Фосфодиэстераза 3
Класс ферментов
Рисунок 1: Роль PDE3 в цАМФ- и цГМФ-опосредованной передаче сигнала. PK-A: Протеинкиназа A (зависимая от цАМФ). PK-G: Протеинкиназа G (зависимая от цГМФ).

PDE3 — это фосфодиэстераза . PDE принадлежат по крайней мере к одиннадцати родственным семействам генов , которые различаются по своей первичной структуре , сродству к субстрату , реакциям на эффекторы и механизму регуляции . Большинство семейств PDE состоят из более чем одного гена. PDE3 клинически значима из-за своей роли в регуляции сердечной мышцы, гладких мышц сосудов и агрегации тромбоцитов. Ингибиторы PDE3 были разработаны как фармацевтические препараты, но их применение ограничено аритмическими эффектами, и они могут увеличивать смертность в некоторых случаях.

Функция

Ферменты PDE3 участвуют в регуляции сократимости сердечных и сосудистых гладких мышц . Молекулы , которые ингибируют PDE3, изначально исследовались для лечения сердечной недостаточности , но из-за нежелательных аритмических побочных эффектов они больше не изучаются для этого показания . Тем не менее, ингибитор PDE3 милринон одобрен для использования при сердечной недостаточности во внутривенной форме. [1]

Оба PDE3A и PDE3B экспрессируются в сосудистых гладкомышечных клетках и, вероятно, модулируют сокращение. Их экспрессия в сосудистых гладкомышечных клетках изменяется при определенных условиях, таких как повышенный цАМФ и гипоксия . [1]

Изоформы и гены

фосфодиэстераза 3А , ингибированная цГМФ
Идентификаторы
СимволПДЕ3А
ген NCBI5139
HGNC8778
ОМИМ123805
РефСекNM_000921
UniProtQ14432
Другие данные
ЛокусХр. 12 стр. 12
Искать
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро
фосфодиэстераза 3B , ингибированная цГМФ
Идентификаторы
СимволПДЕ3Б
ген NCBI5140
HGNC8779
ОМИМ602047
РефСекNM_000922
UniProtQ13370
Другие данные
ЛокусГл. 11 стр . 15.2
Искать
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро

Семейство PDE3 у млекопитающих состоит из двух членов, PDE3A и PDE3B. Изоформы PDE3 структурно схожи, содержат N-концевой домен, важный для локализации, и C-концевой конец. [2] Вставка из 44 аминокислот в каталитическом домене отличается в изоформах PDE3, а N-концевые части изоформ довольно сильно различаются. PDE3A и PDE3B имеют поразительно схожие фармакологические и кинетические свойства, но различие заключается в профилях экспрессии и сродстве к цГМФ. [3]

Семейство PDE3 состоит из двух генов , PDE3A и PDE3B . В клетках, экспрессирующих оба гена, PDE3A обычно доминирует. Три различных варианта PDE3A (PDE3A1-3) являются продуктами альтернативного использования стартового кодона гена PDE3A . PDE3B кодирует только одну изоформу . [1] [4]

В своей полной длине PDE3A и PDE3B содержат два N-концевых гидрофобных мембранных ассоциативных региона, NHR1 и NHR2 (рисунок 2). Различие вариантов PDE3A1-3 заключается в том, включают ли они:

  • как NHR1, так и NHR2
  • только НХР2
  • ни NHR1, ни NHR2.

Можно предположить, что последний будет находиться исключительно в растворимой / цитозольной форме. [4] [5]

Распределение в тканях

PDE3A в основном участвует в сердечно-сосудистой функции и фертильности, тогда как PDE3B в основном участвует в липолизе. [3] Таблица 1 представляет собой обзор локализации изоформ PDE3.

ПДЕ3АПДЕ3Б
Локализация в тканях– Сердце *
- Гладкие мышцы сосудов *
- Тромбоциты
- Ооцит
- Почки		– Гладкие мышцы сосудов
– Адипоциты
– Гепатоциты
– Почки
– β-клетки
– Развивающиеся сперматозоиды
– Т-лимфоциты
– Макрофаги
Внутриклеточная локализация– Мембранно -ассоциированные или цитозольные– Мембранно -ассоциированные (преимущественно)
Таблица 1: Обзор локализации изоформ PDE3.
*Варианты PDE3A имеют дифференциальную экспрессию в сердечно-сосудистых тканях [1]

В целом, PDE3 может быть как цитозольным, так и связанным с мембраной и связан с плазматической мембраной , саркоплазматической сетью , аппаратом Гольджи и оболочкой ядра . [2]

PDE3B преимущественно связан с мембраной и локализуется в эндоплазматическом ретикулуме и микросомальных фракциях. [1]

PDE3A может быть как мембранно-ассоциированной, так и цитозольной, в зависимости от варианта и типа клеток, в которых она экспрессируется. [1]

Регулирование

Активность PDE3A и PDE3B регулируется несколькими путями фосфорилирования . Протеинкиназа A и протеинкиназа B активируют PDE3A и PDE3B посредством фосфорилирования в двух различных участках фосфорилирования (P1 и P2) между NHR1 и NHR2 (рисунок 2). Гидролиз цАМФ изоформами PDE3 также напрямую ингибируется цГМФ , хотя PDE3B всего на ≈10% чувствительна к ингибированию цГМФ, как PDE3A. [4] PDE3B была тщательно изучена на предмет ее важности в опосредовании антилиполитического и антигликогенлитического действия инсулина в жировой и печеночной тканях . Активация PDE3B в адипоцитах связана с фосфорилированием остатка серина стимулируемой инсулином протеинсериновой киназой (PDE3IK). Блокируя активацию инсулином PDE3IK и, в свою очередь, фосфорилирование/активацию PDE3B, можно противодействовать антилиполитическому эффекту инсулина. Активация PDE3B снижает концентрацию цАМФ, что, в свою очередь, снижает активность протеинкиназы А. Протеинкиназа А отвечает за активацию липазы , которая вызывает липолиз, а также другие физиологические пути. [6] [4]

Неясно , могут ли пути фосфорилирования, которые регулируют активность PDE3A или PDE3B, служить потенциальными мишенями для лекарственных препаратов, а не каталитический домен самого фермента PDE3 , и этот вопрос выходит за рамки данного текста.

Структура

PDE млекопитающих имеют общую структурную организацию и содержат три функциональных домена, которые включают консервативное каталитическое ядро, регуляторный N-конец и C-конец . Консервативное каталитическое ядро ​​гораздо более похоже в пределах семейств PDE, с примерно 80% идентичностью аминокислот , чем между различными семействами. Считается, что ядро ​​содержит общие структурные элементы, которые важны для гидролиза фосфодиэфирных связей цАМФ и цГМФ . Также считается , что оно содержит специфичные для семейства детерминанты для различий в сродстве к субстратам и чувствительности к ингибиторам. [6]

Каталитический домен PDE3 характеризуется вставкой из 44 аминокислот, но эта вставка уникальна для семейства PDE3 и является фактором при определении структуры мощного и селективного ингибитора PDE3 . [6]

Кристаллическая структура каталитических доменов нескольких PDE, включая PDE3B, показала, что они содержат три спиральных субдомена:

  1. N-концевая область складки циклина
  2. Область линкера
  3. С-концевой спиральный пучок [3] [1]

На границе этих доменов глубокий гидрофобный карман образован остатками, которые высококонсервативны среди всех PDE. Этот карман является активным сайтом и состоит из четырех подсайтов:

  1. Участок связывания металла (участок М)
  2. Карман для сердечника (Q-карман)
  3. Гидрофобный карман (H-карман)
  4. Область века (область L) [3] [1]

Сайт M находится на дне гидрофобного связывающего кармана и содержит два сайта связывания двухвалентных металлов. Ионы металлов , которые могут связываться с этими сайтами, — это либо цинк, либо магний. Сайт связывания цинка имеет два остатка гистидина и два остатка аспарагиновой кислоты, которые абсолютно консервативны среди тех PDE, которые были изучены на сегодняшний день. [3] [1]

N-концевые части PDEs широко расходятся и содержат детерминанты, которые связаны с регуляторными свойствами, специфичными для разных семейств генов. Для PDE3 эти детерминанты представляют собой домены ассоциации гидрофобной мембраны и участки фосфорилирования цАМФ-зависимой протеинкиназы. [6]

Сродство к субстрату

Сначала PDE3 были очищены и описаны как ферменты , которые гидролизуют как цГМФ , так и цАМФ со значениями K m 0,1–0,8 мкМ. Однако V max для гидролиза цАМФ в 4–10 раз выше, чем V max для гидролиза цГМФ . [6]

Когда впервые были идентифицированы различные PDE, были выделены два типа PDE (PDE3 и PDE4), которые проявляли высокое сродство к цАМФ. PDE3 проявлял высокое сродство как к цГМФ, так и к цАМФ, но PDE4 имел высокое сродство только к цАМФ. По этой причине PDE3 был назван ингибируемым цГМФ PDE, чтобы отличить его от PDE4. [6]

Предполагается, что вставка из 44 аминокислот в каталитический домен PDE3 участвует во взаимодействии PDE3 с его субстратом и ингибиторами, но это еще предстоит установить. [6]

Предложенный молекулярный механизм циклической нуклеотидной специфичности ФДЭ — это так называемый механизм глутаминового переключения.

В PDE, структура которых решена, по-видимому, есть инвариантный остаток глутамина, который стабилизирует связывание пуринового кольца в активном центре (связывающий карман). G-аминогруппа остатка глутамина может альтернативно принимать две различные ориентации:

  1. Сеть водородных связей поддерживает связывание гуанина – селективность цГМФ
  2. Сеть водородных связей поддерживает связывание аденина – селективность цАМФ.

В ФДЭ, которые могут гидролизовать как цГМФ, так и цАМФ (ФДЭ3), глутамин может свободно вращаться и, следовательно, переключаться между ориентациями. [3] [1]

Активный сайт

Из ранних исследований была получена начальная модель PDE, топографии активного сайта. Эту раннюю модель можно суммировать в следующие шаги, касающиеся топографии активного сайта цАМФ :

  1. субстрат цАМФ с его адениновыми и рибозными фрагментами в «анти»-отношении
  2. Атом фосфата в цАМФ связывается с активным сайтом ФДЭ, используя остаток аргинина и молекулу воды, которая изначально была связана с Mg 2+ . Второй остаток аргинина и Mg 2+ также могут играть роль во время связывания и/или играть роль на следующем этапе
  3. S N 2 атака фосфора H 2 O с образованием переходного состояния тригональной бипирамиды
  4. 5´-AMP образуется как «инвертированный» продукт. Электронные заряды сохраняют общий заряд в целом и через переходное состояние [7]

Ингибиторы

Ингибиторы ФДЭ3 :

Было продемонстрировано, что ингибирование PDE3A предотвращает созревание ооцитов in vitro и in vivo . [1] Например, когда у мышей полностью отсутствует PDE3A, они становятся бесплодными. [2]

Агрегация тромбоцитов в значительной степени регулируется циклическими нуклеотидами. PDE3A является регулятором этого процесса, а ингибиторы PDE3 эффективно предотвращают агрегацию тромбоцитов. Цилостазол одобрен для лечения перемежающейся хромоты и, как полагают, включает ингибирование агрегации тромбоцитов, а также ингибирование пролиферации гладких мышц и вазодилатации.

Наиболее изученные роли PDE3B были в областях передачи сигналов инсулина , IGF1 и лептина . [1] Когда PDE3B сверхэкспрессируется в β-клетках у мышей, это вызывает нарушение секреции инсулина и непереносимость глюкозы . [2]

Рак

Экспрессия PDE3a была описана как биомаркер чувствительности к ингибитору PDE3 Зардаверину при различных типах рака. [8]

Астма

Воздействуя на PDE3 с оптимальными дозами и временем, эноксимон предотвращает аллергическое воспаление в моделях аллергического воспаления дыхательных путей, вызванных HDM. [9] Ингибиторы PDE3 эноксимон и милринон могут использоваться в качестве препарата неотложной помощи при угрожающей жизни бронхиальной астме/ острой тяжелой астме . [10] [11] [12]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefghijkl Bender AT, Beavo JA (сентябрь 2006 г.). «Циклические нуклеотидфосфодиэстеразы: молекулярная регуляция для клинического использования». Pharmacological Reviews . 58 (3): 488– 520. doi :10.1124/pr.58.3.5. PMID  16968949. S2CID  7397281.
  2. ^ abcd Lugnier C (март 2006 г.). «Суперсемейство циклических нуклеотидфосфодиэстеразы (PDE): новая цель для разработки специфических терапевтических агентов». Фармакология и терапия . 109 (3): 366–98 . doi :10.1016/j.pharmthera.2005.07.003. PMID  16102838.
  3. ^ abcdef Jeon YH, Heo YS, Kim CM, Hyun YL, Lee TG, Ro S, Cho JM (июнь 2005 г.). «Фосфодиэстераза: обзор структур белков, потенциальных терапевтических применений и недавний прогресс в разработке лекарств». Cellular and Molecular Life Sciences . 62 (11): 1198– 220. doi :10.1007/s00018-005-4533-5. PMC 11139162 . PMID  15798894. S2CID  9806864. 
  4. ^ abcd Морис ДХ, Палмер Д, Тилли ДГ, Данкерли ХА, Нетертон СДЖ, Рэймонд ДР и др. (сентябрь 2003 г.). «Активность, экспрессия и нацеливание циклической нуклеотидной фосфодиэстеразы в клетках сердечно-сосудистой системы». Молекулярная фармакология . 64 (3): 533– 46. doi :10.1124/mol.64.3.533. PMID  12920188.
  5. ^ WO 03012030, Мовсесян М., «Изоформ-селективные ингибиторы и активаторы циклических нуклеотидных фосфодиэстераз PDE3», опубликовано 13 февраля 2003 г., передано в Офис трансфера технологий Университета штата Юта 
  6. ^ abcdefg Degerman E, Belfrage P, Manganiello VC (март 1997). "Структура, локализация и регуляция цГМФ-ингибируемой фосфодиэстеразы (PDE3)". Журнал биологической химии . 272 ​​(11): 6823– 6. doi : 10.1074/jbc.272.11.6823 . PMID  9102399.
  7. ^ Erhardt PW, Chou YL (1991). "Топографическая модель активного участка фосфодиэстеразы III ц-АМФ". Life Sciences . 49 (8): 553– 68. doi :10.1016/0024-3205(91)90254-9. PMID  1650876.
  8. ^ Nazir M, Senkowski W, Nyberg F, Blom K, Edqvist PH, Jarvius M и др. (декабрь 2017 г.). «Нацеливание на опухолевые клетки на основе экспрессии фосфодиэстеразы 3A». Experimental Cell Research . 361 (2): 308– 315. doi :10.1016/j.yexcr.2017.10.032. PMID  29107068. S2CID  19506507.
  9. ^ Бойте Дж., Луккес М., Кукук Э.П., Настити Х., Ганеш К., де Брёйн М.Дж. и др. (2018). «Патофизиологическая роль PDE3 при аллергическом воспалении дыхательных путей». JCI-инсайт . 3 (2). doi : 10.1172/jci.insight.94888 . ПМК 5821178 . ПМИД  29367458. 
  10. ^ Бойте Дж (2014). «Неотложная помощь астматического статуса эноксимоном». Бр Джей Анест . 112 (6): 1105–1108 . doi : 10.1093/bja/aeu048 . ПМИД  24638233.
  11. ^ Шульц О., Визнер О., Велте Т. и др. (2020). «Эноксимон при астматическом статусе». Открытое разрешение ERJ . 6 (1): 00367– 2019. doi : 10.1183/23120541.00367-2019 . ПМК 7132035 . ПМИД  32280667. 
  12. ^ Sobhy A, Eldin DM, Zaki HV (2019). «Использование милринона по сравнению с традиционным лечением для лечения опасной для жизни бронхиальной астмы». Open Anesthesiology Journal . 13 (1): 12– 7. doi : 10.2174/2589645801913010012 .
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Фосфодиэстераза_3&oldid=1254953190"