Inosin-5'-monofosfát dehydrogenáza - Inosine-5′-monophosphate dehydrogenase

Inosin 5'-monofosfát dehydrogenáza
1PVN IMPDH Homotetramer.png
Struktura IMPDH[1]
Identifikátory
EC číslo1.1.1.205
Číslo CAS9028-93-7
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

Inosin-5'-monofosfát dehydrogenáza (IMPDH) je a purin biosyntetický enzym který katalyzuje nikotinamid adenin dinukleotid (NAD+) nezávislá oxidace inosin monofosfát (IMP) do xanthosinmonofosfát (XMP), první odhodlaný a limitující krok směrem k de novo biosyntéza guanin nukleotidy z IMP. IMPDH je regulátorem intracelulárního guaninového nukleotidového fondu, a je proto důležitý pro syntézu DNA a RNA, signální transdukce, přenos energie, glykoprotein syntéza, stejně jako další proces, který se podílí na buněčné proliferaci.

Struktura a funkce

IMPDH je tetramerní enzym,[2][3][4] složený z monomerních podjednotek s molekulovou hmotností přibližně 55 kDa[5] a obvykle sestávají ze 400-500 zbytků.[6]

Vizuální reprezentace aktivního místa s vazbou IMP (zelená) a NAD (fialová).[7] Jsou zobrazeny klíčové zbytky (bílé) proteinu a katalytického cysteinu (azurového). Přerušované čáry představují polární kontakty.

Většina monomerů IMPDH obsahuje dvě domény: katalytickou (β / α)8 hlaveň doména s aktivním místem umístěným ve smyčkách na C-terminálním konci hlavně a subdoména skládající se ze dvou, opakovaných domény cystathionin beta syntetázy (CBS) které jsou vloženy do dehydrogenázové sekvence.[6][8] Ukázalo se, že jednomocné kationty aktivují enzymy IMPDH a mohou sloužit ke stabilizaci konformace smyčky aktivního místa.[9]

Doména CBS není pro katalytickou aktivitu vyžadována. Mutace v subdoméně CBS nebo úplné odstranění domén nenarušují in vitro katalytická aktivita IMPDH.[10][11] An in vivo vymazání subdomény CBS v E-coli naznačuje, že doména může fungovat jako negativní transregulátor domény adenin syntéza nukleotidů.[12] Bylo také prokázáno, že IMPDH váže nukleové kyseliny,[13] a tato funkce může být narušena mutacemi, které se nacházejí v subdoméně.[14] Subdoména CBS se také podílí na zprostředkování asociace IMPDH s polyribosomy,[15] což naznačuje potenciál měsíční svit role IMPDH jako translačního regulačního proteinu.

Bylo prokázáno, že Drosophila IMPDH působí jako sekvenčně specifický transkripční represor, který může snížit expresi histon geny a E2F.[16] IMPDH se lokalizuje do jádra na konci S fáze a jaderná akumulace je většinou omezena na Fáze G2. Kromě toho bylo prokázáno, že metabolický stres indukuje nukleární lokalizaci IMPDH.[16]

Mechanismus

Obecný mechanismus používaný enzymem IMPDH k převodu IMP na XMP. Zobrazena je pouze purinová část každé molekuly.

Celková reakce katalyzovaná IMPDH je:[17]

inosin 5'-fosfát + NAD+ + H2Ó xanthosin 5'-fosfát + NADH + H+

Mechanismus IMPDH zahrnuje sekvenci dvou různých chemických reakcí: (1) rychlý redox reakce zahrnující přenos hydridu na NAD+ který generuje NADH a na enzym vázaný meziprodukt XMP (E-XMP *) a (2) krok hydrolýzy, který uvolňuje XMP z enzymu. IMP se váže na aktivní místo a konzervované cystein zbytek útočí na 2-pozici purinového kruhu. Hydridový iont je poté přenesen z polohy C2 do NAD+ a vytvoří se meziprodukt E-XMP *. NADH disociuje z enzymu a pohyblivý klopný prvek aktivního místa pohybuje konzervovanou katalytickou dyadou arginin a threonin do nově neobsazeného vazebného místa NAD. Předpokládá se, že argininový zbytek působí jako obecná báze, která aktivuje molekulu vody pro hydrolýzní reakci.[6] Alternativně simulace molekulární mechaniky naznačují, že v podmínkách, kdy je argininový zbytek protonován, je threoninový zbytek také schopný aktivovat vodu přijetím protonu z vody a současně přenášet svůj vlastní proton na blízký zbytek.[18]

U lidí

Lidé exprimují dva odlišné isozymy IMPDH kódované dvěma odlišnými geny, IMPDH1 a IMPDH2:

IMP dehydrogenáza 1
Identifikátory
SymbolIMPDH1
Alt. symbolyRP10
Gen NCBI3614
HGNC6052
OMIM146690
RefSeqNM_000883
UniProtP20839
Další údaje
EC číslo1.1.1.205
MístoChr. 7 q31.3-q32
IMP dehydrogenáza 2
Identifikátory
SymbolIMPDH2
Alt. symbolyIMPD2
Gen NCBI3615
HGNC6053
OMIM146691
RefSeqNM_000884
UniProtP12268
Další údaje
EC číslo1.1.1.205
MístoChr. 3 p21.2

Oba isozymy obsahují 514 zbytků, mají 84% podobnost v peptidové sekvenci a mají podobné kinetické vlastnosti.[19] Oba isozymy jsou konstitutivně exprimovány ve většině tkání, ale IMPDH1 je převážně exprimován ve slezině, sítnici a leukocytech periferní krve.[6] IMPDH1 je obecně konstitutivně vyjádřen na nízkých úrovních a IMPDH2 je obecně upregulován v proliferujících buňkách a neoplastických tkáních.[20][21][22] Homozygotní IMPDH1 knokaut myši vykazují mírnou retinopatii, při které pomalá progresivní forma degenerace sítnice postupně oslabuje vizuální transdukci,[23] zatímco homozygotní IMPDH2 knockout myši vykazují embryonální letalitu.[24]

Klinický význam

Syntéza guaninového nukleotidu je nezbytná pro udržení normální funkce a růstu buněk a je také důležitá pro udržení buněčné proliferace a imunitních odpovědí. Bylo zjištěno, že exprese IMPDH je v některých nádorových tkáních a buněčných liniích upregulována.[21] B a T lymfocyty zobrazit závislost na IMPDH pro normální aktivaci a funkci,[25][26] a prokázat upregulovanou expresi IMPDH.[22] Proto byl IMPDH řešen jako lékový cíl pro imunosupresivní a rakovina chemoterapie.

Mykofenolát je imunosupresivum, které se používá k prevenci odmítnutí transplantátu a působí prostřednictvím inhibice IMPDH.

Mutace v oblasti CBS v IMPDH1 jsou spojeny s formou RP10 autosomální dominantní retinitis pigmentosa a dominantní Leberova vrozená amauróza.[14]

Výzkum

Bylo prokázáno, že inhibitory IMPDH zabraňují SARS-CoV-2 replikace v buňkách[27] a jsou testovány v klinických studiích na COVID-19.[28]

Viz také

Reference

  1. ^ Gan L, Seyedsayamdost MR, Shuto S, Matsuda A, Petsko GA, Hedstrom L (únor 2003). „Imunosupresivní látka mizoribinmonofosfát tvoří komplex analogu přechodného stavu s inosinmonofosfátdehydrogenázou.“ Biochemie. 42 (4): 857–63. doi:10.1021 / bi0271401. PMID  12549902.
  2. ^ Zhang R, Evans G, Rotella FJ, Westbrook EM, Beno D, Huberman E, Joachimiak A, Collart FR (duben 1999). "Vlastnosti a krystalová struktura bakteriální inosin-5'-monofosfátdehydrogenázy". Biochemie. 38 (15): 4691–700. CiteSeerX  10.1.1.488.2542. doi:10.1021 / bi982858v. PMID  10200156.
  3. ^ Whitby FG, Luecke H, Kuhn P, Somoza JR, Huete-Perez JA, Phillips JD, Hill CP, Fletterick RJ, Wang CC (září 1997). "Krystalová struktura Tritrichomonas fetus inosin-5'-monofosfát dehydrogenázy a komplexu enzym-produkt". Biochemie. 36 (35): 10666–74. doi:10.1021 / bi9708850. PMID  9271497.
  4. ^ Prosise GL, Luecke H (únor 2003). "Krystalové struktury Tritrichomonasfoetus inosin monofosfátdehydrogenáza v komplexu se substrátem, kofaktorem a analogy: strukturální základ pro náhodně uspořádaný kinetický mechanismus “. J. Mol. Biol. 326 (2): 517–27. doi:10.1016 / S0022-2836 (02) 01383-9. PMID  12559919.
  5. ^ Sintchak MD, Nimmesgern E (květen 2000). "Struktura inosin-5'-monofosfátdehydrogenázy a návrh nových inhibitorů". Imunofarmakologie. 47 (2–3): 163–84. doi:10.1016 / S0162-3109 (00) 00193-4. PMID  10878288.
  6. ^ A b C d Hedstrom L (červenec 2009). „IMP dehydrogenáza: struktura, mechanismus a inhibice“. Chemické recenze. 109 (7): 2903–28. doi:10.1021 / cr900021w. PMC  2737513. PMID  19480389.
  7. ^ PDB ID: 1NFB, Risal, D., Strickler M, D., Goldstein, B.M., The Conformation of NAD Bound to human Inosine Monophosphate Dehydrogenase Type II.
  8. ^ Magasanik B, Moyed HS, Gehring LB (květen 1957). „Enzymy nezbytné pro biosyntézu guaninu nukleové kyseliny; inosin 5'-fosfát dehydrogenáza Aerobacter aerogenes". J. Biol. Chem. 226 (1): 339–50. PMID  13428767.
  9. ^ Xiang B, Taylor JC, Markham GD (leden 1996). "Monovalentní aktivace kationtu a kinetický mechanismus inosin 5'-monofosfát dehydrogenázy". The Journal of Biological Chemistry. 271 (3): 1435–40. doi:10.1074 / jbc.271.3.1435. PMID  8576135.
  10. ^ Mortimer SE, Hedstrom L (srpen 2005). "Autosomálně dominantní mutace retinitis pigmentosa v inosin 5'-monofosfát dehydrogenáze typu I narušují vazbu nukleových kyselin". The Biochemical Journal. 390 (Pt 1): 41–7. doi:10.1042 / BJ20042051. PMC  1184561. PMID  15882147.
  11. ^ Nimmesgern E, Black J, Futer O, Fulghum JR, Chambers SP, Brummel CL, Raybuck SA, Sintchak MD (listopad 1999). "Biochemická analýza modulárního enzymu inosin 5'-monofosfát dehydrogenázy". Exprese a čištění proteinů. 17 (2): 282–9. doi:10.1006 / prep.1999.1136. PMID  10545277.
  12. ^ Pimkin M, Pimkina J, Markham GD (březen 2009). „Regulační role Batemanovy domény IMP dehydrogenázy v biosyntéze adenylátových nukleotidů“. The Journal of Biological Chemistry. 284 (12): 7960–9. doi:10,1074 / jbc.M808541200. PMC  2658089. PMID  19153081.
  13. ^ McLean JE, Hamaguchi N, Belenky P, Mortimer SE, Stanton M, Hedstrom L (duben 2004). „Inosin 5'-monofosfát dehydrogenáza váže nukleové kyseliny in vitro a in vivo“. The Biochemical Journal. 379 (Pt 2): 243–51. doi:10.1042 / BJ20031585. PMC  1224093. PMID  14766016.
  14. ^ A b Bowne SJ, Sullivan LS, Mortimer SE, Hedstrom L, Zhu J, Spellicy CJ, Gire AI, Hughbanks-Wheaton D, Birch DG, Lewis RA, Heckenlively JR, Daiger SP (leden 2006). "Spektrum a frekvence mutací v IMPDH1 spojené s autozomálně dominantní retinitis pigmentosa a leber vrozenou amaurózou". Investigativní oftalmologie a vizuální věda. 47 (1): 34–42. doi:10.1167 / iovs.05-0868. PMC  2581444. PMID  16384941.
  15. ^ Mortimer SE, Xu D, McGrew D, Hamaguchi N, Lim HC, Bowne SJ, Daiger SP, Hedstrom L (prosinec 2008). „IMP dehydrogenáza typu 1 se asociuje s polyribosomy překládajícími mRNA rhodopsinu“. The Journal of Biological Chemistry. 283 (52): 36354–60. doi:10,1074 / jbc.M806143200. PMC  2605994. PMID  18974094.
  16. ^ A b Kozhevnikova EN, van der Knaap JA, Pindyurin AV, Ozgur Z, van Ijcken WF, Moshkin YM, Verrijzer CP (červenec 2012). „Metabolický enzym IMPDH je také transkripční faktor regulovaný buněčným stavem“. Molekulární buňka. 47 (1): 133–9. doi:10.1016 / j.molcel.2012.04.030. PMID  22658723.
  17. ^ Collart FR, Huberman E (říjen 1988). „Klonování a sekvenční analýza cDNA inosin-5'-monofosfát dehydrogenázy lidských a čínských křečků“. J. Biol. Chem. 263 (30): 15769–72. PMID  2902093.
  18. ^ Min D, Josephine HR, Li H, Lakner C, MacPherson IS, Naylor GJ, Swofford D, Hedstrom L, Yang W (srpen 2008). „Enzymatický atavista odhalen v duálních drahách pro aktivaci vody“. PLOS Biology. 6 (8): e206. doi:10.1371 / journal.pbio.0060206. PMC  2525682. PMID  18752347.
  19. ^ Natsumeda Y, Ohno S, Kawasaki H, Konno Y, Weber G, Suzuki K (březen 1990). "Dvě odlišné cDNA pro lidskou IMP dehydrogenázu". The Journal of Biological Chemistry. 265 (9): 5292–5. PMID  1969416.
  20. ^ Senda M, Natsumeda Y (1994). "Tkáňově diferenciální exprese dvou odlišných genů pro lidskou IMP dehydrogenázu (E.C.1.1.1.205)". Humanitní vědy. 54 (24): 1917–26. doi:10.1016/0024-3205(94)90150-3. PMID  7910933.
  21. ^ A b Collart FR, Chubb CB, Mirkin BL, Huberman E (říjen 1992). "Zvýšená exprese genu pro inosin-5'-fosfát dehydrogenázu v pevných nádorových tkáních a nádorových buněčných liniích". Výzkum rakoviny. 52 (20): 5826–8. doi:10.2172/10148922. PMID  1356621.
  22. ^ A b Zimmermann AG, Gu JJ, Laliberté J, Mitchell BS (1998). Inosin-5'-monofosfát dehydrogenáza: regulace exprese a role v buněčné proliferaci a aktivaci T lymfocytů. Pokrok ve výzkumu nukleových kyselin a molekulární biologie. 61. 181–209. doi:10.1016 / S0079-6603 (08) 60827-2. ISBN  978-0-12-540061-9. PMID  9752721.
  23. ^ Aherne A, Kennan A, Kenna PF, McNally N, Lloyd DG, Alberts IL, Kiang AS, Humphries MM, Ayuso C, Engel PC, Gu JJ, Mitchell BS, Farrar GJ, Humphries P (březen 2004). „O molekulární patologii neurodegenerace u retinitis pigmentosa na bázi IMPDH1“. Lidská molekulární genetika. 13 (6): 641–50. doi:10,1093 / hmg / ddh061. PMID  14981049.
  24. ^ Gu JJ, Tolin AK, Jain J, Huang H, Santiago L, Mitchell BS (září 2003). „Cílené narušení genu inosin 5'-monofosfát dehydrogenázy typu I u myší“. Molekulární a buněčná biologie. 23 (18): 6702–12. doi:10.1128 / MCB.23.18.6702-6712.2003. PMC  193693. PMID  12944494.
  25. ^ Jonsson CA, Carlsten H (leden 2003). „Kyselina mykofenolová inhibuje inosin 5'-monofosfát dehydrogenázu a potlačuje produkci B buněk imunoglobulinem a cytokiny“. Mezinárodní imunofarmakologie. 3 (1): 31–7. doi:10.1016 / s1567-5769 (02) 00210-2. PMID  12538032.
  26. ^ Gu JJ, Stegmann S, Gathy K, Murray R, Laliberte J, Ayscue L, Mitchell BS (srpen 2000). „Inhibice aktivace T lymfocytů u myší heterozygotních kvůli ztrátě genu IMPDH II“. The Journal of Clinical Investigation. 106 (4): 599–606. doi:10,1172 / JCI8669. PMC  380246. PMID  10953035.
  27. ^ Bojková, Denisa; Klann, Kevin; Koch, Benjamin; Widera, Marek; Krause, David; Ciesek, Sandra; Cinatl, Jindrich; Münch, Christian (2020-05-14). „Proteomika hostitelských buněk infikovaných SARS-CoV-2 odhaluje terapeutické cíle“. Příroda. 583 (7816): 469–472. Bibcode:2020Natur.583..469B. doi:10.1038 / s41586-020-2332-7. ISSN  1476-4687. PMID  32408336.
  28. ^ Číslo klinického hodnocení NCT04356677 pro „Studie k vyhodnocení bezpečnosti a účinnosti přípravku VIRAZOLE® u hospitalizovaných dospělých účastníků s respiračními poruchami kvůli COVID-19“ na ClinicalTrials.gov

Další čtení

  • Wang J, Yang JW, Zeevi A, Webber SA, Girnita DM, Selby R, Fu J, Shah T, Pravica V, Hutchinson IV, Burckart GJ (květen 2008). „Polymorfismy genu IMPDH1 a asociace s akutním odmítnutím u pacientů po transplantaci ledvin“. Clin. Pharmacol. Ther. 83 (5): 711–7. doi:10.1038 / sj.clpt.6100347. PMID  17851563. S2CID  12718828.
Tento článek včlení text od public domain Pfam a InterPro: IPR001093