WikiDer > Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа

Glucose-6-phosphate dehydrogenase
Не путать с Глюкозо-6-фосфатаза.
Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, НАД-связывающий домен
Сайты G6PD labeled.png
глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа из leuconostoc mesenteroides
Идентификаторы
СимволG6PD_N
PfamPF00479
Pfam кланCL0063
ИнтерПроIPR022674
PROSITEPDOC00067
SCOP21dpg / Объем / СУПФАМ
Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа
Идентификаторы
Номер ЕС1.1.1.49
Количество CAS9001-40-5
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO

Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа (G6PD или же G6PDH) (ЕС 1.1.1.49) это цитозольный фермент который катализирует в химическая реакция

D-глюкозо-6-фосфат + НАДФ+ + H2O ⇌ 6-фосфо-D-глюконо-1,5-лактон + NADPH + H+

Этот фермент участвует в пентозофосфатный путь (см. изображение), метаболический путь который обеспечивает клетки уменьшающейся энергией (например, эритроциты) за счет поддержания уровня кофермент никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФН). НАДФН, в свою очередь, поддерживает уровень глутатион в этих клетках, что помогает защитить красные кровяные тельца от окислительный повреждение от таких соединений, как перекись водорода.[1] Большее количественное значение имеет продукция НАДФН для тканей, участвующих в биосинтезе жирных кислот или изопреноидов, таких как печень, молочные железы, жировая ткань и надпочечники. G6PD снижает НАДФ+ к НАДФН при окислении глюкозо-6-фосфат.[2]

Клинически Х-сцепленный генетический дефицит G6PD предрасполагает человека к неиммунным гемолитическая анемия.[3]

Распространение видов

G6PD широко распространен у многих видов из бактерии к люди. Множественное выравнивание последовательностей более 100 известных G6PD из разных организмов выявляет идентичность последовательностей в диапазоне от 30% до 94%.[4] G6PD человека имеет более 30% идентичности по аминокислотной последовательности с последовательностями G6PD других видов.[5] У людей тоже есть два изоформы одного гена, кодирующего G6PD.[6] Более того, задокументировано 150 различных мутантов G6PD человека.[4] Эти мутации в основном представляют собой миссенс-мутации, которые приводят к заменам аминокислот,[7] и хотя некоторые из них приводят к дефициту G6PD, другие, похоже, не приводят к каким-либо заметным функциональным различиям.[7] Некоторые ученые предположили, что некоторые генетические вариации G6PD человека являются результатом адаптации поколений к малярийной инфекции.[8]

Другие виды также испытывают вариацию в G6PD. У высших растений несколько изоформы G6PDH, которые локализуются в цитозоль, то пластидная строма, и пероксисомы.[9] Модифицированный F420-зависимый (в отличие от НАДП+-зависимый) G6PD находится в Микобактерии туберкулеза, и представляет интерес для лечения туберкулез.[10] Бактериальный G6PD, обнаруженный в Leuconostoc mesenteroides было показано, что он реагирует на 4-Hydroxynonenal, помимо G6P.[11]

Структура фермента

Сайт связывания субстрата G6PD, связанный с G6P (показан кремом), от 2БХЛ. Фосфор показан оранжевым цветом. Атомы кислорода кристаллографических вод показаны красными сферами. Консервативная 9-пептидная последовательность G6PD и частично консервативная 5-аминокислотная последовательность G6PD показаны голубым и пурпурным соответственно. Все остальные аминокислоты из G6PD показаны черным. Водородные связи и электростатические взаимодействия показаны пунктирными линиями зеленого цвета. Все зеленые штрихи обозначают расстояния менее 3,7 Å.

G6PD обычно встречается как димер двух одинаковых мономеров (см. основное изображение).[7] В зависимости от условий, например pHэти димеры сами могут димеризоваться с образованием тетрамеров.[5] Каждый мономер в комплексе имеет сайт связывания субстрата, который связывается с G6P, и сайт связывания каталитического кофермента, который связывается с NADP.+/ NADPH с помощью Россман фолд.[4] Для некоторых высших организмов, таких как люди, G6PD содержит дополнительный НАДФ.+ сайт связывания, называемый НАДФ+ структурный сайт, который, по-видимому, не участвует непосредственно в реакции, катализируемой G6PD. Эволюционная цель НАДП+ структурное местоположение неизвестно.[4] Что касается размера, каждый мономер состоит примерно из 500 аминокислот (514 аминокислот для человека[5]).

Функциональная и структурная консервация между G6PD человека и Leuconostoc mesenteroides G6PD указывает на 3 широко консервативные области на ферменте: пептид из 9 остатков в сайте связывания субстрата, RIDHYLGKE (остатки 198-206 на G6PD человека), нуклеотид-связывающий отпечаток пальца GxxGDLA (остатки 38-44 на G6PD человека) и частично консервативная последовательность EKPxG рядом с сайтом связывания субстрата (остатки 170-174 на G6PD человека), где мы использовали «x» для обозначения вариабельной аминокислоты.[4] Кристаллическая структура G6PD выявляет обширную сеть электростатических взаимодействий и водородных связей с участием G6P, 3 молекул воды, 3 лизины, 1 аргинин, 2 гистидины, 2 глутаминовые кислотыи другие полярные аминокислоты.

В пролин в положении 172, как полагают, играет решающую роль в правильном позиционировании Lys171 по отношению к субстрату, G6P. В двух кристаллических структурах нормального человеческого G6P Pro172 наблюдается исключительно в цис-подтверждении, в то время как в кристаллической структуре одного вызывающего заболевание мутанта (вариант Canton R459L) Pro172 наблюдается почти исключительно в транс-подтверждении.[4]

Имея доступ к кристаллическим структурам, некоторые ученые пытались смоделировать структуры других мутантов. Например, у немецких предков, где энзимопатия из-за дефицита G6PD встречается редко, сайты мутаций G6PD располагаются рядом с NADP.+ сайт связывания, сайт связывания G6P и рядом с границей раздела между двумя мономерами. Таким образом, мутации в этих критических областях возможны без полного нарушения функции G6PD.[7] Фактически, было показано, что большинство болезнетворных мутаций G6PD происходит рядом с NADP.+ структурный сайт.[12]

НАДФ+ структурный сайт

НАДП+ структурный сайт расположен более чем на 20 Å от сайта связывания субстрата и каталитического кофермента НАДФ+ сайт привязки. Его назначение в реакции, катализируемой ферментами, неясно в течение многих лет. Некоторое время считалось, что НАДФ+ связывание со структурным сайтом было необходимо для димеризации мономеров фермента. Однако оказалось, что это неверно.[12] С другой стороны, было показано, что присутствие НАДФ+ на структурном сайте способствует димеризации димеров с образованием тетрамеров ферментов.[12] Также считалось, что состояние тетрамера необходимо для каталитической активности; однако это тоже оказалось ложным.[12] НАДП+ структурный сайт сильно отличается от НАДП+ каталитический сайт связывания кофермента и содержит отпечаток пальца связывания нуклеотидов.

Структурный сайт, связанный с NADP+ обладает благоприятными взаимодействиями, которые тесно связаны. В частности, существует сильная сеть водородных связей, при которой электростатические заряды распространяются по множеству атомов через водородная связь с 4 молекулами воды (см. рисунок). Кроме того, существует чрезвычайно сильный набор гидрофобных штабелирование взаимодействия, которые приводят к перекрытию π-систем.

Водородная связь и сеть электростатического взаимодействия. Все зеленые штрихи обозначают расстояния менее 3,8 Å.
Сеть водородных связей и электростатического взаимодействия (зеленый). Все зеленые штрихи обозначают расстояния менее 3,8 Å.
Гидрофобные взаимодействия при укладке (зеленый). Все зеленые штрихи обозначают расстояния менее 4,4 Å.
Гидрофобные взаимодействия при укладке (зеленый). Все зеленые штрихи обозначают расстояния менее 4,4 Å. Немного другой вид, чем на первой панели.
НАДФ+ структурный сайт G6PD. НАДФ+ показан кремом. Фосфор показан оранжевым цветом. Атомы кислорода кристаллографических молекул воды показаны красными сферами. Консервативная 9-пептидная последовательность G6PD показана голубым.

Было показано, что структурный сайт важен для поддержания долговременной стабильности фермента.[12] Более 40 тяжелых класс I мутации включают мутации вблизи структурного сайта, что влияет на долгосрочную стабильность этих ферментов в организме, что в конечном итоге приводит к дефициту G6PD.[12] Например, две тяжелые мутации класса I, G488S и G488V, резко увеличивают константу диссоциации между НАДФ.+ и структурный сайт в 7-13 раз. Учитывая близость остатка 488 к Arg487, считается, что мутация в положении 488 может повлиять на расположение Arg487 относительно НАДФ+,[12] и таким образом нарушить привязку.

Регулирование

G6PD превращает G6P в 6-фосфоглюконо-δ-лактон и это ограничение скорости фермент пентозофосфатный путь. Таким образом, регуляция G6PD имеет нисходящие последствия для активности остальной части пентозофосфатный путь.

Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа стимулируется ее субстратом G6P. Обычное соотношение НАДФН / НАДФ+ в цитозоле тканей, участвующих в биосинтезе, составляет около 100/1. Повышенное использование НАДФН для биосинтеза жирных кислот резко увеличит уровень НАДФ.+, таким образом стимулируя G6PD производить больше НАДФН. Согласно двум более ранним публикациям дрожжевой G6PD ингибируется длинноцепочечными жирными кислотами.[13][14] и может быть продуктом ингибирования синтеза жирных кислот, для которого требуется НАДФН.

G6PD негативно регулируется ацетилирование на лизине 403 (Lys403), эволюционно консервативном остатке. Ацетилированный K403 G6PD не способен образовывать активные димеры и проявляет полную потерю активности. Механически ацетилирование Lys304 стерически препятствует НАДФ.+ от входа в НАДП+ структурный сайт, который снижает стабильность фермента. Клетки ощущают внеклеточные окислительные стимулы для снижения ацетилирования G6PD в SIRT2-зависимая манера. Опосредованное SIRT2 деацетилирование и активация G6PD стимулирует пентозофосфатный путь снабжать цитозольный НАДФН для противодействия окислительному повреждению и защиты мыши эритроциты.[15]

Регулирование также может происходить через генетические пути. Изоформа G6PDH регулируется факторами транскрипции и посттранскрипции.[16] Более того, G6PD является одним из многих гликолитические ферменты активировано фактор транскрипции фактор, индуцируемый гипоксией 1 (HIF1).[17]

Клиническое значение

G6PD отличается генетическим разнообразием. Многие варианты G6PD, в основном производимые из миссенс-мутации, были описаны с широким диапазоном уровней ферментная активность и сопутствующие клинические симптомы. Два варианта транскрипции, кодирующие разные изоформы были обнаружены для этого гена.[18]

Дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы очень распространен во всем мире и вызывает острые гемолитическая анемия при наличии простой инфекции прием внутрь бобы, или реакция с некоторыми лекарствами, антибиотиками, жаропонижающими и противомалярийными средствами.[3]

Патология дефицита G6PD.png

G6PD влияет на рост и пролиферацию клеток.[19] Ингибиторы G6PD изучаются для лечения рака и других состояний.[17] В пробирке анализ пролиферации клеток показывает, что ингибиторы G6PD, DHEA (дегидроэпиандростерон) и ANAD (6-аминоникотинамид) эффективно снижают рост клеточных линий AML.[19][20] G6PD гипометилирован по K403 в острый миелоидный лейкоз, SIRT2 активирует G6PD для увеличения продукции НАДФН и способствует пролиферации лейкозных клеток.[20]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Томас Д., Черест Х., Сурдин-Керян Ю. (март 1991 г.). «Идентификация структурного гена глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы в дрожжах. Инактивация приводит к потребности в питательных веществах в органической сере». Журнал EMBO. 10 (3): 547–53. Дои:10.1002 / j.1460-2075.1991.tb07981.x. ЧВК 452682. PMID 2001672.
  2. ^ Астер Дж., Кумар В., Роббинс С.Л., Аббас А.К., Фаусто Н., Котран Р.С. (2010). Патологические основы болезни Роббинса и Котрана. Saunders / Elsevier. С. Места расположения Kindle 33340–33341. ISBN 978-1-4160-3121-5.
  3. ^ а б Cappellini MD, Fiorelli G (январь 2008 г.). «Дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы». Ланцет. 371 (9606): 64–74. Дои:10.1016 / S0140-6736 (08) 60073-2. PMID 18177777. S2CID 29165746.
  4. ^ а б c d е ж Kotaka M, Gover S, Vandeputte-Rutten L, Au SW, Lam VM, Adams MJ (май 2005 г.). «Структурные исследования связывания глюкозо-6-фосфата и НАДФ + с глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой человека» (PDF). Acta Crystallographica D. 61 (Pt 5): 495–504. Дои:10.1107 / S0907444905002350. PMID 15858258.
  5. ^ а б c Au SW, Говер С., Лам В.М., Адамс М.Дж. (март 2000 г.). «Человеческая глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа: кристаллическая структура показывает структурную молекулу НАДФ (+) и дает представление о недостаточности фермента». Структура. 8 (3): 293–303. Дои:10.1016 / S0969-2126 (00) 00104-0. PMID 10745013.
  6. ^ «G6PD глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа [Homo sapiens (человек)]». NCBI. Получено 13 декабря 2015.
  7. ^ а б c d Киани Ф., Шварцль С., Фишер С., Эфферт Т. (июль 2007 г.). «Трехмерное моделирование вариантов немецкого происхождения с дефицитом глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы». PLOS ONE. 2 (7): e625. Bibcode:2007PLoSO ... 2..625K. Дои:10.1371 / journal.pone.0000625. ЧВК 1913203. PMID 17637841.
  8. ^ Luzzatto L, Bienzle U (июнь 1979 г.). «Малярия / Гипотеза G.-6-P.D.». Ланцет. 1 (8127): 1183–4. Дои:10.1016 / S0140-6736 (79) 91857-9. PMID 86896. S2CID 31214682.
  9. ^ Corpas FJ, Barroso JB, Sandalio LM, Distefano S, Palma JM, Lupiáñez JA, Del Río LA (март 1998 г.). «Опосредованная дегидрогеназой система рециркуляции НАДФН в пероксисомах растений». Биохимический журнал. 330 (Pt 2): 777–84. Дои:10.1042 / bj3300777. ЧВК 1219205. PMID 9480890.
  10. ^ Башири Г., Сквайр С.Дж., Морленд, штат Нью-Джерси, Бейкер, EN (июнь 2008 г.). «Кристаллические структуры F420-зависимой глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы FGD1, участвующей в активации кандидата в противотуберкулезный лекарственный препарат PA-824, выявляют основу связывания кофермента и субстрата». Журнал биологической химии. 283 (25): 17531–41. Дои:10.1074 / jbc.M801854200. PMID 18434308.
  11. ^ Сведа Л.И., Учида К., Цай Л., Штадтман Э.Р. (февраль 1993 г.). «Инактивация глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы 4-гидрокси-2-ноненалом. Селективная модификация лизина активного центра». Журнал биологической химии. 268 (5): 3342–7. PMID 8429010.
  12. ^ а б c d е ж грамм Ван XT, Чан Т.Ф., Лам В.М., Engel PC (август 2008 г.). «Какова роль второго« структурного »сайта связывания NADP + в глюкозо-6-фосфатдегидрогеназе человека?». Белковая наука. 17 (8): 1403–11. Дои:10.1110 / пс 035352.108. ЧВК 2492815. PMID 18493020.
  13. ^ Эгер-Нойфельдт I, Тейнцер А., Вайс Л., Виланд О. (март 1965 г.). «Ингибирование глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы длинноцепочечным ацил-коферментом А». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 19 (1): 43–48. Дои:10.1016 / 0006-291X (65) 90116-6.
  14. ^ Кавагути А., Блох К. (сентябрь 1974 г.). «Ингибирование глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы пальмитоил-коферментом А». Журнал биологической химии. 249 (18): 5793–800. PMID 4153382.
  15. ^ Ван Ю.П., Чжоу Л.С., Чжао Ю.З., Ван С.В., Чен Л.Л., Лю LX, Лин З.К., Ху Ф.Дж., Сунь Ю.П., Чжан Ю.Й., Ян Ц., Ян Ю., Сюн И, Гуань К.Л., Йе Д (июнь 2014 г.). «Регулирование ацетилирования G6PD с помощью SIRT2 и KAT9 модулирует гомеостаз NADPH и выживаемость клеток во время окислительного стресса». Журнал EMBO. 33 (12): 1304–20. Дои:10.1002 / embj.201387224. ЧВК 4194121. PMID 24769394.
  16. ^ Kletzien RF, Harris PK, Foellmi LA (февраль 1994). «Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа: фермент« домашнего хозяйства », подверженный тканеспецифической регуляции гормонами, питательными веществами и оксидантным стрессом». Журнал FASEB. 8 (2): 174–81. Дои:10.1096 / fasebj.8.2.8119488. PMID 8119488. S2CID 38768580.
  17. ^ а б де Лартиг Дж (2012-06-12). «Исследования рака выходят за рамки изначальных признаков рака». OncLive.
  18. ^ «Ген Entrez: глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа G6PD».
  19. ^ а б Тиан В.Н., Браунштейн Л.Д., Панг Дж., Стульмайер К.М., Си КК, Тиан Х, Стэнтон Р.К. (апрель 1998 г.). «Важность активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы для роста клеток». Журнал биологической химии. 273 (17): 10609–17. Дои:10.1074 / jbc.273.17.10609. PMID 9553122.
  20. ^ а б Сюй С.Н., Ван Т.С., Ли Х, Ван Ю.П. (сентябрь 2016 г.). «SIRT2 активирует G6PD, чтобы увеличить продукцию NADPH и способствовать пролиферации лейкозных клеток». Научные отчеты. 6: 32734. Bibcode:2016НатСР ... 632734X. Дои:10.1038 / srep32734. ЧВК 5009355. PMID 27586085.

дальнейшее чтение

  • Вуллиами Т., Бейтлер Э, Луццатто Л. (1993). «Варианты глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы обусловлены миссенс-мутациями, распространенными по всей кодирующей области гена». Человеческая мутация. 2 (3): 159–67. Дои:10.1002 / humu.1380020302. PMID 8364584. S2CID 46431236.
  • Мейсон П.Дж. (сентябрь 1996 г.). «Новые взгляды на дефицит G6PD». Британский журнал гематологии. 94 (4): 585–91. Дои:10.1111 / j.1365-2141.1996.tb00001.x. PMID 8826878. S2CID 221484452.
  • Вайцман Х., Галактерос Ф. (август 2004 г.). «[Дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы: защита от малярии и риск гемолитических несчастных случаев]». Comptes Rendus Biologies (На французском). 327 (8): 711–20. Дои:10.1016 / j.crvi.2004.07.010. PMID 15506519.

внешняя ссылка