (6): 1014–22. Бибкод : 1962PNAS...48.1014G . дои : 10.1073/pnas.48.6.1014 . ПМК   220898 . ПМИД   13902219 .
  6. ^ Эйзен А., Джеффри Дж., Гросс Дж. (1968). «Коллагеназа кожи человека. Выделение и механизм атаки на молекулу коллагена». Биохим Биофиз Акта . 151 (3): 637–45. дои : 10.1016/0005-2744(68)90010-7 . ПМИД   4967132 .
  7. ^ Харпер Э., Блох К., Гросс Дж (1971). «Зимоген коллагеназы головастиков». Биохимия . 10 (16): 3035–41. дои : 10.1021/bi00792a008 . ПМИД   4331330 .
  8. ^ Ван Варт Х., Биркедал-Хансен Х. (1990). «Цистеиновый переключатель: принцип регуляции активности металлопротеиназ с потенциальной применимостью ко всему семейству генов матриксных металлопротеиназ» . Proc Natl Acad Sci США . 87 (14): 5578–82. Бибкод : 1990PNAS...87.5578V . дои : 10.1073/pnas.87.14.5578 . ПМК   54368 . ПМИД   2164689 .
  9. ^ Пей Д., Кан Т., Ци Х (2000). «Матричная металлопротеиназа цистеиновой матрицы (CA-MMP) / MMP-23 представляет собой трансмембранную матричную металлопротеиназу типа II, регулируемую одним расщеплением как для секреции, так и для активации» . J Биол Хим . 275 (43): 33988–97. дои : 10.1074/jbc.M006493200 . ПМИД   10945999 .
  10. ^ Трекслер М., Брикнарова К., Германн М., Ллинас М., Пэтти Л. (2003). «Пептидные лиганды модулей фибронектина II матриксной металлопротеиназы 2 (ММП-2)» . J Биол Хим . 278 (14): 12241–6. дои : 10.1074/jbc.M210116200 . ПМИД   12486137 .
  11. ^ Браунер М.Ф., Смит В.В., Кастельяно А.Л. (1995). «Комплексы матрилизин-ингибитор: общие темы среди металлопротеаз». Биохимия . 34 (20): 6602–10. дои : 10.1021/bi00020a004 . ПМИД   7756291 .
  12. ^ Кестер В.Р., Мэтьюз Б.В. (1977). «Кристаллографическое исследование связывания дипептидных ингибиторов с термолизином: значение для механизма катализа». Биохимия . 16 (11): 2506–16. дои : 10.1021/bi00630a030 . ПМИД   861218 .
  13. ^ Манцетти С., Маккалок Д.Р., Херингтон А.С., ван дер Спул Д. (2003). «Моделирование фермент-субстратных комплексов металлопротеаз ММП-3, ADAM-9 и ADAM-10». J. Comput.-Aided Mol. Дес . 17 (9): 551–65. Бибкод : 2003JCAMD..17..551M . дои : 10.1023/B:JCAM.0000005765.13637.38 . ПМИД   14713188 . S2CID   17453639 .
  14. ^ Лохи Дж., Уилсон С.Л., Роби Дж.Д., Паркс У.К. (2001). «Эпилизин, новая человеческая матриксная металлопротеиназа (MMP-28), экспрессируемая в семенниках и кератиноцитах и ​​в ответ на травму» . J Биол Хим . 276 (13): 10134–10144. дои : 10.1074/jbc.M001599200 . ПМИД   11121398 .
  15. ^ Снук-ван Берден ПАМ; Фон ден Хофф JW (2005). «Зимографические методы анализа матриксных металлопротеиназ и их ингибиторов» . БиоТехники . 38 (1): 73–83. дои : 10.2144/05381RV01 . hdl : 2066/47379 . ПМИД   15679089 .

Синергический эффект полиморфизма промотора стромелизин-1 (матриксная металлопротеиназа-3) (-1171 5A->6A) при подслизистом фиброзе полости рта и поражениях головы и шеи. Чаудхари АК, Сингх М, Бхарти А.С., Сингх М, Шукла С, Сингх АК, Мехротра Р.БМК Рак. 2010, 14 июля; 10:369.

[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 9710de1c35a136e40fdc58c3e893b9bd__1721669700
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/97/bd/9710de1c35a136e40fdc58c3e893b9bd.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Matrix metalloproteinase - 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.)