Гексозаминидаза
| β- N -ацетилгексозаминидаза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
.jpg/1280px-Hexosaminidase_A_(heterodimer,_with_van_der_Waals_interactions).jpg) Гексозаминидаза А (Hex A) | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 3.2.1.52 | ||||||||
| Номер CAS | 9012-33-3 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
Гексозаминидаза ( EC 3.2.1.52, β-ацетиламинодезоксигексозидаза , N-ацетил-β- D - гексозаминидаза , N-ацетил-β-гексозаминидаза , N-ацетил гексозаминидаза , β-гексозаминидаза , β-ацетилгексозаминидиназа , β - D -N-ацетилгексозаминидаза , β-N-ацетил- D -гексозаминидаза , β-N-ацетилглюкозозаминидаза , гексозаминидаза A , N-ацетилгексозаминидаза , β- D -гексозаминидаза ) — фермент, участвующий в гидролизе терминальных остатков N -ацетил- D - гексозамина в N -ацетил-β- D -гексозаминидах. [1] [2] [3] [4]
Повышенный уровень гексозаминидазы в крови и/или моче был предложен в качестве биомаркера рецидива при лечении алкоголизма. [5]
Наследственная неспособность образовывать функциональные ферменты гексозаминидазы является причиной нарушений липидного накопления, болезни Тея-Сакса и болезни Сандхоффа . [6]
Изоферменты и гены
Лизосомальные изоферменты A, B и S
Функциональные лизосомальные β-гексозаминидазные ферменты имеют димерную структуру. Три изофермента производятся путем объединения α и β субъединиц для формирования любого из трех активных димеров: [7]
изофермент гексозаминидазы | состав субъединицы | функция |
|---|---|---|
| А | α/β гетеродимер | единственный изофермент, который может гидролизовать ганглиозид G M2 in vivo |
| Б | β/β гомодимер | существует в тканях, но физиологическая функция неизвестна |
| С | α/α гомодимер | существует в тканях, но физиологическая функция неизвестна |
Субъединицы α и β кодируются отдельными генами, HEXA и HEXB соответственно. β-Гексозаминидаза и кофактор белка-активатора G M2 катализируют деградацию ганглиозидов G M2 и других молекул, содержащих терминальные N -ацетилгексозамины. [8] Генные мутации в HEXB часто приводят к болезни Сандхоффа ; тогда как мутации в HEXA снижают гидролиз ганглиозидов G M2 , что является основной причиной болезни Тея-Сакса . [9]
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Функция
Несмотря на то, что субъединицы α и β лизосомальной гексозаминидазы могут обе расщеплять остатки GalNAc, только субъединица α способна гидролизовать ганглиозиды G M2 из-за ключевого остатка, Arg -424, и петлевой структуры, которая образуется из аминокислотной последовательности в субъединице альфа. Петля в субъединице α, состоящая из Gly -280, Ser -281, Glu -282 и Pro -283, которая отсутствует в субъединице β, служит идеальной структурой для связывания белка-активатора G M2 (G M2 AP), а аргинин необходим для связывания остатка N -ацетилнейраминовой кислоты ганглиозидов G M2 . Белок-активатор G M2 транспортирует ганглиозиды G M2 и представляет липиды гексозаминидазе, поэтому функциональный фермент гексозаминидаза способен гидролизовать ганглиозиды G M2 в ганглиозиды G M3 путем удаления остатка N -ацетилгалактозамина (GalNAc) из ганглиозидов G M2 . [10]
Механизм действия
Комплекс Михаэлиса, состоящий из остатка глутамата , остатка GalNAc на ганглиозиде G M2 и остатка аспартата , приводит к образованию промежуточного иона оксазолиния. Остаток глутамата (α Glu-323/β Glu-355) действует как кислота, отдавая свой водород гликозидному атому кислорода на остатке GalNAc. Остаток аспартата (α Asp-322/β Asp-354) располагает группу C2-ацетамино таким образом, чтобы ее мог атаковать нуклеофил ( атом кислорода N -ацетамидо на углероде 1 субстрата). Остаток аспартата стабилизирует положительный заряд на атоме азота в промежуточном ионе оксазолиния. После образования промежуточного иона оксазолиния вода атакует электрофильный ацетальный углерод. Глутамат действует как основание, депротонируя воду, что приводит к образованию комплекса продукта и ганглиозида G M3 . [10]
Генные мутации, приводящие к болезни Тея-Сакса
Существует множество мутаций, которые приводят к дефициту гексозаминидазы, включая делеции генов, бессмысленные мутации и миссенс-мутации. Болезнь Тея-Сакса возникает, когда гексозаминидаза А теряет свою способность функционировать. Люди с болезнью Тея-Сакса не способны удалить остаток GalNAc из ганглиозида G M2 , и в результате они в конечном итоге хранят в 100-1000 раз больше ганглиозидов G M2 в мозге, чем здоровые люди. Только в случаях болезни Тея-Сакса у младенцев было обнаружено более 100 различных мутаций. [11]
Наиболее распространенная мутация, которая встречается у более чем 80 процентов пациентов с болезнью Тея-Сакса, является результатом добавления четырех пар оснований (TATC) в экзоне 11 гена Hex A. Эта вставка приводит к раннему стоп- кодону , который вызывает дефицит Hex A. [12]
Дети, рожденные с болезнью Тея-Сакса, обычно умирают в возрасте от двух до четырех лет от аспирации и пневмонии . Болезнь Тея-Сакса вызывает церебральную дегенерацию и слепоту. У пациентов также наблюдаются вялые конечности и судороги. В настоящее время не существует излечения или эффективного лечения болезни Тея-Сакса. [11]
NAG-тиазолин, NGT, действует как ингибитор гексозаминидазы A на основе механизма. У пациентов с болезнью Тея-Сакса (неправильно свернутая гексозаминидаза A) NGT действует как молекулярный шаперон, связываясь с активным сайтом гексозаминидазы A, что помогает создать правильно свернутый гексозаминидазу A. Стабильная димерная конформация гексозаминидазы A способна покидать эндоплазматический ретикулум и направляться в лизосому , где она может выполнять деградацию ганглиозидов G M2 . [10] Две субъединицы гексозаминидазы A показаны ниже:
Цитозольные изоферменты C и D
Бифункциональный белок NCOAT ( ядерная цитоплазматическая O -GlcNAcase и цетилтрансфераза ) , кодируемый геном MGEA5 , обладает как гексозаминидазной, так и гистонацетилтрансферазной активностью. [13] NCOAT также известен как гексозаминидаза C [ 14] и имеет отличную субстратную специфичность по сравнению с лизосомальной гексозаминидазой A. [ 15] Однонуклеотидный полиморфизм в гене O-GlcNAcase человека связан с сахарным диабетом 2 типа . [16]
Недавно был идентифицирован четвертый полипептид гексозаминидазы млекопитающих, который был обозначен как гексозаминидаза D ( HEXDC ). [17]
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ссылки
- ^ Cabezas JA (август 1989). «Некоторые комментарии по ссылкам на типы официальной номенклатуры (IUB) для β-N-ацетилглюкозаминидазы, β-N-ацетилгексозаминидазы и β-N-ацетилгалактозаминидазы». Biochem. J . 261 (3): 1059– 60. doi :10.1042/bj2611059b. PMC 1138940 . PMID 2529847.
- ^ Calvo P, Reglero A, Cabezas JA (ноябрь 1978 г.). «Очистка и свойства β-N-ацетилгексозаминидазы из моллюска Helicella ericetorum Müller». Biochem. J . 175 (2): 743– 50. doi :10.1042/bj1750743. PMC 1186125 . PMID 33660.
- ^ Frohwein YZ, Gatt S (сентябрь 1967). "Выделение β- N -ацетилгексозаминидазы, β- N -ацетилглюкозаминидазы и β- N -ацетилгалактозаминидазы из мозга теленка". Биохимия . 6 (9): 2775– 82. doi :10.1021/bi00861a018. PMID 6055190.
- ^ Li SC, Li YT (октябрь 1970 г.). «Исследования гликозидаз бобовой муки. 3. Кристаллизация и свойства β-N-ацетилгексозаминидазы». J. Biol. Chem . 245 (19): 5153– 60. doi : 10.1016/S0021-9258(18)62830-3 . PMID 5506280.
- ^ Allen JP, Sillanaukee P, Strid N, Litten RZ (август 2004 г.). «Биомаркеры сильного пьянства». Национальный институт злоупотребления алкоголем и алкоголизма . Получено 11 июля 2021 г.
- ^ Демчко, Мэтт. «Болезнь Тея-Сакса и болезнь Сандхоффа». Руководство MSD .
- ^ Hou Y, Tse R, Mahuran DJ (апрель 1996 г.). «Прямое определение субстратной специфичности альфа-активного сайта в гетеродимерной бета-гексозаминидазе». Биохимия . 35 (13): 3963– 9. doi :10.1021/bi9524575. PMID 8672428.
- ^ Knapp S, Vocadlo D, Gao Z, Kirk B, Lou J, Withers SG (1996). "NAG-тиазолин, ингибитор N-ацетилбета-гексозаминидазы, который подразумевает участие ацетамидо". J. Am. Chem. Soc . 118 (28): 6804– 6805. doi :10.1021/ja960826u.
- ^ Mark BL, Mahuran DJ, Cherney MM, Zhao D, Knapp S, James MN (апрель 2003 г.). «Кристаллическая структура человеческой β-гексозаминидазы B: понимание молекулярной основы болезней Сандхоффа и Тея–Сакса». J. Mol. Biol . 327 (5): 1093– 109. doi :10.1016/S0022-2836(03)00216-X. PMC 2910754. PMID 12662933 .
- ^ abcdefg Lemieux MJ, Mark BL, Cherney MM, Withers SG, Mahuran DJ, James MN (июнь 2006 г.). «Кристаллографическая структура человеческой β-гексозаминидазы A: интерпретация мутаций Тея-Сакса и утрата гидролиза ганглиозида GM2». J. Mol. Biol . 359 (4): 913– 29. doi :10.1016/j.jmb.2006.04.004. PMC 2910082. PMID 16698036 .
- ^ ab Ozand PT, Nyhan WL, Barshop BA (2005). "Часть тринадцатая. Нарушения липидного накопления: болезнь Тея-Сакса/дефицит гексозаминидазы А". Атлас метаболических заболеваний . Лондон: Hodder Arnold. С. 539–546 . ISBN 0-340-80970-1.
- ^ Boles DJ, Proia RL (март 1995). «Молекулярная основа дефицита мРНК HEXA, вызванного наиболее распространенной мутацией болезни Тея–Сакса». Am. J. Hum. Genet . 56 (3): 716–24 . PMC 1801160. PMID 7887427 .
- ^ Toleman CA, Paterson AJ, Kudlow JE (февраль 2006 г.). «Ацетилтрансфераза гистонов NCOAT содержит мотив типа цинкового пальца, участвующий в распознавании субстрата». J. Biol. Chem . 281 (7): 3918– 25. doi : 10.1074/jbc.M510485200 . PMID 16356930.
- ^ Besley GT, Broadhead DM (апрель 1976 г.). «Исследования человеческой N-ацетил-бета-d-гексозаминидазы C, выделенной из неонатального мозга». Biochem. J . 155 (1): 205– 8. doi :10.1042/bj1550205. PMC 1172820 . PMID 945735.
- ^ Gao Y, Wells L, Comer FI, Parker GJ, Hart GW (март 2001 г.). «Динамическое O-гликозилирование ядерных и цитозольных белков: клонирование и характеристика нейтральной цитозольной бета-N-ацетилглюкозаминидазы из человеческого мозга». J. Biol. Chem . 276 (13): 9838– 45. doi : 10.1074/jbc.M010420200 . PMID 11148210.
- ^ Forsythe ME, Love DC, Lazarus BD, Kim EJ, Prinz WA, Ashwell G, Krause MW, Hanover JA (август 2006 г.). «Caenorhabditis elegans ortholog of a diabetes susceptibility locus: oga-1 (O-GlcNAcase) knockout impacts O-GlcNAc cycles, metabolic, and dauer». Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 103 (32): 11952– 7. Bibcode :2006PNAS..10311952F. doi : 10.1073/pnas.0601931103 . PMC 1567679 . PMID 16882729.
- ^ Gutternigg M, Rendić D, Voglauer R, Iskratsch T, Wilson IB (апрель 2009 г.). «Клетки млекопитающих содержат вторую нуклеоцитоплазматическую гексозаминидазу». Biochem. J . 419 (1): 83– 90. doi :10.1042/BJ20081630. PMC 2850170 . PMID 19040401.
Внешние ссылки
- GeneReviews/NCBI/NIH/UW запись о дефиците гексозаминидазы А, болезни Тея-Сакса
- гексозаминидаза А в рубриках медицинских предметов Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)
- ЕС 3.2.1.52
.jpg){kind=link}
