C-5 sterol desaturáza - C-5 sterol desaturase

C-5 sterol desaturáza (také známý jako sterol C-5 desaturázy a C5SD) je enzym, který je mezi eukaryoty vysoce konzervovaný a katalyzuje dehydrogenace vazby C-5 (6) v a sterol meziprodukt jako krok v biosyntéze hlavních sterolů. Přesná struktura substrátu enzymu se liší podle druhu. Například lidská C-5 sterol desaturáza (také známá jako lathosterol oxidáza ) oxiduje lathosterol, zatímco jeho ortolog ERG3 v droždí Saccharomyces cerevisiae oxiduje episterol.^[1][2]

Přesné strukturní detaily substrátů desaturázy sterolů C-5 se u jednotlivých eukaryot liší. Pod reakčním schématem jsou zobrazeny tři možné distální skupiny spolu s biosyntetickými cestami a druhy, ve kterých se nacházejí.^[1][2][3]

Mechanismus

C-5 sterol desaturáza spojuje oxidaci sterolů s oxidace NAD (P) H a redukce molekulárního kyslíku.^[2] Buď NADH nebo NADPH může být použito; u modelových druhů rostlin Arabidopsis thaliana C-5 sterol desaturáza katalyzuje reakci dvakrát rychleji pomocí NADH, zatímco je uvnitř S. cerevisiae enzym má malou přednost.^[1][4] Předpokládalo se, že přesné podrobnosti reakce se u savců a kvasinek liší.^[1] Enzymy však sdílejí konzervovaný shluk histidinových zbytků, které při mutaci (v A. thaliana) dramaticky snižuje nebo eliminuje aktivitu enzymů, což naznačuje zapojení koordinovaného kationtu železa do mechanismu.^[4] Studie mutageneze naznačují, že v A. thaliana threonin 114 (což je serin u lidí, myší a kvasinek) může pomoci stabilizovat komplex enzym-substrát.^[4] Rahier navrhl reakční mechanismus, při kterém kyslík koordinovaný železem abstrahuje vodík ze substrátu, což vede k radikálnímu meziproduktu.^[5]

Biologická role

C-5 sterol desaturáza katalyzuje mezistupeň syntézy hlavních sterolů. Konkrétní biosyntetická cesta se u eukaryot liší. U zvířat C5SD katalyzuje dehydrataci lathosterolu na 7-dehydrocholesterol, což je krok v syntéze cholesterol.^[6] Cholesterol slouží v buňce několika rolím, včetně modulace membránové tekutosti a slouží jako předzvěst steroidních hormonů.^[6] U hub C5SD katalyzuje dehydrataci episterolu jako krok syntézy ergosterol, sterol, který reguluje tekutost a permeabilitu buněčné membrány.^[1][7] V rostlinách, jako je Arabidopsis thaliana, C-5 sterol desaturáza katalyzuje dehydrogenaci episterol a avenasterol v cestě, o které se předpokládá, že vede k celé řadě membránových složek a také ke třídě hormonů brassinosteroidy.^[8]

Subcelulární lokalizace

Na základě jeho aminokyselina profil C-5 sterol desaturáza má čtyři až pět oblastí pokrývajících membránu, což naznačuje, že se jedná o a transmembránový protein.^[9] Aktivita C5SD byla prokázána v mikrosomech z potkaní tkáně, z čehož vyplývá, že krysí enzym se lokalizuje do endoplazmatické retikulum^[10][11] Fluorescenční mikroskopie experimenty ukázaly, že v ciliate Tetrahymena thermophila C5SD se lokalizuje do endoplazmatického retikula a to v S. cerevisiae C5SD se lokalizuje jak do endoplazmatického retikula, tak do vezikuly.^[12][13] v Arabidopsis thaliana C5SD se nachází jak v endoplazmatickém retikulu, tak v lipidových částicích.^[14]

Klinická relevance

Antifungální rezistence

Společná třída protiplísňový léky známé jako azoly narušuje biosyntetickou dráhu fungálních sterolů před C-5 sterol desaturázou, což vede k akumulaci netoxických 14α-methylovaných sterolů. C5SD pak převádí tyto meziprodukty na toxický produkt. V důsledku toho u obou patogenních hub Candida albicans a modelový organismus S. cerevisiae mutace v genu kódujícím C-5 sterol desaturázu (ERG3 ) umožňují buňce vyhnout se syntéze toxických sterolových produktů a bylo prokázáno, že propůjčuje azolovou rezistenci.^[15][16] Alespoň v případě flukonazolu závisí antifungální rezistence způsobená inaktivací C5SD na aktivitě chaperonový protein Hsp90 a fosfatáza kalcineurin.^[17][18] Klinický význam tohoto mechanismu rezistence na azol je však kontroverzní, protože zatímco samotné odstranění ERG3 uděluje rezistenci na flukonazol C. albicans in vitro, je nedostatečné k udělení rezistence na flukonazol u modelu živé myši.^[19]

Lathosterolosis

U alespoň jednoho pacienta je nedostatek aktivity C-5 sterol desaturázy (nazývaný lathosterolosis ) byla spojena s více malformacemi, retardací kovů a onemocněním jater.^[9] Bylo také zjištěno, že tento pacient má nízkou hladinu cholesterolu v krvi a vysokou hladinu lathosterolu v buněčných membránách ve srovnání s hladinami zdravých kontrolních subjektů. Tyto příznaky připomínají příznaky jiných poruch syntézy cholesterolu, jako jsou Smith – Lemli – Opitzův syndrom.^[9][20]

Potenciální aplikace

Vědci zjistili, že rostliny rajčete byly vyrobeny z C-5 sterol desaturázy z houby Flammulina velutipes vykazují zlepšenou toleranci vůči suchu a odolnost vůči houbovým patogenům, stejně jako zvýšený obsah železa a polynenasycených tuků.^[21] Autoři studie naznačují, že fungální enzym může být užitečným nástrojem pro rostlinnou biotechnologii, protože zlepšení více aspektů plodiny je obvykle časově a pracovně náročné.

Reference