Тимидинфосфорилаза
Фермент
Тимидинфосфорилаза
Структура белка тимидинфосфорилазы
Идентификаторы
Номер ЕС2.4.2.4
Номер CAS9030-23-3
Базы данных
ИнтЭнзIntEnz вид
БРЕНДАзапись BRENDA
ExPASyNiceZyme вид
КЕГГзапись KEGG
МетаЦикметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDBRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

Тимидинфосфорилаза ( EC 2.4.2.4) — фермент , кодируемый геном TYMP и катализирующий реакцию:

тимидин + фосфат тимин + 2-дезокси-альфа-D-рибоза 1-фосфат ⇌ {\displaystyle \rightleftharpoons}

Тимидинфосфорилаза участвует в метаболизме пуринов , метаболизме пиримидинов и других метаболических путях . Изменения в тимидинфосфорилазе и гене TYMP , который ее кодирует, связаны с синдромом митохондриальной нейрогастроинтестинальной энцефалопатии (MNGIE) и раком мочевого пузыря .

Номенклатура

Этот фермент принадлежит к семейству гликозилтрансфераз , а именно пентозилтрансфераз. Систематическое название этого класса ферментов — тимидин:фосфат дезокси-альфа-D-рибозилтрансфераза. Другие общеупотребительные названия включают пиримидинфосфорилазу, тимидин-ортофосфат дезоксирибозилтрансферазу, регуляторы роста животных, факторы роста эндотелиальных клеток, полученных из тромбоцитов, фактор роста эндотелиальных клеток, полученных из тромбоцитов, дезокситимидинфосфорилазу, глиостатины, пиримидин дезоксинуклеозидфосфорилазу и тимидин:фосфат дезокси-D-рибозилтрансферазу.

Механизм

Тимидинфосфорилаза катализирует обратимое фосфорилирование тимидина , дезоксиуридина и их аналогов (кроме дезоксицитидина ) до соответствующих им оснований ( тимина / урацила ) и 2-дезоксирибозо-1-фосфата. Фермент следует последовательному механизму, где фосфат связывается до тимидина (или дезоксиуридина и т. д.), а 2-дезоксирибозо-1-фосфат уходит после азотистого основания. Тимидин связан в высокоэнергетической конформации, в которой гликозидная связь ослабевает, когда фосфат атакует положение C1 рибозного кольца, как показано ниже. Затем фермент может переносить дезоксирибозо-1-фосфат на другие азотистые основания . [1]

Механизм тимидинфосфорилазы

Дальнейшие эксперименты показали, что тимин ингибирует фермент как через субстратное ингибирование, так и через нелинейное ингибирование продукта. Это говорит о том, что тимин может ингибировать фермент через несколько сайтов. Фермент также проявляет кооперативность по отношению как к тимидину, так и к фосфату в присутствии тимина, что говорит о том, что тимидинфосфорилаза также имеет несколько аллостерических и/или каталитических сайтов . [2]

Структура

Взаимодействие Arg-171, Ser-186 и Lys-190 с тимином в лигандном сайте тимидинфосфорилазы

Тимидинфосфорилаза — это димер белка с идентичными субъединицами — с зарегистрированной молекулярной массой 90 000 дальтон в Escherichia coli. Он имеет S-образную форму с длиной 110 Å и шириной 60 Å. Каждый мономер состоит из 440 аминокислот и состоит из небольшого α-спирального домена и большого α/β домена. Поверхность фермента гладкая, за исключением полости глубиной 10 Å и шириной 8 Å между двумя доменами, которая содержит сайты связывания тимина, тимидина и фосфата. [3] Подробный анализ сайтов связывания показывает, что Arg-171, Ser-186 и Lys-190 являются важными остатками в связывании пиримидинового основания. Остатки Arg-171 и Lys-190 близки к O4 и O2 тиминового кольца соответственно и могут помочь стабилизировать промежуточное состояние. Концевая аминогруппа Lys-190, которая образует водородную связь с 3′-гидроксилом рибозного фрагмента тимидина, также находится на месте, чтобы отдавать протон тимину N1 во время промежуточного состояния. [4] По состоянию на конец 2007 года было решено 6 структур для этого класса ферментов с кодами доступа PDB 1AZY, 1OTP, 1TPT, 1UOU, 2J0F и 2TPT.

Функция

Тимидинфосфорилаза играет ключевую роль в утилизации пиримидина для восстановления нуклеозидов после деградации ДНК / РНК . [5] Хотя реакция, которую она катализирует между тимидином/дезоксиуридином и их соответствующими основаниями , обратима , функция фермента в первую очередь катаболическая . [6]

Недавние исследования показали, что тимидинфосфорилаза также участвует в ангиогенезе . Эксперименты показывают ингибирование ангиогенного эффекта тимидинфосфорилазой в присутствии 6-амино-5-хлорурацила, ингибитора тимидинфосфорилазы, что позволяет предположить, что ферментативная активность тимидинфосфорилазы необходима для ее ангиогенной активности. [7] Было установлено, что тимидинфосфорилаза почти идентична тромбоцитарному фактору роста эндотелиальных клеток (PD-ECGF). Хотя механизм ангиогенеза тимидинфосфорилазой еще не известен, отчеты показывают, что сам фермент не является фактором роста , но косвенно вызывает ангиогенез, стимулируя хемотаксис эндотелиальных и других клеток. [8] Некоторые отчеты предполагают, что тимидинфосфорилаза способствует росту эндотелиальных клеток за счет снижения уровней тимидина, которые в противном случае ингибировали бы рост эндотелиальных клеток. [ 9] Альтернативное объяснение заключается в том, что продукты фермента вызывают ангиогенез. Эксперименты показали, что 2-дезоксирибоза является хемоаттрактантом эндотелиальных клеток и фактором, индуцирующим ангиогенез, что подтверждает это объяснение. [10] Исследования показали, что тимидинфосфорилаза участвует в ангиогенезе во время менструального цикла . Экспрессия фермента в эндометрии повышается за счет комбинации прогестерона и трансформирующего фактора роста-β1 и меняется в течение менструального цикла. [11]

Актуальность заболевания

Митохондриальная нейрогастроинтестинальная энцефаломиопатия (MNGIE) является аутосомно-рецессивным заболеванием, вызванным мутациями в гене тимидинфосфорилазы (TP) . [12] Поскольку митохондриальная ДНК (мтДНК) сильно зависит от утилизации тимидина (больше, чем ядерная ДНК), она страдает от дефицита тимидинфосфорилазы. При заболевании MNGIE множественные делеции и истощение мтДНК накапливаются с течением времени, что приводит к митохондриальной дисфункции. [13] Симптомы заболевания MNGIE включают диарею и боли в животе в результате нарушения моторики , вызванного нервно-мышечной дисфункцией, а также птоз , офтальмопарез , периферическую невропатию и потерю слуха . [14]

Также было обнаружено, что тимидинфосфорилаза играет двойную роль как в развитии рака , так и в терапии . [15] Ангиогенная активность фермента способствует росту опухоли , что подтверждается исследованиями, показывающими гораздо более высокую экспрессию и активность тимидинфосфорилазы в злокачественных опухолях (включая карциномы пищевода , желудка , прямой и толстой кишки, поджелудочной железы и легких ), чем в соседних неопухолевых тканях. [16] Тимидинфосфорилаза в этих карциномах повышается под действием цитокинов интерферона-γ и ФНО-α, которые выделяются воспалительными клетками во время заживления ран . Фермент также повышается под действием низких уровней кислорода и среды с низким pH для контроля васкуляризации гипоксических областей. [17]

Однако было также обнаружено, что тимидинфосфорилаза играет существенную роль в активации противоракового препарата капецитабина . В частности, она преобразует промежуточный метаболит 5'-дезокси-5-фторцитидин в опухолях в 5-фторурацил, который действует как ингибитор тимидилатсинтазы . [18]

Ссылки

  1. ^ Norman RA, Barry ST, Bate M, Breed J, Colls JG, Ernill RJ, Luke RW, Minshull CA, McAlister MS, McCall EJ, McMiken HH, Paterson DS, Timms D, Tucker JA, Pauptit RA (январь 2004 г.). «Кристаллическая структура человеческой тимидинфосфорилазы в комплексе с ингибитором малой молекулы». Structure . 12 (1): 75–84. doi : 10.1016/j.str.2003.11.018 . PMID  14725767.
  2. ^ Iltzsch MH, el Kouni MH, Cha S (ноябрь 1985). «Кинетические исследования тимидинфосфорилазы из печени мыши». Биохимия . 24 (24): 6799–807. doi :10.1021/bi00345a011. PMID  4074727.
  3. ^ Walter MR, Cook WJ, Cole LB, Short SA, Koszalka GW, Krenitsky TA, Ealick SE (август 1990 г.). «Трехмерная структура тимидинфосфорилазы из Escherichia coli при разрешении 2,8 А». Журнал биологической химии . 265 (23): 14016–22. doi :10.2210/pdb1tpt/pdb. PMID  2199449.
  4. ^ Pugmire MJ, Cook WJ, Jasanoff A, Walter MR, Ealick SE (август 1998 г.). «Структурные и теоретические исследования предполагают, что перемещение домена приводит к активной конформации тимидинфосфорилазы». Журнал молекулярной биологии . 281 (2): 285–99. doi : 10.1006/jmbi.1998.1941 . PMID  9698549. S2CID  8891925.
  5. ^ LaFon SW, Nelson DJ, Berens RL, Marr JJ (январь 1982). «Пути спасения пуринов и пиримидинов в Leishmania donovani». Биохимическая фармакология . 31 (2): 231–8. doi :10.1016/0006-2952(82)90216-7. PMID  7059364.
  6. ^ Desgranges C, Razaka G, Rabaud M, Bricaud H (июль 1981). «Катаболизм тимидина в тромбоцитах крови человека: очистка и свойства тимидинфосфорилазы». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Nucleic Acids and Protein Synthesis . 654 (2): 211–8. doi :10.1016/0005-2787(81)90174-x. PMID  7284378.
  7. ^ Haraguchi M, Miyadera K, Uemura K, Sumizawa T, Furukawa T, Yamada K, Akiyama S, Yamada Y (март 1994). "Ангиогенная активность ферментов". Nature . 368 (6468): 198. Bibcode :1994Natur.368..198H. doi : 10.1038/368198a0 . PMID  7511797. S2CID  4355213.
  8. ^ Miyadera K, Sumizawa T, Haraguchi M, Yoshida H, Konstanty W, Yamada Y, Akiyama S (апрель 1995 г.). «Роль активности тимидинфосфорилазы в ангиогенном эффекте тромбоцитарного фактора роста эндотелиальных клеток/тимидинфосфорилазы». Cancer Research . 55 (8): 1687–90. PMID  7536129.
  9. ^ Finnis C, Dodsworth N, Pollitt CE, Carr G, Sleep D (февраль 1993 г.). «Активность тимидинфосфорилазы тромбоцитарного фактора роста эндотелиальных клеток отвечает за митогенность эндотелиальных клеток». European Journal of Biochemistry . 212 (1): 201–10. doi : 10.1111/j.1432-1033.1993.tb17651.x . PMID  8444155.
  10. ^ Li W, Chiba Y, Kimura T, Morioka K, Uesaka T, Ihaya A, Muraoka R (февраль 2001 г.). «Трансмиокардиальная лазерная реваскуляризация, индуцированная ангиогенезом, коррелирующим с экспрессией матриксных металлопротеиназ и тромбоцитарного фактора роста эндотелиальных клеток». European Journal of Cardio-Thoracic Surgery . 19 (2): 156–63. doi : 10.1016/s1010-7940(00)00649-7 . PMID  11167105.
  11. ^ Hague S, Manek S, Oehler MK, MacKenzie IZ, Bicknell R, Rees MC (март 2002 г.). «Индукция тамоксифеном экспрессии ангиогенного фактора в эндометрии». British Journal of Cancer . 86 (5): 761–7. doi :10.1038/sj.bjc.6600157. PMC 2375303. PMID  11875740 . 
  12. ^ Nishino I, Spinazzola A, Hirano M (январь 1999). "Мутации гена тимидинфосфорилазы при MNGIE, митохондриальном заболевании человека". Science . 283 (5402): 689–92. Bibcode :1999Sci...283..689N. doi :10.1126/science.283.5402.689. PMID  9924029.
  13. ^ Пагон Р.А., Адам М.П., ​​Ардингер Х.Х., Уоллес С.Е., Амемия А., Бин Л.Дж., Берд Т.Д., Фонг К.Т., Меффорд Х.К., Смит Р.Дж., Стивенс К., Хирано М. (1993).Митохондриальная нейрогастроинтестинальная энцефалопатия в GeneReviews . PMID  20301358.
  14. ^ Нишино I, Спинаццола А, Пападимитриу А, Хамманс С, Штайнер I, Хан КД, Коннолли А.М., Верлоэс А, Гимарайнш Дж, Майяр I, Хамано Х, Донати М.А., Семрад CE, Рассел Дж.А., Андреу А.Л., Хаджигеоргиу Г.М., Ву Т.Х., Тадесс С., Найгаард Т.Г., Нонака I, Хирано I, Бонилла Э., Роуленд Л.П., ДиМауро С., Хирано М. (июнь 2000 г.). «Митохондриальная нейрогастроинтестинальная энцефаломиопатия: аутосомно-рецессивное заболевание, обусловленное мутациями тимидинфосфорилазы». Анналы неврологии . 47 (6): 792–800. doi :10.1002/1531-8249(200006)47:6<792::aid-ana12>3.3.co;2-стр. PMID  10852545.
  15. ^ Bronckaers A, Gago F, Balzarini J, Liekens S (ноябрь 2009 г.). «Двойная роль тимидинфосфорилазы в развитии рака и химиотерапии». Medicinal Research Reviews . 29 (6): 903–53. doi :10.1002/med.20159. PMC 7168469. PMID 19434693  . 
  16. ^ Takebayashi Y, Yamada K, Miyadera K, Sumizawa T, Furukawa T, Kinoshita F, Aoki D, Okumura H, Yamada Y, Akiyama S, Aikou T (июнь 1996 г.). «Активность и экспрессия тимидинфосфорилазы в солидных опухолях человека». European Journal of Cancer . 32A (7): 1227–32. doi :10.1016/0959-8049(96)00061-5. PMID  8758258.
  17. ^ Brown NS, Bicknell R (август 1998). «Тимидинфосфорилаза, 2-дезокси-D-рибоза и ангиогенез». The Biochemical Journal . 334 (1): 1–8. doi :10.1042/bj3340001. PMC 1219653. PMID  9693094 . 
  18. ^ Sawada N, Ishikawa T, Fukase Y, Nishida M, Yoshikubo T, Ishitsuka H (апрель 1998 г.). «Индукция активности тимидинфосфорилазы и повышение эффективности капецитабина таксолом/таксотером в ксенотрансплантатах рака человека». Clinical Cancer Research . 4 (4): 1013–9. PMID  9563897.

Дальнейшее чтение

  • Фридкин М., Робертс Д. (март 1954 г.). «Ферментативный синтез нуклеозидов. I. Тимидинфосфорилаза в тканях млекопитающих». Журнал биологической химии . 207 (1): 245–56. doi : 10.1016/S0021-9258(18)71264-7 . PMID  13152099.
  • Циммерман М., Зайденберг Дж. (август 1964 г.). «Перенос дезоксирибозила. I. Тимидинфосфорилаза и нуклеозиддеоксирибозилтрансфераза в нормальных и злокачественных тканях». Журнал биологической химии . 239 (8): 2618–21. doi : 10.1016/S0021-9258(18)93896-2 . PMID  14235544.
  • Циммерман М (август 1964 г.). «Перенос дезоксирибозила. Ii. Нуклеозид: пиримидиновая дезоксирибозилтрансферазная активность трех частично очищенных тимидинфосфорилаз». Журнал биологической химии . 239 (8): 2622–7. doi : 10.1016/S0021-9258(18)93897-4 . PMID  14235545.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Тимидинфосфорилаза&oldid=1189371053"