ТГМ2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Идентификаторы | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Псевдонимы | TGM2 , G-АЛЬФА-h, GNAH, HEL-S-45, TG2, TGC, TG(C), трансглутаминаза 2, G(h), hTG2, tTG | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Внешние идентификаторы | ОМИМ : 190196; МГИ : 98731; Гомологен : 3391; Генные карты : TGM2; ОМА :TGM2 – ортологи | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Викиданные | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Белок-глутамин гамма-глутамилтрансфераза | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | |||||||||
Номер ЕС | 2.3.2.13 | ||||||||
Номер CAS | 80146-85-6 | ||||||||
Базы данных | |||||||||
ИнтЭнз | IntEnz вид | ||||||||
БРЕНДА | запись BRENDA | ||||||||
ExPASy | NiceZyme вид | ||||||||
КЕГГ | запись KEGG | ||||||||
МетаЦик | метаболический путь | ||||||||
ПРИАМ | профиль | ||||||||
Структуры PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
Генная онтология | AmiGO / QuickGO | ||||||||
|
Тканевая трансглутаминаза (сокращенно tTG или TG2 ) — это 78-кДа, кальций-зависимый фермент ( EC 2.3.2.13) семейства протеин-глутаминовых γ-глутамилтрансфераз (или просто семейства трансглутаминаз ). [5] [6] Как и другие трансглутаминазы, она сшивает белки между ε- аминогруппой остатка лизина и γ- карбоксамидной группой остатка глутамина , создавая меж- или внутримолекулярную связь, которая очень устойчива к протеолизу (деградации белка). Помимо своей функции сшивания, tTG катализирует другие типы реакций, включая дезамидирование , связывание/гидролиз ГТФ и изопептидазную активность. [7] В отличие от других членов семейства трансглутаминаз, tTG можно обнаружить как во внутриклеточном, так и во внеклеточном пространстве различных типов тканей, а также во многих различных органах, включая сердце, печень и тонкий кишечник. Внутриклеточный tTG в изобилии содержится в цитозоле, но меньшие количества также можно обнаружить в ядре и митохондриях . [6] Считается, что внутриклеточный tTG играет важную роль в апоптозе . [8] Во внеклеточном пространстве tTG связывается с белками внеклеточного матрикса (ECM), [9] особенно прочно связываясь с фибронектином . [10] Внеклеточный tTG связан с клеточной адгезией, стабилизацией ECM, заживлением ран, рецепторной сигнализацией, клеточной пролиферацией и клеточной подвижностью. [6]
tTG является аутоантигеном при целиакии , пожизненном заболевании, при котором потребление глютена в пище вызывает патологический иммунный ответ, приводящий к воспалению тонкого кишечника и последующей атрофии ворсинок . [11] [12] [13] Он также участвует в патофизиологии многих других заболеваний, включая многие виды рака и нейродегенеративные заболевания. [14]
Ген tTG человека расположен на 20-й хромосоме (20q11.2-q12).
TG2 — многофункциональный фермент, относящийся к трансглутаминазам , катализирующим сшивание белков с помощью эпсилон-(гамма-глутамил)лизиновых изопептидных связей. [15] Подобно другим трансглутаминазам, tTG состоит из сайта связывания GTP/GDP, каталитического домена , двух бета-бочек и бета-сэндвича . [16] Кристаллические структуры TG2 со связанными GDP , GTP или ATP продемонстрировали, что эти формы TG2 принимают «закрытую» конформацию, тогда как TG2 с активным сайтом, занятым ингибирующим пептидным имитатором глютена или другими подобными ингибиторами, принимает «открытую» конформацию. [17] [18] [19] В открытой конформации четыре домена TG2 расположены в расширенной конфигурации, что обеспечивает каталитическую активность, тогда как в закрытой конформации два C-концевых домена свернуты в каталитический основной домен, который включает остаток Cys-277. [20] N -концевой домен показывает только незначительные структурные изменения между двумя различными конформациями. [21]
Каталитический механизм сшивания в человеческом tTG включает тиоловую группу из остатка Cys в активном центре tTG. [6] Тиоловая группа атакует карбоксамид остатка глутамина на поверхности белкового или пептидного субстрата, высвобождая аммиак и образуя промежуточный тиоэфир . Затем промежуточный тиоэфир может быть атакован поверхностным амином второго субстрата (обычно из остатка лизина ). Конечным продуктом реакции является стабильная изопептидная связь между двумя субстратами (т. е. сшивание). Альтернативно, промежуточный тиоэфир может быть гидролизован, что приводит к чистому превращению остатка глутамина в глутаминовую кислоту (т. е. дезамидированию). [6] Дезамидирование остатков глутамина, катализируемое tTG, как полагают, связано с патологическим иммунным ответом на глютен при целиакии. [12] Схема реакций сшивания и дезамидирования представлена на рисунке 1.
Экспрессия tTG регулируется на уровне транскрипции в зависимости от сложных сигнальных каскадов . После синтеза большая часть белка обнаруживается в цитоплазме, плазматической мембране и внеклеточном матриксе, но небольшая часть транслоцируется в ядро , где участвует в контроле собственной экспрессии посредством регуляции факторов транскрипции . [22]
Сшивающая активность tTG требует связывания ионов Ca 2+ . [23] Несколько ионов Ca 2+ могут связываться с одной молекулой tTG. [6] В частности, tTG связывает до 6 ионов кальция в 5 различных сайтах связывания. Мутации в этих сайтах связывания, вызывающие более низкое сродство к кальцию, снижают активность трансглутаминазы фермента. [14] Напротив, связывание одной молекулы GTP или GDP ингибирует сшивающую активность фермента. [23] Таким образом, внутриклеточный tTG в основном неактивен из-за относительно высокой концентрации GTP/GDP и низкого уровня кальция внутри клетки. [6] [12] Хотя ожидается, что внеклеточный tTG будет активным из-за низкой концентрации гуаниновых нуклеотидов и высокого уровня кальция во внеклеточном пространстве, данные показали, что внеклеточный tTG в основном неактивен. [6] [12] [23] Недавние исследования показывают, что внеклеточный tTG остается неактивным за счет образования дисульфидной связи между двумя соседними остатками цистеина , а именно Cys 370 и Cys 371. [24] Когда образуется эта дисульфидная связь, фермент остается в открытом состоянии, но становится каталитически неактивным. [24] Окисление/восстановление дисульфидной связи служит третьим аллостерическим регуляторным механизмом (наряду с GTP/GDP и Ca 2+ ) для активации tTG. [12] Было показано, что тиоредоксин -1 активирует внеклеточный tTG путем восстановления дисульфидной связи. [23] Другая дисульфидная связь может образовываться в tTG между остатками Cys-230 и Cys-370. Хотя эта связь не существует в нативном состоянии фермента, она появляется, когда фермент инактивируется посредством окисления. [20] Присутствие кальция защищает от образования обеих дисульфидных связей, тем самым делая фермент более устойчивым к окислению. [20]
Недавние исследования показали, что интерферон-γ может служить активатором внеклеточного tTG в тонком кишечнике; эти исследования имеют прямое отношение к патогенезу целиакии. [12] Было показано, что активация tTG сопровождается большими конформационными изменениями, переходя от компактной (неактивной) к расширенной (активной) конформации. (см. Рисунок 3) [23] [25] [26]
Во внеклеточном матриксе TG2 «выключен», в первую очередь из-за окислительной активности белка эндоплазматического ретикулума 57 (ERp57). [24] Таким образом, tTG аллостерически регулируется двумя отдельными белками, Erp57 и TRX-1. [24] (См. рисунок 4).
tTG экспрессируется повсеместно и присутствует в различных клеточных компартментах, таких как цитозоль, ядро и плазматическая мембрана. [14] Для активности трансамидирования ему требуется кальций в качестве кофактора. Транскрипция усиливается ретиноевой кислотой . Среди его многочисленных предполагаемых функций, по-видимому, он играет роль в заживлении ран , апоптозе и развитии внеклеточного матрикса [11], а также в дифференциации и адгезии клеток . [14] Было отмечено, что tTG может иметь совершенно разную активность в разных типах клеток. Например, в нейронах tTG поддерживает выживание клеток, подвергшихся травме, тогда как в астроцитах отключение экспрессии гена для tTG полезно для выживания клеток. [27]
Считается, что tTG участвует в регуляции цитоскелета путем сшивания различных цитоскелетных белков, включая миозин, актин и спектрин . [28] Имеются данные, что внутриклеточный tTG сшивает себя с миозином. Также считается, что tTG может стабилизировать структуру умирающих клеток во время апоптоза путем полимеризации компонентов цитоскелета, тем самым предотвращая утечку клеточного содержимого во внеклеточное пространство. [7]
tTG также обладает ГТФазной активностью: [5] Предполагается, что в присутствии ГТФ он функционирует как G-белок, участвующий в сигнальных процессах. [29] Предполагается, что помимо своей трансглутаминазной активности, tTG также действует как киназа, [30] и протеиндисульфидизомераза, [31] и деамидаза. [32] Последняя активность важна для дезамидирования пептидов глиадина, таким образом, играя важную роль в патологии целиакии .
tTG также проявляет активность PDI (протеиндисульфидизомеразы). [33] [34] Благодаря своей активности PDI, tTG играет важную роль в регуляции протеостаза , катализируя тримеризацию HSF1 (фактора теплового шока 1) и, таким образом, реакцию организма на тепловой шок. При отсутствии tTG реакция на тепловой шок нарушается, поскольку необходимый тример не образуется. [34]
tTG является наиболее полно изученной трансглутаминазой и связана со многими заболеваниями. Однако ни одно из этих заболеваний не связано с дефицитом фермента. Действительно, до сих пор ни одно заболевание не было связано с отсутствием активности tTG, и это было подтверждено путем исследования мышей с нокаутом tTG. [35]
tTG наиболее известен своей связью с целиакией . [13] Впервые он был связан с целиакией в 1997 году, когда было обнаружено, что фермент является антигеном, распознаваемым антителами, специфичными для целиакии. [35] Антитела к трансглутаминазе приводят к форме чувствительности к глютену , при которой клеточный ответ на глютены Triticeae , которые сшиты с tTG, способны стимулировать специфичные для трансглутаминазы реакции B-клеток , которые в конечном итоге приводят к выработке антител IgA и IgG к трансглутаминазе. [36] [37] tTG специфически дезамидирует остатки глутамина , создавая эпитопы, которые увеличивают сродство связывания пептида глютена с антигенпрезентирующими Т-клетками , инициируя адаптивный иммунный ответ. [35]
Недавние исследования показывают, что tTG также играет роль в воспалении и биологии опухолей. [11] Экспрессия tTG повышена в нескольких типах раковых клеток и связана с лекарственной устойчивостью и метастазами из-за его способности способствовать мезенхимальному переходу и свойствам, подобным свойствам стволовых клеток. В своей связанной с ГТФ форме tTG способствует выживанию раковых клеток и, по-видимому, является драйвером рака. tTG повышается в раковых клетках и тканях при многих типах рака, включая лейкемию , рак молочной железы , рак простаты , рак поджелудочной железы и рак шейки матки . Более высокая экспрессия tTG также коррелирует с более частыми случаями метастазирования , устойчивостью к химиотерапии , более низкими показателями выживаемости и в целом плохим прогнозом. Раковые клетки можно убить, увеличив уровень кальция за счет активации активности переамидирования tTG. Доклинические испытания показали многообещающие результаты в использовании ингибиторов tTG в качестве противораковых терапевтических средств. [38] Однако другие исследования [33] отметили, что активность переамидирования тТГ может быть связана с ингибированием инвазивности опухолевых клеток.
Считается, что tTG способствует развитию нескольких нейродегенеративных расстройств, включая болезни Альцгеймера , Паркинсона и Хантингтона, влияя на транскрипцию, дифференциацию, миграцию и адгезию. [39] [40] Такие неврологические заболевания характеризуются отчасти аномальной агрегацией белков из-за повышенной активности сшивания белков в пораженном мозге. [41] Кроме того, было обнаружено, что специфические белки, связанные с этими расстройствами, являются субстратами tTG in vivo и in vitro. [7] Хотя tTG повышается в областях мозга, пораженных болезнью Хантингтона, недавнее исследование показало, что повышение уровня tTG не влияет на начало и/или прогрессирование заболевания у мышей. [42] Недавние исследования показывают, что tTG может не участвовать в болезни Альцгеймера, поскольку исследования показывают, что он связан с лизисом эритроцитов и является следствием заболевания, а не причиной.
tTG также был связан с патогенезом фиброза в различных органах, включая легкие и почки . В частности, при фиброзе почек tTG способствует стабилизации и накоплению ECM, влияя на активность TGF бета . [16]
Серология на антитела к tTG заменила старые серологические тесты (анти-эндомизий, анти-глиадин и анти-ретикулин) и имеет высокую чувствительность (99%) и специфичность (>90%) для выявления целиакии. Современные анализы на антитела к tTG основаны на человеческом рекомбинантном белке в качестве антигена. [43]
Использование tTG в качестве хирургического клея все еще является экспериментальным. Он также изучается как ослабитель метастазов в некоторых опухолях. [11] tTG показывает многообещающие результаты в качестве потенциальной терапевтической цели для лечения сердечного фиброза , благодаря активности высокоселективного ингибитора tTG . [44] Также было показано, что ингибиторы tTG подавляют образование токсических включений, связанных с нейродегенеративными заболеваниями. [45] Это указывает на то, что ингибиторы tTG также могут служить инструментом для смягчения прогрессирования заболеваний мозга, связанных с tTG. [45]
TG2 участвует как в ферментативных, так и в неферментативных взаимодействиях . Ферментативные взаимодействия образуются между TG2 и его субстратными белками, содержащими донорные группы глутамина и лизиновые донорные группы в присутствии кальция . Известно, что субстраты TG2 влияют на активность TG2, что позволяет ему впоследствии выполнять разнообразные биологические функции в клетке. Однако важность неферментативных взаимодействий в регуляции активности TG2 еще предстоит выявить. Недавние исследования показывают, что неферментативные взаимодействия играют физиологическую роль и обеспечивают разнообразные функции TG2 в зависимости от контекста. [46]
Мутантные аллели мыши для Tgm2 | |
---|---|
Символ маркера для гена мыши. Этот символ присваивается геномному локусу MGI | Тгм2 |
Мутантные клоны эмбриональных стволовых клеток мыши. Это известные целевые мутации для этого гена у мыши. | Tgm2tm1a(КОМП)Wtsi |
Пример структуры целевого условного мутантного аллеля для этого гена | |
Эти мутантные ES-клетки можно изучать напрямую или использовать для создания мышей с этим нокаутированным геном. Изучение этих мышей может пролить свет на функцию Tgm2: см. Нокаутированная мышь |
Белок эндоплазматического ретикулума 57 (Erp57) представляет собой молекулу- шаперон , участвующую в загрузке пептида на молекулы MHC класса I в эндоплазматическом ретикулуме .
Трансглутаминаза 2 (TG2) — это повсеместно экспрессируемый (как внутриклеточный, так и внеклеточный) белок с несколькими способами посттрансляционной регуляции , включая аллостерическую дисульфидную связь между Cys-370-Cys-371, которая делает фермент неактивным во внеклеточном матриксе. [24]
Белок 57, резидентный в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР) (ERp57), белок в ЭР, который способствует сворачиванию зарождающихся белков и также присутствует во внеклеточной среде, имеет клеточные и биохимические характеристики для инактивации TG2. Мы обнаружили, что ERp57 колокализуется с внеклеточным TG2 в культивируемых эндотелиальных клетках пупочной вены человека (HUVEC). ERp57 окислял TG2 с константой скорости, которая была в 400-2000 раз выше, чем у вышеупомянутых малых молекул-оксидантов. Более того, его специфичность к TG2 также была заметно выше, чем у других секретируемых окислительно-восстановительных белков, включая протеиндисульфидизомеразу (PDI), ERp72, TRX и сульфгидрилоксидазу квиесцина 1 (QSOX1).
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )