PNGase, также известная как N-гликаназа 1 (EC 3.5.1.52) или пептид-N(4)-(N-ацетил-бета-глюкозаминил)аспарагинамидаза, является ферментом , который у людей кодируется геном NGLY1 . PNGase является де- N -гликозилирующим ферментом, который удаляет N- связанные или аспарагин -связанные гликаны ( N- гликаны) из гликопротеинов . [5] [6] [7] Более конкретно, NGLY1 катализирует гидролиз амидной связи между самым внутренним N- ацетилглюкозамином (GlcNAc) и остатком Asn на N- гликопротеине, образуя де- N -гликозилированный белок, в котором N- гликоилированный остаток Asn преобразуется в asp, и свободный олигосахарид, содержащий 1-амино-GlcNAc. Затем аммиак спонтанно высвобождается из 1-амино GlcNAc при физиологическом pH (<8), что приводит к образованию свободного олигосахарида со структурой N,N'- диацетилхитобиозы на восстанавливающем конце.
Открытие
Впервые появление цитоплазматической PNG-активности в клетках млекопитающих было отмечено в культивируемых клетках. [8] Этот фермент отличается от других «реагентных» PNG-аз из миндаля (гликоамидаза/PNGase A) [9] или бактерий ( N -гликаназа/PNGase F) [10] , которые часто используются для структурных/функциональных исследований N -гликанов, несколькими ферментативными свойствами, включая необходимость восстанавливающего реагента для активности и нейтрального pH для оптимальной активности. [8] [11] [12]
Ген, кодирующий цитоплазматическую PNGase, был впервые идентифицирован в почкующихся дрожжах Saccharomyces cerevisiae , а ортологи гена с тех пор были обнаружены у самых разных эукариот, включая млекопитающих. [13] Что касается распределения гена мыши Ngly1 в тканях , активность фермента, а также транскрипты были обнаружены во всех исследованных тканях/органах. [12] [14]
Структура
Известно, что каталитические остатки цитоплазматической PNGase находятся в домене, называемом доменом трансглутаминазы . [15] [16] NGLY1, по сравнению с ортологами дрожжей, обладает расширенными N-концевыми и C-концевыми последовательностями в дополнение к домену трансглутаминазы. Среди дополнительных доменов, обнаруженных в NGLY1, домен PUB (PNGase- и убиквитин-связанный) был впервые идентифицирован с помощью биоинформатического анализа. [17] [18] Хотя изначально предполагалось, что он может служить доменом белок-белкового взаимодействия, [17] в настоящее время накапливаются экспериментальные доказательства, подтверждающие эту гипотезу. [19] [20] [21] С другой стороны, C-концевой домен PAW (домен, присутствующий в PNGase и других белках червей). [18] теперь, как было показано, участвует в связывании олигосахаридов с PNGase. [22]
С точки зрения кристаллических структур мышиного Ngly1 были получены каталитический основной домен [23] , C-концевой домен, включающий домен PAW [22] и N-концевой домен, включающий домен PUB [24] .
Функция
Что касается функции NGLY1, было показано, что фермент участвует в ER-ассоциированной деградации (ERAD), одной из систем контроля качества/гомеостаза ER для вновь синтезированных гликопротеинов. [25] [26] [27] [28] Однако функциональная значимость NGLY1 в процессе ERAD до конца не ясна. Также предполагается, что NGLY1 тесно связан с опосредованной MHC класса I презентацией антигена. [29] [30] [31] Опосредованное Ngly1 (гликозилированное) дезамидирование Asn-в-Asp представляет собой, вместе с другими реакциями, такими как транспептидация, нетрадиционные посттрансляционные модификации антигенных пептидов, которые презентируются молекулами MHC класса I. [32]
NGLY1-связывающие белки
С помощью двугибридного скрининга дрожжей было показано, что белки NGLY1 могут связываться с несколькими белками, в основном через N-концевой домен, включая домен PUB. [33] Были зарегистрированы взаимодействия in vivo и in vitro между NGLY1 и несколькими белками, связанными с ERAD. [20] [23] [24] [33] [34] [35] [36] [ 37] [38] Хотя важность этих белок-белковых взаимодействий для функций NGLY1 еще предстоит выяснить, можно предположить, что такие взаимодействия могут быть выгодны для эффективного процесса ERAD. [39]
Клиническое значение
В 2012 году дефицит NGLY1 , включающий мутации в локусе гена NGLY1 , был впервые выявлен с помощью экзомного анализа. [40] На данный момент в литературе описаны клинические особенности 60 пациентов, а более 100 были выявлены группами защиты прав пациентов. [41] [42] [43] [44] У одного пациента с церебральным нарушением зрения (CVI) также была мутация в гене NGLY1 . [45] Клинические эффекты включают нейромоторные нарушения, интеллектуальную инвалидность и невропатию. Он также связан с боковым амиотрофическим склерозом и болезнью Паркинсона.
Детали механизма, ответственного за патогенез дефицита NGLY1, остаются неизвестными, в то время как внутриклеточное накопление белков N- GlcNAc из-за избыточного действия цитозольной эндо-bN-ацетилглюкозаминидазы [46] на неправильно свернутые гликопротеины в клетках с дефицитом Ngly1 было выдвинуто в качестве потенциальной причины. [28]
Дефицит NGLY1 привлек внимание общественности. [47] [48] [49] [50]
Были проведены исследования с целью обнаружения малых молекул, которые могут связываться с доменом трансглутаминазы белка, чтобы стабилизировать его в качестве потенциального терапевтического средства при лечении расстройств, вызванных дефектами NGLY1. [51]
Примечания
Версия этой статьи 2015 года была обновлена внешним экспертом в рамках модели двойной публикации. Соответствующая академическая рецензируемая статья была опубликована в Gene и может быть процитирована как: Tadashi Suzuki; Chengcheng Huang; Haruhiko Fujihira (20 ноября 2015 г.). "The cytoplasmic peptide:N-glycanase (NGLY1) - Structure, expression and cellular functions". Gene . Gene Wiki Review Series. 577 (1): 1– 7. doi :10.1016/J.GENE.2015.11.021. ISSN 0378-1119. PMC 4691572 . PMID 26611529. Wikidata Q30274598.
Ссылки
^ abc GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000151092 – Ensembl , май 2017 г.
^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000021785 – Ensembl , май 2017 г.
^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
^ Хираяма Х, Хосоми А, Сузуки Т (май 2015). "Физиологические и молекулярные функции цитозольного пептида:N-гликаназы". Семинары по клеточной и эволюционной биологии . 41 : 110– 120. doi :10.1016/j.semcdb.2014.11.009. PMID 25475175.
^ Suzuki T (январь 2015 г.). «Цитоплазматический пептид: N-гликаназа (Ngly1) — фундаментальная наука сталкивается с генетическим расстройством человека». Журнал биохимии . 157 (1): 23–34 . doi : 10.1093/jb/mvu068 . PMID 25398991.
^ Suzuki T, Huang C, Fujihira H (февраль 2016 г.). «Цитоплазматический пептид: N-гликаназа (NGLY1) — структура, экспрессия и клеточные функции». Gene . 577 (1): 1– 7. doi :10.1016/j.gene.2015.11.021. PMC 4691572 . PMID 26611529.
^ ab Suzuki T, Seko A, Kitajima K, Inoue Y, Inoue S (август 1993 г.). «Идентификация активности пептида:N-гликаназы в культивируемых клетках млекопитающих». Biochemical and Biophysical Research Communications . 194 (3): 1124– 1130. doi :10.1006/bbrc.1993.1938. PMID 8352768.
^ Takahashi N (июнь 1977). «Демонстрация новой амидазы, действующей на гликопептиды». Biochemical and Biophysical Research Communications . 76 (4): 1194– 1201. doi :10.1016/0006-291x(77)90982-2. PMID 901470.
^ Plummer TH, Elder JH, Alexander S, Phelan AW, Tarentino AL (сентябрь 1984 г.). «Демонстрация активности пептида:N-гликозидазы F в препаратах эндо-бета-N-ацетилглюкозаминидазы F». Журнал биологической химии . 259 (17): 10700– 10704. doi : 10.1016/S0021-9258(18)90568-5 . PMID 6206060.
^ Suzuki T, Seko A, Kitajima K, Inoue Y, Inoue S (июль 1994). «Очистка и ферментативные свойства пептида:N-гликаназы из клеток фибробластов L-929, полученных от мышей C3H. Возможное широкое распространение посттрансляционной повторной модификации белков путем N-дегликозилирования». Журнал биологической химии . 269 (26): 17611– 17618. doi : 10.1016/S0021-9258(17)32485-7 . PMID 8021270.
^ ab Kitajima K, Suzuki T, Kouchi Z, Inoue S, Inoue Y (июнь 1995). «Идентификация и распределение пептида:N-гликаназы (PNGase) в органах мыши». Архивы биохимии и биофизики . 319 (2): 393– 401. doi :10.1006/abbi.1995.1309. PMID 7786020.
^ Suzuki T, Park H, Hollingsworth NM, Sternglanz R, Lennarz WJ (май 2000 г.). «PNG1, ген дрожжей, кодирующий высококонсервативный пептид: N-гликаназу». Журнал клеточной биологии . 149 (5): 1039– 1052. doi : 10.1083/jcb.149.5.1039. PMC 2174826. PMID 10831608 .
^ Suzuki T, Kwofie MA, Lennarz WJ (май 2003 г.). «Ngly1, ген мыши, кодирующий дегликозилирующий фермент, участвующий в протеасомной деградации: экспрессия, геномная организация и хромосомное картирование». Biochemical and Biophysical Research Communications . 304 (2): 326– 332. doi :10.1016/s0006-291x(03)00600-4. PMID 12711318.
^ Katiyar S, Suzuki T, Balgobin BJ, Lennarz WJ (апрель 2002 г.). «Исследование направленного мутагенеза дрожжевого пептида: N-гликаназы. Взгляд на механизм реакции дегликозилирования». Журнал биологической химии . 277 (15): 12953– 12959. doi : 10.1074/jbc.M111383200 . PMID 11812789.
^ ab Suzuki T, Park H, Till EA, Lennarz WJ (октябрь 2001 г.). «Домен PUB: предполагаемый домен взаимодействия белок-белок, вовлеченный в путь убиквитин-протеасома». Biochemical and Biophysical Research Communications . 287 (5): 1083– 1087. doi :10.1006/bbrc.2001.5688. PMID 11587532.
^ ab Doerks T, Copley RR, Schultz J, Ponting CP, Bork P (январь 2002 г.). «Систематическая идентификация новых семейств доменов белков, связанных с ядерными функциями». Genome Research . 12 (1): 47– 56. doi :10.1101/gr.203201. PMC 155265 . PMID 11779830.
^ Allen MD, Buchberger A, Bycroft M (сентябрь 2006 г.). «Домен PUB функционирует как модуль связывания p97 в человеческой пептидной N-гликаназе». Журнал биологической химии . 281 (35): 25502– 25508. doi : 10.1074/jbc.M601173200 . PMID 16807242.
^ ab Kamiya Y, Uekusa Y, Sumiyoshi A, Sasakawa H, Hirao T, Suzuki T, Kato K (апрель 2012 г.). "ЯМР-характеристика взаимодействия между доменом PUB пептида:N-гликаназы и убиквитин-подобным доменом HR23". FEBS Letters . 586 (8): 1141– 1146. doi : 10.1016/j.febslet.2012.03.027 . PMID 22575648. S2CID 23573555.
^ Schaeffer V, Akutsu M, Olma MH, Gomes LC, Kawasaki M, Dikic I (май 2014). «Связывание OTULIN с доменом PUB HOIP контролирует сигнализацию NF-κB». Molecular Cell . 54 (3): 349– 361. doi : 10.1016/j.molcel.2014.03.016 . PMID 24726327.
^ ab Zhou X, Zhao G, Truglio JJ, Wang L, Li G, Lennarz WJ, Schindelin H (ноябрь 2006 г.). «Структурные и биохимические исследования C-концевого домена мышиного пептид-N-гликаназы идентифицируют его как модуль связывания маннозы». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (46): 17214– 17219. Bibcode : 2006PNAS..10317214Z. doi : 10.1073/pnas.0602954103 . PMC 1859912. PMID 17088551 .
^ ab Zhao G, Zhou X, Wang L, Li G, Kisker C, Lennarz WJ, Schindelin H (май 2006 г.). «Структура комплекса мышиного пептида N-гликаназы-HR23 предполагает коэволюцию путей деградации и восстановления ДНК, связанных с эндоплазматическим ретикулумом». Журнал биологической химии . 281 (19): 13751– 13761. doi : 10.1074/jbc.M600137200 . PMID 16500903.
^ ab Zhao G, Zhou X, Wang L, Li G, Schindelin H, Lennarz WJ (май 2007 г.). «Исследования взаимодействия пептида:N-гликаназы-p97 предполагают, что фосфорилирование p97 модулирует деградацию, связанную с эндоплазматическим ретикулумом». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (21): 8785– 8790. Bibcode : 2007PNAS..104.8785Z. doi : 10.1073/pnas.0702966104 . PMC 1885580. PMID 17496150 .
^ Wiertz EJ, Jones TR, Sun L, Bogyo M, Geuze HJ, Ploegh HL (март 1996). «Продукт гена US11 человеческого цитомегаловируса перемещает тяжелые цепи MHC класса I из эндоплазматического ретикулума в цитозоль». Cell . 84 (5): 769– 779. doi : 10.1016/s0092-8674(00)81054-5 . PMID 8625414. S2CID 5122267.
^ Hirsch C, Blom D, Ploegh HL (март 2003 г.). «Роль N-гликаназы в цитозольном обороте гликопротеинов». The EMBO Journal . 22 (5): 1036–1046 . doi :10.1093/emboj/cdg107. PMC 150340. PMID 12606569 .
^ Grotzke JE, Lu Q, Cresswell P (февраль 2013 г.). «Флуоресцентные белки, зависящие от дегликозилирования, предоставляют уникальные инструменты для изучения деградации, связанной с ЭР». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (9): 3393– 3398. Bibcode : 2013PNAS..110.3393G. doi : 10.1073/pnas.1300328110 . PMC 3587246. PMID 23401531 .
^ Аб Хуан С., Харада Ю., Хосоми А., Масахара-Негиши Ю., Сейно Дж., Фудзихира Х. и др. (февраль 2015 г.). «Эндо-β-N-ацетилглюкозаминидаза образует агрегаты белка N-GlcNAc во время ER-ассоциированной деградации в Ngly1-дефектных клетках». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 112 (5): 1398–1403 . Бибкод : 2015PNAS..112.1398H. дои : 10.1073/pnas.1414593112 . ПМК 4321286 . ПМИД 25605922.
^ Skipper JC, Hendrickson RC, Gulden PH, Brichard V, Van Pel A, Chen Y и др. (февраль 1996 г.). «Ограниченный HLA-A2 антиген тирозиназы на клетках меланомы возникает в результате посттрансляционной модификации и предлагает новый путь обработки мембранных белков». Журнал экспериментальной медицины . 183 (2): 527– 534. doi :10.1084/jem.183.2.527. PMC 2192446. PMID 8627164 .
^ Altrich-VanLith ML, Ostankovitch M, Polefrone JM, Mosse CA, Shabanowitz J, Hunt DF, Engelhard VH (октябрь 2006 г.). «Обработка эпитопа, ограниченного классом I, из тирозиназы требует пептидной N-гликаназы и кооперативного действия аминопептидазы 1 эндоплазматического ретикулума и цитозольных протеаз». Журнал иммунологии . 177 (8): 5440– 5450. doi : 10.4049/jimmunol.177.8.5440 . PMID 17015730.
^ Kario E, Tirosh B, Ploegh HL, Navon A (январь 2008 г.). «N-связанное гликозилирование не ухудшает протеасомную деградацию, но влияет на презентацию главного комплекса гистосовместимости I класса». Журнал биологической химии . 283 (1): 244–254 . doi : 10.1074/jbc.M706237200 . PMID 17951257.
^ Dalet A, Robbins PF, Stroobant V, Vigneron N, Li YF, El-Gamil M и др. (Июль 2011 г.). «Антигенный пептид, полученный путем обратного сплайсинга и двойного дезамидирования аспарагина». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 (29): E323 – E331 . Bibcode : 2011PNAS..108E.323D. doi : 10.1073/pnas.1101892108 . PMC 3142003. PMID 21670269 .
^ ab Park H, Suzuki T, Lennarz WJ (сентябрь 2001 г.). «Идентификация белков, которые взаимодействуют с пептидом млекопитающих:N-гликаназой и вовлекают эту гидролазу в протеасомо-зависимый путь деградации белков». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (20): 11163– 11168. Bibcode : 2001PNAS...9811163P. doi : 10.1073/pnas.201393498 . PMC 58701. PMID 11562482 .
^ McNeill H, Knebel A, Arthur JS, Cuenda A, Cohen P (декабрь 2004 г.). «Новый белок домена UBA и UBX, который связывает полиубиквитин и VCP и является субстратом для SAPK». The Biochemical Journal . 384 (Pt 2): 391– 400. doi :10.1042/BJ20041498. PMC 1134123 . PMID 15362974.
^ Katiyar S, Li G, Lennarz WJ (сентябрь 2004 г.). «Комплекс между пептидом:N-гликаназой и двумя протеасомно-связанными белками предполагает механизм деградации неправильно сложенных гликопротеинов». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (38): 13774– 13779. Bibcode : 2004PNAS..10113774K. doi : 10.1073/pnas.0405663101 . PMC 518832. PMID 15358861 .
^ Katiyar S, Joshi S, Lennarz WJ (октябрь 2005 г.). «Ретротранслокационный белок Derlin-1 связывает пептид:N-гликаназы с эндоплазматическим ретикулумом». Молекулярная биология клетки . 16 (10): 4584– 4594. doi :10.1091/mbc.E05-04-0345. PMC 1237066. PMID 16055502 .
^ Li G, Zhou X, Zhao G, Schindelin H, Lennarz WJ (ноябрь 2005 г.). «Множественные режимы взаимодействия фермента дегликозилирования, мышиной пептидной N-гликаназы, с протеасомой». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (44): 15809– 15814. Bibcode : 2005PNAS..10215809L. doi : 10.1073/pnas.0507155102 . PMC 1276080. PMID 16249333 .
^ Li G, Zhao G, Zhou X, Schindelin H, Lennarz WJ (май 2006 г.). «ААА-АТФаза p97 связывает пептид N-гликаназы с рецептором аутокринного фактора подвижности лигазы E3, ассоциированной с эндоплазматическим ретикулумом». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (22): 8348– 8353. Bibcode : 2006PNAS..103.8348L. doi : 10.1073/pnas.0602747103 . PMC 1482497. PMID 16709668 .
^ Suzuki T, Lennarz WJ (февраль 2003 г.). «Гипотеза: комплекс деградации гликопротеина, образованный взаимодействием белок-белок, включает цитоплазматический пептид:N-гликаназу». Biochemical and Biophysical Research Communications . 302 (1): 1– 5. doi :10.1016/s0006-291x(03)00052-4. PMID 12593838.
^ Need AC, Shashi V, Hitomi Y, Schoch K, Shianna KV, McDonald MT и др. (июнь 2012 г.). «Клиническое применение секвенирования экзома при недиагностированных генетических заболеваниях». Журнал медицинской генетики . 49 (6): 353– 361. doi :10.1136/jmedgenet-2012-100819. PMC 3375064. PMID 22581936 .
^ Levy RJ, Frater CH, Gallentine WB, Phillips JM, Ruzhnikov MR (март 2022 г.). «Определение фенотипа эпилепсии при дефиците NGLY1». Журнал наследственных метаболических заболеваний . 45 (3): 571– 583. doi : 10.1002/jimd.12494. PMID 35243670. S2CID 247228775.
^ Enns GM, Shashi V, Bainbridge M, Gambello MJ, Zahir FR, Bast T и др. (октябрь 2014 г.). «Мутации в NGLY1 вызывают наследственное нарушение пути деградации, связанного с эндоплазматическим ретикулумом». Genetics in Medicine . 16 (10): 751– 758. doi :10.1038/gim.2014.22. PMC 4243708 . PMID 24651605.
^ Чаглаян А.О., Кому С., Бараноски Дж.Ф., Парман Ю., Каймакчалан Х., Акгумус Г.Т. и др. (январь 2015 г.). «Мутация NGLY1 вызывает нейромоторные нарушения, умственную отсталость и невропатию». Европейский журнал медицинской генетики . 58 (1): 39–43 . doi :10.1016/j.ejmg.2014.08.008. ПМЦ 4804755 . ПМИД 25220016.
^ Heeley J, Shinawi M (апрель 2015 г.). «Мультисистемное вовлечение в расстройство, связанное с NGLY1, вызванное двумя новыми мутациями». Американский журнал медицинской генетики. Часть A. 167A ( 4): 816– 820. doi : 10.1002/ajmg.a.36889. PMID 25707956. S2CID 7959186.
^ Бош Д.Г., Бунстра Ф.Н., де Леу Н., Пфундт Р., Нилсен В.М., де Лигт Дж. и др. (май 2016 г.). «Новые генетические причины церебральных нарушений зрения». Европейский журнал генетики человека . 24 (5): 660–665 . doi :10.1038/ejhg.2015.186. ПМЦ 4930090 . ПМИД 26350515.
^ Suzuki T, Yano K, Sugimoto S, Kitajima K, Lennarz WJ, Inoue S и др. (июль 2002 г.). «Эндо-бета-N-ацетилглюкозаминидаза, фермент, участвующий в обработке свободных олигосахаридов в цитозоле». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 99 (15): 9691– 9696. Bibcode : 2002PNAS...99.9691S. doi : 10.1073/pnas.152333599 . PMC 124980. PMID 12114544 .
^ «Дети, которые не плачут: обнаружено новое генетическое заболевание». 20 марта 2014 г.
^ Mnookin S (14 июля 2014 г.). «Единственный в своем роде». The New Yorker .
^ «Охота на убийцу моего сына».
^ Might M, Wilsey M (октябрь 2014 г.). «Изменение модели в клинической диагностике: как секвенирование следующего поколения и семьи меняют способ обнаружения, изучения и лечения редких заболеваний». Genetics in Medicine . 16 (10): 736–737 . doi : 10.1038/gim.2014.23 . PMID 24651604. S2CID 27270375.
^ Шринивасан Б., Чжоу Х., Митра С., Сколник Дж. (октябрь 2016 г.). «Новые связывающие вещества малых молекул человеческой N-гликаназы 1, ключевого игрока в пути деградации, связанном с эндоплазматическим ретикулумом». Биоорганическая и медицинская химия . 24 (19): 4750– 4758. doi :10.1016/j.bmc.2016.08.019. PMC 5015769. PMID 27567076 .