Protein disulfid-izomeráza - Protein disulfide-isomerase

Protein disulfid-izomeráza
PDB 1bjx EBI.jpg
Strukturální obraz lidské disulfidové isomerázy (PDB 1BJX)
Identifikátory
Symbol?
InterProIPR005792
Protein disulfid-izomeráza
Identifikátory
EC číslo5.3.4.1
Číslo CAS37318-49-3
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO
rodina disulfidové isomerázy proteinů A, člen 2
Identifikátory
SymbolPDIA2
Alt. symbolyPDIP
Gen NCBI64714
HGNC14180
OMIM608012
RefSeqNM_006849
UniProtQ13087
Další údaje
MístoChr. 16 p13.3
rodina disulfidové isomerázy proteinů A, člen 3
Identifikátory
SymbolPDIA3
Alt. symbolyGRP58
Gen NCBI2923
HGNC4606
OMIM602046
RefSeqNM_005313
UniProtP30101
Další údaje
MístoChr. 15 q15
rodina disulfidové isomerázy proteinů A, člen 4
Identifikátory
SymbolPDIA4
Gen NCBI9601
HGNC30167
RefSeqNM_004911
UniProtP13667
Další údaje
MístoChr. 7 q35
rodina disulfidové isomerázy proteinů A, člen 5
Identifikátory
SymbolPDIA5
Gen NCBI10954
HGNC24811
RefSeqNM_006810
UniProtQ14554
Další údaje
EC číslo5.3.4.1
MístoChr. 3 q21.1
rodina disulfidové isomerázy proteinů A, člen 6
Identifikátory
SymbolPDIA6
Alt. symbolyTXNDC7
Gen NCBI10130
HGNC30168
RefSeqNM_005742
UniProtQ15084
Další údaje
MístoChr. 2 p25.1

Protein disulfid izomeráza, nebo PDI, je enzym v endoplazmatické retikulum (ER) v eukaryoty a periplazma bakterií, které katalyzují tvorbu a rozbití disulfidové vazby mezi cystein zbytky uvnitř bílkoviny jak se skládají.[1][2][3] To umožňuje proteinům rychle najít správné uspořádání disulfidových vazeb v plně složeném stavu, a proto enzym působí tak, že katalyzuje skládání bílkovin.

Struktura

Protein disulfid-izomeráza má dva katalytické thioredoxin -jako domén (aktivní místa), z nichž každá obsahuje kanonický motiv CGHC, a dvě nekatalytické domény.[4][5][6] Tato struktura je podobná struktuře enzymů odpovědných za oxidační skládání v intermembránovém prostoru mitochondrií; příkladem je mitochondriální IMS import a montáž (Mia40), který má 2 katalytické domény, které obsahují CX9C, který je podobný doméně CGHC PDI.[7] Bakteriální DsbA, odpovědný za oxidační skládání, má také doménu thioredoxinu CXXC.[8]

Primární struktura protein disulfid izomerázy se sekvencí domén

Funkce

Skládání bílkovin

Zobrazí se PDI oxidoreduktáza a izomeráza vlastnosti, které oba závisí na typu substrátu, který se váže na protein disulfid-izomerázu a na změnách redoxního stavu protein disulfid-izomerázy.[4] Tyto typy aktivit umožňují oxidační skládání proteinů. Oxidační skládání zahrnuje oxidaci redukovaných cysteinových zbytků rodících se proteinů; při oxidaci těchto cysteinových zbytků se tvoří disulfidové můstky, které stabilizují proteiny a umožňují přirozené struktury (zejména terciární a kvartérní struktury).[4]

Pravidelný oxidační skládací mechanismus a dráha

PDI je konkrétně zodpovědný za skládání proteinů v ER.[6] V rozloženém proteinu tvoří cysteinový zbytek smíšený disulfid s cysteinovým zbytkem v aktivním místě (motiv CGHC) protein disulfid-izomerázy. Druhý cysteinový zbytek pak tvoří stabilní disulfidový můstek uvnitř Podklad, přičemž dva cysteinové zbytky aktivního místa protein disulfid-izomerázy jsou v redukovaném stavu.[4]

PDIA1

Poté lze PDI regenerovat do oxidované formy v endoplazmatické retikulum přenosem elektronů na reoxidující proteiny, jako je ER oxidoreduktin 1 (Ero 1), VKOR (epoxidreduktáza vitaminu K), glutathionperoxidáza (Gpx7 / 8) a PrxIV (peroxiredoxin IV).[4][9][10][6] Ero1 je považován za hlavní reoxidační protein PDI a cesta reoxidace PDI pro Ero1 je chápána lépe než u jiných proteinů.[10] Ero1 přijímá elektrony z PDI a tyto elektrony daruje molekulám kyslíku v ER, což vede k tvorbě peroxidu vodíku.[10]

Špatně složený proteinový mechanismus

Redukovaná (dithiolová) forma disulfid-izomerázy proteinu je schopna katalyzovat redukci nesprávně vytvořeného disulfidového můstku substrátu buď aktivitou reduktázy nebo aktivitou izomerázy.[11] U metody reduktázy se nesprávně složená disulfidová vazba substrátu převádí na pár redukovaných cysteinových zbytků přenosem elektronů z glutathionu a NADPH. Poté dochází k normálnímu skládání s tvorbou oxidativní disulfidové vazby mezi správnými páry substrátových cysteinových zbytků, což vede ke správně složenému proteinu. Pro izomerázovou metodu je poblíž molekuly katalyzováno intramolekulární přeskupení funkčních skupin substrátu N konec každého aktivního webu.[4] Proto je protein disulfid-izomeráza schopný katalyzovat posttranslační modifikace disulfidová výměna.

Redoxní signalizace

V chloroplasty jednobuněčné řasy Chlamydomonas reinhardtii protein disulfid-izomeráza RB60 slouží jako redox senzorová složka mProtein vázající RNA komplex zapletený do fotoregulace translace psbA, RNA kódující jádrový protein D1 fotosystému II. Bylo také navrženo, aby protein disulfid-izomeráza hrála roli při tvorbě regulačních disulfidových vazeb v chloroplastech.[12]

Další funkce

Imunitní systém

Protein disulfid-izomeráza pomáhá při nakládání antigenní peptidy do MHC třída I molekuly. Tyto molekuly (MHC I) souvisí s peptidovou prezentací pomocí buňky prezentující antigen v imunitní odpověď.

Bylo zjištěno, že protein-disulfid-izomeráza se účastní rozbíjení vazeb na HIV gp120 bílkoviny během infekce HIV HIV CD4 pozitivních buněk a je vyžadován pro infekci HIV HIV lymfocyty a monocyty.[13] Některé studie prokázaly, že je k dispozici pro infekci HIV na povrchu buňky seskupené kolem proteinu CD4. Přesto protichůdné studie ukázaly, že není k dispozici na buněčném povrchu, ale místo toho se nachází ve významném množství v krevní plazmě.

Činnost spolupracovníka

Další hlavní funkce protein disulfid-izomerázy souvisí s její aktivitou jako a garde; jeho doména b 'pomáhá při vazbě špatně poskládané protein pro další degradace.[4] To je regulováno třemi membránovými proteiny ER, proteinkinázovou RNA podobnou endoplazmatickou retikulární kinázou (PERK), kinázou 1 vyžadující inositol (IRE1) a aktivujícím transkripčním faktorem 6 (ATF6).[4][14] Reagují na vysokou hladinu nesprávně složených proteinů v ER prostřednictvím intracelulárních signálních kaskád, které mohou aktivovat chaperonovou aktivitu PDI.[4] Tyto signály mohou také deaktivovat překlad těchto špatně složených proteinů, protože kaskáda cestuje z ER do jádra.[4]

Testy aktivity

Stanovení zákalu inzulínu: protein disulfid-izomeráza rozbíjí dvě disulfidové vazby mezi dvěma inzulín (a a b) řetězce, které vedou ke srážení b řetězce. Toto srážení lze monitorovat při 650 nm, což se nepřímo používá ke sledování aktivity disulfid-izomerázy proteinu.[15] Citlivost tohoto testu je v mikromolárním rozsahu.

Stanovení ScRNase: protein disulfid-izomeráza převádí míchané (neaktivní) RNáza na nativní (aktivní) RNázu, která dále působí na svůj substrát.[16] Citlivost je v mikromolárním rozsahu.

Stanovení Di-E-GSSG: To je fluorometrický test který dokáže detekovat pikomolární množství protein disulfid-izomerázy, a proto je dosud nejcitlivějším testem pro detekci aktivity protein disulfid-izomerázy.[17] Di-E-GSSG má dva eosin molekuly připojené k oxidaci glutathion (GSSG). Blízkost molekul eosinu vede k kalení jeho fluorescence. Po rozbití disulfidové vazby proteinovou disulfid-izomerázou se však fluorescence zvýší 70krát.

Stres a inhibice

Účinky nitrosativního stresu

Redoxní dysregulace vede ke zvýšení nitrosativní stres v endoplazmatickém retikulu. Takové nepříznivé změny v normálním buněčném prostředí vnímavých buněk, jako jsou neurony, vedou k nefunkčním enzymům obsahujícím thiol.[14] Přesněji, protein disulfid-izomeráza již nemůže fixovat nesprávně složené proteiny, jakmile má její thiolová skupina ve svém aktivním místě k sobě připojenou skupinu oxidu dusnatého; v důsledku toho dochází k akumulaci nesprávně složených proteinů v neuronech, což souvisí s vývojem neurodegenerativních onemocnění, jako je Alzheimerova choroba a Parkinsonova choroba.[4][14]

Inhibice

Vzhledem k roli protein disulfid-izomerázy v řadě chorobných stavů byly vyvinuty malé molekulové inhibitory protein disulfid-izomerázy. Tyto molekuly mohou nenávratně cílit na aktivní místo protein disulfid-izomerázy[18] nebo reverzibilně.[19]

Ukázalo se, že aktivita bílkoviny disulfid-izomerázy je inhibována červeným vínem a hroznovou šťávou, což by mohlo být vysvětlením Francouzský paradox.[20]

Členové

Lidské geny kódující protein disulfidové izomerázy zahrnují:[3][21][22]

Reference

  1. ^ Wilkinson B, Gilbert HF (červen 2004). "Protein disulfid isomerase". Biochimica et Biophysica Acta. 1699 (1–2): 35–44. doi:10.1016 / j.bbapap.2004.02.017. PMID  15158710.
  2. ^ Gruber CW, Cemazar M, Heras B, Martin JL, Craik DJ (srpen 2006). "Protein disulfid izomeráza: struktura oxidačního skládání". Trendy v biochemických vědách. 31 (8): 455–64. doi:10.1016 / j.tibs.2006.06.001. PMID  16815710.
  3. ^ A b Galligan JJ, Petersen DR (červenec 2012). "Rodina genů lidského disulfidového izomerázy". Lidská genomika. 6 (1): 6. doi:10.1186/1479-7364-6-6. PMC  3500226. PMID  23245351.
  4. ^ A b C d E F G h i j k Perri ER, Thomas CJ, Parakh S, Spencer DM, Atkin JD (2016). „Rozvinutá proteinová odpověď a role protein disulfid izomerázy v neurodegeneraci“. Hranice v buněčné a vývojové biologii. 3: 80. doi:10.3389 / fcell.2015.00080. PMC  4705227. PMID  26779479.
  5. ^ Bechtel TJ, Weerapana E (březen 2017). „Od struktury k redoxu: Různé funkční role disulfidů a důsledky pro nemoci“. Proteomika. 17 (6): n / a. doi:10.1002 / pmic.201600391. PMC  5367942. PMID  28044432.
  6. ^ A b C Soares Moretti AI, Martins Laurindo FR (březen 2017). „Protein disulfid izomerázy: Redoxní spojení do a z endoplazmatického retikula“. Archivy biochemie a biofyziky. Chemie redoxní signalizace. 617: 106–119. doi:10.1016 / j.abb.2016.11.007. PMID  27889386.
  7. ^ Erdogan AJ, Riemer J (leden 2017). "Mitochondriální disulfidové relé a jeho substráty: mechanismy ve zdraví a nemoci". Výzkum buněk a tkání. 367 (1): 59–72. doi:10.1007 / s00441-016-2481-z. PMID  27543052. S2CID  35346837.
  8. ^ Hu SH, Peek JA, Rattigan E, Taylor RK, Martin JL (duben 1997). "Struktura TcpG, katalyzátoru skládání proteinu DsbA z Vibrio cholerae". Journal of Molecular Biology. 268 (1): 137–46. doi:10.1006 / jmbi.1997.0940. PMID  9149147.
  9. ^ Manganas P, MacPherson L, Tokatlidis K (leden 2017). „Biogeneze oxidačního proteinu a redoxní regulace v mitochondriálním mezimembránovém prostoru“. Výzkum buněk a tkání. 367 (1): 43–57. doi:10.1007 / s00441-016-2488-5. PMC  5203823. PMID  27632163.
  10. ^ A b C Oka OB, Yeoh HY, Bulleid NJ (červenec 2015). „Výměna thiol-disulfidu mezi rodinou PDI oxidoreduktáz vylučuje požadavek na oxidázu nebo reduktázu pro každý enzym.“. The Biochemical Journal. 469 (2): 279–88. doi:10.1042 / bj20141423. PMC  4613490. PMID  25989104.
  11. ^ Hatahet F, Ruddock LW (říjen 2007). "Rozpoznávání substrátu proteinovými disulfidovými izomerázami". FEBS Journal. 274 (20): 5223–34. doi:10.1111 / j.1742-4658.2007.06058.x. PMID  17892489. S2CID  9455925.
  12. ^ Wittenberg G, Danon A (2008). "Tvorba disulfidové vazby v chloroplastech". Plant Science. 175 (4): 459–466. doi:10.1016 / j.plantsci.2008.05.011.
  13. ^ Ryser HJ, Flückiger R (srpen 2005). "Pokrok v cílení vstupu HIV-1". Objev drog dnes. 10 (16): 1085–94. doi:10.1016 / S1359-6446 (05) 03550-6. PMID  16182193.
  14. ^ A b C McBean GJ, López MG, Wallner FK (červen 2017). „Redoxní terapeutika v neurodegenerativním onemocnění“. British Journal of Pharmacology. 174 (12): 1750–1770. doi:10.1111 / bph.13551. PMC  5446580. PMID  27477685.
  15. ^ Lundström J, Holmgren A (červen 1990). „Protein disulfid-izomeráza je substrátem pro thioredoxin reduktázu a má aktivitu podobnou thioredoxinu.“ The Journal of Biological Chemistry. 265 (16): 9114–20. PMID  2188973.
  16. ^ Lyles MM, Gilbert HF (leden 1991). „Katalýza oxidačního skládání ribonukleázy A proteinovou disulfidovou izomerázou: závislost rychlosti na složení redoxního pufru“. Biochemie. 30 (3): 613–9. doi:10.1021 / bi00217a004. PMID  1988050.
  17. ^ Raturi A, Mutus B (červenec 2007). "Charakterizace redoxního stavu a reduktázové aktivity protein disulfid izomerázy v různých redoxních prostředích pomocí citlivého fluorescenčního testu". Radikální biologie a medicína zdarma. 43 (1): 62–70. doi:10.1016 / j.freeradbiomed.2007.03.025. PMID  17561094.
  18. ^ Hoffstrom BG, Kaplan A, Letso R, Schmid RS, Turmel GJ, Lo DC, Stockwell BR (prosinec 2010). „Inhibitory protein disulfid izomerázy potlačují apoptózu vyvolanou nesprávně složenými proteiny“. Přírodní chemická biologie. 6 (12): 900–6. doi:10.1038 / nchembio.467. PMC  3018711. PMID  21079601.
  19. ^ Kaplan A, Gaschler MM, Dunn DE, Colligan R, Brown LM, Palmer AG, Lo DC, Stockwell BR (duben 2015). „Oxidace proteinové disulfidové izomerázy indukovaná malými molekulami je neuroprotektivní“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 112 (17): E2245-52. Bibcode:2015PNAS..112E2245K. doi:10.1073 / pnas.1500439112. PMC  4418888. PMID  25848045.
  20. ^ Galinski CN, Zwicker JI, Kennedy DR (leden 2016). „Přehodnocení mechanického základu francouzského paradoxu: Červené víno inhibuje aktivitu protein disulfid izomerázy in vitro“. Výzkum trombózy. 137: 169–173. doi:10.1016 / j.thromres.2015.11.003. PMC  4706467. PMID  26585763.
  21. ^ Ellgaard L, Ruddock LW (leden 2005). „Rodina lidského disulfidového izomerázy: interakce substrátu a funkční vlastnosti“. Zprávy EMBO. 6 (1): 28–32. doi:10.1038 / sj.embor.7400311. PMC  1299221. PMID  15643448.
  22. ^ Appenzeller-Herzog C, Ellgaard L (duben 2008). „Rodina lidských PDI: univerzálnost zabalená do jediného záhybu“. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - výzkum molekulárních buněk. 1783 (4): 535–48. doi:10.1016 / j.bbamcr.2007.11.010. PMID  18093543.

externí odkazy