Fosforibosylglycinamid formyltransferáza - Phosphoribosylglycinamide formyltransferase - Wikipedia

Fosforibosylglycinamid formyltransferáza
1rby.jpg
Monomer formyltransferázy GAR, člověk
Identifikátory
EC číslo2.1.2.2
Číslo CAS2604945
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum

Fosforibosylglycinamid formyltransferáza (ES 2.1.2.2, 2-amino-N-ribosylacetamid 5'-fosfát transformyláza, GAR formyltransferáza, GAR transformyláza, glycinamid ribonukleotid transformyláza, GAR TFase, 5,10-methenyltetrahydrofolát: 2-amino-N-ribosylacetamid ribonukleotid transformyláza) je enzym s systematické jméno 10-formyltetrahydrofolát: 5'-fosforibosylglycinamid N-formyltransferáza.[1][2][3] Tento enzym katalýzy následující chemická reakce

10-formyltetrahydrofolát + N1- (5-fosfo-D-ribosyl) glycinamid tetrahydrofolát + N2-formyl-N1- (5-fosfo-D-ribosyl) glycinamid
Celková reakce GAR transformylázy

Tento enzym závislý na THF katalyzuje nukleofilní acylovou substituci formylové skupiny z 10-formyltetrahydrofolátu (fTHF) na N1- (5-fosfo-D-ribosyl) glycinamid (GAR) za vzniku N2-formyl-N1- (5-fosfo-D-ribosyl) glycinamid (fGAR), jak je uvedeno výše.[4] Tato reakce hraje důležitou roli při tvorbě purinu prostřednictvím de novo biosyntéza purinu cesta. Tato cesta vytváří inosin monofosfát (IMP), předchůdce adenosinmonofosfát (AMP) a guanosinmonofosfát (GMP). AMP je stavebním kamenem pro důležité nosiče energie, jako je ATP, NAD+ a FAD a signální molekuly, jako je tábor. Role GARTfase v de novo biosyntéza purinu z něj dělá cíl pro protinádorová léčiva[5] a jeho nadměrná exprese během postnatálního vývoje byla spojena s Downův syndrom.[6] Existují dva známé typy genů kódujících GAR transformylázu v E. coli: purN a purT, zatímco u lidí se nachází pouze purN.[7] Mnoho zbytků v aktivním místě je konzervováno napříč bakteriálními, kvasinkovými, ptačími a lidskými enzymy.[8]

Struktura enzymu

Struktura GAR transformylázy v duze od N (modrá) -> C (červená). Folátová vazebná smyčka je zvýrazněna černě. Substrát GAR (červený) a analog THF (modrý) jsou zobrazeny ve vázacích kapsách.[9]

U lidí je GARTfase součástí trifunkční enzym který také zahrnuje glycinamid ribnukleotid syntázu (GARS ) a aminoimidazol ribonukleotid syntetáza (VZDUCHY ). Tento protein (110 kDa) katalyzuje kroky 2, 3 a 5 biosyntézy purinu de novo. Blízkost těchto enzymových jednotek a flexibilita proteinu slouží ke zvýšení propustnosti dráhy. GARTfáza je umístěna na C-terminálním konci proteinu.[10]

Lidská GARTfáze byla krystalizována metodou sedací kapky s difúzí par a zobrazena na Stanfordská synchrotronová radiační laboratoř (SSRL) nejméně dvěma skupinami.[5][11]

Struktura může být popsána dvěma subdoménami, které jsou spojeny sedmivláknovou beta fólií. N-terminální doména se skládá z mononukleotidového záhybu typu Rossman, se čtyřvláknovou částí beta listu obklopenou na každé straně dvěma alfa šroubovicemi. Beta vrstva pokračuje do C terminální domény, kde je na jedné straně pokryta dlouhou alfa šroubovicí a na druhé je částečně vystavena rozpouštědlu. Je to rozštěp mezi dvěma subdoménami, kde leží aktivní místo.[8]

Rozštěp se skládá z vazebného místa GAR a kapsy pro vazbu folátu. Folát vázající kapsa je vymezena rozštěpem vázajícím pteridin, oblastí přenosu formylů a oblastí benzoylglutamátu, které vážou hlavu pteridinu, a ocasem benzoylglutamátu spojeným dusíkem fTHF vázaným na formyl. Tato oblast vázající folát byla předmětem mnoha výzkumů, protože její inhibice malými molekulami vedla k objevu antineoplastických léčiv. Ukázalo se, že smyčka vázající folát mění konformaci v závislosti na pH roztoku a jako taková vykazuje lidská GAR transformyláza nejvyšší aktivitu kolem pH 7,5-8. Podmínky nižšího pH (~ 4,2) mění také konformaci vazebných smyček substrátu (GAR).[11]

Mechanismus

Mechanismus purN GARTfase

GAR transformyláza vodou podporovaný mechanismus navržený Qiao et al

Klein et al nejprve navrhli mechanismus podporovaný molekulou vody. Jedna molekula vody případně udržovaná na místě vodíkovou vazbou s karboxylátovou skupinou perzistentního zbytku Asp144 přenáší protony z GAR-N na THF-N. Nukleofilní dusík na terminální aminoskupině GAR útočí na karbonylový uhlík formylové skupiny na THF a tlačí negativní náboj na kyslík. Klein naznačuje, že His108 stabilizuje přechodový stav vodíkovou vazbou se záporně nabitým kyslíkem a že reformace karbonylové dvojné vazby vede k rozbití THF-N-formyl vazby. Výpočty Qiao et al naznačují, že postupný protonový přenos vody z Gar-N na THF-N je o 80-100 kj / mol příznivější než společný přenos navrhovaný Kleinem. Zobrazený mechanismus navrhuje Qiao a kol., Kteří ve svých výpočtech nepochybně nezohlednili okolní rezidua.[12][13] Velká část časného mapování aktivního místa na GAR TFáze byla stanovena bakteriálním enzymem vzhledem k množství dostupnému z jeho nadměrné exprese v E. coli.[14] Za použití afinitního analogu bromacetyl dideazafolátu James Inglese a kolegové nejprve identifikovali Asp144 jako zbytek aktivního místa pravděpodobně zapojený do mechanismu přenosu formylu.[15]

Mechanismus purT GARTfase

Studie purT varianty GAR transformylázy v E. coli zjistily, že reakce probíhá přes formylfosfátový meziprodukt. Zatímco in vitro reakce může probíhat bez THF, celkově je in vivo reakce stejná.[16]

Zapojení do de novo Biosyntéza purinu

GART katalyzuje třetí krok de novo biosyntéza purinu, tvorba N2-formyl-N1- (5-fosfo-D-ribosyl) glycinamid (fGAR) přidáním formylu k N1- (5-fosfo-D-ribosyl) glycinamid (GAR).[3] V E. coli je enzym purN proteinem 23 kDa[17] ale u lidí je součástí trifunkčního proteinu 110 kDa, který zahrnuje funkce AIRS a GARS.[10] Tento protein katalyzuje tři různé kroky de novo purinová cesta.

Relevance nemoci

Cíl rakoviny

Vzhledem k jejich zvýšené rychlosti růstu a metabolickým požadavkům se rakovinové buňky spoléhají de novo biosyntéza nukleotidů k ​​dosažení nezbytných hladin AMP a GMP.[18] Umět blokovat kterýkoli z kroků de novo purinová dráha by představovala významné snížení růstu nádoru. Byly provedeny studie vazby na substrát[19] a vazebné místo folátu[20] najít inhibitory.

Downův syndrom

GARTfase je podezřelá z souvislosti s Downovým syndromem. Gen kódující lidský trifunkční protein GARS-AIRS-GART se nachází na chromozomu 21q22.1 v kritické oblasti Downova syndromu. Protein je nadměrně exprimován v mozečku během postnatálního vývoje jedinců s Downovým syndromem. Typicky je tento protein nedetekovatelný v mozečku krátce po narození, ale v prenatálním vývoji se vyskytuje ve vysokých úrovních.[6][21]

Viz také

Reference

  1. ^ Hartman SC, Buchanan JM (červenec 1959). "Biosyntéza purinů. XXVI. Identifikace formyl donorů transformylačních reakcí". The Journal of Biological Chemistry. 234 (7): 1812–6. PMID  13672969.
  2. ^ Smith GK, Benkovic PA, Benkovic SJ (červenec 1981). „L (-) - 10-formyltetrahydrofolát je kofaktorem glycinamid ribonukleotidové transformylázy z kuřecích jater“. Biochemie. 20 (14): 4034–6. doi:10.1021 / bi00517a013. PMID  7284307.
  3. ^ A b Warren L, Buchanan JM (prosinec 1957). "Biosyntéza purinů. XIX. 2-Amino-N-ribosylacetamid 5'-fosfát (glycinamid ribotid) transformyláza". The Journal of Biological Chemistry. 229 (2): 613–26. PMID  13502326.
  4. ^ McMurry, J. a Tadhg, B. The Organic Chemistry of Biological Pathways
  5. ^ A b Connelly S, DeMartino JK, Boger DL, Wilson IA (červenec 2013). „Biologické a strukturní hodnocení 10R- a 10S-methylthio-DDACTHF odhaluje novou roli síry v inhibici glycinamid ribonukleotidové transformylázy“. Biochemie. 52 (30): 5133–44. doi:10.1021 / bi4005182. PMC  3823235. PMID  23869564.
  6. ^ A b Banerjee D, Nandagopal K (prosinec 2007). „Potenciální interakce mezi genem GARS-AIRS-GART a transkripčním faktorem CP2 / LBP-1c / LSF u Alzheimerovy choroby související s Downovým syndromem“. Buněčná a molekulární neurobiologie. 27 (8): 1117–26. doi:10.1007 / s10571-007-9217-2. PMID  17902044.
  7. ^ Nygaard P, Smith JM (červen 1993). „Důkazy o nové glycinamid ribonukleotidové transformyláze v Escherichia coli“. Journal of Bacteriology. 175 (11): 3591–7. doi:10.1128 / jb.175.11.3591-3597.1993. PMC  204760. PMID  8501063.
  8. ^ A b Chen P, Schulze-Gahmen U, Stura EA, Inglese J, Johnson DL, Marolewski A, Benkovic SJ, Wilson IA (září 1992). "Krystalová struktura glycinamid ribonukleotidové transformylázy z Escherichia coli v rozlišení 3,0 A. Cílový enzym pro chemoterapii". Journal of Molecular Biology. 227 (1): 283–92. doi:10.1016 / 0022-2836 (92) 90698-j. PMID  1522592.
  9. ^ Zhang, Y., Desharnais, J., Boger, D.L., Wilson, I.A. (2005) „Komplexní struktura lidské GAR Tfázy s kyselinou 10- (trifluoracetyl) -5,10-dideazaacykl-5,6,7,8-tetrahydrofolovou a substrátem beta-GAR.“ Nedokončené. PDB: 1RBY.
  10. ^ A b Welin M, Grossmann JG, Flodin S, Nyman T, Stenmark P, Trésaugues L, Kotenyova T, Johansson I, Nordlund P, Lehtiö L (listopad 2010). „Strukturální studie trifunkční lidské GART“. Výzkum nukleových kyselin. 38 (20): 7308–19. doi:10.1093 / nar / gkq595. PMC  2978367. PMID  20631005.
  11. ^ A b Zhang Y, Desharnais J, Greasley SE, Beardsley GP, Boger DL, Wilson IA (prosinec 2002). "Krystalové struktury lidské GAR Tfázy při nízkém a vysokém pH a se substrátem beta-GAR". Biochemie. 41 (48): 14206–15. doi:10,1021 / bi020522m. PMID  12450384.
  12. ^ Klein C, Chen P, Arevalo JH, Stura EA, Marolewski A, Warren MS, Benkovic SJ, Wilson IA (květen 1995). „Směrem ke konstrukci léku na základě struktury: krystalová struktura komplexu multisubstrátového aduktu glycinamid ribonukleotidové transformylázy při rozlišení 1,96 A“. Journal of Molecular Biology. 249 (1): 153–75. doi:10.1006 / jmbi.1995.0286. PMID  7776369.
  13. ^ Qiao QA, Jin Y, Yang C, Zhang Z, Wang M (prosinec 2005). „Kvantová chemická studie mechanismu inhibitoru glycinamid ribonukleotidové transformylázy: kyselina 10-formyl-5,8,10-trideazafolová“. Biofyzikální chemie. 118 (2–3): 78–83. doi:10.1016 / j.bpc.2005.07.001. PMID  16198047.
  14. ^ Inglese J, Johnson DL, Shiau A, Smith JM, Benkovic SJ (únor 1990). "Subklonování, charakterizace a afinitní značení glyceramid ribonukleotidové transformylázy Escherichia coli". Biochemie. 29 (6): 1436–43. doi:10.1021 / bi00458a014. PMID  2185839.
  15. ^ Inglese J, Smith JM, Benkovic SJ (červenec 1990). "Mapování aktivního místa a místně specifická mutageneze glycinamid ribonukleotidové transformylázy z Escherichia coli". Biochemie. 29 (28): 6678–87. doi:10.1021 / bi00480a018. PMID  2204419.
  16. ^ Marolewski AE, Mattia KM, Warren MS, Benkovic SJ (červen 1997). „Formylfosfát: navrhovaný meziprodukt v reakci katalyzovaný Escherichia coli PurT GAR transformylázou“. Biochemie. 36 (22): 6709–16. doi:10.1021 / bi962961p. PMID  9184151.
  17. ^ Nixon AE, Benkovic SJ (květen 2000). „Zlepšení účinnosti formyl přenosu hybridního enzymu GAR transformylázy“. Proteinové inženýrství. 13 (5): 323–7. doi:10.1093 / protein / 13.5.323. PMID  10835105.
  18. ^ Tong X, Zhao F, Thompson CB (únor 2009). „Molekulární determinanty biosyntézy nukleotidů de novo v rakovinných buňkách“. Aktuální názor na genetiku a vývoj. 19 (1): 32–7. doi:10.1016 / j.gde.2009.01.002. PMC  2707261. PMID  19201187.
  19. ^ Antle VD, Donat N, Hua M, Liao PL, Vince R, Carperelli CA (říjen 1999). "Substrátová specificita lidské glycinamid ribonukleotidové transformylázy". Archivy biochemie a biofyziky. 370 (2): 231–5. doi:10.1006 / abbi.1999.1428. PMID  10577357.
  20. ^ Costi MP, Ferrari S (červen 2001). "Aktualizace cílů antifolátových léků". Aktuální drogové cíle. 2 (2): 135–66. doi:10.2174/1389450013348669. PMID  11469716.
  21. ^ Brodsky G, Barnes T, Bleskan J, Becker L, Cox M, Patterson D (listopad 1997). „Lidský gen GARS-AIRS-GART kóduje dva proteiny, které jsou odlišně exprimovány během vývoje lidského mozku a dočasně nadměrně exprimovány v mozečku jedinců s Downovým syndromem.“. Lidská molekulární genetika. 6 (12): 2043–50. doi:10,1093 / hmg / 6.12.2043. PMID  9328467.

externí odkazy