Mikrozomální epoxid hydroláza - Microsomal epoxide hydrolase

Mikrozomální epoxid hydroláza
Microsomal Epoxide Hydrolase.png
Kreslené zobrazení mikrosomální epoxidové hydrolázy z Aspergillus niger
Identifikátory
EC číslo3.3.2.9
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum

v enzymologie, a mikrosomální epoxid hydroláza (mEH) (ES 3.3.2.9 ) je enzym že katalyzuje the hydrolýza reakce mezi epoxid a voda vytvořit a diol.

Hydrolýza epoxidového kruhu

Tento enzym hraje roli ve vychytávání žlučových solí uvnitř tlusté střevo. Funguje jako Na + závislý transportér. Tento enzym se podílí na metabolismu xenobiotika podle cytochrom p450. Bylo zjištěno, že mEH hraje velkou roli v EU detoxikace a bioaktivace široké škály substrátů, jako např polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH), které jsou známé pro své karcinogenní vlastnosti.[1]

Lidský homolog mikrosomální epoxidhydrolázy je EPHX1 a nachází se na chromozom 1.[2]

Nomenklatura

Tento enzym patří do rodiny hydrolázy, konkrétně ti, kteří jednají éter vazby (ether hydrolázy). The systematické jméno z této třídy enzymů je cis-stilben-oxid hydroláza. Mezi další běžně používaná jména patří epoxid hydratáza (nejednoznačná), mikrozomální epoxid hydratáza (nejednoznačná), epoxid hydáza, mikrozomální epoxid hydáza, arenoxid hydratáza (nejednoznačná), benzo [a] pyren-4,5-oxid hydratáza, benzo (a ) pyren-4,5-epoxid hydratáza, aryl epoxid hydáza (nejednoznačná), cis-epoxid hydroláza a mEH.

Struktura

Mikrosomální epoxid hydroláza je jediná polypeptid řetěz složený ze 455 aminokyseliny s molekulovou hmotností 52,96 kilodaltonů. Je známo, že N-terminál oblast enzymu je odpovědná za ukotvení proteinu k buněčná membrána,[3] zatímco C-terminál oblast enzymu obsahuje katalytickou zbytky.[4] Mikrozomální epoxidhydroláza patří do nadčeledi α / β-hydroláza skládejte enzymy.[5] Středem všech α / β-hydrolázových skládacích enzymů je alfa / beta-list skládající se z 8 beta vlákna připojeno 6 alfa helixy.[6][7] Trojrozměrná struktura mEH byla objasněna z Aspergillus niger.[4] Ačkoli u savčího enzymu mEH (EPHX1) nebylo vyřešeno žádné 3D modelování, celkově homologie mezi houbovým a savčím mEH je relativně vysoký.[8][9][10] Tato vysoká homologie umožnila objasnit celkovou obecnou strukturu a následný katalytický mechanismus EPHX1 u lidí srovnáním se stávajícími strukturami houbového mEH.

Mechanismus

α / β-hydrolázové skládací enzymy používají a katalytická triáda v jejich Aktivní stránky. Katalytická triáda přítomná v mikrozomální epoxidhydroláze se skládá z glutamin, histidin a kyselina asparagová.[10] The Podklad je umístěn v orientaci připravené pro nukleofilní útok prostřednictvím stabilizace vodíkových vazeb ze dvou blízkých tyrosin zbytky [11][12] Navrhovaný mechanismus reakce katalyzované mEH zahrnuje nejprve nukleofilní útok na oxirane kruh substrátu ze zbytku kyseliny asparagové poblíž aktivního místa, který tvoří ester středně pokročilí.[13] Druhým krokem v tomto mechanismu je hydrolýza esteru, ke kterému dochází aktivovanou molekulou vody.[14] Aktivaci vody usnadňuje abstrakce protonů prostřednictvím katalytické triády mezi molekulou vody, glutaminem a histidinem.[15] Po hydrolýze se substrát poté uvolní ze své vazby na zbytek kyseliny asparagové, čímž se uvolní diolový produkt z aktivního místa enzymu.[16]

Mechanismus mikrosomální epoxidhydrolázy[10][13][11][12]

Aktivní místo tohoto enzymu leží v a hydrofobní kapsa v enzymu, což zase vede k preferenci enzymu reaktivita s molekulami hydrofobními postranní řetězy.[17][11] Enzym mEH se typicky váže na malé organické epoxidy, jako je styrenpoxid a cis-stillben-oxid. mEH nekatalyzuje hydrolýzu objemnějších molekul, jak mohou jejich velké boční řetězce stericky narušit systém nabíjecího relé odpovědný za aktivaci vody.[11]

Aktivní stránka mEH od Aspergillus niger vázaný na malou molekulu 2-propoylpentanamidu.[4]

Funkce

U lidí byl mEH nalezen v vaječník, plíce, ledviny, lymfocyty, epitelové buňky, a játra.[18] Mikrozomální epoxidhydroláza slouží jako ochranný enzym před potenciálně škodlivými malé molekuly odvozené z vnějšího prostředí.[19] Tato hydrolýza genotoxických epoxidů způsobuje následné účinky v několika drahách přenosu signálu, což činí tento enzym důležitým pro metabolismus.[20][21]

Relevance nemoci

Mikrosomální epoxid hydroláza hraje velkou roli v jejích účincích na lidské zdraví. Studie prokázaly, že mutace EPHX1 u lidí mohou být příčinou hypercholanemie,[22] preeklampsie,[23][24] a může přispět k syndrom hydantoinu plodu.[25] Výzkum to také naznačuje mateřský polymorfismy u EPHX1 u těhotných žen souvisely s malformacemi obličeje dětí narozených ženám, které užívaly fenytoin během jejich první trimestr těhotenství.[26] Zatímco se mEH podílí na ochraně lidského zdraví detoxikací různých látek v životním prostředí, bylo také zjištěno, že usnadňuje aktivaci karcinogeny.[1]

mEH detoxikuje reaktivní epoxidy, které jsou běžně způsobovány Cigaretový kouř, a proto se předpokládá, že mutace v EPHX1 u lidí mohou mít vliv na náchylnost jedince k CHOPN, emfyzém a rakovina plic. Některé zdroje prokázaly, že u jedinců postižených CHOPN je vyšší míra nedostatečné aktivní aktivity varianta genu EPHX1, ale také prokázaly, že hyperaktivní varianta genu byla také nalezena ve vyšších frekvencích u jedinců postižených onemocněním.[27][28] Další výzkum poskytl důkazy podporující myšlenku, že varianty EPHX1 nepřispívají k náchylnosti k onemocnění, ale přispívají k závažnosti onemocnění.[1] Role, kterou mEH hraje u rakoviny plic a CHOPN, stále není zcela objasněna, protože údaje o tomto tématu v literatuře nejsou zcela jednomyslné.[29]

Existují určité důkazy, že varianty mEH mohou přispívat k výskytu dětství astma v kombinaci s variantami na GSTP1 gen.[30]

Ve srovnání s rozpustná epoxid hydroláza, příspěvek mEH k metabolismu prospěšných epoxy mastných kyselin, jako je Kyselina epoxyeikosatrienová je považován za malý, protože se jedná o relativně špatné mEH substráty in vitro. Dosud, in vivo, bylo zjištěno, že mEH může hrát významnou roli v regulaci úrovní EET[31][32] a proto může mít inhibice mEH nebo duální inhibice mEH a sEH terapeutický potenciál. Byly prozkoumány inhibitory mEH na bázi amidu, aminu a močoviny.[33] Na základě nejúčinnějších charakterizovaných inhibitorů se jako klíčové farmakoforové jednotky jeví amid s objemným alfa-substituentem a fenylový kruh s lipofilními skupinami v meta-polohách.[34]

O celkovém účinku, který má mEH na lidské zdraví, se stále diskutuje, přičemž některé zdroje nalezly důkazy o tom, že hyperaktivní gen EPHX1 je viníkem některých nemocí, zatímco jiné důkazy podporují, že nedostatečně aktivní varianta je příčinou jiných.

Reference

  1. ^ A b C Kiyohara C, Yoshimasu K, Takayama K, Nakanishi Y (leden 2006). „Polymorfismy EPHX1 a riziko rakoviny plic: recenze HuGE“. Epidemiologie. 17 (1): 89–99. doi:10.1097 / 01.ede.0000187627.70026.23. PMID  16357600.
  2. ^ Jackson MR, Craft JA, Burchell B (září 1987). "Nukleotid a odvozená aminokyselinová sekvence lidské jaterní mikrosomální epoxidhydrolázy". Výzkum nukleových kyselin. 15 (17): 7188. doi:10.1093 / nar / 15.17.7188. PMC  306212. PMID  3502697.
  3. ^ Craft JA, Baird S, Lamont M, Burchell B (srpen 1990). "Membránová topologie epoxidhydrolázy". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - lipidy a metabolismus lipidů. 1046 (1): 32–9. doi:10.1016 / 0005-2760 (90) 90091-B. PMID  2397243.
  4. ^ A b C PDB: 3G0I​; Zou J, Hallberg BM, Bergfors T, Oesch F, Arand M, Mowbray SL, Jones TA (únor 2000). „Struktura epoxidové hydrolázy Aspergillus niger při rozlišení 1,8 A: důsledky pro strukturu a funkci savčí mikrosomální třídy epoxidových hydroláz“. Struktura. 8 (2): 111–22. doi:10.1016 / S0969-2126 (00) 00087-3. PMID  10673439.
  5. ^ Ollis DL, Cheah E, Cygler M, Dijkstra B, Frolow F, Franken SM, Harel M, Remington SJ, Silman I, Schrag J, Sussman JL (duben 1992). „Složení α / β hydrolázy. Proteinové inženýrství, design a výběr“ (PDF). Protein Eng. 5 (3): 197–211. doi:10.1093 / protein / 5.3.197. PMID  1409539.
  6. ^ Ollis DL, Cheah E, Cygler M, Dijkstra B, Frolow F, Franken SM, Harel M, Remington SJ, Silman I, Schrag J (duben 1992). „Složení alfa / beta hydrolázy“ (PDF). Proteinové inženýrství. 5 (3): 197–211. doi:10.1093 / protein / 5.3.197. PMID  1409539.
  7. ^ Carr PD, Ollis DL (2009). "Alfa / beta hydroláza fold: aktualizace". Proteinové a peptidové dopisy. 16 (10): 1137–48. doi:10.2174/092986609789071298. PMID  19508187.
  8. ^ Arand M, Oesch F (2002-02-14). Savčí xenobiotické hydroxidy. Enzymové systémy, které metabolizují léky a jiná xenobiotika. John Wiley & Sons, Ltd., str. 459–483. doi:10.1002 / 0470846305.ch12. ISBN  9780470846308.
  9. ^ Arand M, Hemmer H, Dürk H, Baratti J, Archelas A, Furstoss R, Oesch F (listopad 1999). „Klonování a molekulární charakterizace rozpustné epoxidové hydrolázy z Aspergillus niger související s savčí mikrosomální epoxidovou hydrolázou“. The Biochemical Journal. 344 (1): 273–80. doi:10.1042/0264-6021:3440273. PMC  1220641. PMID  10548561.
  10. ^ A b C Arand M, Müller F, Mecky A, Hinz W, Urban P, Pompon D, Kellner R, Oesch F (leden 1999). „Katalytická triáda mikrosomální epoxidhydrolázy: nahrazení Glu404 Asp vede k silně zvýšené rychlosti obratu“. The Biochemical Journal. 337 (1): 37–43. doi:10.1042/0264-6021:3370037. PMC  1219933. PMID  9854022.
  11. ^ A b C d Lewis DF, Lake BG, Bird MG (červen 2005). „Molekulární modelování lidské mikrosomální epoxidhydrolázy (EH) homologií s fungální (Aspergillus niger) EH krystalovou strukturou s rozlišením 1,8 A: vztahy struktura-aktivita v epoxidech inhibujících aktivitu EH“. Toxikologie in vitro. 19 (4): 517–22. doi:10.1016 / j.tiv.2004.07.001. PMID  15826809.
  12. ^ A b Saenz-Méndez P, Katz A, Pérez-Kempner ML, Ventura ON, Vázquez M (duben 2017). "Strukturální pohledy na lidskou mikrosomální epoxidhydrolázu kombinovaným homologním modelováním, simulacemi molekulární dynamiky a výpočty molekulárního dokování". Proteiny. 85 (4): 720–730. doi:10,1002 / prot. 25251. PMID  28120429.
  13. ^ A b Lacourciere GM, Armstrong RN (listopad 1993). „Katalytický mechanismus mikrosomální epoxidhydrolázy zahrnuje esterový meziprodukt“. Journal of the American Chemical Society. 115 (22): 10466–10467. doi:10.1021 / ja00075a115.
  14. ^ McCall PM, Srivastava S, Perry SL, Kovar DR, Gardel ML, Tirrell MV (duben 2018). „Rozdělení a lepší samosestavení aktinu v polypeptidových koacervátech“. Biofyzikální deník. 114 (7): 1636–1645. Bibcode:2018BpJ ... 114.1636M. doi:10.1016 / j.bpj.2018.02.020. PMC  5954293. PMID  29642033.
  15. ^ Oesch F, Herrero ME, Hengstler JG, Lohmann M, Arand M (květen 2000). „Metabolická detoxikace: důsledky pro prahové hodnoty“. Toxikologická patologie. 28 (3): 382–7. doi:10.1177/019262330002800305. PMID  10862554.
  16. ^ Reetz MT, Bocola M, Wang LW, Sanchis J, Cronin A, Arand M, Zou J, Archelas A, Bottalla AL, Naworyta A, Mowbray SL (červen 2009). „Řízená evoluce enantioselektivní epoxidové hydrolázy: odhalení zdroje enantioselektivity v každé vývojové fázi“. Journal of the American Chemical Society. 131 (21): 7334–43. doi:10.1021 / ja809673d. PMID  19469578.
  17. ^ Václavíková R, Hughes DJ, Souček P (říjen 2015). „Microsomal epoxide hydrolase 1 (EPHX1): Gene, structure, function, and role in human disease“. Gen. 571 (1): 1–8. doi:10.1016 / j.gene.2015.07.071. PMC  4544754. PMID  26216302.
  18. ^ Bachmann K (2009). „Kapitola 8: Metabolismus drog“. Farmakologie. Elsevier. str. 131–173. doi:10.1016 / b978-0-12-369521-5.00008-7. ISBN  978-0-12-369521-5.
  19. ^ Oesch F (květen 1973). „Savčí epoxidové hydázy: indukovatelné enzymy katalyzující inaktivaci karcinogenních a cytotoxických metabolitů odvozených od aromatických a olefinických sloučenin“. Xenobiotica; Osud cizích sloučenin v biologických systémech. 3 (5): 305–40. doi:10.3109/00498257309151525. PMID  4584115.
  20. ^ Samuelsson B, Dahlén SE, Lindgren JA, Rouzer CA, Serhan CN (září 1987). „Leukotrieny a lipoxiny: struktury, biosyntéza a biologické účinky“. Věda. 237 (4819): 1171–6. Bibcode:1987Sci ... 237.1171S. doi:10.1126 / science.2820055. PMID  2820055.
  21. ^ Moghaddam MF, Grant DF, Cheek JM, Greene JF, Williamson KC, Hammock BD (květen 1997). „Bioaktivace leukotoxinů na jejich toxické dioly pomocí epoxidhydrolázy“. Přírodní medicína. 3 (5): 562–6. doi:10,1038 / nm0597-562. PMC  7095900. PMID  9142128.
  22. ^ Zhu QS, Xing W, Qian B, von Dippe P, Shneider BL, Fox VL, Levy D (červenec 2003). "Inhibice exprese genu lidské m-epoxidhydrolázy v případě hypercholanemie". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molekulární základ choroby. 1638 (3): 208–16. doi:10.1016 / s0925-4439 (03) 00085-1. PMID  12878321.
  23. ^ Zusterzeel PL, Rütten H, Roelofs HM, Peters WH, Steegers EA (únor 2001). „Proteinové karbonyly v decidua a placentě preeklamptických žen jako markery oxidačního stresu“. Placenta. 22 (2–3): 213–9. doi:10.1053 / plac.2000.0606. PMID  11170826.
  24. ^ Laasanen J, Romppanen EL, Hiltunen M, Helisalmi S, Mannermaa A, Punnonen K, Heinonen S (září 2002). „Dva exonické jednonukleotidové polymorfismy v genu pro mikrosomální epoxidhydrolázu jsou společně spojeny s preeklampsií“. European Journal of Human Genetics. 10 (9): 569–73. doi:10.1038 / sj.ejhg.5200849. PMID  12173035.
  25. ^ Buehler BA, Delimont D, van Waes M, Finnell RH (květen 1990). "Prenatální predikce rizika syndromu hydantoinu plodu". The New England Journal of Medicine. 322 (22): 1567–72. doi:10.1056 / NEJM199005313222204. PMID  2336087.
  26. ^ Azzato EM, Chen RA, Wacholder S, Chanock SJ, Klebanoff MA, Caporaso NE (leden 2010). „Mateřské polymorfismy EPHX1 a riziko vrozených malformací vyvolaných fenytoinem“. Farmakogenetika a genomika. 20 (1): 58–63. doi:10.1097 / fpc.0b013e328334b6a3. PMID  19952982.
  27. ^ Smith CA, Harrison DJ (srpen 1997). "Sdružení mezi polymorfismem v genu pro mikrosomální epoxidhydrolázu a náchylností k emfyzému". Lanceta. 350 (9078): 630–3. doi:10.1016 / s0140-6736 (96) 08061-0. PMID  9288046.
  28. ^ Brøgger J, Steen VM, Eiken HG, Gulsvik A, Bakke P (duben 2006). „Genetická asociace mezi CHOPN a polymorfismy u TNF, ADRB2 a EPHX1“. European Respiratory Journal. 27 (4): 682–8. doi:10.1183/09031936.06.00057005. PMID  16585076.
  29. ^ Postma DS, Silverman EK (2009). „Kapitola 4 - Genetika astmatu a CHOPN“. Genetika astmatu a CHOPN. Elsevier. 37–51. doi:10.1016 / b978-0-12-374001-4.00004-3. ISBN  9780123740014.
  30. ^ Salam MT, Lin PC, Avol EL, Gauderman WJ, Gilliland FD (prosinec 2007). „Mikrosomální epoxid hydroláza, glutathion S-transferáza P1, dopravní a dětské astma“. Hrudník. 62 (12): 1050–7. doi:10.1136 / tis.2007.080127. PMC  2094290. PMID  17711870.
  31. ^ Marowsky A, Burgener J, Falck JR, Fritschy JM, Arand M (červen 2009). „Distribuce rozpustné a mikrozomální epoxidhydrolázy v mozku myši a její příspěvek k metabolismu mozkové epoxyeikosatrienové kyseliny“. Neurovědy. 163 (2): 646–661. doi:10.1016 / j.neuroscience.2009.06.033. PMID  19540314.
  32. ^ Edin ML, Hamedani BG, Gruzdev A, Graves JP, Lih FB, Arbes SJ, Singh R, Leon AO, Bradbury JA, DeGraff LM, Hoopes SL, Arand M, Zeldin DC (leden 2018). „Epoxid hydroláza 1 (EPHX1) hydrolyzuje epoxyeikosanoidy a zhoršuje srdeční regeneraci po ischemii“. The Journal of Biological Chemistry. 293: 3281–3292. doi:10.1074 / jbc.RA117.000298. PMC  5836130. PMID  29298899.
  33. ^ Morisseau C, Newman JW, Dowdy DL, Goodrow MH, Hammock BD (duben 2001). „Inhibice mikrozomálních hydroxidů epoxidu močovinami, amidy a aminy“. Chemický výzkum v toxciologii. 14 (4): 409–415. doi:10.1021 / tx0001732. PMID  11304129.
  34. ^ Barnych B, Singh N, Negrel S, Zhang Y, Magis D, Roux C, Hua X, Ding Z, Morisseau C, Tantillo DJ, Siegel JB, Hammock BD (březen 2020). "Vývoj silných inhibitorů lidské mikrosomální epoxidhydrolázy". European Journal of Medicinal Chemistry. 193: 112206. doi:10.1016 / j.ejmech.2020.112206. PMID  32203787.

Další čtení