Jump to content

Глутамат-цистеиновая лигаза

Глутамат-цистеиновая лигаза
Идентификаторы
Номер ЕС. 6.3.2.2
Номер CAS. 9023-64-7
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
Поиск
PMCarticles
PubMedarticles
NCBIproteins

Глутамат-цистеинлигаза (GCL) EC 6.3.2.2 ), ранее известная как γ-глутамилцистеинсинтетаза (GCS), является первым ферментом пути биосинтеза клеточного глутатиона (GSH), который катализирует химическую реакцию :

L -глутамат + L -цистеин + АТФ γ-глутамилцистеин + АДФ + P i

GSH и, как следствие, GCL имеют решающее значение для выживания клеток. Почти каждая эукариотическая клетка, от растений до дрожжей и человека, экспрессирует ту или иную форму белка GCL с целью синтеза GSH. Чтобы еще больше подчеркнуть критическую природу этого фермента, генетический нокдаун GCL приводит к эмбриональной летальности. [1] Кроме того, известно, что нарушение регуляции ферментативной функции и активности GCL участвует в подавляющем большинстве заболеваний человека, таких как диабет, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, ХОБЛ, ВИЧ/СПИД и рак. [2] [3] Обычно это связано с нарушением функции, приводящим к снижению биосинтеза GSH, снижению антиоксидантной способности клеток и индукции окислительного стресса. Однако при раке экспрессия и активность GCL усиливаются, что способствует как поддержанию высокого уровня пролиферации клеток, так и приданию устойчивости ко многим химиотерапевтическим агентам. [4]

Глутаматцистеинлигаза (GCL) катализирует первый и лимитирующий этап производства клеточного антиоксиданта глутатиона (GSH), включающий АТФ-зависимую конденсацию цистеина и глутамата с образованием дипептида гамма-глутамилцистеина (γ-GC). [5] Это пептидное соединение уникально тем, что оно происходит между аминогруппой цистеина и концевой карбоновой кислотой боковой цепи глутамата (отсюда и название гамма-глутамилцистеин). [6] Эта пептидная связь устойчива к расщеплению клеточными пептидазами и требует специального фермента гамма-глутамилтранспептидазы (γGT) для метаболизма γ-GC и GSH до составляющих его аминокислот. [7]

Ферментативная активность GCL обычно определяет клеточные уровни GSH и биосинтетическую способность GSH. На ферментативную активность GCL влияют многочисленные факторы, включая клеточную экспрессию белков субъединицы GCL, доступ к субстратам (цистеин обычно ограничивает выработку γ-GC), степень ингибирования отрицательной обратной связи с помощью GSH и функционально значимую посттрансляционную активность. модификации конкретных сайтов субъединиц GCL. [8] [9] [10] Учитывая его статус фермента, ограничивающего скорость биосинтеза GSH, изменения активности GCL напрямую соответствуют изменениям биосинтетической способности клеток GSH. [11] Следовательно, терапевтические стратегии по изменению выработки GSH сосредоточены на этом ферменте. [12]

Регулирование

[ редактировать ]

Учитывая свою решающую важность для поддержания жизни, GCL подлежит многоуровневой регуляции своей экспрессии, функций и активности. Экспрессия GCL регулируется на транскрипционном (транскрипция ДНК GCLC и GCLM с образованием мРНК), посттранскрипционном (стабильность мРНК с течением времени), трансляционном (процессинг мРНК в белок) и посттрансляционном уровнях (включая модификации существующих белки). [13] [14] [15] [16] Хотя базовая конститутивная экспрессия необходима для поддержания жизнеспособности клеток, экспрессия субъединиц GCL также индуцируется в ответ на окислительный стресс , истощение GSH и воздействие токсичных химических веществ, при этом транскрипционные факторы Nrf2 , AP-1 и NF-κB регулируют индуцибельная и конститутивная экспрессия обеих субъединиц [17] [18]

Что касается функциональной регуляции ферментов, GSH сам по себе действует как ингибитор активности GCL по принципу обратной связи. При нормальных физиологических концентрациях субстрата только мономер GCLC может синтезировать гамма-глутамилцистеин; однако нормальные физиологические уровни GSH (около 5 мМ) намного превышают GSH K i для GCLC, [19] предполагая, что только голофермент GCL функционален в исходных условиях. Однако во время окислительного стресса или токсических поражений, которые могут привести к истощению клеточного GSH или его окислению до дисульфида глутатиона (GSSG), функция любого мономерного GCLC в клетке, вероятно, станет весьма важной. В подтверждение этой гипотезы мыши, у которых отсутствует экспрессия субъединицы GCLM из-за генетического нокдауна, демонстрируют низкие уровни тканевого GSH (~ 10–20% от нормального уровня), что примерно соответствует уровню GSH K i для мономерного GCLC. [20] [21]

Структура

[ редактировать ]

Животная глутамат-цистеиновая лигаза

[ редактировать ]

Глутаматцистеинлигаза животных (GCL) представляет собой гетеродимерный фермент, состоящий из двух белковых субъединиц, которые кодируются независимыми генами, расположенными на отдельных хромосомах:

  • Каталитическая субъединица глутаматцистеинлигазы ( GCLC , ~73 кДа) обладает всеми сайтами связывания субстрата и кофактора и отвечает за весь катализ.
  • Субъединица-модификатор глутаматцистеинлигазы ( GCLM , ~31 кДа) сама по себе не обладает ферментативной активностью, но увеличивает каталитическую эффективность GCLC при образовании комплекса с голоферментом.

В большинстве клеток и тканей экспрессия белка GCLM ниже, чем GCLC, и поэтому GCLM ограничивает образование голоферментного комплекса. Таким образом, сумма активности клеточного ГКЛ равна активности холофермента + активности оставшегося мономерного ГКЛ. Состоит из каталитической и модуляторной субъединиц. Каталитическая субъединица необходима и достаточна для всей ферментативной активности GCL, тогда как модуляторная субъединица увеличивает каталитическую эффективность фермента. Мыши, лишенные каталитической субъединицы (т.е. лишенные всего синтеза GSH de novo ), умирают до рождения. [22] Мыши, лишенные модуляторной субъединицы, не демонстрируют явного фенотипа, но демонстрируют заметное снижение уровня GSH и повышенную чувствительность к токсическим воздействиям. [23] [24] [25]

Растительная глутаматцистеинлигаза

[ редактировать ]

Растительная глутаматцистеинлигаза представляет собой окислительно-восстановительно-чувствительный гомодимерный фермент , консервативный в царстве растений. [26] В окислительной среде образуются межмолекулярные дисульфидные мостики и фермент переходит в димерное активное состояние. Потенциал средней точки критической пары цистеина составляет -318 мВ. В дополнение к окислительно-восстановительному контролю, растительный фермент GCL ингибируется по принципу обратной связи глутатионом. [27] GCL локализован исключительно в пластидах , а глутатионсинтетаза (GS) имеет двойное воздействие на пластиды и цитозоль, таким образом, GSH и гамма-глутамилцистеин экспортируются из пластид. [28] Исследования также показали, что ограничение активности GCL цитозолем или биосинтеза глутатиона пластидами достаточно для нормального развития растений и устойчивости к стрессу. [29] Оба фермента биосинтеза глутатиона необходимы растениям; нокауты GCL и GS летальны для эмбриона и проростка соответственно. [30]

По состоянию на конец 2007 года шесть структур для этого класса ферментов было решено PDB с кодами доступа 1V4G , 1VA6 , 2D32 , 2D33 , 2GWC и 2GWD .

  1. ^ Далтон Т.П. и др. (2004). «Генетически измененные мыши для оценки гомеостаза глутатиона в норме и болезнях». Свободный Радик Биол Мед . 37 (10): 1511–26. doi : 10.1016/j.freeradbiomed.2004.06.040 . ПМИД   15477003 .
  2. ^ Лу СК (2009). «Регуляция синтеза глутатиона» . Мол Аспект Мед . 30 (1–2): 42–59. дои : 10.1016/j.mam.2008.05.005 . ПМК   2704241 . ПМИД   18601945 .
  3. ^ Франклин CC и др. (2009). «Структура, функции и посттрансляционная регуляция каталитических и модифицирующих субъединиц глутаматцистеинлигазы» . Мол Аспект Мед . 30 (1–2): 86–98. дои : 10.1016/j.mam.2008.08.009 . ПМЦ   2714364 . ПМИД   18812186 .
  4. ^ Бакос Д.С. и др. (2012). «Роль глутатиона в устойчивости опухолей головного мозга к лекарствам». Биохим Фармакол . 83 (8): 1005–12. дои : 10.1016/j.bcp.2011.11.016 . ПМИД   22138445 .
  5. ^ Франклин CC и др. (2009). «Структура, функции и посттрансляционная регуляция каталитических и модифицирующих субъединиц глутаматцистеинлигазы» . Мол Аспект Мед . 30 (1–2): 86–98. дои : 10.1016/j.mam.2008.08.009 . ПМЦ   2714364 . ПМИД   18812186 .
  6. ^ Ньолссон Р., Норгрен С. (2005). «Физиологические и патологические аспекты метаболизма GSH». Акта педиатр . 94 (2): 132–137. дои : 10.1080/08035250410025285 . ПМИД   15981742 .
  7. ^ Лу СК (2009). «Регуляция синтеза глутатиона» . Мол Аспект Мед . 30 (1–2): 42–59. дои : 10.1016/j.mam.2008.05.005 . ПМК   2704241 . ПМИД   18601945 .
  8. ^ Бакос Д.С. и др. (2010). «Манипулирование способностью биосинтеза клеточного GSH посредством ТАТ-опосредованной белковой трансдукции дикого типа или доминантно-негативного мутанта глутаматцистеинлигазы изменяет чувствительность клеток к индуцированной оксидантами цитотоксичности» . Токсикол Appl Pharmacol . 243 (1): 35–45. дои : 10.1016/j.taap.2009.11.010 . ПМК   2819613 . ПМИД   19914271 .
  9. ^ Бакос Д.С. и др. (2011). «Посттрансляционная модификация и регуляция глутамат-цистеиновой лигазы с помощью α,β-ненасыщенного альдегида 4-гидрокси-2-ноненаля» . Свободный Радик Биол Мед . 50 (1): 14–26. doi : 10.1016/j.freeradbiomed.2010.10.694 . ПМК   3014730 . ПМИД   20970495 .
  10. ^ Бакос Д.С. и др. (2013). «Гликирование глутаматцистеинлигазы 2-дезокси-d-рибозой и его потенциальное влияние на химиорезистентность при глиобластоме». Нейрохим Рез . 38 (9): 1838–49. дои : 10.1007/s11064-013-1090-4 . ПМИД   23743623 . S2CID   7738579 .
  11. ^ Франклин CC и др. (2009). «Структура, функции и посттрансляционная регуляция каталитических и модифицирующих субъединиц глутаматцистеинлигазы» . Мол Аспект Мед . 30 (1–2): 86–98. дои : 10.1016/j.mam.2008.08.009 . ПМЦ   2714364 . ПМИД   18812186 .
  12. ^ Гриффит О.В., Мейстер А. (1979). «Мощное и специфическое ингибирование синтеза глутатиона бутионинсульфоксимином (Sn-бутилгомоцистеинсульфоксимином)» . J Биол Хим . 254 (16): 7558–60. дои : 10.1016/S0021-9258(18)35980-5 . ПМИД   38242 .
  13. ^ Лу СК (2009). «Регуляция синтеза глутатиона» . Мол Аспект Мед . 30 (1–2): 42–59. дои : 10.1016/j.mam.2008.05.005 . ПМК   2704241 . ПМИД   18601945 .
  14. ^ Франклин CC и др. (2009). «Структура, функции и посттрансляционная регуляция каталитических и модифицирующих субъединиц глутаматцистеинлигазы» . Мол Аспект Мед . 30 (1–2): 86–98. дои : 10.1016/j.mam.2008.08.009 . ПМЦ   2714364 . ПМИД   18812186 .
  15. ^ Бакос Д.С. и др. (2011). «Посттрансляционная модификация и регуляция глутамат-цистеиновой лигазы с помощью α,β-ненасыщенного альдегида 4-гидрокси-2-ноненаля» . Свободный Радик Биол Мед . 50 (1): 14–26. doi : 10.1016/j.freeradbiomed.2010.10.694 . ПМК   3014730 . ПМИД   20970495 .
  16. ^ Бакос Д.С. и др. (2013). «Гликирование глутаматцистеинлигазы 2-дезокси-d-рибозой и его потенциальное влияние на химиорезистентность при глиобластоме». Нейрохим Рез . 38 (9): 1838–49. дои : 10.1007/s11064-013-1090-4 . ПМИД   23743623 . S2CID   7738579 .
  17. ^ Лу СК (2009). «Регуляция синтеза глутатиона» . Мол Аспект Мед . 30 (1–2): 42–59. дои : 10.1016/j.mam.2008.05.005 . ПМК   2704241 . ПМИД   18601945 .
  18. ^ Франклин CC и др. (2009). «Структура, функции и посттрансляционная регуляция каталитических и модифицирующих субъединиц глутаматцистеинлигазы» . Мол Аспект Мед . 30 (1–2): 86–98. дои : 10.1016/j.mam.2008.08.009 . ПМЦ   2714364 . ПМИД   18812186 .
  19. ^ Бакос Д.С. и др. (2013). «Гликирование глутаматцистеинлигазы 2-дезокси-d-рибозой и его потенциальное влияние на химиорезистентность при глиобластоме». Нейрохим Рез . 38 (9): 1838–49. дои : 10.1007/s11064-013-1090-4 . ПМИД   23743623 . S2CID   7738579 .
  20. ^ МакКонначи Л.А., Мохар I и др. (2007). «Дефицит субъединицы модификатора глутаматцистеинлигазы и пол как детерминанты гепатотоксичности, вызванной ацетаминофеном, у мышей» . Токсикологические науки . 99 (2): 628–636. дои : 10.1093/toxsci/kfm165 . ПМИД   17584759 .
  21. ^ Бакос Д.С. и др. (2013). «Гликирование глутаматцистеинлигазы 2-дезокси-d-рибозой и его потенциальное влияние на химиорезистентность при глиобластоме». Нейрохим Рез . 38 (9): 1838–49. дои : 10.1007/s11064-013-1090-4 . ПМИД   23743623 . S2CID   7738579 .
  22. ^ Далтон Т.П., Дитер М.З., Ян Й., Шерцер Х.Г., Неберт Д.В. (декабрь 2000 г.). «Нокаут гена каталитической субъединицы глутаматцистеинлигазы мыши (Gclc): эмбриональная летальность в гомозиготном состоянии и предлагаемая модель умеренного дефицита глутатиона в гетерозиготном состоянии». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 279 (2): 324–9. дои : 10.1006/bbrc.2000.3930 . ПМИД   11118286 .
  23. ^ Ян Ю, Дитер М.З., Чен Ю, Шерцер Х.Г., Неберт Д.В., Далтон Т.П. (декабрь 2002 г.). «Первоначальная характеристика нокаутной субъединицы модификатора глутамат-цистеиновой лигазы Gclm (-/-) мыши. Новая модельная система для серьезно нарушенной реакции на окислительный стресс» . Журнал биологической химии . 277 (51): 49446–52. дои : 10.1074/jbc.M209372200 . ПМИД   12384496 .
  24. ^ Джордано Дж., Афшаринежад З., Гиззетти М., Виталоне А., Кавана Т.Дж., Коста Л.Г. (март 2007 г.). «Фосфорорганические инсектициды хлорпирифос и диазинон и окислительный стресс в нейрональных клетках в генетической модели дефицита глутатиона». Токсикология и прикладная фармакология . 219 (2–3): 181–9. дои : 10.1016/j.taap.2006.09.016 . ПМИД   17084875 .
  25. ^ МакКонначи Л.А., Мохар I, Хадсон Ф.Н., Уэр CB, Ladiges WC, Фернандес К., Чаттертон-Кирхмайер С., Уайт CC, Пирс Р.Х., Кавана Т.Дж. (октябрь 2007 г.). «Дефицит субъединицы модификатора глутаматцистеинлигазы и пол как детерминанты гепатотоксичности, вызванной ацетаминофеном, у мышей» . Токсикологические науки . 99 (2): 628–36. дои : 10.1093/toxsci/kfm165 . ПМИД   17584759 .
  26. ^ Хоторн М., Вахтер А., Громс Р., Стюве Т., Рауш Т., Шеффзек К. (сентябрь 2006 г.). «Структурные основы окислительно-восстановительного контроля растительной глутаматцистеинлигазы» . Журнал биологической химии . 281 (37): 27557–65. дои : 10.1074/jbc.M602770200 . ПМИД   16766527 .
  27. ^ Хикс Л.М., Кахун Р.Э., Боннер Э.Р., Ривард Р.С., Шеффилд Дж., Джез Дж.М. (август 2007 г.). «Тиоловая регуляция редокс-активной глутамат-цистеиновой лигазы Arabidopsis thaliana» . Растительная клетка . 19 (8): 2653–61. дои : 10.1105/tpc.107.052597 . ПМК   2002632 . ПМИД   17766407 .
  28. ^ Вахтер А., Вольф С., Штайнингер Х., Богс Дж., Рауш Т. (январь 2005 г.). «Дифференциальное нацеливание на GSH1 и GSH2 достигается за счет множественной инициации транскрипции: значение для разделения биосинтеза глутатиона у Brassicaceae» . Заводской журнал . 41 (1): 15–30. дои : 10.1111/j.1365-313X.2004.02269.x . ПМИД   15610346 .
  29. ^ Лим Б., Пастернак М., Мейер А.Дж., Коббетт К.С. (март 2013 г.). «Ограничение активности глутамилцистеинсинтетазы цитозолем или биосинтеза глутатиона пластидой достаточно для нормального развития растений и устойчивости к стрессу». Биология растений . 16 (1): 58–67. дои : 10.1111/plb.12033 . ПМИД   23691990 .
  30. ^ Пастернак М., Лим Б., Вирц М., Хелл Р., Коббетт К.С., Мейер А.Дж. (март 2008 г.). «Ограничение биосинтеза глутатиона цитозолем достаточно для нормального развития растений» . Заводской журнал . 53 (6): 999–1012. дои : 10.1111/j.1365-313X.2007.03389.x . ПМИД   18088327 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: b50e2766c5505d2fb11f0102a8252287__1693048620
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/b5/87/b50e2766c5505d2fb11f0102a8252287.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Glutamate–cysteine ligase - 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.)