FOLH1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Идентификаторы | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Псевдонимы | FOLH1 , FGCP, FOLH, GCP2, GCPII, NAALAD1, NAALAdase, PSM, PSMA, mGCP, фолатгидролаза (простатический специфический мембранный антиген) 1, фолатгидролаза 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Внешние идентификаторы | ОМИМ : 600934; МГИ : 1858193; гомологен : 136782; GeneCards : FOLH1; OMA :FOLH1 – ортологи | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Викиданные | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
молекула ТАГ | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | |||||||||
Номер ЕС | 3.4.17.21 | ||||||||
Номер CAS | 111070-04-3 | ||||||||
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 | ||||||||
|
Молекула TAH , также известная как N -ацетил- L -аспартил- L -глутаматпептидаза I (NAALADase I), пептидаза NAAG или простатоспецифический мембранный антиген ( PSMA ), представляет собой фермент , который у людей кодируется геном FOLH1 ( фолатгидролаза 1 ) . [5] Человеческий GCPII содержит 750 аминокислот и весит приблизительно 84 кДа. [6]
GCPII — это цинковый металлофермент , который находится в мембранах. Большая часть фермента находится во внеклеточном пространстве. GCPII — это мембранный гликопротеин II класса . Он катализирует гидролиз N-ацетиласпартилглутамата (NAAG) до глутамата и N-ацетиласпартата (NAA) в соответствии со схемой реакции справа. [7] [8]
Нейробиологи в своих исследованиях в основном используют термин NAALADase, в то время как те, кто изучает метаболизм фолатов, используют термин фолатгидролаза, а те, кто изучает рак простаты или онкологию, PSMA. Все они относятся к одному и тому же белку глутаматкарбоксипептидазе II.
GCPII в основном экспрессируется в четырех тканях организма, включая эпителий предстательной железы, проксимальные канальцы почек, щеточную каемку тонкой кишки и ганглии нервной системы. [6] [9] [10]
Действительно, первоначальное клонирование кДНК, кодирующей ген, экспрессирующий PSMA, было выполнено с помощью РНК из линии клеток опухоли простаты LNCaP. PSMA был впервые обнаружен в линии клеток LNCaP с использованием мышиного моноклонального антитела 7E11-C5.3 (также известного под названием капромаб ), полученного из клеток селезенки мышей, обработанных клеточными мембранами LNCaP. Однако 7E11-C5.3 нацелен исключительно на внутриклеточный эпитоп PSMA, таким образом связываясь только с мертвыми или умирающими клетками. [11] [12] PSMA имеет гомологию с рецептором трансферрина и подвергается эндоцитозу, но лиганд для индукции интернализации не был идентифицирован. [13] Было обнаружено, что PSMA был тем же самым мембранным белком в тонком кишечнике, который отвечает за удаление гамма-связанных глутаматов из полигаммаглутамат фолата. Это позволяет высвобождать фолиевую кислоту, которая затем может транспортироваться в организм для использования в качестве витамина. Это привело к клонированному геномному обозначению PSMA как FOLH1 для фолатгидролазы. [14]
Три домена внеклеточной части GCPII — протеазный, апикальный и C-концевой домены — сотрудничают в распознавании субстрата. [8] Протеазный домен представляет собой центральный семицепочечный смешанный β-слой. β-слой фланкирован 10 α-спиралями. Апикальный домен расположен между первой и второй цепями центрального β-слоя протеазного домена. C-концевой домен представляет собой пучок из четырех спиралей вверх-вниз-вверх-вниз. [8] Апикальный, протеазный и C-концевой домены создают карман, который облегчает связывание субстрата. [15] : 14
Центральный карман имеет глубину приблизительно 2 нанометра и открывается из внеклеточного пространства в активный центр. [8] Этот активный центр содержит два иона цинка. Во время ингибирования каждый действует как лиганд для кислорода в 2-PMPA или фосфате. Также имеется один ион кальция, координированный в GCPII, далеко от активного центра. Было высказано предположение, что кальций удерживает вместе протеазный и апикальный домены. [8] Кроме того, человеческий GCPII имеет десять участков потенциального гликозилирования , и многие из этих участков (включая некоторые, далекие от каталитического домена) влияют на способность GCPII гидролизовать NAAG. [6]
Ген FOLH1 человека расположен в локусе 11p11.12 хромосомы 11. Длина гена составляет 4110 пар оснований, и он состоит из 22 экзонов. Кодируемый белок является членом семейства пептидаз M28. Ортологи гена FOLH1 человека также были идентифицированы у других млекопитающих, включая локус 7 D3; 7 48,51 cM у мышей. [16] Ген FOLH1 имеет несколько потенциальных стартовых участков и форм сплайсинга, что приводит к различиям в структуре мембранного белка, локализации и активности карбоксипептидазы в зависимости от родительской ткани. [6] [17]
Гидролиз NAAG с помощью GCPII подчиняется кинетике Михаэлиса-Ментен . [15] Хлоучкова и др. (2007) определили константу Михаэлиса ( K m ) для NAAG как 1,2*10 −6 ± 0,5*10 −6 M, а число оборотов ( k cat ) как 1,1 ± 0,2 с −1 . [18]
Человеческий PSMA высоко экспрессируется в простате, примерно в сто раз больше, чем в большинстве других тканей. В некоторых видах рака простаты PSMA является вторым по степени активации генным продуктом, с 8-12-кратным увеличением по сравнению с уровнями в нераковых клетках простаты. [19] Из-за этой высокой экспрессии PSMA разрабатывается как потенциальный биомаркер для терапии и визуализации некоторых видов рака. [20] При раке простаты человека опухоли с более высокой экспрессией связаны с более быстрым временем прогрессирования и большим процентом пациентов, страдающих рецидивом. [21] [22] Исследования in vitro с использованием линий клеток рака простаты и молочной железы с пониженными уровнями PSMA показали значительное снижение пролиферации, миграции, инвазии, адгезии и выживания клеток. [23]
PSMA является целью нескольких агентов визуализации ядерной медицины при раке простаты. Экспрессия PSMA может быть визуализирована с помощью галлий-68 PSMA или фтор-18 PSMA для позитронно-эмиссионной томографии . [24] [25] [26] [27] При этом используется радиоактивно меченая малая молекула, которая связывается с высоким сродством с внеклеточным доменом рецептора PSMA. Ранее использовалось антитело, нацеленное на внутриклеточный домен ( капромабпентид индия-111 , продаваемый как Prostascint), [28] хотя уровень обнаружения был низким.
В 2020 году были опубликованы результаты рандомизированного исследования фазы 3 («исследование ProPSMA») [29] , сравнивающего ПЭТ/КТ ПСМА с галлием-68 и стандартной визуализацией (КТ и сканирование костей). Это исследование с участием 300 пациентов, проведенное в 10 исследовательских центрах, продемонстрировало превосходную точность ПЭТ/КТ ПСМА (92% против 65%), более значительные изменения в лечении (28% против 15%), менее неоднозначные/неопределенные результаты визуализации (7% против 23%) и более низкую дозу облучения (10 мЗв против 19 мЗв). Исследование пришло к выводу, что ПЭТ/КТ ПСМА является подходящей заменой традиционной визуализации, обеспечивая превосходную точность по сравнению с комбинированными результатами КТ и сканирования костей. Эта новая технология была одобрена FDA 1 декабря 2020 года. [30] Двухмодальная малая молекула, которая является позитронно-излучающей ( 18 F) и флуоресцентной, воздействует на ПСМА и была испытана на людях. Молекула обнаружила местоположение первичного и метастатического рака простаты с помощью ПЭТ , удаления рака под контролем флуоресценции, а также обнаружила отдельные раковые клетки в краях тканей. [31]
Генетическая репортерная система человеческого происхождения, излучающая позитроны и флуоресцентная (HD-GPF), использует человеческий белок PSMA, неиммуногенный, и небольшую молекулу, излучающую позитроны ( 18 F) и флуоресцентную, для двухмодальной ПЭТ и флуоресцентной визуализации геномно-модифицированных клеток, например, раковых , CRISPR/Cas9 или CAR T -клеток, у всей мыши. [32]
PSMA также может использоваться в качестве мишени для лечения в радиотерапии с открытым источником . Лютеций-177 является бета-излучателем , который можно комбинировать с молекулами, нацеленными на PSMA, для доставки лечения к опухолям простаты. [33] Проспективное исследование фазы II продемонстрировало ответ (определяемый как снижение ПСА на 50% или более) у 64% мужчин. [34] Распространенные побочные эффекты включают сухость во рту, сухую усталость, тошноту, сухость глаз и тромбоцитопению (снижение тромбоцитов). Последующее рандомизированное исследование фазы II, исследование ANZUP TheraP, сравнило радионуклидную терапию Lu-177 PSMA-617 с химиотерапией кабазитакселом, продемонстрировав превосходные показатели ответа, более низкую токсичность и лучшие результаты, сообщаемые пациентами, с Lu-177 PSMA ( PMID 33581798). Результаты рандомизированного исследования VISION были положительными с 40% снижением смертности и 5-месячным увеличением выживаемости. III фаза исследования VISION. [35] [36]
Для тех, кто изучает неврологические заболевания, NAAG является одним из трех наиболее распространенных нейротрансмиттеров, обнаруженных в центральной нервной системе [37], и когда он катализирует реакцию для производства глутамата, он также производит другой нейротрансмиттер. [8] Глутамат является распространенным и распространенным возбуждающим нейротрансмиттером в центральной нервной системе; однако, если передачи глутамата слишком много, это может убить или, по крайней мере, повредить нейроны и было связано со многими неврологическими заболеваниями и расстройствами [37], поэтому баланс, которому способствует пептидаза NAAG, весьма важен.
Было показано, что GCPII как косвенно, так и напрямую увеличивает концентрацию глутамата во внеклеточном пространстве. [37] GCPII напрямую расщепляет NAAG на NAA и глутамат. [7] [8] Было показано, что NAAG в высокой концентрации косвенно ингибирует высвобождение нейротрансмиттеров, таких как GABA и глутамат. Он делает это посредством взаимодействия с пресинаптическими mGluR группы II и их активации. [37] Таким образом, в присутствии пептидазы NAAG концентрация NAAG контролируется, а глутамат и GABA, среди других нейротрансмиттеров, не ингибируются.
Исследователи смогли показать, что эффективные и селективные ингибиторы GCPII способны снижать уровень глутамата в мозге и даже обеспечивать защиту от апоптоза или деградации нейронов мозга во многих животных моделях инсульта, бокового амиотрофического склероза и невропатической боли. [8] Считается, что это ингибирование этих пептидаз NAAG, иногда называемых NP, обеспечивает эту защиту от апоптоза или деградации нейронов мозга за счет повышения концентрации NAAG в синапсах нейронов. [37] Затем NAAG снижает высвобождение глутамата, одновременно стимулируя высвобождение некоторых трофических факторов из глиальных клеток в центральной нервной системе, что приводит к защите от апоптоза или деградации нейронов мозга. [37] Однако важно отметить, что эти ингибиторы NP, по-видимому, не оказывают никакого влияния на нормальную функцию глутамата. [37] Ингибирование NP способно улучшить естественную регуляцию вместо активации или ингибирования рецепторов, которые могли бы нарушить этот процесс. [37] Исследования также показали, что ингибиторы NP на основе малых молекул полезны в животных моделях, которые имеют отношение к нейродегенеративным заболеваниям. [37] Некоторые конкретные приложения этого исследования включают невропатическую и воспалительную боль, травматическое повреждение мозга, ишемический инсульт, шизофрению, диабетическую невропатию, боковой амиотрофический склероз, а также наркотическую зависимость. [37] Предыдущие исследования показали, что препараты, способные снижать передачу глутамата, могут облегчить невропатическую боль, хотя возникающие в результате побочные эффекты во многом ограничили их клиническое применение. [38] Таким образом, представляется, что, поскольку GCPII привлекается исключительно с целью обеспечения источника глутамата при гиперглутаматергических и эксайтотоксических состояниях, это может быть альтернативой для предотвращения этих побочных эффектов. [38] Результаты дополнительных исследований показали, что гидролиз NAAG нарушается при шизофрении, и они показали, что определенные анатомические области мозга могут даже показывать дискретные аномалии в синтезе GCP II, поэтому NP также могут быть терапевтическими для пациентов, страдающих шизофренией. [39] Одним из основных препятствий при использовании многих мощных ингибиторов GCPII, которые были получены на сегодняшний день, как правило, являются высокополярные соединения, что вызывает проблемы, поскольку они затем не могут легко проникать через гематоэнцефалический барьер. [40]
Глутамат является «основным возбуждающим нейротрансмиттером в нервной системе человека» [37] , участвующим во множестве функций мозга. Чрезмерная стимуляция и активация рецепторов глутамата, а также «нарушения клеточных механизмов, которые защищают от неблагоприятных последствий физиологической активации рецепторов глутамата» [40], как известно, вызывают повреждение и смерть нейронов, что связано с многочисленными неврологическими заболеваниями. [37]
Из-за диапазона функций и присутствия глутамата было сложно создать глутаматергические препараты, которые не оказывали бы отрицательного влияния на другие необходимые функции и не вызывали нежелательных побочных эффектов. [41] Ингибирование пептидазы NAAG открыло возможность для специфического воздействия на лекарственные средства.
С момента своего обещания возможной терапии неврологических заболеваний и целенаправленного воздействия на лекарственные препараты, ингибиторы пептидазы NAAG широко создавались и изучались. Вот несколько примеров малых молекул: [37]
Боль, вызванная повреждением ЦНС или ПНС, была связана с увеличением концентрации глутамата. Ингибирование NAAG снижало наличие глутамата и могло, таким образом, уменьшить боль. [37] (Neale JH et al., 2005). Nagel et al. [41] использовали ингибитор 2-PMPA, чтобы показать анальгетический эффект ингибирования пептидазы NAAG. Это исследование последовало за исследованием Chen et al., [42], которое показало схожие результаты. [41]
Тяжелая черепно-мозговая травма (ТЧМТ) и черепно-мозговая травма (ЧМТ) широко распространены и оказывают огромное влияние. «Они являются основной причиной смерти детей и молодых людей (<25 лет) и составляют четверть всех смертей в возрастной группе от пяти до 15 лет». [43] После первоначального воздействия уровень глутамата повышается и вызывает эксайтотоксическое повреждение в процессе, который был хорошо описан. [37] Благодаря своей способности снижать уровень глутамата, ингибирование NAAG показало себя многообещающим в предотвращении неврологических повреждений, связанных с ТЧМТ и ЧМТ.
По данным Национальной ассоциации по борьбе с инсультом [44] , инсульт является третьей по значимости причиной смерти и основной причиной инвалидности взрослых. Считается, что уровень глутамата вызывает ишемическое повреждение во время инсульта, и, таким образом, ингибирование NAAG может уменьшить это повреждение. [37]
Шизофрения — это психическое расстройство, которым страдает 1% людей во всем мире. [45] Его можно смоделировать с помощью PCP на лабораторных животных, и было показано, что агонисты mGluR снижают действие препарата. NAAG является таким агонистом mGluR. Таким образом, ингибирование фермента, который снижает концентрацию NAAG, пептидазы NAAG, может обеспечить практическое лечение для снижения симптомов шизофрении. [37]
Диабет может привести к повреждению нервов, вызывая потерю чувствительности, боль или, если вегетативные нервы связаны, повреждение кровеносной, репродуктивной или пищеварительной систем, среди прочего. Говорят, что более 60% пациентов с диабетом имеют ту или иную форму невропатии, [37] однако, тяжесть заболевания значительно варьируется. Невропатия не только напрямую наносит вред и ущерб, но и может косвенно приводить к таким проблемам, как диабетические язвы, которые, в свою очередь, могут привести к ампутациям. Фактически, более половины всех ампутаций нижних конечностей в Соединенных Штатах приходится на пациентов с диабетом. [46]
Благодаря использованию ингибитора пептидазы NAAG 2-PMPA, расщепление NAAG было ингибировано и, вместе с этим, запрограммировано на гибель нейрональных клеток DRG в присутствии высоких уровней глюкозы. [47] Исследователи предположили, что причиной этого является агонистическая активность NAAG в mGluR3. Кроме того, NAAG также «предотвращал индуцированное глюкозой ингибирование роста нейритов» (Berent-Spillson, et al. 2004). В целом, это делает ингибирование GCPIII четкой модельной целью для борьбы с диабетической невропатией.
Шизофрения, как было описано ранее, обычно моделируется в лабораторных условиях с помощью модели животного PCP. Поскольку было показано, что ингибирование GCPIII, возможно, ограничивает шизофреническое поведение в этой модели, [37] это говорит о том, что ингибирование GCPIII, таким образом, снижает эффект PCP. Кроме того, было показано, что поощрительное действие многих наркотиков (кокаин, PCP, алкоголь, никотин и т. д.) связано с уровнями глутамата, на которые NAAG и GCPIII могут оказывать некоторое регуляторное воздействие. [37]
Подводя итог, можно сказать, что результаты многочисленных исследований лекарственных препаратов позволяют сделать следующий вывод: [37]
Ингибирование NAAG также изучалось в качестве метода лечения рака предстательной железы, БАС и других нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона и болезнь Хантингтона. [37]