Szfingomielináz

A szfingomielin -foszfodiészteráz ( EC 3.1.4.12 , szfingomielináz, angol  szfingomielin-foszfodiészteráz, szfingomielináz ) egy lizoszomális enzim , amely a membrán lipid szfingomielint foszfatidilkolinra és ceramidra bontja . Az enzim hiánya a lipidek jelentős felhalmozódásához vezet a lizoszómákban , ami Niemann-Pick-kórként ismert betegségeket okoz [2] . Az enzimnek 5 formája van: savas szfingomielináz ( SMPD1 ), semleges ( SMPD2 , SMPD3 ) és savas szfingomielináz-szerű ( SMPDL3A , SMPDL3B ).

A szfingomielináz család

Az SMase öt típusát azonosították. Kationfüggőségük és optimális pH-hatásuk szerint osztályozzák őket, és a következőket tartalmazzák:

• Lizoszómasav SMáz
• Szekretált cink-függő savas SMáz
• Magnéziumfüggő semleges SMase
• Magnézium-független semleges SMase
• Lúgos SMase

Ezek közül a lizoszómális savas SMáz és a magnézium-függő semleges SMáz a celluláris stresszválaszban a ceramidtermelés elsődleges jelöltjei [3] .

Semleges szfingomielináz

A semleges szfingomielináz (N-SMase) aktivitást először Niemann-Pick-  kórban szenvedő betegek fibroblasztjaiban írták le, amely lizoszómális raktározási betegség, amelyet savas SMáz-hiány jellemez. [4] A későbbi kutatások kimutatták, hogy ez az enzim egyetlen gén terméke, optimális pH-ja 7,4, aktivitása Mg 2+ -ionoktól függ, és különösen gazdag az agyban. [5] A szarvasmarha agyának újabb vizsgálata azonban megerősítette, hogy többféle N-SMáz izoforma létezik, amelyek eltérő biokémiai és kromatográfiás tulajdonságokkal rendelkeznek. [6]

Az 1980-as évek közepén jelentős áttörés következett be a Bacillus cereus és a Staphylococcus aureus első N-SMázainak klónozásával . [7] [8] Ezen bakteriális szfingomielinázok szekvenciáinak homológiakeresésben történő felhasználása végül az élesztő N-SMázok ISC1 azonosításához vezetett a bimbózó Saccharomyces cerevisiae élesztőben [9] és az emlős N-SMáz enzimek, az nSMase1 és nSMase2 azonosításához. [10] [11] [12] Az emlős-, élesztő- és bakteriális SMázok közötti azonosság nagyon alacsony, körülbelül 20%-os az nSMase2 és a B. cereus SMázok között. A szekvencia-illesztés azonban (lásd az ábrát) számos konzervált maradékot jelez a családban, különösen az enzimek katalitikus régiójában. [13] Ez egy közös katalitikus mechanizmus felvetéséhez vezetett az N-SMase család számára.

Egy harmadik N-SMáz fehérjét, az nSMase3-at klónozták és jellemezték 2006-ban. [14] Az nSMase3 kis szekvenciahasonlóságot mutat az nSMase1-hez vagy az nSMase2-höz. Úgy tűnik azonban, hogy nagyfokú evolúciós konzervativizmus tapasztalható az alacsonyabb rendű szervezetektől a magasabb rendűek felé, ami arra utal, hogy egyedi és különálló N-SMázt tartalmazhatnak. Az nSMase3 magas expressziója a szívben és a vázizomzatban szintén a szívműködésben betöltött lehetséges szerepre utal. [tizennégy]

Aktív oldal

Az SMase aktív helyének kinagyított képe kötött Co 2+ ionokkal, amelyen láthatóak a kétértékű fémkationok megkötéséért felelős maradékok.

A Listeria ivanovii és a Bacillus cereus semleges szfingomielináz kristályszerkezetének megoldása lehetővé tette enzimatikus helyük teljesebb megértését. A B. cereus SMase aktív helye Asn -16, Glu - 53, Asp -195, Asn-197 és -296 maradékokat tartalmaz. Ezek közül a Glu-53, Asp-195 és His-296 aminosavakról ismert, hogy fontosak az aktivitás szempontjából. Az SMase relatív katalitikus aktivitását, amikor fémionok kötődnek az aktív helyhez, a kétértékű fémionok Co 2+, Mn 2+, Mg 2+, Ca 2+ és Sr.2+ esetében vizsgáltuk. Ezen öt fémion közül az aktív helyhez kötött Co 2+, Mn 2+ és Mg 2+ eredményezi az SMase magas katalitikus aktivitását. Az aktív helyhez kötött Ca 2+ és Sr 2+ sokkal kisebb SMáz katalitikus aktivitást mutat. Ha egy Mg 2+ ion vagy két Co 2+ ion kötődik az aktív helyhez, akkor kettős hexa-koordinált geometria jön létre Co 2+ esetén két oktaéder bipiramis és Mg 2+ esetén egy oktaéder bipiramis. Ha egy Ca 2+ ion kötődik az aktív helyhez, az eredmény egy hepta-koordinált geometria. Ezért feltételezzük, hogy a fémionok katalitikus aktivitásának különbsége geometriai különbségekből adódik. A Co 2+ és Mg 2+ esetében az SMase reaktivitása jobb, ha két Co 2+ ion kapcsolódik az SMázhoz; amikor ezek a Co 2+ ionok meg vannak kötve, a Glu-53 és a His-296 egy-egy kétértékű fémkationt köt meg. Ezeket a kationokat áthidaló vízmolekulák veszik körül, és Lewis-savakként működnek. [tizenöt]

Mechanizmus

A Listeria ivanovii és a Bacillus cereus semleges szfingomielináz kristályszerkezetének megoldása rávilágított ezek katalitikus mechanizmusára is. Az SMase aktív helye Glu- és His-maradékokat tartalmaz, amelyek mindegyike egy vagy két kétértékű fémkationhoz kapcsolódik, általában Co 2+, Mg 2+ vagy Ca 2+ az optimális teljesítmény érdekében. Ez a két kation részt vesz a katalízisben azáltal, hogy az SM-et az SMase aktív helyre toborozza. A Glu-maradékhoz kötődő kétértékű kation reakcióba lép amidooxigénnel és észter-oxigénnel a C1 és a foszfát.CM csoport között; Az Asn-maradék és a His-csoporthoz kapcsolódó kétértékű fémkation az SM-foszfátcsoport oxigénatomjaihoz kötődik. Ez stabilizálja a foszfátcsoport negatív töltését. A His-maradékhoz, valamint az Asp és Asn oldalláncokhoz kötött fémkation csökkenti az egyik áthidaló vízmolekula pKa értékét, így aktiválja a vízmolekulát. Ez a vízmolekula ezután nukleofilként működik, és megtámadja az SM foszfátcsoportot, és egy ötértékű foszforatomot hoz létre, amelynek negatív töltését kétértékű fémkationok stabilizálják. A foszfát ezután tetraéderes konformációját ceramiddá és foszfokolinné alakítja [15] .

Savas szfingomielináz

A savas szfingomielináz egyike a szfingomielináz (SMase) enzimeknek, amelyek felelősek a szfingomielin ceramiddá és foszfatidilkolinná történő lebomlásának katalizálásáért. Lúgos, semleges és savas SMázokba sorolják őket attól a pH-tól függően, amelyen enzimaktivitásuk optimális. A savas szfingomielinázok (aCMázok) enzimaktivitását lipidek, kationok, pH, redoxpotenciál és más környezeti fehérjék befolyásolhatják. Az aSMázokról kimutatták, hogy fokozott enzimaktivitást mutatnak az (LBPA) vagy foszfatidil-inozittal (PI) dúsított tápközegben, és gátolják az aktivitást foszforilált PI-származékok jelenlétében.

A szfingomielin-foszfodiészteráz 1 [SMPD1] az a gén, amely két olyan aSMáz enzimet kódol, amelyek különböznek az általuk hidrolizált szfingomielin-készletekben. A lizoszómális szfingomielináz (L-SMáz) a lizoszómális kompartmentben, a szekréciós szfingomielináz (S-SMase) pedig extracellulárisan található.

Jegyzetek

1. ↑ EKT 2ddt ; Ago H, Oda M, Takahashi M, Tsuge H, Ochi S, Katunuma N, Miyano M, Sakurai J (2006. június). „A szfingomielin foszfodiészteráz aktivitásának szerkezeti alapja a Bacillus cereusból származó semleges szfingomielinázban”. J Biol. Chem . 281 (23): 16157-67. DOI : 10.1074/jbc.M601089200 . PMID  16595670 .
2. ↑ PB Schneider, E. P. Kennedy. Szfingomielináz normál emberi lépben és Niemann-Pick-betegségben szenvedő betegek lépében  // Journal of Lipid Research. — 1967-05. - T. 8 , sz. 3 . – S. 202–209 . — ISSN 0022-2275 . Archiválva az eredetiből: 2021. augusztus 14.
3. ↑ Szfingomielin foszfodiészteráz . www.hmong.press . Letöltve: 2022. február 17. Az eredetiből archiválva : 2022. február 17.. (határozatlan)
4. ↑ PB Schneider, E. P. Kennedy. Szfingomielináz normál emberi lépben és Niemann-Pick-betegségben szenvedő betegek lépében  // Journal of Lipid Research. — 1967-05. - T. 8 , sz. 3 . – S. 202–209 . — ISSN 0022-2275 . Archiválva az eredetiből 2022. február 17-én.
5. ↑ BG Rao, M. W. Spence. A szfingomielináz aktivitása 7,4-es pH-n az emberi agyban és az 5,0-s pH-jú aktivitás összehasonlítása  // Journal of Lipid Research. — 1976-09. - T. 17 , sz. 5 . – S. 506–515 . — ISSN 0022-2275 . Archiválva az eredetiből 2022. február 17-én.
6. ↑ SY Jung, JH Suh, HJ Park, KM Jung, MY Kim. A membránhoz kapcsolódó semleges szfingomielináz többféle formájának azonosítása a szarvasmarha agyában  // Journal of Neurochemistry. — 2000-09. - T. 75 , sz. 3 . – S. 1004–1014 . — ISSN 0022-3042 . - doi : 10.1046/j.1471-4159.2000.0751004.x . Archiválva az eredetiből 2022. február 17-én.
7. ↑ D. C. Coleman, J. P. Arbuthnott, H. M. Pomeroy, T. H. Birkbeck. A Staphylococcus aureus béta-lizin determinánsának klónozása és expressziója Escherichia coliban és Staphylococcus aureusban: bizonyíték arra, hogy a béta-lizin aktivitás bakteriofág konverzióját a béta-lizin determináns inszerciós inaktiválása okozza  // Mikrobiális patogenezis. — 1986-12. - T. 1 , sz. 6 . – S. 549–564 . — ISSN 0882-4010 . - doi : 10.1016/0882-4010(86)90040-9 . Archiválva az eredetiből 2022. február 17-én.
8. ↑ A. Yamada, N. Tsukagoshi, S. Udaka, T. Sasaki, S. Makino. A Bacillus cereus szfingomielinázát kódoló gén nukleotidszekvenciája és expressziója Escherichia coliban  // European Journal of Biochemistry. — 1988-08-01. - T. 175 , sz. 2 . — S. 213–220 . — ISSN 0014-2956 . - doi : 10.1111/j.1432-1033.1988.tb14186.x . Archiválva az eredetiből 2022. február 17-én.
9. ↑ H. Sawai, Y. Okamoto, C. Luberto, C. Mao, A. Bielawska. Az ISC1 (YER019w) azonosítása inozit-foszfingolipid foszfolipáz C-ként a Saccharomyces cerevisiae-ben  // The Journal of Biological Chemistry. — 2000-12-15. - T. 275 , sz. 50 . — S. 39793–39798 . — ISSN 0021-9258 . - doi : 10.1074/jbc.M007721200 . Archiválva az eredetiből 2022. február 17-én.
10. ↑ Kaushlendra Tripathi. Az inozitol-foszfingolipid foszfolipáz C1 szerepe, a semleges szfingomielinázok élesztő homológja a DNS-károsodási reakcióban és a betegségekben  // Journal of Lipids. - 2015. - T. 2015 . - S. 161392 . — ISSN 2090-3030 . - doi : 10.1155/2015/161392 . Archiválva az eredetiből 2022. február 17-én.
11. ↑ S. Tomiuk, K. Hofmann, M. Nix, M. Zumbansen, W. Stoffel. Klónozott emlős semleges szfingomielináz: funkciók a szfingolipid jelátvitelben?  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 1998-03-31. - T. 95 , sz. 7 . — S. 3638–3643 . — ISSN 0027-8424 . - doi : 10.1073/pnas.95.7.3638 . Archiválva az eredetiből 2022. február 17-én.
12. ↑ S. Tomiuk, M. Zumbansen, W. Stoffel. Az egér és humán magnézium-függő semleges szfingomielináz jellemzése és szubcelluláris lokalizációja  // The Journal of Biological Chemistry. - 2000-02-25. - T. 275 , sz. 8 . — S. 5710–5717 . — ISSN 0021-9258 . doi : 10.1074 / jbc.275.8.5710 . Archiválva az eredetiből 2022. február 17-én.
13. ↑ Christopher J. Clarke, Christopher F. Snook, Motohiro Tani, Nabil Matmati, Norma Marchesini. A semleges szfingomielinázok kiterjesztett családja  // Biokémia. — 2006-09-26. - T. 45 , sz. 38 . — S. 11247–11256 . — ISSN 0006-2960 . doi : 10.1021 / bi061307z . Archiválva az eredetiből 2022. február 17-én.
14. ↑ 1 2 Oleg Krut, Katja Wiegmann, Hamid Kashkar, Benjamin Yazdanpanah, Martin Krönke. Az új tumor nekrózis faktorra reagáló emlősök semleges szfingomielináz-3 egy C-farokhoz horgonyzott fehérje  // The Journal of Biological Chemistry. — 2006-05-12. - T. 281 , sz. 19 . – S. 13784–13793 . — ISSN 0021-9258 . - doi : 10.1074/jbc.M511306200 . Archiválva az eredetiből 2022. február 17-én.
15. ↑ 1 2 Hideo Ago, Masataka Oda, Masaya Takahashi, Hideaki Tsuge, Sadayuki Ochi. A szfingomielin foszfodiészteráz aktivitásának szerkezeti alapja a Bacillus cereus semleges szfingomielinázában  // The Journal of Biological Chemistry. - 2006-06-09. - T. 281 , sz. 23 . — S. 16157–16167 . — ISSN 0021-9258 . - doi : 10.1074/jbc.M601089200 . Archiválva az eredetiből 2022. február 17-én.