Тимидинфосфорилаза
![]() | Эта статья может быть слишком технической для понимания большинства читателей . ( Ноябрь 2017 г. ) |
Тимидинфосфорилаза | |||
---|---|---|---|
![]() Структура белка тимидинфосфорилазы | |||
Идентификаторы | |||
Номер ЕС. | 2.4.2.4 | ||
Номер CAS. | 9030-23-3 | ||
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 | ||
|
Тимидинфосфорилаза ( EC 2.4.2.4 ) — фермент , кодируемый геном TYMP и катализирующий реакцию:
- тимидин + фосфат тимин + 2-дезокси-альфа-D-рибозо-1-фосфат
Тимидинфосфорилаза участвует в метаболизме пуринов , пиримидинов и других метаболических путях . Вариации тимидинфосфорилазы и кодирующего ее гена TYMP связаны с синдромом митохондриальной нейрогастроинтестинальной энцефалопатии (MNGIE) и раком мочевого пузыря .
Номенклатура
[ редактировать ]Этот фермент принадлежит к семейству гликозилтрансфераз , а именно пентозилтрансфераз. Систематическое название этого класса ферментов — тимидин:фосфатдезокси-альфа-D-рибозилтрансфераза. Другие широко используемые названия включают пиримидинфосфорилазу, тимидин-ортофосфат-дезоксирибозилтрансферазу, регуляторы роста животных, эндотелиальные клетки, полученные из тромбоцитов, факторы роста, фактор роста эндотелиальных клеток, происходящий из тромбоцитов, дезокситимидинфосфорилазу, глиостатины, пиримидиндезоксинуклеозидфосфорилазу и тимидин:фосфат. дезокси-D-рибозилтрансфераза.
Механизм
[ редактировать ]Тимидинфосфорилаза катализирует обратимое фосфорилирование тимидина дезоксиуридина , ) и 2-дезоксирибозо - и их аналогов (кроме дезоксицитидина ) до соответствующих оснований ( тимин / урацил 1-фосфата. Фермент действует по последовательному механизму, при котором фосфат связывается раньше тимидина (или дезоксиуридина и т. д.), а 2-дезоксирибозо-1-фосфат уходит после азотистого основания. Тимидин связан в высокоэнергетической конформации, в которой гликозидная связь ослабевает, когда фосфат атакует положение C1 рибозного кольца, как показано ниже. Затем фермент может переносить дезоксирибозо-1-фосфат на другие азотистые основания . [ 1 ]

Дальнейшие эксперименты показали, что тимин ингибирует фермент как посредством ингибирования субстрата, так и нелинейного ингибирования продукта. Это предполагает, что тимин может ингибировать фермент через несколько сайтов. Фермент также проявляет кооперативность по отношению как к тимидину, так и к фосфату в присутствии тимина, что позволяет предположить, что тимидинфосфорилаза имеет несколько аллостерических и/или каталитических сайтов . также [ 2 ]
Структура
[ редактировать ]
Тимидинфосфорилаза представляет собой димер белка с идентичными субъединицами, молекулярная масса которого составляет 90 000 дальтон в Escherichia coli. Он имеет S-образную форму длиной 110 Å и шириной 60 Å. Каждый мономер состоит из 440 аминокислот и состоит из небольшого α-спирального домена и большого α/β-домена. Поверхность фермента гладкая, за исключением полости глубиной 10 Å и шириной 8 Å между двумя доменами, которая содержит сайты связывания тимина, тимидина и фосфата. [ 3 ] Детальный анализ сайтов связывания показывает, что Arg-171, Ser-186 и Lys-190 являются важными остатками в связывании пиримидинового основания. Остатки Arg-171 и Lys-190 близки к O4 и O2 тиминового кольца соответственно и могут способствовать стабилизации промежуточного состояния. Концевая аминогруппа Lys-190, которая образует водородную связь с 3'-гидроксилом тимидин-рибозного фрагмента, также присутствует, чтобы отдавать протон тимину N1 во время промежуточного состояния. [ 4 ] По состоянию на конец 2007 года 6 структур для этого класса ферментов было решено PDB с кодами доступа 1AZY , 1OTP , 1TPT , 1UOU , 2J0F и 2TPT .
Функция
[ редактировать ]Тимидинфосфорилаза играет ключевую роль в утилизации пиримидина для восстановления нуклеозидов после деградации ДНК / РНК . [ 5 ] Хотя реакция, которую он катализирует между тимидином/дезоксиуридином и соответствующими основаниями, является обратимой , функция фермента преимущественно катаболическая . [ 6 ]
Недавние исследования показали, что тимидинфосфорилаза также участвует в ангиогенезе . Эксперименты показывают ингибирование ангиогенного эффекта тимидинфосфорилазы в присутствии 6-амино-5-хлорурацила, ингибитора тимидинфосфорилазы, что позволяет предположить, что для ее ангиогенной активности необходима ферментативная активность тимидинфосфорилазы. [ 7 ] Было установлено, что тимидинфосфорилаза практически идентична фактору роста эндотелиальных клеток тромбоцитарного происхождения (PD-ECGF). Хотя механизм ангиогенеза тимидинфосфорилазой еще не известен, сообщения показывают, что сам фермент не является фактором роста стимулируя хемотаксис эндотелиальных , но косвенно вызывает ангиогенез , и других клеток. [ 8 ] Некоторые сообщения предполагают, что тимидинфосфорилаза способствует росту эндотелиальных клеток за счет снижения уровня тимидина, который в противном случае ингибировал бы рост эндотелиальных клеток. [ 9 ] Альтернативное объяснение состоит в том, что продукты фермента вызывают ангиогенез. Эксперименты показали, что 2-дезоксирибоза является хемоаттрактантом эндотелиальных клеток и фактором, индуцирующим ангиогенез, что подтверждает это объяснение. [ 10 ] Исследования показали, что тимидинфосфорилаза участвует в ангиогенезе во время менструального цикла . Экспрессия фермента в эндометрии повышается за счет комбинации прогестерона и трансформирующего фактора роста-β1 и варьируется в течение менструального цикла. [ 11 ]
Актуальность заболевания
[ редактировать ]Митохондриальная нейрогастроинтестинальная энцефаломиопатия (MNGIE) — аутосомно-рецессивное заболевание, вызываемое мутациями в гене тимидинфосфорилазы (TP) . [ 12 ] Поскольку митохондриальная ДНК (мтДНК) сильно зависит от сохранения тимидина (в большей степени, чем ядерная ДНК), она страдает от дефицита тимидинфосфорилазы. При заболевании MNGIE со временем накапливаются множественные делеции и истощение мтДНК, что приводит к митохондриальной дисфункции. [ 13 ] Симптомы заболевания MNGIE включают диарею и боль в животе в результате нарушения моторики , вызванного нервно-мышечной дисфункцией, а также птоз , офтальмопарез , периферическую невропатию и потерю слуха . [ 14 ]
Было также обнаружено, что тимидинфосфорилаза играет двойную роль как в рака развитии , так и в терапии . [ 15 ] Ангиогенная активность фермента способствует росту опухоли показывающими гораздо более высокую экспрессию и активность тимидинфосфорилазы в злокачественных опухолях (включая карциномы желудка пищевода , , что подтверждается исследованиями , , прямой кишки, поджелудочной железы и легких ), чем в соседних неопухолевых тканях. [ 16 ] Тимидинфосфорилаза в этих карциномах активируется цитокинами интерфероном-γ и TNF-α, которые высвобождаются воспалительными клетками во время заживления ран . Фермент также активируется низким уровнем кислорода и средой с низким pH , чтобы контролировать васкуляризацию гипоксических областей. [ 17 ]
Однако было обнаружено, что тимидинфосфорилаза играет важную роль в активации противоракового препарата капецитабина . В частности, он превращает промежуточный метаболит 5'-дезокси-5-фторцитидин в опухолях в 5-фторурацил, который действует как ингибитор тимидилатсинтазы . [ 18 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Норман Р.А., Барри С.Т., Бэйт М., Брид Дж., Коллс Дж.Г., Эрнилл Р.Дж., Люк Р.В., Миншалл К.А., Макалистер М.С., МакКолл Э.Дж., МакМайкен Х.Х., Патерсон Д.С., Тиммс Д., Такер Дж.А., Пауптит Р.А. (январь 2004 г.). «Кристаллическая структура тимидинфосфорилазы человека в комплексе с низкомолекулярным ингибитором» . Структура . 12 (1): 75–84. дои : 10.1016/j.str.2003.11.018 . ПМИД 14725767 .
- ^ Илч М.Х., Эль Куни М.Х., Ча С. (ноябрь 1985 г.). «Кинетические исследования тимидинфосфорилазы печени мышей». Биохимия . 24 (24): 6799–807. дои : 10.1021/bi00345a011 . ПМИД 4074727 .
- ^ Уолтер М.Р., Кук В.Дж., Коул Л.Б., Шорт С.А., Кошалка Г.В., Креницкий Т.А., Илик С.Е. (август 1990 г.). «Трехмерная структура тимидинфосфорилазы из Escherichia coli при разрешении 2,8 А». Журнал биологической химии . 265 (23): 14016–22. дои : 10.2210/pdb1tpt/pdb . ПМИД 2199449 .
- ^ Пагмайр М.Дж., Кук В.Дж., Джасанофф А., Уолтер М.Р., Илик С.Е. (август 1998 г.). «Структурные и теоретические исследования показывают, что движение домена приводит к активной конформации тимидинфосфорилазы» . Журнал молекулярной биологии . 281 (2): 285–99. дои : 10.1006/jmbi.1998.1941 . ПМИД 9698549 . S2CID 8891925 .
- ^ ЛаФон С.В., Нельсон DJ, Беренс Р.Л., Марр Дж.Дж. (январь 1982 г.). «Пути спасения пуринов и пиримидинов у Leishmania donovani». Биохимическая фармакология . 31 (2): 231–8. дои : 10.1016/0006-2952(82)90216-7 . ПМИД 7059364 .
- ^ Дегранж К., Разака Г., Рабо М., Брико Х. (июль 1981 г.). «Катаболизм тимидина в тромбоцитах крови человека: очистка и свойства тимидинфосфорилазы». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Нуклеиновые кислоты и синтез белка . 654 (2): 211–8. дои : 10.1016/0005-2787(81)90174-x . ПМИД 7284378 .
- ^ Харагути М., Миядера К., Уэмура К., Сумидзава Т., Фурукава Т., Ямада К., Акияма С., Ямада Ю. (март 1994 г.). «Ангиогенная активность ферментов» . Природа . 368 (6468): 198. Бибкод : 1994Natur.368..198H . дои : 10.1038/368198a0 . ПМИД 7511797 . S2CID 4355213 .
- ^ Миядера К., Сумидзава Т., Харагути М., Ёсида Х., Константи В., Ямада Ю., Акияма С. (апрель 1995 г.). «Роль активности тимидинфосфорилазы в ангиогенном эффекте тромбоцитарного фактора роста эндотелиальных клеток / тимидинфосфорилазы». Исследования рака . 55 (8): 1687–90. ПМИД 7536129 .
- ^ Финнис С., Додсворт Н., Поллитт С.Э., Карр Г., Слип Д. (февраль 1993 г.). «Активность тимидинфосфорилазы тромбоцитарного фактора роста эндотелиальных клеток отвечает за митогенность эндотелиальных клеток» . Европейский журнал биохимии . 212 (1): 201–10. дои : 10.1111/j.1432-1033.1993.tb17651.x . ПМИД 8444155 .
- ^ Ли В., Тиба Ю., Кимура Т., Мориока К., Уэсака Т., Ихая А., Мураока Р. (февраль 2001 г.). «Трансмиокардиальная лазерная реваскуляризация, индуцированная ангиогенезом, коррелирует с экспрессией матриксных металлопротеиназ и тромбоцитарного фактора роста эндотелиальных клеток» . Европейский журнал кардиоторакальной хирургии . 19 (2): 156–63. дои : 10.1016/s1010-7940(00)00649-7 . ПМИД 11167105 .
- ^ Гаага С., Манек С., Олер М.К., Маккензи И.З., Бикнелл Р., Рис М.К. (март 2002 г.). «Тамоксифен индукция экспрессии ангиогенного фактора в эндометрии» . Британский журнал рака . 86 (5): 761–7. дои : 10.1038/sj.bjc.6600157 . ПМЦ 2375303 . ПМИД 11875740 .
- ^ Нишино И., Спинаццола А., Хирано М. (январь 1999 г.). «Мутации гена тимидинфосфорилазы при MNGIE, митохондриальном заболевании человека». Наука . 283 (5402): 689–92. Бибкод : 1999Sci...283..689N . дои : 10.1126/science.283.5402.689 . ПМИД 9924029 .
- ^ Пагон Р.А., Адам М.П., Ардингер Х.Х., Уоллес С.Е., Амемия А., Бин Л.Дж., Берд Т.Д., Фонг К.Т., Меффорд Х.К., Смит Р.Дж., Стивенс К., Хирано М. (1993). Митохондриальная нейрогастроинтестинальная энцефалопатия в обзорах генов . ПМИД 20301358 .
- ^ Нишино И, Спинаццола А, Пападимитриу А, Хамманс С, Штайнер И, Хан К.Д., Коннолли А.М., Верлоэс А, Гимарайнш Дж, Майяр I, Хамано Х, Донати М.А., Семрад CE, Рассел Дж.А., Андреу А.Л., Хаджигеоргиу Г.М., Ву Т.Х. , Тадессе С , Найгаард Т.Г. , Нонака I , Хирано I , Бонилья Э., Роуленд Л.П., ДиМауро С., Хирано М. (июнь 2000 г.). «Митохондриальная нейрогастроинтестинальная энцефаломиопатия: аутосомно-рецессивное заболевание, обусловленное мутациями тимидинфосфорилазы». Анналы неврологии 47 (6): 792–800. doi : 10.1002/1531-8249(200006)47:6<792::aid-ana12>3.3.co;2-p . ПМИД 10852545 .
- ^ Бронкаерс А., Гаго Ф., Бальзарини Дж., Ликенс С. (ноябрь 2009 г.). «Двойная роль тимидинфосфорилазы в развитии рака и химиотерапии» . Обзоры медицинских исследований . 29 (6): 903–53. дои : 10.1002/мед.20159 . ПМК 7168469 . ПМИД 19434693 .
- ^ Такебаяси Ю, Ямада К, Миядера К, Сумидзава Т, Фурукава Т, Киносита Ф, Аоки Д, Окумура Х, Ямада Ю, Акияма С, Айко Т (июнь 1996 г.). «Активность и экспрессия тимидинфосфорилазы в солидных опухолях человека». Европейский журнал рака . 32А (7): 1227–32. дои : 10.1016/0959-8049(96)00061-5 . ПМИД 8758258 .
- ^ Браун Н.С., Бикнелл Р. (август 1998 г.). «Тимидинфосфорилаза, 2-дезокси-D-рибоза и ангиогенез» . Биохимический журнал . 334 (1): 1–8. дои : 10.1042/bj3340001 . ПМЦ 1219653 . ПМИД 9693094 .
- ^ Савада Н., Исикава Т., Фукасе Ю., Нисида М., Ёсикубо Т., Ишицука Х. (апрель 1998 г.). «Индукция активности тимидинфосфорилазы и повышение эффективности капецитабина с помощью таксола/таксотера в ксенотрансплантатах рака человека». Клинические исследования рака . 4 (4): 1013–9. ПМИД 9563897 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Фридкин М., Робертс Д. (март 1954 г.). «Ферментативный синтез нуклеозидов. I. Тимидинфосфорилаза в тканях млекопитающих» . Журнал биологической химии . 207 (1): 245–56. дои : 10.1016/S0021-9258(18)71264-7 . ПМИД 13152099 .
- Циммерман М., Зайденберг Дж. (август 1964 г.). «Дезоксирибозилтрансфераза. I. Тимидинфосфорилаза и нуклеозиддезоксирибозилтрансфераза в нормальных и злокачественных тканях» . Журнал биологической химии . 239 (8): 2618–21. дои : 10.1016/S0021-9258(18)93896-2 . ПМИД 14235544 .
- Циммерман М. (август 1964 г.). «Перенос дезоксирибозила. Ii. Нуклеозид: пиримидин-дезоксирибозилтрансферазная активность трех частично очищенных тимидинфосфорилаз» . Журнал биологической химии . 239 (8): 2622–7. дои : 10.1016/S0021-9258(18)93897-4 . ПМИД 14235545 .