Аспарагинсинтетаза
| аспарагинсинтетаза | |||
|---|---|---|---|
 | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | АСНС | ||
| Альт. символы | 11ас, Аснс | ||
| ген NCBI | 440 | ||
| HGNC | 753 | ||
| МОЙ БОГ | 108370 | ||
| RefSeq | НМ_001673 | ||
| ЮниПрот | P08243 | ||
| Другие данные | |||
| Номер ЕС | 6.3.5.4 | ||
| Локус | Хр. 7 q21-q31 | ||
| |||
Аспарагинсинтетаза (или аспартат-аммиачная лигаза ) представляет собой главным образом цитоплазматический фермент, который генерирует аспарагин из аспартата . [1] Эта реакция амидирования аналогична той, которую стимулирует глутаминсинтетаза . Фермент повсеместно распространен в органах млекопитающих, но базальная экспрессия относительно низка в тканях, отличных от экзокринной части поджелудочной железы. [2]
Присутствие аспарагинсинтетазы выше среднего в некоторых штаммах лейкоза считается важным фактором, способствующим устойчивости к химиотерапии, особенно к химиотерапевтическому препарату L-аспарагиназе . [3]
Структура
[ редактировать ]Escherichia coli, Аспарагинсинтетаза, полученная из представляет собой димерный белок , каждая субъединица которого сворачивается в два отдельных домена. [4] N-концевая область состоит из двух слоев шестицепочечных антипараллельных β -листов, между которыми находится активный центр, ответственный за гидролиз глютамина . [4] С-концевой домен состоит из пятицепочечного параллельного β -листа, окруженного с обеих сторон α -спиралями . Этот домен отвечает за связывание обоих Mg 2+ АТФ и аспартат. [4] Эти два активных центра соединены туннелем, выстланным преимущественно атомами основной цепи и гидрофобными неполярными аминокислотными остатками. [4]
Структурная характеристика аспарагинсинтетазы из источников млекопитающих была затруднена из-за низкой распространенности и нестабильности фермента во время процедур очистки. [5]
Механизм
[ редактировать ]Используя информацию об аспарагинсинтетазе, полученной из Escherichia coli , удалось понять некоторые основные механизмы действия фермента. [5] N-концевой активный центр катализирует гидролиз глутамина с образованием глутамата и аммиака . [5] С-концевой активный центр катализирует активацию карбоксилата боковой цепи аспартата с образованием электрофильного промежуточного продукта, β-аспартил-АМФ (βAspAMP) 1 и неорганического пирофосфата ( PPi ). [5] Туннель, соединяющий два активных центра, позволяет молекуле аммиака действовать как общий промежуточный продукт для соединения двух полуреакций, происходящих в независимых активных центрах фермента. [5] Таким образом, после высвобождения и направления из сайта глутаминазы молекула аммиака атакует связанный βAspAMP 1 с образованием аспарагина и AMP через тетраэдрический промежуточный продукт. [5]
Функция
[ редактировать ]Растения неорганический азот поглощают из окружающей среды в виде нитрата или аммония . [6] Усвоение этого азота в аспарагине для использования в рециркуляции, транспортировке и хранении азота является важным процессом для развития растений, что делает аспарагинсинтетазу жизненно важной для поддержания этих запасов аспарагина. [6] Конкретными событиями в развитии, которые зависят от аспарагинсинтетазы, являются мобилизация азота в прорастающих семенах, рециркуляция и поток азота в вегетативных клетках в ответ на биотические и абиотические стрессы, а также ремобилизация азота из источника в органы-поглотители. [6]
Было обнаружено, что у млекопитающих экспрессия аспарагинсинтетазы связана с ростом клеток, а содержание ее мРНК связано с изменениями клеточного цикла. [5] Клетки хомяка BHK ts11 продуцируют неактивный фермент аспарагинсинтетазы, и эта потеря активности аспарагинсинтетазы непосредственно приводит к остановке клеточного цикла в клетках как следствие истощения клеточного аспарагина. [5] В этих клетках хомяка также наблюдалась активация мРНК аспарагинсинтетазы. [5] Другие эксперименты показали, что покоящиеся клетки щитовидной железы крыс, переходящие в S-фазу в результате лечения тиреотропным гормоном, сопровождались одновременным увеличением содержания мРНК аспарагинсинтетазы. [5]
Классы
[ редактировать ]По-видимому, существуют две основные группы аспарагинсинтетазы: [7] [6]
- Большинство изолированных ферментов прокариот ( asnA ) используют аммиак в качестве единственного источника азота. [7] [6]
- Эукариотические изолированные и некоторые прокариотические изолированные ферменты ( asnB ) используют глутамин в качестве предпочтительного источника азота, хотя эти ферменты также могут использовать аммиак в качестве альтернативного субстрата. [7] [6] Глютамин-зависимый АС человека кодируется одним геном, расположенным в области q21.3 на хромосоме 7. [8] Отсутствие аммиак-зависимой аспарагинсинтетазы у эукариот, по-видимому, связано с необходимостью поддерживать клеточную концентрацию аммиака на очень низком уровне. [7]
Клиническое значение
[ редактировать ]Рак
[ редактировать ]Лейкемия
[ редактировать ]Раковые клетки демонстрируют быстрый рост и деление клеток и впоследствии испытывают повышенную потребность в питательных веществах. [5] Особенно низкий уровень экспрессии аспарагинсинтетазы при первичном остром лимфобластном лейкозе ( ОЛЛ ) и многочисленных клеточных линиях ОЛЛ по сравнению с нормальными клетками делает истощение аспарагина эффективным методом лечения из-за необычной зависимости клеток от циркулирующего сывороточного аспарагина. как необходимое питание для роста. [2] [5] В результате L-аспарагиназа является распространенным химиотерапевтическим препаратом, используемым при лечении ОЛЛ, и может найти применение при других аспарагинсинтетазно-негативных раковых заболеваниях, таких как лимфомы, из-за ее аспарагиназной активности, приводящей к истощению аспарагина в сыворотке. [9] Это истощение сывороточного аспарагина приводит к последующему быстрому выведению клеточного аспарагина, который также немедленно подвергается воздействию и разрушается L-аспарагиназой. [5] Из-за временного ответа этих восприимчивых видов рака в ответ на истощение запасов аспарагина рост опухоли значительно замедляется из-за дефицита питательных веществ. [5] [3]
Большинство соматических клеток экспрессируют достаточное базальное количество аспарагинсинтетазы, чтобы противодействовать этому аспарагиновому голоданию и пережить воздействие L-аспарагиназы. [2] [3] [5] Кроме того, эти нормальные клетки способны повышать экспрессию аспарагинсинтетазы в ответ на истощение запасов аспарагина, что дополнительно противодействует некоторым токсическим эффектам лекарства на активность нормальных клеток, что является желательным признаком для химиотерапевтических препаратов. [2] [3] [5]
Однако противоположный эффект виден в случаях рака, устойчивого к аспарагиназе. [3] При этих резистентных формах рака эффект истощения аспарагина в крови за счет L-аспарагиназы вместо этого приводит к значительной гиперэкспрессии аспарагинсинтетазы для компенсации, эффективно сводя на нет эффект химиотерапевтического препарата. [3] Например, на мышиных моделях через 24 часа после воздействия L-аспарагиназы опухоли, устойчивые к истощению, ответили 5-19-кратным увеличением экспрессии аспарагинсинтетазы. [10] Эти резистентные опухоли также по своей природе экспрессируют более высокие уровни активности аспарагинсинтетазы, даже без применения L-аспарагиназы для стимулирования дальнейшей экспрессии. [11] Подобные тенденции часто наблюдаются и в исследованиях на людях: высокие уровни активности аспарагинсинтетазы обнаруживаются в случаях лечения, устойчивых к аспарагиназе, по сравнению с незначительной активностью в восприимчивых случаях. [12] Как видно в исследованиях in vitro устойчивых клеточных линий лейкоза человека, даже через шесть недель после удаления факторов, истощающих аспарагин, повышенный уровень экспрессии аспарагинсинтетазы не вернулся к базальному состоянию, вместо этого оставаясь повышенным и сохраняя устойчивость к лекарству. [13]
Хотя в этих исследованиях не сообщалось о механизмах, лежащих в основе устойчивой сверхэкспрессии ASNS, профилирование транскриптома двух пациентов с Т-ОЛЛ, у которых случился рецидив после лечения L-аспарагиназой, выявило рецидивирующую замену промотора на KMT2E, приводящую к сверхэкспрессии ASNS и L-аспарагиназы. -резистентность к аспарагиназе. [14] На модельных системах мышей было дополнительно продемонстрировано, что повторное субкультивирование чувствительных к L-аспарагиназе опухолевых клеток в сублетальных концентрациях L-аспарагиназы может в конечном итоге сделать их резистентными, что является потенциальным беспокойством по поводу лечения химиотерапией в более низких дозах, эффективно стимулирующего развитие резистентных клеток. [15]
Потенциальный биомаркер рака яичников
[ редактировать ]Наблюдалась корреляция между эффективностью L-аспарагиназы и уровнями белка аспарагинсинтетазы в ряде клеточных линий яичников человека. [16] Как упоминалось выше, этот результат подтвердил аналогичные наблюдения в клеточных линиях лейкемии человека. [16] Следовательно, аспарагинсинтетаза может использоваться в качестве биомаркера при скрининге и потенциальном лечении рака яичников. [16]
Потенциальная роль в метастазировании солидной опухоли
[ редактировать ]Эпителиально-мезенхимальный переход был имитирован в метастатических клетках путем адаптации клеток рака предстательной железы PC-3 из прикрепленной к суспензионной культуре, а затем исследован для исследования изменений в экспрессии генов, сопутствующих этой адаптации к суспензии. [17] Было обнаружено, что экспрессия аспарагинсинтетазы в суспензионных клетках была в шесть раз выше, чем в прикрепившихся клетках. [17] В ксенотрансплантатах клеточной линии рака молочной железы человека на установленной метастатической мышиной модели [2] [18] Аспарагинсинтетаза была повышена в циркулирующих опухолевых клетках, выделенных из крови мышей, по сравнению с родительской клеточной линией. [2] [18] Когда эти циркулирующие опухолевые клетки были возвращены в культуру in vitro и подвергнуты гипоксии, они показали более высокую базальную экспрессию и большую индукцию аспарагинсинтетазы, чем их родительская клеточная линия. [2] [18] Также было обнаружено, что эти циркулирующие опухолевые клетки обладают повышенной способностью к образованию колоний в анализах на мягком агаре в условиях гипоксии и растут быстрее при повторной имплантации в виде ксенотрансплантатов. [2] [18] Повышенная распространенность аспарагиназсинтетазы в метастатических клетках позволяет предположить, что ее активность может быть полезной для выживания циркулирующих опухолевых клеток. [2] [18]
Пустяки
[ редактировать ]Морские свинки имеют одни из самых высоких уровней естественной экспрессии аспарагинсинтетазы из-за того, что их сыворотка по своей природе содержит обнаруживаемые уровни L-аспарагиназы. [10]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хатсон Р.Г., Кито Т., Морага Амадор Д.А., Косич С., Шустер С.М., Килберг М.С. (май 1997 г.). «Аминокислотный контроль аспарагинсинтетазы: связь с устойчивостью к аспарагиназе в клетках лейкемии человека». Американский журнал физиологии . 272 (5, часть 1): C1691-9. дои : 10.1152/ajpcell.1997.272.5.C1691 . ПМИД 9176161 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я Баласубраманян М.Н., Баттерворт Э.А., Килберг М.С. (апрель 2013 г.). «Аспарагинасинтетаза: регуляция клеточным стрессом и участие в биологии опухолей» . Американский журнал физиологии. Эндокринология и обмен веществ . 304 (8): Е789-99. дои : 10.1152/ajpendo.00015.2013 . ПМЦ 3625782 . ПМИД 23403946 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Прагер, М.Д., Бачинский Н. (апрель 1968 г.). «Аспарагинасинтетаза при резистентных и чувствительных к аспарагиназе лимфомах мышей». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 31 (1): 43–7. дои : 10.1016/0006-291x(68)90028-4 . ПМИД 4869945 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Ларсен Т.М., Болейн С.К., Шустер С.М., Ричардс Н.Г., Тоден Дж.Б., Холден Х.М., Рэймент I (декабрь 1999 г.). «Трехмерная структура аспарагинсинтетазы B Escherichia coli: короткий путь от субстрата к продукту». Биохимия . 38 (49): 16146–57. дои : 10.1021/bi9915768 . ПМИД 10587437 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п Ричардс Н.Г., Килберг М.С. (июль 2006 г.). «Химиотерапия аспарагинсинтетазой» . Ежегодный обзор биохимии . 75 : 629–54. doi : 10.1146/annurev.biochem.75.103004.142520 . ПМЦ 3587692 . ПМИД 16756505 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Гауфишон Л., Рейсдорф-Крен М., Ротштейн С.Дж., Шардон Ф., Сузуки А. (сентябрь 2010 г.). «Биологические функции аспарагинсинтетазы в растениях». Наука о растениях . 179 (3): 141–153. doi : 10.1016/j.plantsci.2010.04.010 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Ричардс Н.Г., Шустер С.М. (ноябрь 1998 г.). «Механистические проблемы катализа аспарагинсинтетазы». Достижения энзимологии и смежных областей молекулярной биологии . Том. 72. С. 145–98. дои : 10.1002/9780470123188.ch5 . ISBN 9780470123188 . ПМИД 9559053 .
- ^ Хенг Х.Х., Ши Х.М., Шерер С.В., Андрулис И.Л., Цуй Л.К. (1994). «Уточненная локализация гена аспарагинсинтетазы (ASNS) в хромосоме 7, область q21.3, и характеристика гибридной линии соматических клеток 4AF/106/KO15». Цитогенетика и клеточная генетика . 66 (2): 135–8. дои : 10.1159/000133685 . hdl : 10722/42532 . ПМИД 7904551 .
- ^ Чан В.К., Лоренци П.Л., Анишкин А, Пурваха П., Роджерс Д.М., Сухарев С., Ремпе С.Б., Вайнштейн Дж.Н. (июнь 2014 г.). «Глутаминазная активность L-аспарагиназы не требуется для противораковой активности против ASNS-негативных клеток» . Кровь . 123 (23): 3596–606. дои : 10.1182/blood-2013-10-535112 . ПМК 4047499 . ПМИД 24659632 .
- ^ Перейти обратно: а б Прагер М.Д., Бачинский Н. (сентябрь 1968 г.). «Аспарагинасинтетаза в нормальных и злокачественных тканях: корреляция с чувствительностью опухоли к аспарагиназе». Архив биохимии и биофизики . 127 (1): 645–54. дои : 10.1016/0003-9861(68)90273-7 . ПМИД 4880551 .
- ^ Горовиц Б., Мадрас Б.К., Мейстер А., Олд Л.Дж., Бойс Э.А., Стокерт Э. (май 1968 г.). «Аспарагинсинтетазная активность мышиных лейкозов». Наука . 160 (3827): 533–5. Бибкод : 1968Sci...160..533H . дои : 10.1126/science.160.3827.533 . ПМИД 5689413 . S2CID 39734239 .
- ^ Хаскелл CM, Канеллос GP (октябрь 1969 г.). «Резистентность к l-аспарагиназе при лейкемии человека - аспарагинсинтетаза». Биохимическая фармакология . 18 (10): 2578–80. дои : 10.1016/0006-2952(69)90375-х . ПМИД 4935103 .
- ^ Асланян А.М., Флетчер Б.С., Килберг М.С. (июль 2001 г.). «Одной экспрессии аспарагинсинтетазы достаточно, чтобы индуцировать устойчивость к l-аспарагиназе в клетках лейкемии человека MOLT-4» . Биохимический журнал . 357 (Часть 1): 321–8. дои : 10.1042/bj3570321 . ПМК 1221958 . ПМИД 11415466 .
- ^ Хатер Ф, Лажуа М, Ланглуа С, Хили Дж, Селло С, Ришер С, Болье П, Сен-Онж П, Сайуа В, Минден М, Марзуки М, Краинович М, Биттенкур Х, Синнетт Д (2017). «KMT2E-ASNS: новый слитый ген, специфичный для рецидива, при раннем остром лимфобластном лейкозе-предшественнике Т-клеток» . Кровь . 129 (12): 1729–1732. дои : 10.1182/blood-2016-10-744219 . ПМЦ 5374844 . ПМИД 28069604 .
- ^ Андрулис И.Л., Чен Дж., Рэй П.Н. (июль 1987 г.). «Выделение кДНК человека для аспарагинсинтетазы и экспрессия в клетках саркомы крысы Дженсена» . Молекулярная и клеточная биология . 7 (7): 2435–43. дои : 10.1128/MCB.7.7.2435 . ПМЦ 365375 . ПМИД 2886907 .
- ^ Перейти обратно: а б с Лоренци П.Л., Вайнштейн Дж.Н. (январь 2009 г.). «Аспарагинасинтетаза: новый потенциальный биомаркер рака яичников» . Новости и перспективы наркотиков . 22 (1): 61–4. дои : 10.1358/dnp.2009.22.1.1303820 . ПМК 4096155 . ПМИД 19209300 .
- ^ Перейти обратно: а б Патрикайнен Л., Порвари К., Куркела Р., Хирвикоски П., Сойни Ю., Вихко П. (февраль 2007 г.). «Профилирование экспрессии вариантов клеточной линии PC-3 и сравнение уровней транскрипта MIC-1 в доброкачественной и злокачественной простате». Европейский журнал клинических исследований . 37 (2): 126–33. дои : 10.1111/j.1365-2362.2007.01763.x . ПМИД 17217378 . S2CID 29946047 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Амери К., Луонг Р., Чжан Х., Пауэлл А.А., Монтгомери К.Д., Эспиноза И., Були Д.М., Харрис А.Л., Джеффри С.С. (февраль 2010 г.). «Циркулирующие опухолевые клетки демонстрируют измененную реакцию на гипоксию и агрессивный фенотип» . Британский журнал рака . 102 (3): 561–9. дои : 10.1038/sj.bjc.6605491 . ПМЦ 2805847 . ПМИД 20051957 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Аспарагин + синтетаза Национальной медицинской библиотеки США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)