Acrosin - Acrosin

Acrosin
1FIW.png
Identifikátory
EC číslo3.4.21.10
Číslo CAS9068-57-9
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

Acrosin je zažívací enzym který funguje jako proteáza. U lidí je akrosin kódován ACR gen.[1][2] Acrosin se uvolňuje z akrozom z spermie v důsledku akrozomová reakce. Pomáhá při pronikání do Zona Pellucida.

Enzymový mechanismus

Akrosin je typická serinová proteináza se specifičností podobnou trypsinu.[3]

Akrosinový katalytický mechanismus

Reakce probíhá obvyklým způsobem serinová proteáza mechanismus. Nejprve His-57 deprotonuje Ser-195, což mu umožňuje sloužit jako nukleofil. Deprotonovaný Ser-195 pak reaguje s karbonylovým uhlíkem peptidu a vytváří čtyřboký meziprodukt. Čtyřboký meziprodukt se poté zhroutí a vznikne H2N-R1 odstupující skupina, která je protonována prostřednictvím His-57. Nakonec His-57 deprotonuje molekulu vody, která pak může sloužit jako nukleofil podobnou reakcí s karbonylovým uhlíkem. Zhroucení tetraedrického meziproduktu pak vede k odstupující skupině Ser-195, která je protonována prostřednictvím His-57, což má za následek všechny zbytky vrácené do svého předkatalytického stavu a karboxylovou kyselinu, kde dříve existovala peptidová vazba.

Biologická funkce

Akrosin je hlavní proteináza přítomná v akrozomu zralých spermií. Je uložen v akrozomu v jeho prekurzorové formě, proacrosinu. Po stimulu akrozom uvolní svůj obsah na zona pellucida. Poté, co k této reakci dojde, zymogen forma proteázy je poté zpracována na aktivní formu, β-akrosin. Aktivní enzym poté funguje při lýze zona pellucida, což usnadňuje průnik spermií nejvnitřnějším glykoprotein vrstvy vajíčko.[3]

Důležitost akrosinu v akrozomové reakci byla zpochybněna. Pomocí genetických knockoutových experimentů bylo zjištěno, že myší spermie, kterým chybí β-akrosin (aktivní proteáza), mají stále schopnost proniknout zona pellucida.[4] Někteří proto argumentují svou rolí při napomáhání šíření akrozomálního obsahu po akrozomové reakci, zatímco jiní prokazují důkaz své role jako sekundárního vazebného proteinu mezi spermatem a zona pellucida.[5][6][7] Podle hypotézy sekundárního vazebného proteinu by akrosin mohl hrát roli ve vazbě na molekuly na zona pellucida a upoutat spermie na vejce. Toto „uvázání“ by zajistilo penetraci v důsledku použité pohyblivé síly spermií.[8]

Bylo zjištěno, že regulace akrosinu probíhá inhibitor proteinu C. (PCI). PCI je přítomen v mužském reprodukčním traktu ve 40x vyšších koncentracích než v krevní plazmě.[9] Bylo prokázáno, že PCI inhibuje proteolytickou aktivitu akrosinu.[9] Předpokládá se tedy, že PCI má ochrannou roli: pokud by došlo k předčasnému uvolnění akrozomálních enzymů nebo k degeneraci spermií v mužském reprodukčním traktu, vysoké koncentrace PCI by inhibovaly akrosin před působením proteolytického poškození okolních tkání.[10]

Struktura

β-akrosin vykazuje vysoký stupeň sekvenční identity (70-80%) mezi kančími, býčími, krysími, morčaty, myšími a lidskými izoformami.[3] Existuje poněkud podobná (27-35%) identita sekvence mezi β-akrosinem a jinými serinovými proteázami, jako je trypsin a chymotrypsin.[3] Zatímco většina serinové proteázy jsou aktivovány prostřednictvím jedné štěpné události, proakrosin vyžaduje zpracování jak na N, tak na C-terminální doméně. Proakrosin se nejprve štěpí mezi Arg-22 a sousedním valinem za vzniku lehkého řetězce 22 zbytků a aktivní proteázy označované jako a-akrosin.[3] Tento lehký řetězec zůstává spojen s těžkým řetězcem, zesítěný dvěma disulfidové vazby vytvořit a heterodimer. Po těchto událostech N-terminálního štěpení tři štěpení na C-terminální doméně odstraní 70 zbytků, čímž se získá β-akrosin.[3] Acrosin má dvě místa, která byla identifikována jako možná N-glykosylace weby: Asn-2 a Asn-169.[3]

Obrys povrchu aktivního místa akrosinu, ukázaný s kompetitivním inhibitorem benzamidinem. Je zobrazen zbytek „vrátného“ Trp-215, který částečně zakrývá „horní“ vstup do vazební dutiny (jak je zde zobrazeno).

Katalytická triáda se skládá ze zbytků His-57, Asp-102 a Ser-195.[3] Tyto zbytky se nacházejí ve vazebné kapse, která byla označena jako kapsa "S1", v souladu se schématem pojmenování, který byl přijat pro jiné proteázy.[11] Kapsa S1 reguluje specificitu akrosinu pro substráty Arg a Lys, přičemž konzervovaný Trp-215 slouží jako zbytek „vrátného“ pro vstup do vazebného místa.[3]

Zbytky aktivního místa akrosinu, ukázané s kompetitivním inhibitorem benzamidinem.

Důležitým strukturním prvkem β-akrosinu je vysoce nabitá náplast (vytvořená jak aminokyselinami, tak posttranslačními modifikacemi) v její povrchové oblasti, která se nazývá „anosový vazebný exosit“.[3] Toto místo sestává z oblasti přebytečného kladného náboje, o které se předpokládá, že je důležitá při vazbě na matrici zona pellucida, silně glykosylované a sulfatované oblasti s přebytkem záporného náboje.[12] Tento strukturální rys je v souladu s hypotézou sekundárního vazebného proteinu, protože interakce náboj-náboj by stabilizovaly komplex „uvázání“ proteinu-zona pellucida.[13] S touto strukturální hypotézou je dále v souladu poznání, že suramin - bylo zjištěno, že polysulfátované léčivo (s podstatným odpovídajícím negativním nábojem) inhibuje vazbu spermatu na zona pellucida.[14]

Nemoc a farmaceutický význam

Zatímco jedna studie, která využívala myší modely, naznačila, že akrosin není nezbytnou součástí penetrace zona pellucida, jiné studie u lidí prokázaly souvislost mezi nízkou aktivitou akrozomální proteinázy a neplodností.[15][16] Jiné výzkumné skupiny prokázaly významnou korelaci mezi aktivitou akrosinu a motilitou spermií.[17] V králičích modelech intravaginální antikoncepční zařízení, které vylučovalo tetradecylsulfát sodný, známý inhibitor akrosinu a hyaluronidázy, měl úplný antikoncepční účinek.[18] Ačkoli jeho přesný mechanismus účinku není zcela jasný, mohl by akrosin sloužit jako nový cíl pro antikoncepční látky. Acrosin může představovat jako jedinečně léčitelný cíl díky své poloze a vysoké buněčné specificitě.[19] Vývoj inhibitorů akrosinu by tedy mohl poskytnout základ pro bezpečného, ​​reverzibilního muže antikoncepce nebo ženská antikoncepce pomocí intravaginálních antikoncepčních prostředků.[19]

Navíc jsou serinové proteázy důležité při potenciaci HIV Výzkum zjistil, že inhibitor akrosinu, 4'-acetamidofenyl-4-guanidinobenzoát, má schopnost inhibovat infekci HIV u očkovaných virem lymfocyty.[20] To naznačuje další roli inhibitorů akrosinu jako potenciálně životaschopných látek v prevenci přenosu HIV.[20]

Reference

  1. ^ Adham IM, Klemm U, Maier WM, Engel W (leden 1990). "Molekulární klonování lidské preproakrosinové cDNA". Genetika člověka. 84 (2): 125–8. doi:10.1007 / bf00208925. PMID  2298447.
  2. ^ Honda A, Siruntawineti J, Baba T (2002). "Role akrozomálních matrixových proteáz v interakcích sperma-zona pellucida". Aktualizace lidské reprodukce. 8 (5): 405–12. doi:10.1093 / humupd / 8.5.405. PMID  12398221.
  3. ^ A b C d E F G h i j Tranter, Rebecca; Přečtěte si, Jon A .; Jones, Roy; Brady, R. Leo (2000-11-15). „Efektorová místa v trojrozměrné struktuře savčího β-akrosinu“. Struktura. 8 (11): 1179–1188. doi:10.1016 / S0969-2126 (00) 00523-2. ISSN  0969-2126. PMID  11080640.
  4. ^ T. Baba, S. Azuma, S. Kashiwabara, Y. Toyoda. Spermie z myší nesoucích cílenou mutaci genu pro akrosin může proniknout do oocytu zona pellucida a způsobit oplodnění “ J. Biol. Chem. 1994; 269, s. 31845–31849
  5. ^ K. Yamagata, T. Baba, et al. Akrosin urychluje šíření spermií akrozomálních proteinů během reakce akrozomu " J. Biol. Chem. 1998; 273, s. 10470–10474
  6. ^ R. Jones, C.R. Brown. Identifikace proteinu vázajícího se na zónu z kančích spermií jako proakrosinu. Expl " Cell Res 1987; 171, s. 505–508
  7. ^ R. Jones. Interakce glykoproteinů zona pellucida, sulfátovaných sacharidů a syntetických polymerů s proakrosinem, domnělým proteinem vázajícím vejce ze spermií savců " Rozvoj 1991; 111, str. 1155–1163
  8. ^ D.P. Zelená. Tvary hlavy některých savčích spermií a jejich možný vztah k tvaru penetrační štěrbiny zona pellucida. J. Reprod. Fertil., 83 (1988), str. 377–387
  9. ^ A b Laurell, M; Christensson, A; Abrahamsson, PA; Stenflo, J; Lilja, H (1992). „Inhibitor proteinu C v lidských tělních tekutinách. Semenná plazma je bohatá na inhibitorový antigen pocházející z buněk v mužském reprodukčním systému.“. J Clin Invest. 89 (4): 1094–101. doi:10,1172 / JCI115689. PMC  442965. PMID  1372913.
  10. ^ Zheng, X; Geiger, M; Ecke, S (1994). "Inhibice akrosinu inhibitorem proteinu C a lokalizace inhibitoru proteinu C na spermie". Dopoledne. J. Physiol. 267 (2 Pt 1): C466–72. doi:10.1152 / ajpcell.1994.267.2.C466. PMID  7521127.
  11. ^ I. Schechter, A. Berger. Na velikosti aktivního místa v proteázách. I. Papain. Biochim. Biophys. Res. Commun, 27 (1967), str. 157–162.
  12. ^ Nakano M, Tobets T a kol. (1990). "Další frakcionace glykoproteinových rodin prasat zona pellucida aniontovou výměnnou HPLC a určitá charakterizace oddělených frakcí". J. Biochem. 107: 144–150. doi:10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a122998.
  13. ^ S. Shimizu, M. Tsuji, J. Dean. In vitro biosyntéza tří sulfátovaných glykoproteinů myšího zonae pellucidae oocyty pěstovanými ve folikulární kultuře " J. Biol. Chem. 1983; 258, str. 5858–5863
  14. ^ Jones R, Parry R, ​​Leggio LL, Nickel P (1996). „Inhibice vazby spermií na zónu suraminem, potenciální„ olověnou “sloučeninou pro návrh nových látek proti plodnosti“. Mol. Hučení. Rep. 2 (8): 597–605. doi:10,1093 / mol / 2,8,597.
  15. ^ Welker B, Bernstein GS, Diedrich K, Nakamura RM, Krebs D (říjen 1988). "Akrozomální proteinázová aktivita lidských spermií a vztah výsledků ke kvalitě spermatu". Hum Reprod. 3 (Suppl 2): ​​75–80. doi:10.1093 / humrep / 3.suppl_2.75.
  16. ^ Tummon I.S .; Yuzpe A.A .; Daniel S.A .; Deutsch A. Celková aktivita akrosinu koreluje s potenciálem plodnosti po oplodnění in vitro " Plod Steril 1991 listopad; 56 (5): 933-8.
  17. ^ Cui YH, Zhao RL, Wang Q, Zhang ZY (září 2000). "Stanovení aktivity akrosinu spermií pro hodnocení mužské plodnosti". Asian J Androl. 2: 229–232.
  18. ^ Burck P.J., Zimmerman R.E. Intravaginální antikoncepční zařízení pro dodávání inhibitoru akrosinu a hyaluronidázy " Plod Steril 1984 únor; 41 (2): 314-8.
  19. ^ A b Ning, Weiwei; Zhu, Ju; Zheng, Canhui; Liu, Xuefei; Song, Yunlong; Zhou, Youjun; Zhang, Xiaomeng; Zhang, Ling; Sheng, Chunquan (01.04.2013). „Fragmentovaný design nových derivátů chinazolinonu jako inhibitorů lidského akrosinu“. Chemická biologie a design léčiv. 81 (4): 437–441. doi:10.1111 / cbdd.12106. ISSN  1747-0285. PMID  23331539.
  20. ^ A b Bourinbaiar AS, Lee-Huang S (květen 1995). „Inhibitor akrosinu, 4'-acetamidofenyl-4-guanidinobenzoát, experimentální vaginální antikoncepce s anti-HIV aktivitou“. Antikoncepce. 51 (5): 319–22. doi:10.1016 / 0010-7824 (95) 00094-q. PMID  7628208.

Další čtení

externí odkazy

Tento článek včlení text z United States National Library of Medicine, který je v veřejná doména.