Izomeraza glukozo-6-fosforanu

Izomeraza glukozo-6-fosforanu
Izomeraza glukozo-6-fosforanu
Model powierzchni dimeru G6PI, po prawej podjednostka jako rysunek, zgodnie z PDB  1JIQ

Istniejące dane strukturalne: 1IAT , 1IRI , 1JIQ , 1JLH , 1NUH

Właściwości białka ludzkiego
Podstawowa struktura masy / długości 557 aminokwasów
Struktura wtórna do czwartorzędowej Homodimer
Identyfikator
Nazwa genu GPI
Identyfikatory zewnętrzne
Klasyfikacja enzymów
WE, kategoria 5.3.1.9 ,  izomeraza
Typ odpowiedzi Przegrupowanie
Podłoże D -glukozo-6-fosforan; D -fruktozo-6-fosforan
Produkty D -fruktozo-6-fosforan; D -glukozo-6-fosforan
Występowanie
Rodzina homologii CLU_017947_3_0
Takson macierzysty Kreatura
Ortolog
człowiek Mysz domowa
Entrez 2821 14751
Ensemble ENSG00000282019 ENSMUSG00000036427
UniProt P06744 P06745
Refseq (mRNA) NM_000175 NM_008155
Refseq (białko) NP_000166 NP_032181
Miejsce genu Chr 19: 34,36 - 34,4 Mb Chr 7: 34,2 - 34,23 Mb
Wyszukiwanie PubMed 2821 14751

Izomeraza glukozo-6-fosforan (GPI) (również phosphohexose izomeraza lub izomeraza fosfoglukozowa PGI) stanowi jeden enzym z glikolizy , konwersja glukozo-6-fosforan (G6P), w fruktozo-6 fosforanu (F6P) katalizuje . Ta reakcja jest niezbędna dla wszystkich żywych organizmów do wykorzystania energii zawartej w węglowodanach. Ponadto reakcja jest odwracalna, a reakcja odwrotna jest wymagana do glukoneogenezy . Mutacje w GPI - gen , który jest kodowany na chromosomie 19 , może powodować niedobór GPI, a to jest odpowiedzialne za anemię hemolityczną lub być poważniejszymi zaburzeniami już u noworodka. Według nowych badań GPI jest czynnikiem powodującym rozwój zapalenia stawów i nowotworów . GPI nie jest identyczna z izomerazą D- ksylozy z rozkładu skrobi.

Struktura

Funkcjonalny GPI to dimer o masie cząsteczkowej 64  kDa , który składa się z dwóch identycznych monomerów. Te dwa monomery oddziałują w szczególności poprzez dwa występy w ścisłym zakotwiczeniu. Centrum aktywnego każdego monomeru tworzy się przez szczelinę pomiędzy dwoma domenami i dimer interfejsu.

Monomery GPI składają się z dwóch domen, z których jedna składa się z dwóch oddzielnych segmentów zwanych dużą domeną, a druga składa się z segmentu znajdującego się pomiędzy nimi, czyli małej domeny . Dwie domeny są każdy kanapki αβα, mała domena zawiera pięć dwuniciową harmonijki p otoczony przez a-helisy , podczas gdy duże domeny zawiera sześcio- Stranded harmonijki p . Duża domena znajdująca się na N- końcu i C- końcu każdego monomeru zawiera również występy „podobne do ramion”.

Kilka reszt w małej domenie jest używanych do wiązania fosforanu , podczas gdy inne reszty, w szczególności His388 , z domeny dużej i domeny C -końcowej mają kluczowe znaczenie dla etapu otwierania pierścienia cukrowego katalizowanego przez ten enzym. Ponieważ aktywność izomeryzacji zachodzi na granicy faz dimeru, struktura dimeru tego enzymu jest kluczowa dla jego funkcji katalitycznej.

Uważa się, że fosforylacja seryny tego białka powoduje zmianę konformacyjną w jego formie wydzielniczej.

nieruchomości

Białko pełni różne funkcje wewnątrz i na zewnątrz komórki. W cytoplazmie białko bierze udział w glikolizie, glukoneogenezie i szlaku pentozofosforanowym . Poza komórką działa jako czynnik neurotroficzny dla neuronów rdzeniowych i czuciowych, zwanych neuroleukiną . To samo białko jest również wydzielane przez komórki rakowe, gdzie nazywane jest autokrynnym czynnikiem ruchliwości (AMF) i stymuluje przerzuty . Wiadomo również, że zewnątrzkomórkowy GPI działa jako czynnik dojrzewania . Po udowodnieniu, że GPI jest identyczny z autokrynnym czynnikiem ruchliwości i Neuroleukiną, można nazwać dalsze funkcje białka GPI.

Jako czynnik neurotroficzny sprzyja wzrostowi i różnicowaniu neuronów rdzeniowych i czuciowych. Występuje w dużych ilościach w mięśniach, mózgu, sercu i nerkach. Neuroleukina działa również jako limfokina , która jest wydzielana przez limfocyty T stymulowane lektyną . Indukuje wydzielanie immunoglobuliny w komórkach B jako część odpowiedzi, która aktywuje komórki wydzielające przeciwciała.

Jako AMF aktywuje receptor AMF (AMFR). Zwiększoną liczbę tych receptorów stwierdzono na zaawansowanych komórkach nowotworowych. AMF jest wytwarzany i wydzielany przez komórki rakowe i jako czynnik wzrostu stymuluje wzrost i ruchliwość komórek. Uważa się, że AMF odgrywa kluczową rolę w przerzutach raka poprzez aktywację szlaków sygnałowych MAPK / ERK lub PI3K / AKT . W szlaku sygnałowym PI3K / AKT AMF oddziałuje z kompleksem gp78 / AMFR w celu regulacji uwalniania wapnia w siateczce endoplazmatycznej (ER), a tym samym chroni przed apoptozą w odpowiedzi na stres ER. Aktywacja AMFR wpływa na adhezję , ruchliwość , kiełkowanie i apoptozę komórek.

U niektórych archeonów i bakterii aktywność izomerazy glukozo-6-fosforanu zachodzi za pośrednictwem dwufunkcyjnego enzymu, który ma również aktywność izomerazy mannozo-6-fosforanu (PMI). Chociaż nie jest blisko spokrewniony z eukariotycznym GPI, dwufunkcyjny enzym jest na tyle podobny, że sekwencja zawiera klaster reszt treoniny i seryny, które tworzą miejsce wiązania fosforanu cukru w ​​konwencjonalnym GPI. Uważa się, że enzym ten wykorzystuje te same mechanizmy katalityczne do otwierania pierścienia glukozy i izomeryzacji do konwersji glukozo-6-fosforanu do fruktozo-6-fosforanu.

mechanizm

Mechanizm GPI do konwersji glukozo-6-fosforanu (aldozy) do fruktozo-6-fosforanu (ketozy) składa się z trzech głównych etapów: otwarcia pierścienia glukozy, izomeryzacji glukozy do fruktozy przez pośredni enodiolan i zamknięcie pierścieni fruktozowych .

Wzór strukturalny α-D-glukozo-6-fosforanu ⇔ Wzór strukturalny β-D-fruktozo-6-fosforanu
Glukozo-6-fosforan jest przestawiany do fruktozo-6-fosforanu i odwrotnie.

Glukozo-6-fosforan wiąże się z GPI w postaci piranozy ( 1 ). Pierścień jest otwierany przez mechanizm push-pull His388, który protonuje tlen C5 i Lys518 , który deprotonuje grupę hydroksylową C1 , dlatego ten etap jest również znany jako katalizowane kwasem otwarcie pierścienia ( 2 ). To tworzy otwartą aldozę . Podłoże jest następnie obracane wokół wiązania C3-C4, aby ustawić je do izomeryzacji. W tym momencie Glu357 deprotonuje atom C2, tworząc związek pośredni cis -endiolanowy stabilizowany przez Arg272 (kataliza zasadowa, 3 ). Aby zakończyć izomeryzację, Glu357 przekazuje swój proton, który został wcześniej wymieniony z protonem w otaczającym roztworze, atomowi C1, grupa hydroksylowa C2 traci proton i powstaje fruktozo-6-fosforan o otwartym łańcuchu (kataliza kwasowa, 4 ). Na koniec pierścień jest zamykany przez ponowne obrócenie podłoża wokół wiązania C3-C4 i deprotonowanie grupy hydroksylowej C5 przez His388, dlatego etap ten jest również znany jako katalizowane zasadą zamknięcie pierścienia ( 5 ). Powstały produkt (fruktozo-6-fosforan w postaci piranozy) opuszcza następnie aktywne centrum izomerazy glukozo-6-fosforanowej ( 6 ).

Mechanizm reakcji izomerazy glukozo-6-fosforanowej
Aktywne centrum izomerazy glukozo-6-fosforanu u myszy domowych , zgodnie z PDB  1U0F . Podłoże glukozo-6-fosforan (G6P) znajduje się w pierścieniowym postać o otwartym łańcuchu.

patologia

Oprócz dziedzicznych zaburzeń metabolicznych wynikających z niedoboru GPI, znana jest forma zapalenia stawów wywołana przez autoimmunizację na GPI. Obecnie wiadomo, że IL-6 i T H 17 odgrywają rolę w nabywaniu tej choroby.

Podwyższone wartości GPI w surowicy zastosowano jako biomarker prognostyczny dla raka okrężnicy, piersi, płuc, nerek, żołądka, okrężnicy i innych. Jako AMF, GPI jest przypisane do regulowania migracji komórek podczas inwazji i przerzutów. Jedno z badań wykazało, że zewnętrzne warstwy sferoidów raka piersi (BTS) wydzielają GPI, indukując przejście nabłonkowo-mezenchymalne (EMT), inwazję i przerzuty w BTS. Stwierdzono, że inhibitory GPI ERI4P i 6PG blokują przerzuty BTS, ale nie glikolizę BTS ani żywotność fibroblastów . Ponadto GPI jest wydzielany tylko przez komórki nowotworowe, a nie przez normalne komórki. Z tych powodów inhibitory GPI mogą być bezpieczniejszym i bardziej ukierunkowanym podejściem do leczenia raka.

GPI uczestniczy również w dodatniej pętli sprzężenia zwrotnego z HER2 , głównym celem raka piersi, ponieważ GPI zwiększa ekspresję HER2, a nadekspresja HER2 zwiększa ekspresję GPI i tak dalej. W rezultacie aktywność GPI prawdopodobnie uczyni komórki raka piersi opornymi na terapie oparte na HER2 z trastuzumabem ( nazwa handlowa : Herceptin ® ) i należy ją postrzegać jako dodatkowy cel w leczeniu pacjentów.

linki internetowe

Wikibooks: Biochemistry and Pathobiochemistry: Glucose-6-Phosphate Isomerase  - Learning and Teaching Materials

Indywidualne dowody

  1. ↑ UniProt P06744
  2. ↑ a b c C. J. Jeffery, BJ Bahnson, W. Chien, D. Rings, GA Petsko: Struktura krystaliczna króliczej izomerazy fosfoglukozy, enzymu glikolitycznego, który działa jak neuroleukina, autokrynny czynnik ruchliwości i mediator różnicowania. W: Biochemistry. Tom 39, numer 5, luty 2000, s. 955-964, doi : 10.1021 / bi991604m , PMID 10653639 .
  3. ↑ a b c d A. Haga, Y. Niinaka, A. Raz: Izomeraza fosfoheksozy / czynnik autokrynnej ruchliwości / neuroleukina / czynnik dojrzewania jest wielofunkcyjną fosfoproteiną. W: Biochimica et Biophysica Acta . Tom 1480, numer 1-2, lipiec 2000, pp 235-244, doi : 10,1016 / s0167-4838 (00) 00075-3 , PMID 11004567 .
  4. ↑ YJ Sun, CC Chou, WS Chen, RT Wu, M. Meng, CD Hsiao: Struktura krystaliczna wielofunkcyjnego białka: izomeraza fosfoglukozy / autokrynny czynnik ruchliwości / neuroleukina. W: Proceedings of the National Academy of Sciences . Tom 96, numer 10, maj 1999, s. 5412-5417, doi : 10.1073 / pnas.96.10.5412 , PMID 10318897 , PMC 21873 (pełny tekst dowolny).
  5. ↑ a b c d A. T. Cordeiro, PH Godoi, CH Silva, RC Garratt, G. Oliva, OH Thiemann: Struktura krystaliczna ludzkiej izomerazy fosfoglukozy i analiza początkowych etapów katalitycznych. W: Biochimica et Biophysica Acta . Tom 1645, numer 2, luty 2003, s. 117-122, doi : 10.1016 / s1570-9639 (02) 00464-8 , PMID 12573240 .
  6. ↑ a b c S. Somarowthu, HR Brodkin, JA D'Aquino, D. Rings, MJ Ondrechen, PJ Beuning: opowieść o dwóch izomerazach: zwartych i rozszerzonych miejscach aktywnych w izomerazie ketosteroidowej i izomerazy fosfoglukozowej. W: Biochemistry. Tom 50, numer 43, listopad 2011, s. 9283-9295, doi : 10.1021 / bi201089v , PMID 21970785 .
  7. ↑ Y. Dobashi, H. Watanabe, Y. Sato, S. Hirashima, T. Yanagawa, H. Matsubara, A. Ooi: Ekspresja różnicowa i znaczenie patologiczne ekspresji czynnika autokrynnej ruchliwości / izomerazy glukozo-6-fosforanu w ludzkich rakach płuc . W: The Journal of pathology. Tom 210, numer 4, grudzień 2006, s. 431-440, doi : 10.1002 / path.2069 , PMID 17029220 .
  8. ↑ H. Watanabe, K. Takehana, M. Date, T. Shinozaki, A. Raz: Czynnikiem autokrynnej ruchliwości komórek nowotworowych jest polipeptyd izomerazy neuroleukiny / fosfoheksozy. W: Cancer Research . Tom 56, numer 13, lipiec 1996, str. 2960-2963, PMID 8674049 .
  9. ↑ Izomeraza glukozo-6-fosforanowa.  W: Online Mendelian Inheritance in Man . (Język angielski).
  10. ↑ ME Gurney, SP Heinrich, MR Lee, HS Yin: Klonowanie molekularne i ekspresja neuroleukiny, czynnika neurotroficznego dla neuronów rdzeniowych i czuciowych. W: Science . Tom 234, numer 4776, październik 1986, s. 566-574, doi : 10.1126 / science.3764429 , PMID 3764429 .
  11. ↑ ME Gurney, BR Apatoff, GT Spear, MJ Baumel, JP Antel, MB Bania, AT Reder: Neuroleukina: produkt limfokinowy komórek T stymulowanych lektyną. W: Science . Tom 234, numer 4776, październik 1986, s. 574-581, doi : 10.1126 / science.3020690 , PMID 3020690 .
  12. ↑ S. Silletti, A. Raz: Czynnik ruchliwości autokrynologicznej jest czynnikiem wzrostu. W: Biochemiczne i biofizyczne komunikaty badawcze. Tom 194, numer 1, lipiec 1993, s. 446-457, doi : 10.1006 / bbrc.1993.1840 , PMID 8392842 .
  13. ↑ a b M. Fu, L. Li, T. Albrecht, JD Johnson, LD Kojic, IR Nabi: Autokrynny czynnik ruchliwości / izomeraza fosfoglukozy reguluje stres ER i śmierć komórek poprzez kontrolę uwalniania wapnia przez ER. W: Śmierć i różnicowanie komórek. Tom 18, numer 6, czerwiec 2011, s. 1057-1070, doi : 10.1038 / cdd.2010.181 , PMID 21252914 , PMC 3131941 (pełny tekst dowolny).
  14. ↑ LA Liotta, R. Mandler, G. Murano, DA Katz, RK Gordon, PK Chiang, E. Schiffmann: Współczynnik autokrynnej ruchliwości komórek nowotworowych. W: Proceedings of the National Academy of Sciences . Tom 83, numer 10, maj 1986, s. 3302-3306, doi : 10.1073 / pnas. 83.10.3302 , PMID 3085086 , PMC 323501 (pełny tekst dowolny).
  15. ↑ CG Chiu, P. St-Pierre, IR Nabi, SM Wiseman: Receptor czynnika ruchliwości autokrynnej: przegląd kliniczny. W: Przegląd ekspercki terapii przeciwnowotworowej. Tom 8, numer 2, luty 2008, s. 207-217, doi : 10.1586 / 14737140.8.2.207 , PMID 18279062 (przegląd).
  16. ↑ MK Swan, T. Hansen, P. Schönheit, C. Davies: Nowa izomeraza fosfoglukozy (PGI) / izomeraza fosfomannozowa z crenarchaeon Pyrobaculum aerophilum jest członkiem nadrodziny PGI: strukturalne dowody przy rozdzielczości 1,16-A. W: Journal of Biological Chemistry . Tom 279, numer 38, wrzesień 2004, s. 39838-39845, doi : 10.1074 / jbc.M406855200 , PMID 15252053 .
  17. ↑ J. Read, J. Pearce, X. Li, H. Muirhead, J. Chirgwin, C. Davies: Struktura krystaliczna ludzkiej izomerazy fosfoglukozy w rozdzielczości 1,6 A: implikacje dla mechanizmu katalitycznego, aktywności cytokin i anemii hemolitycznej. W: Journal of Molecular biology. Tom 309, numer 2, czerwiec 2001, s. 447-463, doi : 10.1006 / jmbi.2001.4680 , PMID 11371164 .
  18. ↑ Donald Voet, Judith G. Voet, Charlotte W. Pratt: Fundamentals of Biochemistry . Życie na poziomie molekularnym. Wydanie 5. John Wiley & Sons , Hoboken, NJ 2016, ISBN 978-1-118-91840-1 , s. 484 ( ograniczony podgląd w wyszukiwarce Google Book).
  19. ↑ a b J. T. Solomons, EM Zimmerly, S. Burns, N. Krishnamurthy, MK Swan, S. Krings, H. Muirhead, J. Chirgwin, C. Davies: The crystal structure of mouse phosphoglucose isomerase at 1.6A resolution and its complex z glukozo-6-fosforanem ujawnia katalityczny mechanizm otwierania pierścienia cukrowego. W: Journal of Molecular biology. Tom 342, numer 3, wrzesień 2004, s. 847-860, doi : 10.1016 / j.jmb.2004.07.085 , PMID 15342241 .
  20. ↑ K. Iwanami, I. Matsumoto, Y. Tanaka-Watanabe, A. Inoue, M. Mihara, Y. Ohsugi, M. Mamura, D. Goto, S. Ito, A. Tsutsumi, T. Kishimoto, T. Sumida : Kluczowa rola osi cytokin interleukina-6 / interleukina-17 w indukcji zapalenia stawów przez izomerazę glukozo-6-fosforanową. W: Artretyzm i reumatyzm. Tom 58, numer 3, marzec 2008, s. 754-763, doi : 10.1002 / art.23222 , PMID 18311788 .
  21. ^ JC Gallardo-Pérez, NA Rivero-Segura, A. Marín-Hernández, R. Moreno-Sánchez, S. Rodríguez-Enríquez: Hamowanie GPI / AMF blokuje rozwój fenotypu przerzutowego dojrzałych sferoidów wielokomórkowych guzów. W: Biochimica et Biophysica Acta . Tom 1843, numer 6, czerwiec 2014, s. 1043-1053, doi : 10.1016 / j.bbamcr.2014.01.013 , PMID 24440856 .
  22. ↑ DH Kho, P. Nangia-Makker, V. Balan, V. Hogan, L. Tait, Y. Wang, A. Raz: Autokrynny czynnik ruchliwości promuje rozszczepienie HER2 i sygnalizację w komórkach raka piersi. W: Cancer Research . Tom 73, numer 4, luty 2013, s. 1411-1419, doi : 10.1158 / 0008-5472.CAN-12-2149 , PMID 23248119 , PMC 3577983 (pełny tekst dowolny).