Нуклеозиддифосфаткиназа
| Нуклеозиддифосфаткиназа | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 2.7.4.6 | ||
| Номер CAS. | 9026-51-1 | ||
| 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 | ||
| |||
Нуклеозиддифосфаткиназы ( NDPK , также киназа NDP , ( поли ) нуклеотидкиназы и нуклеозиддифосфокиназы ) представляют собой ферменты , которые катализируют обмен терминального фосфата между различными нуклеозиддифосфатами (NDP) и трифосфатами (NTP) обратимым образом с образованием нуклеотидтрифосфатов . . Многие NDP служат акцепторами, тогда как NTP являются донорами фосфатной группы. Общая реакция по механизму пинг-понга выглядит следующим образом: XDP + YTP ←→ XTP + YDP (каждый из X и Y представляет собой разные азотистые основания). Активность НДПК поддерживает равновесие между концентрациями различных нуклеозидтрифосфатов, например, когда гуанозинтрифосфат (ГТФ), образующийся в цикле лимонной кислоты (Кребса), превращается в аденозинтрифосфат (АТФ). [1] Другие виды деятельности включают пролиферацию, дифференцировку и развитие клеток, передачу сигнала , рецептор, связанный с G-белком , эндоцитоз и экспрессию генов .
Структура
[ редактировать ]НДПК представляют собой гомогексамерные белки, состоящие из мономеров длиной около 152 аминокислот с теоретической массой 17,17 кДа. [2] Комплекс обнаруживается в митохондриях и в растворимой цитоплазме клеток.
Функция
[ редактировать ]НДПК обнаружены во всех клетках, не проявляют особой специфичности к типам нуклеозидных оснований и способны принимать нуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды в качестве субстратов или доноров. [3] Следовательно, НДПК является источником предшественников РНК и ДНК, кроме АТФ. [4] НДПК использует специфическую кинетику ферментов для многосубстратной реакции, а именно механизм пинг-понга . Механизм пинг-понга включает фосфорилирование остатка гистидина путем переноса концевой фосфатной группы (γ-фосфата) от АТФ к β-фосфату NDP с целью образования NTP, а NDPK катализирует такие обратимые реакции. [5] NTP фосфорилирует гистидин, который, в свою очередь, фосфорилирует NDP. НДПК участвуют в синтезе нуклеозидтрифосфатов (NTP), таких как гуанозинтрифосфат (GTP), цитидинтрифосфат (CTP) и уридинтрифосфат (UTP), тимидинтрифосфат (TTP). [6]
За этой, казалось бы, простой реакцией стоит многоступенчатый механизм. Ключевые этапы трансфосфорилирования следующие:
- NDPK связывается с NTP1
- Фосфорильная группа от NTP1 переносится на His в активном центре НДПК.
- Образуется промежуточный продукт фосфофермента.
- Первоначально связанный NDP1 выводится из NDPK, в результате чего появляется новый NDP2.
- Фосфорильная группа переносится с NDPK-His на NDP2 или dNDP2, создавая связанный NTP2.
- НДПК выпускает новый NTP2
Каждый шаг является частью обратимого процесса, так что многоступенчатое равновесие имеет следующий вид.
- НДПК + НТП ↔ НДПК~НТП ↔ НДПК-П~НДП ↔ НДПК-П + НДП
Роли НДПК в этих НПТ различаются; как правило, киназы вводят NTP для синтеза нуклеиновых кислот. CTP используется для синтеза липидов , UTP для синтеза полисахаридов , а GTP используется для удлинения белка и передачи сигнала . [3] Во время передачи сигнала, опосредованной цАМФ , NDPK отвечает за фосфорилирование GDP, высвобождаемого из G-белков, активируемых в результате связывания рецептора; как только АТФ отдает фосфатную группу за счет активности НДПК, последовательно связывается ГТФ. [7] Повышенная активность мембран-ассоциированной НДПК приводит к синтезу цАМФ.НДПК контролирует K+-каналы, G-белки, клеточную секрецию, производство клеточной энергии и синтез UTP.
Регулирование
[ редактировать ]Ингибирование AMPK
[ редактировать ]НДПК обычно потребляет АТФ, наиболее распространенный клеточный нуклеотид, и сохраняет нуклеотиды. Однако потребление АТФ определенно влияет на энергетический баланс клетки, что приводит к регуляции AMP-активируемой протеинкиназы ( AMPK ). [8] AMPK действует как датчик энергии и регулирует пути АТФ, поворачивая или нет генерирующие пути. Благодаря такой активности AMPK может напрямую ингибировать NDPK посредством фосфорилирования . Если быть более конкретным, NDPK поддерживает производство нуклеотидов в высокоэнергетических и низкострессовых клеточных состояниях. Однако это может произойти только тогда, когда AMPK инактивирована, поскольку клеточные состояния АТФ с низким стрессом запускают активацию AMPK, что в конечном итоге снижает активность NDPK за счет фосфорилирования остатков серина.
Прокариотические системы
[ редактировать ]У большинства прокариот фермент NDPK является тетрамерным . Об этом сообщается у ряда патогенов. Функция НДПК изучена у Escherichia coli , Bacillus subtilis , Salmonella typhimurium , Microccocus luteus и Myxococcus xanthus . [9] Прокариотическая НДПК образует функциональный гомотетрамер . Активность нуклеозиддифосфаткиназы включает перенос γ-фосфата нуклеозидтрифосфата (NTP) на нуклеозиддифосфат (NDP), где N1 и N2 могут быть рибо- или дезоксирибонуклеозидами. Это осуществляется через высокоэнергетический промежуточный продукт фосфогистидин. Помимо участия в синтезе пиримидиновых нуклеотидов, прокариотическая НДПК также участвует в нескольких циклах метаболизма. Также было обнаружено, что NDPK действует как протеингистидинкиназа , которая включает обратимое фосфорилирование гистидина в качестве хорошо известного регуляторного сигнала. [10] Однако у большинства прокариот уровни экспрессии NDPK участвуют в росте, развитии и дифференцировке клеток организма, особенно бактерий .
(p)ppGpp метаболизм
[ редактировать ]В цикле биосинтеза (p)ppGpp НДПК играет важную роль. заряженная тРНК Когда в А-сайте рибосомы отсутствует , рибосома останавливается и запускает синтез молекулы гуанозинпентафосфата ((p)ppGpp). Биосинтез (p)ppGpp является частью пути метаболизма пуринов и координирует ряд клеточных активностей в ответ на избыток питательных веществ. [11] Синтез (p)ppGpp запускается углеродным голоданием или недостатком углерода в среде клетки и вызывает активацию белка SpoT. SpoT работает совместно с NDPK, и оба они служат важными ферментами в цикле биосинтеза (p)ppGpp. НДПК синтезирует образование ВВП из ГТФ посредством дефосфорилирования. [12]
Функция гена Nm23
[ редактировать ]Хотя биомолекулярный механизм работы гена Nm23 в клетках в настоящее время неизвестен, как и у большинства прокариот, уровни экспрессии нуклеозиддифосфаткиназы (NDPK) определяют рост и дифференцировку клеток. [3] В норме ген Nm23 (NME) участвует в подавлении метастазирования у человека. У прокариот ген Nm23 участвует в нормальном развитии и дифференцировке клеток. Высококонсервативные гомологи гена Nm23 были обнаружены у прокариот, в частности, у Myxococcus xanthus , грамотрицательных почвенных бактерий. Гомологи Nm23 в M. xanthus были закрыты и охарактеризованы как нуклеозиддифосфаткиназа (ген ndk) и, по-видимому, необходимы для роста M. xanthus . Было также показано, что во время развития M. xanthus активность нуклеозиддифосфаткиназы резко снижается. [13]
Эукариотические системы
[ редактировать ]У человека существует как минимум четыре ферментативно активных изоформы НДПК: НДПК-А, НДПК-В, НДПК-С и НДПК-D. Все четыре изоформы имеют очень схожую структуру и могут объединяться в любой форме, образуя функциональные гексамеры NDPK. Предполагается, что НДПК участвует в трансмембранной передаче сигналов в эукариотических клетках. [14]
У людей
[ редактировать ]В эукариотических системах роль NDK заключается в синтезе нуклеозидтрифосфатов, отличных от АТФ. Гамма-фосфат АТФ переносится на бета-фосфат НДФ по механизму пинг-понга с использованием фосфорилированного промежуточного продукта активного центра и синтезирует такие продукты, как УТФ. NDK обладает нуклеозиддифосфаткиназной, серин/треонинспецифической протеинкиназой, геранил- и фарнезилпирофосфаткиназой, гистидинпротеинкиназой и 3'-5' экзонуклеазной активностью. Его процессы связаны с пролиферацией, дифференцировкой и развитием клеток, а также с экспрессией генов в клетках человека. Это также часть процесса развития нейронов, который включает в себя формирование нейронного паттерна и определение судьбы клеток. Кроме того, NDPK участвует в процессах передачи сигнала и эндоцитозе рецепторов, связанных с G-белком, поскольку он переносит фосфатную группу на β-субъединицы G и преобразует GDP в GTP. Это увеличение концентрации GTP вблизи α-субъединиц G-белка вызывает активацию α-субъединиц G-белка для передачи сигналов G-белка. [15] Помимо передачи сигналов, NDPK участвует в контроле K+-каналов, клеточной секреции и выработке клеточной энергии.
В растениях
[ редактировать ]Биохимические реакции, катализируемые киназой NDP в растениях, аналогичны активности, описанной у человека, поскольку активность аутофосфорилирования происходит за счет АТФ и ГТФ. Помимо этого, у растений имеются четыре типа изоформ НДПК. Цитозольный НДПК I типа участвует в метаболизме, росте и реакциях на стресс у растений. [16] НДПК типа II сконцентрирована в хлоропластах и, как полагают, участвует в процессе фотосинтеза и управлении окислительным стрессом, но его функция еще точно не известна. [16] НДПК III типа нацелен как на митохондрии, так и на хлоропласты и в основном участвует в энергетическом обмене. [16] Локализация и точная функция НДПК IV типа еще недостаточно известны и требуют дальнейших исследований. [16] Кроме того, NDPK связана с H 2 O 2 -опосредованной передачей сигналов митоген-активируемой протеинкиназы в растениях. [17]
Заболевания, связанные с НДПК
[ редактировать ]Десять паралогичных генов кодируют белки NDPK, которые разделены на две группы. Первая группа кодирует белки с функциями NDPK. Гены другой группы кодируют другие различные белки, которые проявляют низкую активность NDPK или вообще не проявляют ее. В первой группе один из генов, названный NM23, был идентифицирован как первый белок-супрессор метастазирования, а его ген Nm23 был менее активирован в метастатических клетках. В другом эксперименте человеческий Nm23 культивировали с раковыми клетками и продемонстрировали ингибирование метастазирования. Уровень белка NM23 был обратно пропорционален метастатическому потенциалу солидных опухолей человека. Однако другие типы опухолей, такие как рак яичников, нейробластома и гематологические злокачественные новообразования, показали повышенный уровень NM23 в образцах пациентов. Следовательно, понимание биологической основы семейства генов Nm23 необходимо для четкого понимания его разнообразных результатов.
Сердечно-сосудистые заболевания
[ редактировать ]Nme2, один из генов NDPK, связан с сердечно-сосудистыми функциями. Известно, что ген Nme2 образует комплекс с бета-субъединицей гетеротриметрического G-белка в клетках сердца и регулирует сократительную способность сердца. Есть две функции Nme2, которые позволяют осуществлять такое регулирование; одна из них — активность гистидинкиназы, которая представляет собой фосфорилирование каналов для регуляции происходящего, а другая — функция каркаса при формировании кавеол . Истощение взаимодействия Nme2/кавеолин приводило к снижению скорости сокращения сердца. [18] Кроме того, дополнительные исследования с рыбами-зебрами показали, что истощение NDPK оказывает пагубное влияние на функционирование сердца. [19]
Nme1 и Nme2 как супрессоры метастазирования
[ редактировать ]Было много споров о том, отвечает ли ген NM23 за подавление или активацию метастазирования. Две противоречащие стороны по этому вопросу оставались неоднозначными и неопределенными на протяжении всего периода исследований НДПК. Однако недавние эксперименты начали доказывать, что NM23 является супрессором метастазирования. Nme2 был помечен как антиметастазный ген с использованием технологии тканевых чипов и иммуногистохимии . Когда продукты гена Nme2 вырабатывались в клетках рака желудка в избытке, наблюдалось снижение пролиферации, миграции и инвазии таких раковых клеток. Культуры клеток показали, что Nme2 влияет на клетки рака желудка, но остается вопрос о том, что регулирует активность Nme2 при различных типах рака. [20] Nme1 был обнаружен в большом количестве в слабо метастатических сублиниях клеток меланомы . Кроме того, трансфекция Nme1 в линию меланомы с высокой степенью метастатического поражения значительно уменьшала метастазирование. Эта теория также была проверена на мышах; мыши с дефицитом Nme1 образовывали больше метастазов в легких, чем мыши дикого типа, что показывает, что этот ген обладает подавляющей активностью. Инвазия рака происходит из-за изменений клеточной адгезии и вызвана изменениями экспрессии генов при эпителиально-мезенхимальном переходе (ЕМТ). Удивительно, но существует множество молекул адгезии, факторов подвижности , сигнальных путей, протеолитических событий, признаков ЕМТ и других транскрипционных программ, которые связаны с белками Nme1. Эти белки прерывают метастазирование, связывая белки, способствующие метастазированию. Белки Nme1 связываются с вирусными белками, онкогенами и другими факторами, способствующими метастазированию. Связывание может быть непрямым с использованием сигнального комплекса. [20]
См. также
[ редактировать ]- нуклеозид
- Нуклеотид
- Нуклеозидмонофосфат
- Нуклеозидтрифосфат
- Тимидинкиназа
- Тимидилаткиназа
- Тимидинкиназа в клинической химии
- Тимидилатсинтаза
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. (2002). Биохимия – 5 место . WH Фриман и компания. стр. 476 . ISBN 978-0-7167-4684-3 .
- ^ «Сводка структуры PDB 1jxv ‹ Банк данных белков в Европе (PDBe) ‹ EMBL-EBI» . www.ebi.ac.uk. Проверено 2 ноября 2015 г.
- ^ Jump up to: а б с «Нуклеозиддифосфаткиназа (IPR001564)» . ИнтерПро . Проверено 15 октября 2015 г.
- ^ Дюма К., Ласку И., Морера С., Глейзер П., Фурм Р., Уоллет В., Лакомб М.Л., Верон М., Жанен Дж. (сентябрь 1992 г.). «Рентгеновская структура нуклеозиддифосфаткиназы» . Журнал ЭМБО . 11 (9): 3203–8. дои : 10.1002/j.1460-2075.1992.tb05397.x . ПМК 556853 . ПМИД 1324167 .
- ^ «NME1 - Нуклеозиддифосфаткиназа A - Homo sapiens (Человек) - ген и белок NME1» . www.uniprot.org . Проверено 17 ноября 2015 г.
- ^ Салвей, Дж. Г. (2017). Метаболизм с первого взгляда, 4-е издание . Великобритания: Уайли Блэквелл. п. 110. ИСБН 9781119277781 .
- ^ Лутц С., Мура Р., Балтус Д., Мовсесян М., Кюблер В., Нироманд Ф. (январь 2001 г.). «Повышение активности мембранассоциированной нуклеозиддифосфаткиназы и ингибирование синтеза цАМФ при повреждении миокарда человека» . Сердечно-сосудистые исследования . 49 (1): 48–55. дои : 10.1016/S0008-6363(00)00222-4 . ПМИД 11121795 .
- ^ Оньенвок Р.У., Форсберг Л.Дж., Лю Л., Уильямс Т., Альзате О., Бренман Дж.Э. (январь 2012 г.). «AMPK напрямую ингибирует NDPK посредством фосфосеринового переключателя для поддержания клеточного гомеостаза» . Молекулярная биология клетки . 23 (2): 381–9. doi : 10.1091/mbc.E11-08-0699 . ПМК 3258181 . ПМИД 22114351 .
- ^ Штадтман Э.Р., Чок П.Б. (28 июня 2014 г.). От метаболита к метаболизму и к метаболону: актуальные темы клеточной регуляции . Эльзевир. ISBN 9781483217321 .
- ^ Эттвуд П.В., Виланд Т. (февраль 2015 г.). «Нуклеозиддифосфаткиназа как протеингистидинкиназа». Архив фармакологии Наунина-Шмидеберга . 388 (2): 153–60. дои : 10.1007/s00210-014-1003-3 . ПМИД 24961462 . S2CID 18115068 .
- ^ «spoT - бифункциональная (p)ppGpp синтаза/гидролаза SpoT - Escherichia coli (штамм K12) - ген и белок spoT» . www.uniprot.org . Проверено 17 ноября 2015 г.
- ^ Ленгелер Дж., Дрюс Г., Шлегель Х. (10 июля 2009 г.). Биология прокариотов . Джон Уайли и сыновья. ISBN 9781444313307 .
- ^ де ла Роса А., Уильямс Р.Л., Стиг П.С. (январь 1995 г.). «Nm23 / нуклеозиддифосфаткиназа: к структурному и биохимическому пониманию ее биологических функций». Биоэссе . 17 (1): 53–62. дои : 10.1002/bies.950170111 . ПМИД 7702594 . S2CID 29304629 .
- ^ Отеро А.С. (июнь 2000 г.). «NM23 / нуклеозиддифосфаткиназа и передача сигнала». Журнал биоэнергетики и биомембран . 32 (3): 269–75. дои : 10.1023/А:1005589029959 . ПМИД 11768310 . S2CID 24708684 .
- ^ Энгельхардт С., Роше Ф (апрель 2007 г.). «G-белки: больше, чем просто преобразователи сигналов, генерируемых рецепторами?» . Исследование кровообращения . 100 (8): 1109–11. doi : 10.1161/01.RES.0000266971.15127.e8 . ПМИД 17463326 .
- ^ Jump up to: а б с д Дорион С., Ривоал Дж. (февраль 2015 г.). «Подсказки к функциям растительных изоформ НДПК». Архив фармакологии Наунина-Шмидеберга . 388 (2): 119–32. дои : 10.1007/s00210-014-1009-x . ПМИД 24964975 . S2CID 1227825 .
- ^ Мун Х, Ли Б, Чой Джи, Шин Д, Прасад Д.Т., Ли О, Квак С.С., Ким Д.Х., Нам Дж., Бахк Дж., Хонг Дж.К., Ли С.И., Чо MJ, Лим СО, Юн DJ (январь 2003 г.). «NDP-киназа 2 взаимодействует с двумя MAPK, активируемыми окислительным стрессом, для регулирования окислительно-восстановительного состояния клеток и повышения устойчивости к множественным стрессам у трансгенных растений» (PDF) . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (1): 358–63. Бибкод : 2003PNAS..100..358M . дои : 10.1073/pnas.252641899 . ПМК 140977 . ПМИД 12506203 .
- ^ Сюй Т., Стиг П.С., Золло М., Виланд Т. (февраль 2015 г.). «Прогресс в области функций, связанных с семейством генов Nme (NDP kinase/Nm23/Awd), полученных на модельных системах животных: на примерах исследования развития, сердечно-сосудистых заболеваний и метастазирования рака» . Архив фармакологии Наунина-Шмидеберга . 388 (2): 109–17. дои : 10.1007/s00210-014-1079-9 . ПМЦ 10153104 . ПМИД 25585611 .
- ^ Мехта А., Орчард С. (сентябрь 2009 г.). «Нуклеозиддифосфаткиназа (NDPK, NM23, AWD): последние достижения в области регулирования эндоцитоза, метастазирования, псориаза, высвобождения инсулина, эритроидного происхождения плода и сердечной недостаточности; на примере трансляционной медицины» . Молекулярная и клеточная биохимия . 329 (1–2): 3–15. дои : 10.1007/s11010-009-0114-5 . ПМЦ 2721137 . ПМИД 19415463 .
- ^ Jump up to: а б Лю Ю.Ф., Ян А., Лю В., Ван С., Ван М., Чжан Л., Ван Д., Донг Дж.Ф., Ли М. (01.01.2015). «NME2 уменьшает пролиферацию, миграцию и инвазию клеток рака желудка, ограничивая метастазирование» . ПЛОС ОДИН . 10 (2): e0115968. Бибкод : 2015PLoSO..1015968L . дои : 10.1371/journal.pone.0115968 . ПМЦ 4336288 . ПМИД 25700270 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Нуклеозиддифосфат+киназа в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- ЭК 2.7.4.6
