EGLN1 - EGLN1

EGLN1
Protein EGLN1 PDB 2g19.png
Dostupné struktury
PDBHledání ortologu: PDBe RCSB
Identifikátory
AliasyEGLN1, C1orf12, ECYT3, HIF-PH2, HIFPH2, HPH-2, HPH2, PHD2, SM20, ZMYND6, HALAH, faktor indukovatelný hypoxií rodiny egl-9
Externí IDOMIM: 606425 MGI: 1932286 HomoloGene: 56936 Genové karty: EGLN1
Umístění genu (člověk)
Chromozom 1 (lidský)
Chr.Chromozom 1 (lidský)[1]
Chromozom 1 (lidský)
Genomic location for EGLN1
Genomic location for EGLN1
Kapela1q42.2Start231,363,751 bp[1]
Konec231,422,287 bp[1]
Exprese RNA vzor
PBB GE EGLN1 221497 x at fs.png
Další údaje o referenčních výrazech
Ortology
DruhČlověkMyš
Entrez

54583

112405

Ensembl

ENSG00000135766

ENSMUSG00000031987

UniProt

Q9GZT9

Q91YE3

RefSeq (mRNA)

NM_022051
NM_001377260
NM_001377261

NM_053207
NM_001363475

RefSeq (protein)

NP_071334

NP_444437
NP_001350404

Místo (UCSC)Chr 1: 231,36 - 231,42 MbChr 8: 124,91 - 124,95 Mb
PubMed Vyhledávání[3][4]
Wikidata
Zobrazit / upravit člověkaZobrazit / upravit myš

Hypoxií indukovatelný faktor prolylhydroxyláza 2 (HIF-PH2) nebo protein obsahující doménu prolylhydroxylázy 2 (PHD2), je enzym kódovaný EGLN1 gen. Je také známý jako Egl devět homolog 1.[5][6][7][8] PHD2 je a-ketoglutarát / 2-oxoglutarát-dependentní hydroxyláza, nadčeleďové nehemové proteiny obsahující železo. U lidí je PHD2 jedním ze tří izoformy z hypoxií indukovatelný faktor-prolin dioxygenáza, který je také známý jako HIF prolyl-hydroxyláza.

Reakce hypoxie

HIF-1α je všudypřítomný, konstitutivně syntetizovaný transkripční faktor zodpovědný za regulaci exprese genů podílejících se na buněčné reakci na hypoxie. Tyto genové produkty mohou zahrnovat proteiny, jako jsou glykolytický enzymy a angiogenní růstové faktory.[9] V normoxii jsou podjednotky HIF alfa označeny pro ubikvitin-proteazom degradační cesta skrz hydroxylace z prolin -564 a prolin-402 podle PHD2. Prolylhydroxylace je zásadní pro propagaci pVHL vazba na HIF, která je zaměřena na HIF pro polyubikvitylaci.[8]

Struktura

Vazebné místo železa pro PHD2.

PHD2 je 46-kDa enzym, který se skládá z N-terminál doména homologní k MYND zinkový prst domény a C-terminál doména homologní s 2-oxoglutarátem dioxygenázy. Katalytická doména se skládá z dvouvláknového β-šroubovice jádro, které je stabilizováno třemi α-šroubovice zabaleno podél hlavního β-listu.[10] Aktivní místo, které je obsaženo v kapse mezi β-listy, chelátuje železo (II) prostřednictvím koordinace histidinu a aspartátu. 2-oxoglutarát vytěsňuje molekulu vody a váže také železo.[11] Aktivní stránky jsou lemovány hydrofobní zbytky, pravděpodobně proto, že takové zbytky jsou méně náchylné na potenciální oxidační poškození reaktivními látkami unikajícími ze středu železa.[10]

PHD2 katalyzuje hydroxylaci dvou míst na HIF-a, která se nazývají N-koncová na kyslíku závislá degradační doména (zbytky 395-413, NODD) a C-koncová na kyslíku závislá degradační doména (zbytky 556-574, CODD).[12][13] Tyto dva HIF substráty jsou obvykle reprezentovány peptidy o délce 19 aminokyselin v in vitro experimenty.[14] Rentgenová krystalografie a NMR spektroskopie ukázaly, že oba peptidy se vážou na stejné vazebné místo na PHD2, v rozštěpu na povrchu PHD2.[11][15] An indukované přizpůsobení Mechanismus byl indikován ze struktury, ve které zbytky 237-254 přijímají konformaci uzavřené smyčky, zatímco ve struktuře bez CODD nebo NODD, stejné zbytky přijaly otevřenou prstovou konformaci.[11][15] Taková konformační změna byla potvrzena NMR spektroskopií,[15] Rentgenová krystalografie[11][15] a výpočty molekulární dynamiky.[16] Nedávná studie zjistila druhé peptidové vazebné místo na PHD2, ačkoli se nezdálo, že by vazba peptidu na toto alternativní místo ovlivňovala katalytickou aktivitu enzymu.[17] K úplnému pochopení biologického významu tohoto druhého vazebného místa pro peptid jsou zapotřebí další studie.

Enzym má vysokou afinitu k železu (II) a 2-oxoglutarát (také známý jako α-ketoglutarát), a s těmito faktory tvoří komplex s dlouhou životností.[18] Bylo navrženo, aby koncentrace kosubstrátu a železa udržovaly HIF hydroxylázy v reakci na vhodné „hypoxické okno“ pro konkrétní buněčný typ nebo tkáň.[19] Studie odhalily, že PHD2 má a K.M pro dioxygen mírně nad jeho atmosférickou koncentrací a PHD2 je považován za nejdůležitější senzor stavu kyslíku v buňce.[20]

Mechanismus

Enzym inkorporuje jeden atom kyslíku z dioxygenu do hydroxylovaného produktu a jeden atom kyslíku do sukcinát koprodukt.[21] Jeho interakce s HIF-1α závisí na oblasti mobilní smyčky, která pomáhá uzavřít místo hydroxylace a pomáhá stabilizovat vazbu jak železa, tak 2-oxyglutarátu.[11] A mechanismus regulace zpětné vazby který zahrnuje vytěsnění HIF-1a hydroxylovaným HIF-1a, když je 2-oxoglutarát limitující.[22]

PHD2 působí jako dioxygenáza na hydroxylaci prolin a přeměnu 2-oxoglutarátu na sukcinát.

Biologická role a význam choroby

PHD2 je primární regulátor HIF-1α ustálený stav úrovně v buňce. PHD2 srazit ukázaly zvýšené hladiny HIF-1α za normoxie a zvýšení HIF-1α jaderné akumulace a HIF-závislé transkripce. Akumulace HIF-1α v ustáleném stavu byla závislá na míře umlčení PHD ovlivněném siRNA v HeLa buňky a řadu dalších lidských buněčných linií.[8]

Přestože se zdá, že PHD2 reguluje HIF-1α, a tím i tumorigenezi, existují návrhy paradoxních rolí PHD2 v nádor proliferace. Například jedna studie na zvířatech prokázala redukci nádoru u myší s deficitem PHD2 aktivací antiproliferativa Signalizace TGF-β.[23] Jiné modely in vivo vykazovaly aktivitu potlačující tumor u PHD2 v rakovina slinivky stejně jako rakovina jater.[24][25] Studie se 121 lidskými pacienty odhalila PHD2 jako silný prognostický marker v roce 2006 rakovina žaludku s PHD2-negativními pacienty se zkráceným přežitím ve srovnání s PHD2-pozitivními pacienty.[26]

Nedávno genomové asociační studie navrhli, že EGLN1 může být zapojen do minima hematokrit fenotyp vykazovaný tibetskou populací, a proto může EGLN1 hrát roli v dědičném přizpůsobení této populace žít ve vysoké nadmořské výšce.[27]

Jako terapeutický cíl

Důležitá role HIF jako homeostatický mediátor implikuje PHD2 jako terapeutický cíl pro řadu poruch týkajících se angiogeneze, erytropoéza a buněčnou proliferaci. Existuje zájem jak o potenciaci, tak o inhibici aktivity PHD2.[9] Například, methylselenocystein (MSC) inhibice HIF-la vedla k inhibici růstu nádoru v karcinom ledvin způsobem závislým na PHD. Předpokládá se, že tento jev závisí na stabilizaci PHD, ale mechanistické podrobnosti tohoto procesu ještě nebyly zkoumány.[28] Na druhé straně, screeningy chelátorů s malou molekulou odhalily hydroxypyrony a hydroxypyridony jako potenciální inhibitory pro PHD2.[29] Nedávno bylo zjištěno, že dihydropyrazoly, malá molekula na bázi triazolu, jsou silným inhibitorem PHD2, který je aktivní jak in vitro a in vivo.[30] Byly také vyvinuty analogové peptidy substrátu, které vykazují inhibiční selektivitu pro PHD2 před faktorem inhibujícím HIF (FIH), pro který některé další inhibitory PHD vykazují překrývající se specificitu.[31]

Reference

  1. ^ A b C GRCh38: Vydání souboru 89: ENSG00000135766 - Ensembl, Květen 2017
  2. ^ A b C GRCm38: Vydání souboru 89: ENSMUSG00000031987 - 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. ^ Dupuy D, Aubert I, Duperat VG, Petit J, Taine L, Stef M, Bloch B, Arveiler B (listopad 2000). "Mapování, charakterizace a analýza exprese lidského homologu SM-20, clorf12 a identifikace nového příbuzného genu, SCAND2". Genomika. 69 (3): 348–54. doi:10,1006 / geno.2000.6343. PMID  11056053.
  6. ^ Taylor MS (2001). "Charakterizace a srovnávací analýza rodiny genů EGLN". Gen. 275 (1): 125–32. doi:10.1016 / S0378-1119 (01) 00633-3. PMID  11574160.
  7. ^ „Entrez Gene: EGLN1 egl nine homolog 1 (C. elegans)“.
  8. ^ A b C Berra E, Benizri E, Ginouvès A, Volmat V, Roux D, Pouysségur J (srpen 2003). „HIF prolyl-hydroxyláza 2 je klíčovým senzorem kyslíku, který nastavuje nízké hladiny HIF-1α v ustáleném stavu při normoxii“. Časopis EMBO. 22 (16): 4082–4090. doi:10.1093 / emboj / cdg392. PMC  175782. PMID  12912907.
  9. ^ A b William C, Nicholls L, Ratcliffe P, Pugh C, Maxwell P (2004). „Prolylhydroxylázové enzymy, které fungují jako kyslíkové senzory regulující destrukci hypoxií indukovatelného faktoru α“. Advan. Enzyme Regul. 44: 75–92. doi:10.1016 / j.advenzreg.2003.11.017. PMID  15581484.
  10. ^ A b McDonough M, Li V, Flashman E, Chowdhury R, ​​Mohr C, Liénard ZJ, Oldham N, Clifton I, Lewis J, McNeill L, Kurzeja R, Hewitson K, Yang E, Jordan S, Syed R, Schofield C (červen 2006 ). "Buněčné snímání kyslíku: Krystalová struktura hypoxií indukovatelného faktoru prolylhydroxylázy (PHD2)". Proc Natl Acad Sci USA. 103 (26): 9814–9. doi:10.1073 / pnas.0601283103. PMC  1502536. PMID  16782814.
  11. ^ A b C d E Chowdhury R, ​​McDonough M, Mecinović J, Loenarz C, Flashman E, Hewitson K, Domene C, Schofield C (červenec 2009). "Strukturální základ pro vazbu hypoxií indukovatelného faktoru na prolylhydroxylázy snímající kyslík". Struktura. 17 (7): 981–9. doi:10.1016 / j.str.2009.06.002. PMID  19604478.
  12. ^ Illingworth CJ, Loenarz C, Schofield CJ, Domene C (srpen 2010). „Chemický základ pro selektivitu pVHL supresoru nádoru von Hippel Lindau pro prolyl-hydroxylovaný HIF-1α“. Biochemie. 49 (32): 6936–6944. doi:10.1021 / bi100358t. PMID  20695530.
  13. ^ Abboud MI, Chowdhury R, ​​Leung IK, Lippl K, Loenarz C, Claridge TD, Schofield CJ (srpen 2018). „Studie na substrátové selektivitě hypoxií indukovatelného faktoru prolylhydroxylázy 2 katalytické domény“. ChemBioChem. 19 (21): 2262–2267. doi:10.1002 / cbic.201800246. PMID  30144273. S2CID  52078684.
  14. ^ Flashman E, Bagg EA, Chowdhury R, ​​Mecinović J, Loenarz C, McDonough MA, Hewitson KS, Schofield CJ (únor 2008). „Kinetické zdůvodnění selektivity vůči substrátovým degradačním substrátům závislým na N a C-konci kyslíku zprostředkované smyčkovou oblastí hypoxií indukovatelného faktoru prolylhydroxyláz“. J Biol Chem. 283 (7): 3808–3815. doi:10,1074 / jbc.M707411200. PMID  18063574.
  15. ^ A b C d Chowdhury R, ​​Leung IK, Tian YM, Abboud MI, Ge W, Domene C, Cantrelle FX, Landrieu I, Hardy AP, Pugh CW, Ratcliffe PJ, Claridge TD, Schofield CJ (srpen 2016). "Strukturální základ pro selektivitu domény degradace kyslíku pro HIF prolylhydroxylázy". Nat Commun. 7: 12673. doi:10.1038 / ncomms12673. PMC  5007464. PMID  27561929.
  16. ^ Wick CR, Lanig H, Jäger CM, Burzlaff N, Clark T (listopad 2012). "Strukturální pohled na prolylhydroxylázu PHD2: molekulární dynamika a studie DFT". Eur J Inorg Chem. 2012 (31): 4973–4985. doi:10.1002 / ejic.201200391.
  17. ^ McAllister TE, Yeh TL, Abboud MI, Leung IK, Hookway ES, King ON, Bhushan B, Williams ST, Hopkinson RJ, Muenzel M, Loik ND, Chowdhury R, ​​Oppermann U, Claridge TD, Goto Y, Suga H, Schofield CJ , Kawamura A (2018). „Nekonkurenční cyklické peptidy pro zacílení na komplexy enzym-substrát“. Chem Sci. 9 (20): 4569–4578. doi:10.1039 / C8SC00286J. PMC  5969509. PMID  29899950.
  18. ^ McNeill L, Flashman E, Buck M, Hewitson K, Clifton I, Jeschke G, Claridge T, Ehrismann D, Oldham N, Schofield C (říjen 2005). „Faktor indukující hypoxii prolylhydroxyláza 2 má vysokou afinitu k železnému železu a 2-oxoglutarátu“. Mol. Biosyst. 1 (4): 321–4. doi:10.1039 / b511249b. PMID  16880998.
  19. ^ Ehrismann D, Flashman E, Genn DN, Mathioudakis N, Hewitson KS, Ratcliffe PJ, Schofield CJ (leden 2007). „Studie aktivity hypoxií indukovatelných faktorů hydroxyláz pomocí testu spotřeby kyslíku“. Biochem. J. 401 (1): 227–34. doi:10.1042 / BJ20061151. PMC  1698668. PMID  16952279.
  20. ^ Hirsilä M, Koivunen P, Günzler V, Kivirikko KI, Myllyharju J (srpen 2003). „Charakterizace lidských prolyl-4-hydroxyláz, které modifikují hypoxií indukovatelný faktor“. J. Biol. Chem. 278 (33): 30772–80. doi:10,1074 / jbc.M304982200. PMID  12788921.
  21. ^ McNeill LA, Hewitson KS, Gleadle JM, Horsfall LE, Oldham NJ, Maxwell PH, Pugh CW, Ratcliffe PJ, Schofield CJ (červen 2002). "Použití dioxygenu HIF prolylhydroxylázou (PHD1)". Bioorg. Med. Chem. 12 (12): 1547–50. doi:10.1016 / S0960-894X (02) 00219-6. PMID  12039559.
  22. ^ Abboud MI, McAllister TE, Leung IKH, Chowdhury R, ​​Jorgensen C, Domene C, Mecinović J, Lippl K, Hancock RL, Hopkinson RJ, Kawamura A, Claridge TDW, Schofield CJ (březen 2018). „2-oxoglutarát reguluje vazbu hydroxylovaného hypoxií indukovatelného faktoru na prolylhydroxylázovou doménu 2“. Chem. Commun. 54 (25): 3130–3133. doi:10.1039 / C8CC00387D. PMC  5885369. PMID  29522057.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  23. ^ Ameln AK, Muschter A, Mamlouk S, Kalucka J, Prade I, Franke K, Rezaei M, Poitz DM, Breier G, Wielockx B (květen 2011). „Inhibice HIF prolylhydroxylázy-2 blokuje růst nádoru u myší prostřednictvím antiproliferativní aktivity TGFβ“. Cancer Res. 71 (9): 3306–16. doi:10.1158 / 0008-5472.CAN-10-3838. PMID  21436457.
  24. ^ Su Y, Loos M, Giese N, Metzen E, Büchler MW, Friess H, Kornberg A, Büchler P (únor 2012). „Prolylhydroxyláza-2 (PHD2) vykazuje nádorově potlačující aktivitu u rakoviny pankreatu“. Rakovina. 118 (4): 960–72. doi:10.1002 / cncr.26344. PMID  21792862. S2CID  24482234.
  25. ^ Heindryckx F, Kuchnio A, Casteleyn C, Coulon S, Olievier K, Colle I, Geerts A, Libbrecht L, Carmeliet P, Van Vlierberghe H (červenec 2012). "Vliv haplodeficience prolylhydroxylázové domény-2 na hepatokarcinogenezi u myší". J. Hepatol. 57 (1): 61–8. doi:10.1016 / j.jhep.2012.02.021. PMID  22420978.
  26. ^ Kamphues C, Wittschieber D, Klauschen F, Kasajima A, Dietel M, Schmidt SC, Glanemann M, Bahra M, Neuhaus P, Weichert W, Stenzinger A (leden 2012). „Protein prolylhydroxylázy domény 2 je silným prognostickým markerem u lidské rakoviny žaludku“. Patobiologie. 79 (1): 11–17. doi:10.1159/000330170. PMID  22236543.
  27. ^ Simonson TS, Yang Y, Huff CD, Yun H, Qin G, Witherspoon DJ, Bai Z, Lorenzo FR, Xing J, Jorde LB, Prchal JT, Ge R (červenec 2010). „Genetický důkaz adaptace na vysokou nadmořskou výšku v Tibetu“. Věda. 329 (5987): 72–5. doi:10.1126 / science.1189406. PMID  20466884. S2CID  45471238.
  28. ^ Chintala S, Najrana T, Toth K, Cao S, Durrani F, Pili R, Rustum Y (2012). „Prolylhydroxyláza 2 závislá a na Von-Hippel-Lindau nezávislé degradaci hypoxií indukovatelných faktorů 1 a 2 alfa selenem v čirém buněčném karcinomu ledvin vede k inhibici růstu nádoru“. Rakovina BMC. 12: 293. doi:10.1186/1471-2407-12-293. PMC  3466155. PMID  22804960.
  29. ^ Flagg SC, Martin CB, Taabazuing CY, Holmes BE, Knapp MJ (srpen 2012). "Screening chelatačních inhibitorů HIF-prolylhydroxylázové domény 2 (PHD2) a faktoru inhibujícího HIF (FIH)". J. Inorg. Biochem. 113: 25–30. doi:10.1016 / j.jinorgbio.2012.03.002. PMC  3525482. PMID  22687491.
  30. ^ Chan MC, Atasoylu O, Hodson E, Tumber A, Leung IK, Chowdhury R, ​​Gómez-Pérez V, Demetriades M, Rydzik AM, Holt-Martyn J, Tian YM, Bishop T, Claridge TD, Kawamura A, Pugh CW, Ratcliffe PJ, Schofield CJ (červenec 2015). „Silné a selektivní inhibitory prolyl-hydroxylázy indukované hypoxií na bázi triazolu s aktivitou v mozkovém mozku“. PLOS ONE. 6 (10): e0132004. doi:10.1371 / journal.pone.0132004. PMC  4492579. PMID  26147748.
  31. ^ Kwon HS, Choi YK, Kim JW, Park YK, Yang EG, Ahn DR (červenec 2011). "Inhibice prolylhydroxylázové domény (PHD) substrátovými analogovými peptidy". Bioorg. Med. Chem. Lett. 21 (14): 4325–8. doi:10.1016 / j.bmcl.2011.05.050. PMID  21665470.

Další čtení

externí odkazy

  • Přehled všech strukturálních informací dostupných v PDB pro UniProt: Q9GZT9 (Egl devět homologů 1) na PDBe-KB.