C-5 стерол десатураза

C-5 стерол десатураза (также известная как стерол C-5 десатураза и C5SD ) является ферментом, который высококонсервативен среди эукариот и катализирует дегидрогенизацию связи C-5(6) в стероловом промежуточном соединении как шаг в биосинтезе основных стеролов. Точная структура субстрата фермента варьируется в зависимости от вида. Например, человеческая C-5 стерол десатураза (также известная как латостерол оксидаза ) окисляет латостерол , в то время как ее ортолог ERG3 в дрожжах Saccharomyces cerevisiae окисляет эпистерол . ^{[1] [2]}

C-5 стеролдесатураза связывает окисление стерола с окислением NAD(P)H и восстановлением молекулярного кислорода. ^[2] Можно использовать как NADH , так и NADPH ; в модельном виде растений Arabidopsis thaliana C-5 стеролдесатураза катализирует реакцию в два раза быстрее с NADH, тогда как в S. cerevisiae фермент имеет небольшое предпочтение. ^{[1] [4]} Считается, что точные детали реакции различаются у млекопитающих и дрожжей. ^[1] Однако ферменты действительно разделяют консервативный кластер остатков гистидина, который при мутации (у A. thaliana ) резко снижает или устраняет активность фермента, что предполагает участие координированного катиона железа в механизме. ^[4] Исследования мутагенеза показывают, что в A. thaliana треонин 114 (который является серином у людей, мышей и дрожжей) может помочь стабилизировать комплекс фермент-субстрат. ^[4] Райер предложил механизм реакции, в котором координированный железом кислород отрывает водород от субстрата, что приводит к образованию радикального промежуточного соединения. ^[5]

C-5 стерол десатураза катализирует промежуточный этап в синтезе основных стеролов. Конкретный биосинтетический путь варьируется у разных эукариот. У животных C5SD катализирует дегидратацию латостерола до 7-дегидрохолестерола, что является этапом в синтезе холестерина . ^[6] Холестерол выполняет множество функций в клетке, включая модуляцию текучести мембраны, выступая в качестве предшественника стероидных гормонов. ^[6] У грибов C5SD катализирует дегидратацию эпистерола как этап в синтезе эргостерола , стерола, который регулирует текучесть и проницаемость клеточной мембраны. ^{[1] [7]} У растений, таких как Arabidopsis thaliana , C-5 стерол десатураза катализирует дегидрогенизацию эпистерола и авенастерола в пути, который, как полагают, приводит к образованию различных мембранных компонентов, а также класса гормонов, называемых брассиностероидами . ^[8]

На основании своего аминокислотного профиля C-5 стеролдесатураза, по-видимому, имеет от четырех до пяти мембранных областей, что позволяет предположить, что это трансмембранный белок . ^[9] Активность C5SD была продемонстрирована в микросомах из тканей крысы, что подразумевает, что фермент крысы локализуется в эндоплазматическом ретикулуме. ^{[10] [11] Эксперименты} с флуоресцентной микроскопией показали, что у инфузорий Tetrahymena thermophila C5SD локализуется в эндоплазматическом ретикулуме, а у S. cerevisiae C5SD локализуется как в эндоплазматическом ретикулуме, так и в везикулах . ^{[12] [13]} У Arabidopsis thaliana C5SD локализуется как в эндоплазматическом ретикулуме, так и в липидных частицах. ^[14]

Распространенный класс противогрибковых препаратов, известных как азолы, нарушает путь биосинтеза грибковых стеролов, выше C-5 стеролдесатуразы, что приводит к накоплению нетоксичных 14α-метилированных стеролов. Затем C5SD преобразует эти промежуточные продукты в токсичный продукт. Следовательно, как у патогенного грибка Candida albicans , так и у модельного организма S. cerevisiae мутации в гене, кодирующем C-5 стеролдесатуразу ( ERG3 ), позволяют клетке избегать синтеза токсичных стероловых продуктов и, как было показано, вызывают устойчивость к азолам . ^{[15] [16]} По крайней мере в случае флуконазола, устойчивость к противогрибковым препаратам из-за инактивации C5SD зависит от активности шаперонного белка Hsp90 и фосфатазы кальциневрина . ^{[17] [18]} Однако клиническая значимость этого механизма резистентности к азолу является спорной, поскольку, хотя удаление ERG3 само по себе придает устойчивость к флуконазолу C. albicans in vitro , этого недостаточно для придания устойчивости к флуконазолу в живой мышиной модели. ^[19]

По крайней мере у одного пациента дефицит активности стеролдесатуразы C-5 (называемый латостеролезом ) был связан с множественными пороками развития, задержкой металлов и заболеванием печени. ^[9] У этого пациента также были обнаружены низкие уровни холестерина в крови и высокие уровни латостерола в клеточных мембранах по сравнению со здоровыми контрольными субъектами. Эти симптомы напоминают симптомы других дефектов синтеза холестерина, таких как синдром Смита-Лемли-Опица . ^{[9] [20]}

Ученые обнаружили, что растения томатов, модифицированные с помощью C-5 стеролдесатуразы из гриба Flammulina velutipes, демонстрируют улучшенную засухоустойчивость и устойчивость к грибковым патогенам, а также повышенное содержание железа и полиненасыщенных жиров. ^[21] Авторы исследования предполагают, что грибковый фермент может быть полезным инструментом для биотехнологии растений, поскольку улучшение нескольких аспектов урожая обычно требует много времени и труда.