Rodina aldehyddehydrogenázy 3, člen A1 - Aldehyde dehydrogenase 3 family, member A1

ALDH3A1
Dostupné struktury
PDBHledání ortologu: PDBe RCSB
Identifikátory
AliasyALDH3A1, ALDH3, ALDHIII, člen rodiny aldehyd dehydrogenázy 3, A1, rodina aldehyd dehydrogenázy 3, člen A1
Externí IDOMIM: 100660 MGI: 1353451 HomoloGene: 20175 Genové karty: ALDH3A1
Umístění genu (člověk)
Chromozom 17 (lidský)
Chr.Chromozom 17 (lidský)[1]
Chromozom 17 (lidský)
Genomic location for ALDH3A1
Genomic location for ALDH3A1
Kapela17p11.2Start19,737,984 bp[1]
Konec19,748,943 bp[1]
Exprese RNA vzor
PBB GE ALDH3A1 205623 at fs.png
Další údaje o referenčních výrazech
Ortology
DruhČlověkMyš
Entrez

218

11670

Ensembl

ENSG00000108602

ENSMUSG00000019102

UniProt

P30838

P47739

RefSeq (mRNA)

NM_000691
NM_001135167
NM_001135168
NM_001330150

NM_001112725
NM_007436
NM_001331112

RefSeq (protein)

NP_000682
NP_001128639
NP_001128640
NP_001317079

NP_001106196
NP_001318041
NP_031462

Místo (UCSC)Chr 17: 19,74 - 19,75 MbChr 11: 61,21 - 61,22 Mb
PubMed Vyhledávání[3][4]
Wikidata
Zobrazit / upravit člověkaZobrazit / upravit myš

Aldehyddehydrogenáza, preferující dimerní NADP je enzym že u lidí je kódován ALDH3A1 gen.[5][6][7]

Aldehyddehydrogenázy oxidovat různé aldehydy na odpovídající kyseliny. Podílejí se na detoxikaci acetaldehydu pocházejícího z alkoholu a na metabolismu kortikosteroidy, biogenní aminy, neurotransmitery a peroxidace lipidů. Enzym kódovaný tímto genem tvoří cytoplazmatický homodimer, který přednostně oxiduje aromatické aldehydové substráty. Gen se nachází uvnitř Smith-Magenisův syndrom oblast na chromozomu 17.[7]

Exprese ALDH3A1 je v rohovka druhů savců, které obsahují 5 až 50% obsahu rozpustných bílkovin, ale téměř chybí v rohovce jiných obratlovců.[8]

Struktura a mechanismus

ALDH3A1 vázán na NAD +

ALDH3A1 je homodimer skládající se z alfa šroubovic (43,8%), beta listů (4,2%), závitů p-smyčky (28,2%) a náhodných cívek (23,8%).[9] Katalytický zbytek - Cys244 - je umístěn na aktivním místě, které obsahuje a Rossmann fold který váže kofaktor enzymu, NAD (P) +.[10]

Katalytický mechanismus ALDH3A1 odráží mechanismus jiných enzymů z rodiny aldehyddehydrogenázy. Atom síry Cys244 útočí na karbonyl aldehydového substrátu v nukleofilním útoku, který uvolňuje hydridový ion. Hydridový ion je přijímán NAD (P) + vázaným na Rossmannovu řasu. Unikátní interakce mezi kofaktorem a Rossmannovým záhybem usnadňují izomerizaci enzymu, který uvolňuje kofaktor při zachování integrity aktivního místa.[11] Molekula vody vstupuje do aktivního místa a je následně aktivována glutamátovým zbytkem. Aktivovaná voda poté napadá komplex thioester enzym-substrát v nukleofilní reakci, která regeneruje volný enzym a uvolňuje odpovídající karboxylovou kyselinu.

Zapojení do peroxidace lipidů

Stechiometrická rovnice představující metabolismus aldehydového substrátu pomocí ALDH3A1 pomocí NADP + jako kofaktoru

Elektronické excitace alkenu a aromatických funkčních skupin umožňují určité nukleové kyseliny, bílkoviny, mastné kyseliny a organické molekuly absorbovat ultrafialová radiace (UVR). Mírná expozice UVR oxiduje specifické proteiny, které nakonec slouží jako signalizační činidla pro řadu metabolické a zánětlivé cesty.[9] Nadměrné vystavení UVR může na druhé straně poškodit tkáň. Za přítomnosti molekulárního kyslíku vede UVR k tvorbě reaktivní formy kyslíku (ROS), které se účastní mnoha degradačních cest.[12] V případě peroxidace lipidů, ROS reagují s polynenasycené mastné kyseliny umístěné v lipidové dvojvrstvě buněčné membrány za vzniku lipidových radikálů. Tyto lipidové radikály se množí, dále poškozují lipidovou dvojvrstvu a produkují lipidové hydroperoxidy. Případná degradace lipidových hydroperoxidů uvolňuje širokou škálu aldehydy, které díky své stabilitě a schopnosti reagovat s buněčnými nukleofily[12] jsou oba cytotoxický a genotoxický v přírodě. ALDH3A1 hraje rozhodující roli v metabolismu těchto aldehydů na jejich odpovídající karboxylové kyseliny v savčí rohovce a slinách. 4-hydroxynonenal (4HNE) - který ALDH3A1 metabolizuje s Vmax 27 754 mol NADPH / min • mg a zjevná Km 362 mikromolárních[9] —Je nejhojnější aldehyd produkovaný v LPO v kyselina arachidonová a kyselina linolová.[13][14] Jeho stabilita a více míst reaktivity (dvojná vazba uhlík-uhlík, hydroxylová skupina a karbonyl) činí 4HNE silným inhibitorem buněčný růst, enzymové aktivity, sekvestrace vápníku a proteosyntéza. Podílí se také na spotřebě glutathion a změna signální transdukce a genová exprese.[15][16][17][18][19]

Role v rohovce

Struktura ukazující aminokyselinové zbytky, které se degradují při vystavení UVR. Zobrazené jsou Tryptofan -81, Cystein -223, Cystein -229, Tryptofan -234, Methionin -295 a Methionin -366

ALDH3A1 obsahuje přibližně 10–40% ve vodě rozpustného proteinu u savců rohovka.[20][21] Přímé vystavení UVR a UV záření molekulární kyslík, udělejte rohovku citlivou na ROS a 4HNE. Studie, ve kterých byli králíci transfektováni geny, které jim umožňují nadměrně exprimovat lidský ALDH3A1 v jejich stromálních fibroblastech rohovky, dokumentují nejdůležitější funkci ALDH3A1 je ochrana rohovky před oxidační napětí. V rohovce ALDH3A1: (1) zabraňuje tvorbě proteinových aduktů 4-HNE, které by bránily funkci proteinů; (2) je účinnější při metabolizaci 4-HNE než jiná srovnatelná činidla, jako je glutathion (GSH); (3) chrání buňky rohovky před indukcí 4-HNE apoptóza; (4) snižuje spotřebu GSH uvolněním 4HNE GSH aduktů; (5) a uvolňuje 4-HNE inhibici 20S proteáza aktivita.[22]

Sebevražedná odpověď na UVR

K metabolizaci se však používá pouze zlomek celkové koncentrace ALDH3A1 v rohovce aldehydy. Toto pozorování vyvolalo mnohonásobná vyšetřování úlohy ALDH3A1 nad rámec metabolismu aldehydu.[23] Ačkoli celý rozsah funkce ALDH3A1 teprve musí být pevně stanoven, existují silné důkazy naznačující, že ALDH3A1 slouží k udržení buněčné redoxní rovnováhy, jakož i strukturální integrity a transparentnosti rohovky. Jedna studie objasňuje, že ALDH3A1 nejen nepřímo chrání rohovku před oxidačním stresem vyvolaným UVR metabolizací aldehydů, ale také přímo chrání tkáň kompetitivní absorpcí UVR v „sebevražedné odpovědi“[8] který snižuje poškození jiných proteinů rohovky[9] Ve skutečnosti je 50% procent UVR, kterému je rohovka vystavena, absorbováno ADLH3A1. Absorpce UVD ALDH3A1 oxiduje několik klíčů aminokyselina zbytky, což vede ke konformačním změnám, které převádějí alfa a beta listy na náhodné cívky. Tyto konformační změny nakonec ulehčí strukturu dimeru. Tato ztráta sekundární a terciární struktury vede k agregaci proteinů a úplné ztrátě enzymatická aktivita.[9] Peptid mapování a spektroskopické experimenty odhalily, že ztráta aktivity není výsledkem oxidace Cys244 (která spolu s aktivním místem zůstává nedotčená během foto-buzení ), ale místo toho v důsledku degradace dalších klíčových aminokyselinových zbytků (zejména methionin a tryptofan ). Tyto aminokyselinové zbytky degradují pod oxidačním stresem, což vede k tvorbě neredukovatelných příčných vazeb, které stabilizují rozpustné agregáty.[9] Například tryptofan je dvojnásobně oxidován, aby generoval ROS, jako je H2Ó2, které vyvolávají další oxidaci a addukci.[24] Nadbytek ALDH3A1 v rohovce však zajišťuje, že tato sebevražedná reakce nebrání metabolismu aldehydů ani nevede k tvorbě nerozpustných agregátů, které by ovlivňovaly průhlednost rohovky.[25]

Šedý zákal v lidském oku

Důsledky nedostatku ALDH3A1

Další objasnění role ALDH3A1 v rohovce bylo poskytnuto studiemi genového knockoutu, ve kterých byly geny kódující ALDH3A1 odstraněny z genomu myší. Bylo zjištěno, že ALDH3A1-nulové myši vykazovaly nižší aktivitu proteazomu, vyšší rychlosti degradace / oxidace proteinů a vyšší GSH, 4HNE a malondialdehyd hladiny proteinových aduktů - to vše přispělo k vývoji šedý zákal a opacity v subskapulárních oblastech rohovky do jednoho měsíce věku.[23] Tato pozorování na myších bez ALDH3A1 znovu potvrzují, že role ALDH3A1 přesahuje enzymatický metabolismus; zahrnující funkce při udržování strukturní integrity a průhlednosti rohovky.

Reference

  1. ^ A b C GRCh38: Vydání souboru 89: ENSG00000108602 - Ensembl, Květen 2017
  2. ^ A b C GRCm38: Vydání souboru 89: ENSMUSG00000019102 - Ensembl, Květen 2017
  3. ^ „Human PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
  4. ^ „Myš PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
  5. ^ Hiraoka LR, Hsu L, Hsieh CL (červenec 1995). "Přiřazení ALDH3 k lidskému chromozomu 17p11.2 a ALDH5 k lidskému chromozomu 9p13". Genomika. 25 (1): 323–5. doi:10.1016 / 0888-7543 (95) 80150-K. PMID  7774944.
  6. ^ Hsu LC, Chang WC, Shibuya A, Yoshida A (březen 1992). "Lidská žaludeční aldehyddehydrogenáza cDNA a genomové klonování, primární struktura a exprese v Escherichia coli". J Biol Chem. 267 (5): 3030–7. PMID  1737758.
  7. ^ A b „Entrez Gene: ALDH3A1 aldehyde dehydrogenase 3 family, memberA1“.
  8. ^ A b Estey T, Piatigorsky J, Lassen N, Vasiliou V (leden 2007). „ALDH3A1: krystalin rohovky s různými funkcemi“. Exp. Eye Res. 84 (1): 3–12. doi:10.1016 / j.exer.2006.04.010. PMID  16797007.
  9. ^ A b C d E F Estey T, Chen Y, Carpenter JF, Vasiliou V (2010). "Strukturální a funkční modifikace krystalinu rohovky ALDH3A1 UVB světlem". PLOS ONE. 5 (12): e15218. doi:10.1371 / journal.pone.0015218. PMC  3006428. PMID  21203538.
  10. ^ Liu ZJ, Sun YJ, Rose J, Chung YJ, Hsiao CD, Chang WR, Kuo I, Perozich J, Lindahl R, Hempel J, Wang BC (duben 1997). „První struktura aldehyddehydrogenázy odhaluje nové interakce mezi NAD a Rossmannovým záhybem“. Nat. Struct. Biol. 4 (4): 317–26. doi:10.1038 / nsb0497-317. PMID  9095201. S2CID  21436007.
  11. ^ Perez-Miller SJ, Hurley TD (červen 2003). „Izomerizace koenzymu je nedílnou součástí katalýzy v aldehyddehydrogenáze“. Biochemie. 42 (23): 7100–9. doi:10.1021 / bi034182w. PMID  12795606.
  12. ^ A b van Kuijk FJ (prosinec 1991). „Účinky ultrafialového světla na oko: role ochranných brýlí“. Environ. Perspektiva zdraví. 96: 177–84. doi:10,1289 / ehp. 9196177. PMC  1568237. PMID  1820264.
  13. ^ Benedetti A, Comporti M, Esterbauer H (listopad 1980). „Identifikace 4-hydroxynonenalu jako cytotoxického produktu pocházejícího z peroxidace jaterních mikrozomálních lipidů“. Biochim. Biophys. Acta. 620 (2): 281–96. doi:10.1016 / 0005-2760 (80) 90209-x. PMID  6254573.
  14. ^ Esterbauer H, Schaur RJ, Zollner H (1991). „Chemistry and biochemistry of 4-hydroxynonenal, malonaldehyde and related aldehydes“. Free Radic. Biol. Med. 11 (1): 81–128. doi:10.1016/0891-5849(91)90192-6. PMID  1937131.
  15. ^ Dianzani MU (červen 1998). "4-Hydroxynonenal a buněčná signalizace". Free Radic. Res. 28 (6): 553–60. doi:10.3109/10715769809065811. PMID  9736307.
  16. ^ Parola M, Robino G, Marra F, Pinzani M, Bellomo G, Leonarduzzi G, Chiarugi P, Camandola S, Poli G, Waeg G, Gentilini P, Dianzani MU (prosinec 1998). „HNE interaguje přímo s izoformami JNK v lidských jaterních hvězdicových buňkách“. J. Clin. Investovat. 102 (11): 1942–50. doi:10,1172 / JCI1413. PMC  509146. PMID  9835619.
  17. ^ Leonarduzzi G, Arkan MC, Başağa H, Chiarpotto E, Sevanian A, Poli G (květen 2000). "Produkty oxidace lipidů v buněčné signalizaci". Free Radic. Biol. Med. 28 (9): 1370–8. doi:10.1016 / s0891-5849 (00) 00216-1. PMID  10924856.
  18. ^ Kumagai T, Kawamoto Y, Nakamura Y, Hatayama I, Satoh K, Osawa T, Uchida K (červenec 2000). „4-hydroxy-2-nonenal, konečný produkt peroxidace lipidů, je specifickým induktorem exprese genu pro cyklooxygenázu-2“. Biochem. Biophys. Res. Commun. 273 (2): 437–41. doi:10,1006 / bbrc.2000.2967. PMID  10873624.
  19. ^ Feng Z, Hu W, Tang MS (červen 2004). „Trans-4-hydroxy-2-nonenal inhibuje opravu excize nukleotidů v lidských buňkách: možný mechanismus karcinogeneze vyvolané peroxidací lipidů“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 101 (23): 8598–602. doi:10.1073 / pnas.0402794101. PMC  423240. PMID  15187227.
  20. ^ Pappa A, Sophos NA, Vasiliou V (leden 2001). "Rohovková a žaludeční exprese aldehyddehydrogenáz: od ryb po savce". Chem. Biol. Interakce. 130-132 (1–3): 181–91. doi:10.1016 / s0009-2797 (00) 00233-7. PMID  11306042.
  21. ^ Piatigorsky J (listopad 2001). „Záhada hojných ve vodě rozpustných cytoplazmatických proteinů rohovky:„ refrakční “hypotéza“. Rohovka. 20 (8): 853–858. doi:10.1097/00003226-200111000-00015. PMID  11685065. S2CID  8234713.
  22. ^ Black W, Chen Y, Matsumoto A, Thompson DC, Lassen N, Pappa A, Vasiliou V (květen 2012). "Molekulární mechanismy ALDH3A1 zprostředkované buněčné ochrany proti 4-hydroxy-2-nonenalu". Free Radic. Biol. Med. 52 (9): 1937–44. doi:10.1016 / j.freeradbiomed.2012.02.050. PMC  3457646. PMID  22406320.
  23. ^ A b Lassen N, Bateman JB, Estey T, Kuszak JR, Nees DW, Piatigorsky J, Duester G, Day BJ, Huang J, Hines LM, Vasiliou V (srpen 2007). „Mnohočetné a aditivní funkce ALDH3A1 a ALDH1A1: fenotyp katarakty a oční oxidační poškození u knoh-out myší Aldh3a1 (- / -) / Aldh1a1 (- / -)“. J. Biol. Chem. 282 (35): 25668–76. doi:10,1074 / jbc.M702076200. PMC  2253645. PMID  17567582.
  24. ^ Davies MJ (leden 2004). "Reaktivní druhy vytvořené na proteinech vystavených singletovému kyslíku". Photochem. Fotobiol. Sci. 3 (1): 17–25. doi:10.1039 / b307576c. PMID  14743273.
  25. ^ Piatigorsky J (duben 1998). „Sdílení genů v čočce a rohovce: fakta a důsledky“. Prog Retin Eye Res. 17 (2): 145–174. doi:10.1016 / s1350-9462 (97) 00004-9. PMID  9695791. S2CID  8335681.

externí odkazy

Další čtení