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 .
История
[ редактировать ]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 ]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 ]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.
Гены
[ редактировать ]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.
Функция
[ редактировать ]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 ]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 ]- Коллаген-гибридизирующий пептид - пептид, который может связывать и окрашивать коллаген, расщепленный ММП.
- Открытие лекарств и разработка ингибиторов ММП
- Протеазы в ангиогенезе
Ссылки
[ редактировать ]- ^ 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.
- ^ Jump up to: а б с Матриксные металлопротеиназы: их значение при сердечно-сосудистых заболеваниях
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ Харпер Э., Блох К., Гросс Дж (1971). «Зимоген коллагеназы головастиков». Биохимия . 10 (16): 3035–41. дои : 10.1021/bi00792a008 . ПМИД 4331330 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- MBInfo – Матриксные металлопротеиназы (ММП) облегчают разборку внеклеточного матрикса.
- Матриксный белок металлопротеиназа
- Внеклеточный протеолиз на сайте fibrinoлиз.org
- пептидный магазин
- В настоящее время идентифицированы субстраты для ММП млекопитающих на clip.ubc.ca.
- Матрикс + металлопротеиназы Национальной медицинской библиотеки США в медицинских предметных рубриках (MeSH)