Matricová metalopeptidáza - Matrix metallopeptidase

Matricová metaloproteináza
Identifikátory
SymbolMMP
Pfam klanCL0126
InterProIPR021190
Membranome317

Matricové metalopeptidázy (MMP), také známý jako matricové metaloproteinázy nebo matrixiny, jsou metaloproteinázy to jsou vápník -závislý zinek -obsahující endopeptidázy;[1] ostatní členové rodiny jsou adamalysiny, serralysiny, a astaciny. MMP patří do větší rodiny proteázy známý jako nadrodina metzincinu.[2]

Společně jsou tyto enzymy schopné degradovat všechny druhy extracelulární matrix proteiny, ale také dokáže zpracovat řadu bioaktivní molekuly. Je známo, že se účastní štěpení buněčného povrchu receptory, vydání apoptotický ligandy (např Ligand FAS ), a chemokin /cytokin deaktivace.[3] Předpokládá se také, že MMP hrají hlavní roli v chování buněk, jako je proliferace buněk, migrace (přilnavost / disperze), diferenciace, angiogeneze, apoptóza, a obrana hostitele.

Poprvé byly popsány v obratlovců (1962),[4] včetně lidí, ale od té doby byly nalezeny v bezobratlých a rostliny. Od ostatních endopeptidáz se odlišují závislostí na ionty kovů tak jako kofaktory, jejich schopnost degradovat extracelulární matrix a jejich specifické evoluční Sekvence DNA.

Nedávno byly matricové metaloproteinázy navrženy jako markery mnoha patologických stavů pro jejich schopnost degradovat složky extracelulární matrice a remodelovat tkáně. Zde jsou MMP uváděny jako jeden z hlavních faktorů rakovina postup a metastáza formace. To vedlo k rozvíjející se oblasti výzkumu v roce 2006 biosenzory vývoj pro detekci takových enzymy.[5]

Dějiny

MMP byly původně popsány Jerome Gross a Charles Lapiere (1962), kteří pozorovali enzymatickou aktivitu (kolagen trojitá šroubovice degradace) během metamorfózy ocasu ocasu (umístěním ocasu ocasu na desku kolagenové matrice).[6] Proto byl enzym pojmenován intersticiální kolagenáza (MMP-1 ).

Později bylo očištěno z lidské kůže (1968),[7] a bylo uznáno, že je syntetizován jako zymogen.[8]

„Cysteinový přepínač“ byl popsán v roce 1990.[9]

Struktura

MMP mají společnou doménu struktura. Tři běžné domény jsou pro-peptid, katalytická doména a hemopexin -jako C-terminál doména, která je spojena s katalytickou doménou pružnou pantovou oblastí.[2]

Pro-peptid

MMP jsou zpočátku syntetizovány jako neaktivní zymogeny s pro-peptidovou doménou, která musí být odstraněna před enzym je aktivní. Pro-peptidová doména je součástí „cysteinového přepínače“. To obsahuje konzervované cystein zbytek, který interaguje s zinek v Aktivní stránky a brání vázání a štěpení Podklad, udržující enzym v neaktivní formě. Ve většině MMPs cystein zbytek je v konzervovaná sekvence PRCGxPD. Některé MMP mají jako součást této domény štěpící místo prohormon konvertázy (podobné Furinu), které po štěpení aktivuje enzym. MMP-23A a MMP-23B patří a transmembránový segment v této doméně.[10]

Katalytická doména

Rentgenová krystalografická struktury několika MMP katalytických domén ukázaly, že touto doménou je zploštělá koule o rozměrech 35 x 30 x 30 A (3,5 × 3 x 3 nm ). The Aktivní stránky je 20 Å (2 nm) drážka, která prochází přes katalytickou doménu. V části katalytické domény tvořící Aktivní stránky je zde katalyticky důležité Zn2+ iont, který je vázán třemi histidin zbytky nalezené v konzervované sekvenci HExxHxxGxxH. Tato sekvence je tedy motivem vázajícím zinek.

The želatinázy, jako MMP-2, začlenit Fibronektin moduly typu II vložené bezprostředně předtím do zinek -vázací motiv v katalytické doméně.[11]

Závěsová oblast

Katalytická doména je spojena s C-koncovou doménou pomocí pružné pantové nebo linkerové oblasti. To je až 75 aminokyseliny dlouhá a nemá stanovitelnou strukturu.

C-koncová doména podobná hemopexinu

Hemopexinům podobná C-koncová doména MMP9 PDB 1itv

C-koncová doména má strukturální podobnosti s sérum protein hemopexin. Má čtyřlistou strukturu β-vrtule. Struktury β-vrtule poskytují velkou rovnou plochu, o které se předpokládá, že je do ní zapojena interakce protein-protein. To určuje specificitu substrátu a je místem interakce s TIMP (tkáňový inhibitor metaloproteináz ). Doména podobná hemopexinu chybí MMP-7, MMP-23, MMP-26 a zařízení a hlístice. MMP vázané na membránu (MT-MMP) jsou ukotveny k plazmatická membrána přes transmembránu nebo doménu ukotvení GPI.

Katalytický mechanismus

Publikovány jsou tři katalytické mechanismy.

  • V prvním mechanismu Browner M.F. a kolegové[12] navrhl mechanismus bazické katalýzy, prováděný konzervovaným glutamátovým zbytkem a Zn2+ ion.
  • Ve druhém mechanismu, Matthewsově mechanismu, Kester a Matthews[13] navrhl interakci mezi molekulou vody a Zn2+ ion během acidobazická katalýza.
  • Ve třetím mechanismu, Manzettiho mechanismus, Manzetti Sergio a jeho kolegové[14] poskytl důkaz, že koordinace mezi vodou a zinkem během katalýzy byla nepravděpodobná, a navrhl třetí mechanismus, ve kterém se histidin z motivu HExxHxxGxxH účastní katalýza povolením Zn2+ ion převzít kvazi-penta koordinovaný stav, prostřednictvím jeho disociace od něj. V tomto stavu Zn2+ iont je koordinován se dvěma atomy kyslíku z katalytické kyseliny glutamové, karbonylového atomu kyslíku substrátu a dvou histidinových zbytků, a může polarizovat atom kyslíku kyseliny glutamové, v blízkosti nůžková vazba, a přimět jej, aby fungoval jako reverzibilní donor elektronů. To vytváří přechodový stav oxyaniontu. V tomto stádiu působí molekula vody na disociovanou nůžkovou vazbu a dokončí hydrolyzaci substrátu.

Klasifikace

Funkční klasifikace matricových metaloproteináz.

MMP lze rozdělit různými způsoby.

Evoluční

Použití bioinformatické metody pro srovnání primárních sekvencí MMP naznačují následující evoluční seskupení MMP:

  • MMP-19
  • MMP 11, 14, 15, 16 a 17
  • MMP-2 a MMP-9
  • Všechny ostatní MMP

Izolovaná analýza katalytických domén naznačuje, že katalytické domény se vyvinuly dále, jakmile se hlavní skupiny diferencovaly, jak naznačuje i specificity substrátu z enzymy.

Funkční

Nejběžněji používaná seskupení (výzkumníky v biologii MMP) jsou založena částečně na historickém hodnocení substrátové specificity MMP a částečně na buněčná lokalizace MMP. Tyto skupiny jsou kolagenázy, želatinázy, stromelysiny a membránové MMP (MT-MMP).

  • The kolagenázy jsou schopné degradovat trojšroubovici fibrilární kolageny do výrazných 3/4 a 1/4 fragmentů. Tyto kolageny jsou hlavní složkou kost, chrupavka a dentin a MMP jsou jediné známé savčí enzymy schopné je degradovat. Kolagenázy jsou č. 1, č. 8, č. 13 a č. 18. Kromě toho se také ukázalo, že č. 14 štěpí fibrilární kolagen, a existují důkazy, že č. 2 je schopná kolagenolýzy. v Pletivo, aktuální seznam kolagenáz zahrnuje č. 1, č. 2, č. 8, č. 9 a č. 13. Kolagenáza č. 14 je přítomna v MeSH, ale není uvedena jako kolagenáza, zatímco č. 18 chybí Pletivo.
  • Hlavní substráty želatinázy jsou kolagen typu IV a želatina a tyto enzymy se vyznačují přítomností další domény vložené do katalytické domény. Tato želatinová vazebná oblast je umístěna bezprostředně před motivem vázajícím zinek a tvoří samostatnou skládací jednotku, která nenarušuje strukturu katalytické domény. Želatinázy jsou č. 2 a č. 9.
  • Stromelysiny vykazují širokou schopnost štěpení extracelulární matrix proteiny, ale nejsou schopny štěpit trojšroubovicové fibrilární kolageny. Tři kanoničtí členové této skupiny jsou č. 3, č. 10 a č. 11.
  • Všech šest membránových MMP (Č. 14, Č. 15, č. 16, č. 17, č. 24 a č. 25) mají a furin místo štěpení v pro-peptidu, což je rys, který sdílí také č. 11.

Je však stále jasnější, že tato rozdělení jsou poněkud umělá, protože existuje řada MMP, které nezapadají do žádné z tradičních skupin.

Geny

GennázevAliasyUmístěníPopis
MMP1Intersticiální kolagenázaCLG, CLGNvylučovánoSubstráty zahrnují Col I, II, III, VII, VIII, X, želatinu
MMP2Želatináza-A, 72 kDa želatinázavylučovánoSubstráty zahrnují želatinu, Col I, II, III, IV, Vii, X
MMP3Stromelysin 1CHDS6, MMP-3, SL-1, STMY, STMY1, STR1vylučovánoSubstráty zahrnují Col II, IV, IX, X, XI, želatinu
MMP7Matrilysin, ČERPADLO 1MMP-7, MPSL1, PUMP-1vylučovánomembrána spojená prostřednictvím vazby na sulfát cholesterolu v buněčných membránách, substráty zahrnují: fibronektin, laminin, Col IV, želatinu
MMP8Neutrofilní kolagenázaCLG1, HNC, MMP-8, PMNL-CLvylučovánoSubstráty zahrnují Col I, II, III, VII, VIII, X, agrekan, želatinu
MMP9Želatináza-B, želatináza 92 kDaCLG4B, GELB, MANDP2, MMP-9vylučovánoSubstráty zahrnují želatinu, Col IV, V
MMP10Stromelysin 2SL-2, STMY2vylučovánoSubstráty zahrnují Col IV, laminin, fibronektin, elastin
MMP11Stromelysin 3SL-3, ST3, STMY3vylučovánoMMP-11 vykazuje větší podobnost s MT-MMP, je aktivovatelný konvertázou a je vylučován, proto je obvykle asociován s MMP aktivovatelnými konvertázou. Substráty zahrnují Col IV, fibronektin, laminin, aggrecan
MMP12Makrofágová metalloelastázaHME, ME, MME, MMP-12vylučovánoSubstráty zahrnují elastin, fibronektin, Col IV
MMP13Kolagenáza 3CLG3, MANDP1, MMP-13vylučovánoSubstráty zahrnují Col I, II, III, IV, IX, X, XIV, želatinu
MMP14MT1-MMPMMP-14, MMP-X1, MT-MMP, MT-MMP 1, MT1-MMP, MT1MMP, MTMMP1, WNCHRSspojené s membránoutransmembránový MMP typu I; substráty zahrnují želatinu, fibronektin, laminin
MMP15MT2-MMPMT2-MMP, MTMMP2, SMCP-2, MMP-15, MT2MMPspojené s membránoutransmembránový MMP typu I; substráty zahrnují želatinu, fibronektin, laminin
MMP16MT3-MMPC8orf57, MMP-X2, MT-MMP2, MT-MMP3, MT3-MMPspojené s membránoutransmembránový MMP typu I; substráty zahrnují želatinu, fibronektin, laminin
MMP17MT4-MMPMT4-MMP, MMP-17, MT4MMP, MTMMP4spojené s membránouglykosylfosfatidylinositol -připojený; substráty zahrnují fibrinogen, fibrin
MMP18Kolagenáza 4, xcol4, xenopus kolagenáza–Žádný známý člověk ortolog
MMP19RASI-1, příležitostně označovaný jako stromelysin-4MMP18, RASI-1, CODA–
MMP20EnamelysinAI2A2, MMP-20vylučováno
MMP21X-MMPMMP-21, HTX7vylučováno
MMP23ACA-MMPspojené s membránoutransmembránové cysteinové pole typu II
MMP23B–MIFR, MIFR-1, MMP22, MMP23Aspojené s membránoutransmembránové cysteinové pole typu II
MMP24MT5-MMPMMP-24, MMP25, MT-MMP 5, MT-MMP5, MT5-MMP, MT5MMP, MTMMP5spojené s membránoutransmembránový MMP typu I
MMP25MT6-MMPMMP-25, MMP20, MMP20A, MMPL1, MT-MMP 6, MT-MMP6, MT6-MMP, MT6MMP, MTMMP6spojené s membránouglykosylfosfatidylinositol -připojený
MMP26Matrilysin-2, endometáza–
MMP27MMP-22, C-MMPMMP-27–
MMP28EpilysinEPILYSIN, MM28, MMP-25, MMP-28, MMP25vylučovánoObjeven v roce 2001 a dostal své jméno kvůli tomu, že byl objeven u člověka keratinocyty. Na rozdíl od jiných MMP je tento enzym konstitutivně exprimován v mnoha tkáních (vysoce exprimován v varle a na nižších úrovních v plíce, srdce mozek, dvojtečka, střevo, placenta, slinné žlázy, děloha, kůže). Threonin nahrazuje prolin ve svém cysteinovém přepínači (PRCGVTD).[15]

Matricové metaloproteinázy se kombinují s proteinem vázajícím kov, metalothioninem; a tím pomáhá v mechanismu vázání kovů.

Funkce

MMP hrají důležitou roli v remodelace tkáně spojené s různými fyziologickými nebo patologickými procesy, jako je morfogeneze, angiogeneze, oprava tkáně, cirhóza, artritida, a metastáza. MMP-2 a MMP-9 jsou považovány za důležité při metastázování. MMP-1 je považován za důležitý při revmatoidní artritidě a osteoartritidě. Poslední data naznačují aktivní roli MMP v patogenezi aortální aneuryzmy. Přebytek MMP degraduje strukturní proteiny stěny aorty. Porucha rovnováhy mezi MMP a TIMP je také charakteristikou akutních a chronických kardiovaskulárních onemocnění.[16]

Aktivace

vzájemná aktivace MMP

Všechny MMP jsou syntetizovány v latentní formě (Zymogen). Jsou vylučovány jako proenzymy a vyžadují extracelulární aktivaci. Mohou být aktivovány in vitro mnoha mechanismy, včetně organomerních látek, chaotropních látek a dalších proteáz.

Inhibitory

MMP jsou inhibovány specifickými endogenními látkami tkáňový inhibitor metaloproteináz (TIMP), které tvoří čtyřčlenná rodina inhibitory proteázy: TIMP-1, TIMP-2, TIMP-3 a TIMP-4.

Syntetické inhibitory obecně obsahují a chelatující skupina který váže katalyzátor zinek atom na MMP Aktivní stránky těsně. Mezi běžné chelatační skupiny patří hydroxamáty, karboxyláty, thioly, a fosfinyly. Hydroxyamáty jsou obzvláště silnými inhibitory MMP a dalších enzymů závislých na zinku, kvůli jejich bidentate chelace atomu zinku. Další substituenty těchto inhibitorů jsou obvykle navrženy tak, aby interagovaly s různými vazebnými kapsami na požadovaném MMP, čímž je inhibitor více či méně specifický pro dané MMP.[2]

Farmakologie

Doxycyklin, v subantimikrobiálních dávkách, inhibuje aktivitu MMP a pro tento účel se používá v různých experimentálních systémech, jako jsou rekurentní rekurentní eroze rohovky. Klinicky se používá k léčbě periodontální onemocnění a je jediným inhibitorem MMP, který je klinicky široce dostupný. Společnost jej prodává pod obchodním názvem Periostat CollaGenex. Bylo také prokázáno, že minocyklin, další tetracyklinové antibiotikum, inhibuje aktivitu MMP.

Řada racionálně navržených inhibitorů MMP prokázala určitý příslib při léčbě patologických stavů, u nichž existuje podezření na účast MMP (viz výše). Většina z nich, například marimastat (BB-2516), širokospektrální inhibitor MMP, a cipemastat (Ro 32-3555), an MMP-1 selektivní inhibitor, vykazovaly špatné výsledky v klinické testy. Selhání Marimastatu bylo částečně zodpovědné za skládání British Biotech, který jej vyvinul. Selhání těchto léků bylo způsobeno převážně toxicitou (zejména muskuloskeletální toxicitou v případě širokospektrálních inhibitorů) a neschopností prokázat očekávané výsledky (v případě trocade nebyly slibné výsledky u modelů králičí artritidy replikovány lidské pokusy). Důvody, které stojí za většinou neuspokojivými klinickými výsledky inhibitorů MMP, jsou nejasné, zejména s ohledem na jejich aktivitu v zvířecí modely.

Viz také

Reference

  1. ^ Verma RP, Hansch C (březen 2007). „Matricové metaloproteinázy (MMP): chemicko-biologické funkce a (Q) SAR“ (PDF). Bioorg. Med. Chem. 15 (6): 2223–68. doi:10.1016 / j.bmc.2007.01.011. PMID  17275314. Archivovány od originál (PDF) dne 13. května 2015. Citováno 21. října 2015.
  2. ^ A b C Matricové metaloproteinázy: jeho důsledky pro kardiovaskulární poruchy
  3. ^ Van Lint P, Libert C (prosinec 2007). „Zpracování chemokinů a cytokinů matrixovými metaloproteinázami a jejich vliv na migraci a zánět leukocytů“. J. Leukoc. Biol. 82 (6): 1375–81. doi:10.1189 / jlb.0607338. PMID  17709402.[trvalý mrtvý odkaz ]
  4. ^ „Kolagenolytická aktivita v tkáních obojživelníků: test tkáňové kultury“. Sborník Národní akademie věd. 48 (6): 1014–22. Červen 1962. doi:10.1073 / pnas.48.6.1014. PMC  220898. PMID  13902219.
  5. ^ Kirchhain, A .; Poma, N .; Salvo, P .; Tedeschi, L .; Melai, B .; Vivaldi, F .; Bonini, A .; Franzini, M .; Caponi, L .; Tavanti, A .; Di Francesco, F. (leden 2019). "Biosenzory pro měření matricových metaloproteináz: rozvíjející se obor výzkumu". Trendy v analytické chemii. 110: 35–50. doi:10.1016 / j.trac.2018.10.027.
  6. ^ Gross J, Lapiere C (1962). „KOLAGENOLYTICKÁ ČINNOST V OBLASTECH obojživelníků: TEST KULTURY TKANIN“. Proc Natl Acad Sci USA. 48 (6): 1014–22. doi:10.1073 / pnas.48.6.1014. PMC  220898. PMID  13902219.
  7. ^ Eisen A, Jeffrey J, Gross J (1968). "Kolagenáza lidské kůže. Izolace a mechanismus útoku na molekulu kolagenu". Biochim Biophys Acta. 151 (3): 637–45. doi:10.1016/0005-2744(68)90010-7. PMID  4967132.
  8. ^ Harper E, Bloch K, Gross J (1971). "Zymogen pulec kolagenázy". Biochemie. 10 (16): 3035–41. doi:10.1021 / bi00792a008. PMID  4331330.
  9. ^ Van Wart H, Birkedal-Hansen H (1990). „Cysteinový přepínač: princip regulace aktivity metaloproteinázy s potenciální použitelností na celou genovou rodinu metaloproteinázových genů“. Proc Natl Acad Sci USA. 87 (14): 5578–82. doi:10.1073 / pnas.87.14.5578. PMC  54368. PMID  2164689.
  10. ^ Pei D, Kang T, Qi H (2000). „Metaloproteináza matice cysteinového pole (CA-MMP) / MMP-23 je transmembránová matrix metaloproteináza typu II regulovaná jediným štěpením pro sekreci i aktivaci“. J Biol Chem. 275 (43): 33988–97. doi:10,1074 / jbc.M006493200. PMID  10945999.
  11. ^ Trexler M, Briknarová K, Gehrmann M, Llinás M, Patthy L (2003). „Peptidové ligandy pro moduly fibronektinu typu II maticové metaloproteinázy 2 (MMP-2)“. J Biol Chem. 278 (14): 12241–6. doi:10,1074 / jbc.M210116200. PMID  12486137.
  12. ^ Browner MF, Smith WW, Castelhano AL (1995). "Matrilysin-inhibiční komplexy: společná témata mezi metaloproteázami". Biochemie. 34 (20): 6602–10. doi:10.1021 / bi00020a004. PMID  7756291.
  13. ^ Kester WR, Matthews BW (1977). „Krystalografická studie vazby inhibitorů dipeptidů na termolysin: důsledky pro mechanismus katalýzy“. Biochemie. 16 (11): 2506–16. doi:10.1021 / bi00630a030. PMID  861218.
  14. ^ Manzetti S, McCulloch DR, Herington AC, van der Spoel D (2003). "Modelování komplexů enzym-substrát pro metaloproteázy MMP-3, ADAM-9 a ADAM-10". J. Comput. -Aided Mol. Des. 17 (9): 551–65. doi:10.1023 / B: JCAM.0000005765.13637.38. PMID  14713188.
  15. ^ Lohi J, Wilson CL, Roby JD, Parks WC (2001). „Epilysin, nová lidská matrix metaloproteináza (MMP-28) exprimovaná ve varlatech a keratinocytech a v reakci na poranění“. J Biol Chem. 276 (13): 10134–10144. doi:10,1074 / jbc.M001599200. PMID  11121398.
  16. ^ Snoek-van Beurden PAM; Von den Hoff JW (2005). "Zymografické techniky pro analýzu matricových metaloproteináz a jejich inhibitorů". Biotechniky. 38 (1): 73–83. doi:10.2144 / 05381RV01. PMID  15679089.

Synergický účinek polymorfismu promotoru stromelysin-1 (matrix metaloproteináza-3) (-1171 5A-> 6A) na orální submukózní fibrózu a léze hlavy a krku. Chaudhary AK, Singh M, Bharti AC, Singh M, Shukla S, Singh AK, Rakovina Mehrotra R.BMC. 14. července 2010; 10: 369.

externí odkazy