CTP-синтетаза
| CTP-синтаза | |||
|---|---|---|---|
 | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 6.3.4.2 | ||
| Номер CAS. | 9023-56-7 | ||
| 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 | ||
| Генная онтология | АмиГО / QuickGO | ||
| |||
CTP-синтаза представляет собой фермент ( EC 6.3.4.2 ), участвующий в биосинтезе пиримидинов , который взаимно превращает UTP и CTP . [1] [2]
Механизм реакции
[ редактировать ]CTP (цитидинтрифосфат)синтетаза катализирует последнюю стадию биосинтеза пиримидиннуклеотидов: [3]
АТФ + УТФ + глутамин → АДФ + Ф i + ЦТФ + глутамат
Это фермент, ограничивающий скорость синтеза цитозиновых нуклеотидов как по пути de novo, так и по пути спасения уридина. [4]
Реакция протекает путем АТФ-зависимого фосфорилирования UTP по 4-атому кислорода, что делает 4-углеродный атом электрофильным и уязвимым для реакции с аммиаком. [5] Источником аминогруппы в CTP является глутамин , который гидролизуется в домене глутаминамидотрансферазы с образованием аммиака. Затем он передается через внутреннюю часть фермента в синтетазный домен. [6] [7] Здесь аммиак реагирует с промежуточным 4-фосфорил-УТФ. [8]
изоферменты
[ редактировать ]У человека существуют два изозима с активностью CTP-синтазы, кодируемые следующими генами:
Структура
[ редактировать ]
Активная CTP-синтаза существует в виде гомотетрамерного фермента. При низких концентрациях фермента и в отсутствие АТФ и УТФ ЦТФ-синтаза существует в виде неактивного мономера. По мере увеличения концентрации фермента он сначала полимеризуется в димер (например, в форму, показанную слева), а в присутствии АТФ и УТФ образует тетрамер. [5] [9]
Фермент содержит два основных домена, отвечающих за аминотрансферазную и синтазную активность соответственно. Домены амидотрансферазы расположены вдали от границ раздела тетрамеров и не подвержены влиянию олигомерного состояния. Сайт связывания АТФ и сайт связывания CTP в синтазном домене расположены на границе раздела тетрамеров. Именно по этой причине для тетрамеризации необходимы АТФ и УТФ. [10]
Регулирование
[ редактировать ]CTP-синтаза точно регулируется внутриклеточными концентрациями CTP и UTP, и было замечено, что hCTPS1 и hCTPS2 максимально активны при физиологических концентрациях АТФ, ГТФ и глутамина. [11]
Было показано, что активность изофермента CTPS1 человека ингибируется фосфорилированием. [12] Одним из основных примеров этого является фосфорилирование остатка Ser-571 киназой гликогенсинтазы 3 (GSK3) в ответ на низкие уровни сыворотки. [13] Кроме того, было замечено, что Ser568 фосфорилируется казеинкиназой 1, ингибируя активность CTP-синтазы. [11]
CTP также подлежит различным формам аллостерической регуляции . ГТФ действует как аллостерический активатор, который сильно способствует гидролизу глютамина, но также ингибирует глутамин-зависимое образование ЦТФ в высоких концентрациях. [14] Это позволяет сбалансировать относительное количество пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. Продукт реакции CTP также служит аллостерическим ингибитором. Сайт связывания трифосфата перекрывается с сайтом связывания UTP, но нуклеозидный фрагмент CTP связывается в альтернативном кармане, противоположном сайту связывания UTP. [15]
Было показано, что уровни CTP-синтазы зависят от уровней транскрипционного фактора Myc . В свою очередь, активность CTP-синтазы необходима для фенотипов, связанных с Myc. [16]
глутамина ДОН Аналог . также действует как необратимый ингибитор и используется в качестве противоракового средства [17]
Нити
[ редактировать ]Сообщалось, что CTP-синтаза образует нити у нескольких различных организмов. К ним относятся бактерии ( C. crescentus ), [18] дрожжи ( S. cerevisiae ), [19] плодовые мушки ( D. melanogaster ) [20] и клетки человека. [21] Эти нитевидные структуры получили название цитоплазматических палочек и колец. [22] цитоофидия (от греческого «cyto», означающего клетку, и «ophidium», означающего змею, в связи с морфологией структур) или просто нити CTP-синтазы. Было показано, что филаментация снижает или повышает активность CTP-синтазы в зависимости от вида. [23] [24] [25] [26] [27] У дрозофилы только одна изоформа CTP-синтазы образует нить. [28] С момента открытия этого нового способа регуляции ферментов CTP-синтазы было показано, что множество других ферментов проявляют аналогичные характеристики, что позволяет предположить, что это важная и хорошо консервативная стратегия ферментативной регуляции. [29] CTP-синтаза остается модельным ферментом для изучения образования филаментов.
Клиническое значение
[ редактировать ]Повышенная активность CTP-синтазы широко наблюдалась в опухолях человека и грызунов. [30] Данные, полученные на моделях мух [16] и раковые клетки человека [31] предполагает, что Myc-зависимый рост клеток может быть более восприимчив к подавлению активности CTP-синтазы.
Было замечено, что мутации в CTP-синтазе придают устойчивость к цитотоксическим препаратам, таким как цитозин арабинозид (ara-C) на клеточной модели лейкемии яичника китайского хомячка (CHO), хотя такие мутации не были обнаружены у пациентов-людей с устойчивостью к ara-C. [32]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Либерман I (октябрь 1956 г.). «Ферментативное аминирование уридинтрифосфата в цитидинтрифосфат» . Журнал биологической химии . 222 (2): 765–775. дои : 10.1016/S0021-9258(20)89934-7 . ПМИД 13367044 .
- ^ Лонг CW, Левицки А, Кошланд Д.Э. (январь 1970 г.). «Субъединичная структура и взаимодействие субъединиц цитидинтрифосфатсинтетазы» . Журнал биологической химии . 245 (1): 80–87. дои : 10.1016/S0021-9258(18)63424-6 . ПМИД 5411547 .
- ^ Кошланд Д.Е., Левицкий А (1974). «CTP-синтетаза и родственные ферменты» . В Бойере П.Д. (ред.). Ферменты (3-е изд.). Нью-Йорк: Академическая пресса. стр. 539–59. ISBN 978-0-12-122710-4 .
- ^ ван Куиленбург А.Б., Мейнсма Р., Врекен П., Уотерхэм Х.Р., ван Геннип А.Х. (2000). «Изоформы CTP-синтетазы человека». Метаболизм пуринов и пиримидинов у человека X. Достижения экспериментальной медицины и биологии. Том. 486. стр. 257–261. дои : 10.1007/0-306-46843-3_50 . ISBN 978-0-306-46515-4 . ПМИД 11783495 .
- ^ Перейти обратно: а б фон дер Саал В., Андерсон П.М., Виллафранка Дж.Дж. (декабрь 1985 г.). «Механистические исследования цитидин-5'-трифосфатсинтетазы Escherichia coli. Обнаружение промежуточного соединения с помощью экспериментов по позиционному изотопному обмену» . Журнал биологической химии . 260 (28): 14993–14997. дои : 10.1016/S0021-9258(18)95692-9 . ПМИД 2933396 .
- ^ Левицкий А., Кошланд Д.Е. (август 1971 г.). «Цитидинтрифосфатсинтетаза. Ковалентные интермедиаты и механизмы действия». Биохимия . 10 (18): 3365–3371. дои : 10.1021/bi00794a008 . ПМИД 4940761 .
- ^ Эндрицци Дж. А., Ким Х, Андерсон П. М., Болдуин Э. П. (июнь 2004 г.). «Кристаллическая структура цитидинтрифосфатсинтетазы Escherichia coli, нуклеотидно-регулируемого слитого белка глутаминамидотрансферазы/АТФ-зависимой амидолигазы и гомолога противораковых и противопаразитарных лекарственных средств» . Биохимия . 43 (21): 6447–6463. дои : 10.1021/bi0496945 . ПМК 2891762 . ПМИД 15157079 .
- ^ Льюис Д.А., Виллафранка Дж.Дж. (октябрь 1989 г.). «Исследование механизма CTP-синтетазы с использованием методов быстрого гашения и разделения изотопов». Биохимия . 28 (21): 8454–8459. дои : 10.1021/bi00447a027 . ПМИД 2532543 .
- ^ Андерсон ПМ (июнь 1983 г.). «CTP-синтетаза из Escherichia coli: улучшенная процедура очистки и характеристика влияния гистерезиса и концентрации фермента на кинетические свойства». Биохимия . 22 (13): 3285–3292. дои : 10.1021/bi00282a038 . ПМИД 6349684 .
- ^ Лауритсен И., Виллемоэс М., Йенсен К.Ф., Йоханссон Э., Харрис П. (февраль 2011 г.). «Структура димерной формы CTP-синтазы Sulfolobus solfataricus» . Акта Кристаллографика. Раздел F. Структурная биология и кристаллизационные связи . 67 (Часть 2): 201–208. дои : 10.1107/S1744309110052334 . ПМК 3034608 . ПМИД 21301086 .
- ^ Перейти обратно: а б Кассель К.М., Хиггинс М.Дж., Хайнс М., Грейвс Л.М. (октябрь 2010 г.). «Регуляция цитидинтрифосфатсинтетазы 2 человека путем фосфорилирования» . Журнал биологической химии . 285 (44): 33727–33736. дои : 10.1074/jbc.M110.178566 . ПМЦ 2962471 . ПМИД 20739275 .
- ^ Карман GM, Керстинг MC (февраль 2004 г.). «Синтез фосфолипидов у дрожжей: регуляция фосфорилированием». Биохимия и клеточная биология . 82 (1): 62–70. дои : 10.1139/o03-064 . ПМИД 15052328 .
- ^ Хиггинс М.Дж., Грейвс П.Р., Грейвс Л.М. (октябрь 2007 г.). «Регуляция цитидинтрифосфатсинтетазы 1 человека с помощью киназы гликогенсинтазы 3» . Журнал биологической химии . 282 (40): 29493–29503. дои : 10.1074/jbc.M703948200 . ПМИД 17681942 .
- ^ Ланн Ф.А., Макдоннелл Дж.Э., Беарн С.Л. (январь 2008 г.). «Структурные требования для активации CTP-синтазы Escherichia coli с помощью аллостерического эффектора GTP являются строгими, но требования к ингибированию являются мягкими» . Журнал биологической химии . 283 (4): 2010–2020. дои : 10.1074/jbc.M707803200 . ПМИД 18003612 .
- ^ Эндрицци Дж.А., Ким Х., Андерсон П.М., Болдуин Э.П. (октябрь 2005 г.). «Механизмы продуктовой обратной регуляции и лекарственной устойчивости цитидинтрифосфатсинтетаз из структуры CTP-ингибируемого комплекса» . Биохимия . 44 (41): 13491–13499. дои : 10.1021/bi051282o . ПМЦ 2891682 . ПМИД 16216072 .
- ^ Перейти обратно: а б Оги Дж.Н., Грайс С.Дж., Лю Дж.Л. (февраль 2016 г.). «Взаимодействие между Myc и CTP-синтазой у дрозофилы» . ПЛОС Генетика . 12 (2): e1005867. дои : 10.1371/journal.pgen.1005867 . ПМЦ 4759343 . ПМИД 26889675 .
- ^ Ахлувалия Г.С., Грем Дж.Л., Хао З., Куни Д.А. (1990). «Метаболизм и действие противораковых средств, аналогов аминокислот» . Фармакология и терапия . 46 (2): 243–271. дои : 10.1016/0163-7258(90)90094-I . ПМИД 2108451 .
- ^ Ингерсон-Махар М., Бригель А., Вернер Дж.Н., Дженсен Г.Дж., Гитай З. (август 2010 г.). «Метаболический фермент CTP-синтаза образует цитоскелетные нити» . Природная клеточная биология . 12 (8): 739–746. дои : 10.1038/ncb2087 . ПМК 3210567 . ПМИД 20639870 .
- ^ Нори С., Сато Б.К., Бройер Р.М., Вильгельм Дж.Э. (август 2010 г.). «Идентификация новых белков, образующих филаменты, у Saccharomyces cerevisiae и Drosophila melanogaster» . Журнал клеточной биологии . 190 (4): 541–551. дои : 10.1083/jcb.201003001 . ПМК 2928026 . ПМИД 20713603 .
- ^ Лю Дж.Л. (май 2010 г.). «Внутриклеточная компартментация CTP-синтазы у дрозофилы» . Журнал генетики и геномики = И Чуань Сюэ Бао . 37 (5): 281–296. дои : 10.1016/S1673-8527(09)60046-1 . ПМИД 20513629 . S2CID 206173864 .
- ^ Чен К., Чжан Дж., Тастан ОЮ, Дойссен З.А., Сисвик М.Ю., Лю Дж.Л. (сентябрь 2011 г.). «Аналоги глютамина способствуют сборке цитоофидия в клетках человека и дрозофилы». Журнал генетики и геномики = И Чуань Сюэ Бао . 38 (9): 391–402. дои : 10.1016/j.jgg.2011.08.004 . ПМИД 21930098 .
- ^ Каркамо В.К., Сато М., Касахара Х., Терада Н., Хамазаки Т., Чан Дж.Ю. и др. (2011). «Индукция структур цитоплазматических палочек и колец путем ингибирования синтетического пути CTP и GTP в клетках млекопитающих» . ПЛОС ОДИН . 6 (12): e29690. Бибкод : 2011PLoSO...629690C . дои : 10.1371/journal.pone.0029690 . ПМК 3248424 . ПМИД 22220215 .
- ^ Линч Э.М., Хикс Д.Р., Шеперд М., Эндрицци Дж.А., Мейкер А., Хансен Дж.М. и др. (июнь 2017 г.). «Структура филаментов CTP-синтазы человека демонстрирует конформацию активного фермента» . Структурная и молекулярная биология природы . 24 (6): 507–514. дои : 10.1038/nsmb.3407 . ПМЦ 5472220 . ПМИД 28459447 .
- ^ Барри Р.М., Битбол А.Ф., Лорестани А., Чарльз Э.Дж., Хабриан Ч.Х., Хансен Дж.М. и др. (июль 2014 г.). «Крупномасштабное образование филаментов подавляет активность CTP-синтетазы» . электронная жизнь . 3 : e03638. doi : 10.7554/eLife.03638 . ПМК 4126345 . ПМИД 25030911 .
- ^ Оги Дж.Н., Грайс С.Дж., Шен QJ, Сюй Ю, Чанг CC, Аззам Дж. и др. (октябрь 2014 г.). «Синтез нуклеотидов регулируется образованием цитоофидия во время развития нервной системы и адаптивного метаболизма» . Биология Открытая . 3 (11): 1045–1056. дои : 10.1242/bio.201410165 . ПМЦ 4232762 . ПМИД 25326513 .
- ^ Нори С., Монфорт Э., Шиау А.К., Вильгельм Дж.Э. (август 2014 г.). «Общий регуляторный контроль активности фермента CTP-синтазы и образования филаментов» . Молекулярная биология клетки . 25 (15): 2282–2290. doi : 10.1091/mbc.E14-04-0912 . ПМК 4116302 . ПМИД 24920825 .
- ^ Барри Р.М., Гитай З. (декабрь 2011 г.). «Самосборочные ферменты и происхождение цитоскелета» . Современное мнение в микробиологии . 14 (6): 704–711. дои : 10.1016/j.mib.2011.09.015 . ПМЦ 3234109 . ПМИД 22014508 .
- ^ Аззам Дж., Лю Дж.Л. (февраль 2013 г.). «Только одна изоформа CTP-синтазы Drosophila melanogaster образует цитоофидий» . ПЛОС Генетика . 9 (2): e1003256. дои : 10.1371/journal.pgen.1003256 . ПМЦ 3573105 . ПМИД 23459760 .
- ^ Оги Дж.Н., Лю Дж.Л. (2015). «Метаболическая регуляция посредством филаментации ферментов» . Критические обзоры по биохимии и молекулярной биологии . 51 (4): 282–293. дои : 10.3109/10409238.2016.1172555 . ПМЦ 4915340 . ПМИД 27098510 .
- ^ Кизаки Х., Уильямс Дж.К., Моррис Х.П., Вебер Дж. (ноябрь 1980 г.). «Повышение активности цитидин-5'-трифосфатсинтетазы в опухолях крысы и человека» . Исследования рака . 40 (11): 3921–3927. ПМИД 7471043 .
- ^ Сунь Цзы, Чжан Цзы, Ван Цюй, Лю Дж.Л. (март 2022 г.). «Комбинированная инактивация CTPS1 и ATR синтетически смертельна для раковых клеток, сверхэкспрессирующих MYC» . Исследования рака . 82 (6): 1013–1024. дои : 10.1158/0008-5472.can-21-1707 . ПМЦ 9359733 . ПМИД 35022212 .
- ^ Уилан Дж., Смит Т., Фар Дж., Рохатинер А., Листер А., Мейт М. (февраль 1994 г.). «Устойчивость к цитозинарабинозиду при остром лейкозе: значение мутаций в CTP-синтетазе». Лейкемия . 8 (2): 264–265. ПМИД 8309250 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Вейетт А., Дэвидсон Д. (июнь 2014 г.). «Иммунология: Когда лимфоциты выдыхаются». Природа . 510 (7504): 222–223. Бибкод : 2014Natur.510..222V . дои : 10.1038/nature13346 . ПМИД 24870231 . S2CID 4468136 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- CTP + синтетаза в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
