WikiDer > Цистатионин бета-синтаза

Cystathionine beta synthase
CBS
PBB Protein CBS image.jpg
Доступные конструкции
PDBПоиск ортолога: PDBe RCSB
Идентификаторы
ПсевдонимыCBS, HIP4, цистатионин-бета-синтаза, CBSL, цистатионин-бета-синтаза
Внешние идентификаторыOMIM: 613381 MGI: 88285 ГомолоГен: 37258 Генные карты: CBS
Расположение гена (человек)
Хромосома 21 (человека)
Chr.Хромосома 21 (человека)[1]
Хромосома 21 (человека)
Геномное местоположение для CBS
Геномное местоположение для CBS
Группа21q22.3Начните43,053,191 бп[1]
Конец43,076,943 бп[1]
Ортологи
ВидыЧеловекМышь
Entrez

875

12411

Ансамбль

ENSG00000160200

ENSMUSG00000024039

UniProt

P35520
P0DN79

Q91WT9

RefSeq (мРНК)

NM_000071
NM_001178008
NM_001178009
NM_001320298
NM_001321072

NM_001271353
NM_144855
NM_178224

RefSeq (белок)

NP_001258282
NP_659104
NP_835742

Расположение (UCSC)Chr 21: 43.05 - 43.08 МбChr 17: 31.61 - 31.64 Мб
PubMed поиск[3][4]
Викиданные
Просмотр / редактирование человекаПросмотр / редактирование мыши

Цистатионин-β-синтаза, также известен как CBS, является фермент (EC 4.2.1.22), который у человека кодируется CBS ген. Это катализирует первый шаг путь транссульфурации, от гомоцистеин к цистатионин:[5]

L-серин + L-гомоцистеин L-цистатионин + ЧАС2О

CBS использует кофактор пиридоксальфосфат (PLP) и может быть аллостерически регулируется эффекторами, такими как вездесущий кофактор S-аденозил-L-метионин (adoMet). Этот фермент принадлежит к семейству лиасыа именно гидролазы, расщепляющие углерод-кислородные связи.

CBS - это мультидоменный фермент, состоящий из N-концевого ферментативного домена и двух CBS домены. В CBS ген является наиболее распространенным локусом мутаций, связанных с гомоцистинурия.[6]

Номенклатура

В систематическое название этого класса ферментов является L-серин гидролаза (добавление гомоцистеина; L-цистатионин-образующее). Другие широко используемые имена включают:

  • бета-тионаза,
  • цистеинсинтаза,
  • L-серин гидролаза (добавление гомоцистеина),
  • метилцистеинсинтаза,
  • серинсульфгидраза и
  • серинсульфгидрилаза.

Метилцистеинсинтаза был назначен Номер ЕС EC 4.2.1.23 в 1961 году. Это вызвано побочной реакцией CBS. Номер ЕС EC 4.2.1.23 был удален в 1972 году.[7]

Структура

Последовательность и вторичная структура фермента CBS.[8]

Человеческий фермент цистатионин-β-синтаза представляет собой тетрамер и состоит из 551 аминокислоты с субъединичной молекулярной массой 61 кДа. Он отображает модульную организацию из трех модулей с N-концевым доменом гема, за которым следует ядро, содержащее PLP кофактор.[9] Кофактор находится глубоко в гемовом домене и связан основанием Шиффа.[10] А База Шиффа это функциональная группа содержащая связь C = N с атомом азота, соединенным с арил или алкил группа. Гемовый домен состоит из 70 аминокислот, и кажется, что гем существует только в млекопитающее CBS и отсутствует в дрожжах и простейшие CBS. На С-конце регуляторный домен CBS содержит тандемный повтор двух CBS-доменов β-α-β-β-α, мотива вторичной структуры, обнаруженного в других белках.[9] CBS имеет С-концевой ингибирующий домен. С-концевой домен цистатионин-β-синтазы регулирует ее активность посредством как интрастерических, так и аллостерических эффектов и важен для поддержания тетрамерного состояния белка.[9] Это ингибирование облегчается связыванием аллостерический эффектор adoMet, или путем удаления регулирующего домена; однако величина эффектов различается.[9] Мутации в этой области коррелируют с наследственные болезни.[11]

Гемовый домен содержит N-концевую петлю, которая связывает гем и обеспечивает осевую лиганды C52 и H65. Расстояние гема от PLP сайт связывания предполагает, что он не играет роли в катализе, однако удаление домена гема вызывает потерю редокс чувствительность, поэтому предполагается, что гем является датчиком окислительно-восстановительного потенциала.[10] Присутствие протопорфирина IX в CBS является уникальным PLP-зависимым ферментом и обнаруживается только в CBS млекопитающих. D. melanogaster и D. дискоиды усек N-концевой расширений и, следовательно, предотвратить сохранение гистидин и цистеин гемовый лиганд остатки. Однако Anopheles gambiae последовательность имеет более длинную N-концевую протяженность, чем человеческий фермент, и содержит консервативный гистидин и цистеин гем остатки лиганда как у человека гем. Следовательно, возможно, что CBS в слизистой плесени и насекомых являются гемопротеинами, что позволяет предположить, что гем домен - это ранняя эволюционная инновация, возникшая до разделения животных и слизистой плесени.[9] В PLP это внутренний альдимин и образует База Шиффа с K119 на активном сайте. Между каталитическим и регуляторным доменами существует гиперчувствительный сайт, который вызывает протеолитическое расщепление и производит усеченный димерный фермент, который более активен, чем исходный фермент. Как усеченный фермент, так и фермент, обнаруженный в дрожжах, не регулируются adoMet. Дрожжевой фермент также активируется за счет делеции С-конца с образованием димерного фермента.[9]

По состоянию на конец 2007 г. структуры были решены для этого класса ферментов, с PDB коды доступа 1JBQ и 1М54.

Ферментативная активность

цистатионин бета-синтаза
Идентификаторы
Номер ЕС4.2.1.22
Количество CAS9023-99-8
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
Метаболизм цистеина. Цистатионин-бета-синтаза катализирует верхнюю реакцию и цистатионин гамма-лиаза катализирует низшую реакцию.

Транссульфурация, катализируемая CBS, преобразует гомоцистеин к цистатионин, которую цистатион гамма-лиаза превращает в цистеин.[12]

CBS занимает центральное место в метаболизме серы у млекопитающих в гомоцистеин перекресток, где принято решение сохранить метионин или преобразовать его в цистеин через путь транссульфурации, сделан. Более того, путь транссульфурации - единственный путь, способный удалять серосодержащие аминокислоты в условиях избытка.[9]

По аналогии с другими ферментами β-замещения, реакция, катализируемая CBS, предположительно будет включать ряд adoMetпромежуточные соединения. Добавление серин приводит к траншиффизация реакция, которая образует внешнюю альдимин. В альдимин претерпевает отрыв протона от α-углерода с последующим отщеплением с образованием амино-акрилат промежуточный. Нуклеофильная атака тиолатом гомоцистеина на аминоакрилат и репротонирование по Cα генерируют внешний альдимин цистатионин. Заключительный трансальдидация В результате реакции высвобождается конечный продукт - цистатионин.[9] Конечный продукт, L-цистатионин, также может образовывать промежуточное аминоакрилатное соединение, что указывает на то, что вся реакция CBS обратима.[13]

Измеренное V0 реакции, катализируемой ферментами, в общем, отражает установившееся состояние (где [ES] является постоянным), даже если V0 ограничивается ранней частью реакции, и анализ этих начальных скоростей называется стационарной кинетикой. Кинетический анализ устойчивого состояния дрожжевого CBS дает параллельные линии. Эти результаты согласуются с предложенным механизмом пинг-понга, в котором за связыванием серина и высвобождением воды следует связывание гомоцистеина и высвобождение цистатионина. Напротив, стационарный кинетика ферментов CBS крысы дает пересекающиеся линии, указывающие на то, что β-заместитель серина не высвобождается из фермента до связывания гомоцистеина.[9]

Одной из альтернативных реакций с участием CBS является конденсация цистеин с гомоцистеином с образованием цистатионина и сероводород (ЧАС2S).[13] ЧАС2S в головном мозге производится CBS из L-цистеина. Этот альтернативный метаболический путь также зависит от adoMet.[14]

Активность фермента CBS обнаруживается не во всех тканях и клетках. Он отсутствует в сердце, легких, яичках, надпочечниках и селезенке у крыс. Было показано, что у людей он отсутствует в сердечной мышце и первичных культурах аорты человека. эндотелиальный клетки. Отсутствие CBS в этих тканях означает, что эти ткани не могут синтезировать цистеин и что цистеин должен поступать из внеклеточных источников. Это также предполагает, что эти ткани могут иметь повышенную чувствительность к токсичности гомоцистеина, потому что они не могут катаболизировать избыток гомоцистеина через транссульфурацию.[13]

Регулирование

Аллостерическая активация CBS adoMet определяет метаболическую судьбу гомоцистеин. AdoMet активирует CBS млекопитающих в 2,5-5 раз с помощью константа диссоциации 15 мкМ.[6] AdoMet является аллостерическим активатором, который увеличивает VМаксимум реакции CBS, но не влияет на Kм для подложек. Другими словами, AdoMet стимулирует активность CBS, увеличивая скорость оборота, а не связывание субстратов с ферментом.[9] Этот белок может использовать морфеин модель аллостерическая регуляция.[15]

Human CBS выполняет важный шаг в биосинтетический путь цистеина предоставляя точку регулятивного контроля для AdoMet. Гомоцистеин после метилирования до метионин, может быть преобразован в AdoMet, который жертвует метил группы на различные субстраты, например, нейротрансмиттеры, белки, и нуклеиновых кислот. AdoMet действует как аллостерический активатор CBS и контролирует его биосинтез: низкие концентрации AdoMet приводят к низкой активности CBS, тем самым направляя гомоцистеин в организм человека. цикл трансметилирования к формированию AdoMet. Напротив, высокие концентрации adoMet направляют гомоцистеин в путь транссульфурации к биосинтез цистеина.[16]

У млекопитающих CBS представляет собой строго регулируемый фермент, который содержит гем кофактор, который функционирует как датчик окислительно-восстановительного потенциала,[11] которые могут модулировать его активность в ответ на изменения окислительно-восстановительного потенциала. Если покоящаяся форма КОС в ячейке имеет железо (Fe2+) гема существует возможность активации фермента в окислительных условиях путем преобразования в железо (Fe3+) штат.[9] Fe2+ форма фермента ингибируется при связывании CO или оксида азота, тогда как активность фермента удваивается, когда Fe2+ окисляется до Fe3+. Редокс-состояние гем зависит от pH, при окислении Fe2+–CBS в Fe3+–CBS предпочтительнее в условиях низкого pH.[17]

Поскольку CBS млекопитающих содержит кофактор гема, тогда как дрожжевые и простейшие ферменты из Trypanosoma cruzi не имеют кофакторов гема, исследователи предположили, что гем не требуется для активности CBS.[9]

CBS регулируется на уровне транскрипции посредством NF-Y, СП-1, и СП-3. Кроме того, он активируется транскрипционно с помощью глюкокортикоиды и гликоген, и подавляется инсулин. Метионин активирует CBS на посттранскрипционном уровне.

Болезнь человека

Синдром Дауна - заболевание, характеризующееся сверхэкспрессией цистатионин-бета-синтазы (CBS) и низким уровнем гомоцистеина в крови. Было высказано предположение, что гиперэкспрессия цистатионин-бета-синтазы может быть основным виновником этого заболевания (наряду с дисфункцией GabaA и Dyrk1a. ). Фенотип синдрома Дауна противоположен гипергомоцистеинемии (описанной ниже). Фармакологические ингибиторы CBS были запатентованы Фондом Джерома Лежена (ноябрь 2011 г.), и запланированы испытания (на животных и людях).

Гипергомоцистеинемия заболевание, характеризующееся аномально высоким уровнем гомоцистеин в крови. Мутации в CBS являются наиболее частой причиной наследственной гипергомоцистеинемии. Генетические дефекты, влияющие на MTHFR, MTR, и MTRR / MS ферментные пути также могут способствовать высокому уровню гомоцистеина. Врожденные ошибки CBS приводят к гипергомоцистеинемии с осложнениями со стороны сердечно-сосудистой системы, что приводит к раннему и агрессивному заболеванию артерий. Гипергомоцистеинемия также влияет на три другие системы органов, включая глаз, центральную нервную систему и скелет.[9]

Гомоцистинурия из-за дефицита CBS возникает особый вид гипергомоцистеинемии. Это редкое наследственно-рецессивное аутосомное заболевание, которое обычно диагностируется в детстве. В общей сложности идентифицирована 131 мутация, вызывающая гомоцистинурию. Общей функциональной особенностью мутаций в доменах CBS является то, что мутации отменяют или сильно снижают активацию за счет adoMet.[16] Специфического лечения гомоцистинурии не найдено; однако многие люди лечатся высокими дозами витамин B6, который является кофактором CBS.

Биоинженерия

Цистатионин-бета-синтаза (CBS) участвует в ооцит развитие. Однако мало что известно о региональных и клеточных паттернах экспрессии CBS в яичниках, и сейчас исследования сосредоточены на определении местоположения и экспрессии во время развития фолликулов в яичниках.[18]

Отсутствие цистатионин-бета-синтазы у мышей вызывает бесплодие из-за потери экспрессии белка в матке.[19]

Мутации

Гены, контролирующие экспрессию фермента CBS, могут не работать со 100% эффективностью у лиц, имеющих один из SNP (однонуклеотидные полиморфизмы, более известный как мутации), которые влияют на этот ген. Известные варианты включают SNP A360A, C699T, I278T, N212N и T42N (среди прочего). Эти SNP, которые по-разному влияют на эффективность фермента, могут быть обнаружены стандартными методами тестирования ДНК.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б c ГРЧ38: Ансамбль выпуск 89: ENSG00000160200 - Ансамбль, Май 2017
  2. ^ а б c GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000024039 - Ансамбль, Май 2017
  3. ^ "Справочник человека по PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США.
  4. ^ "Ссылка на Mouse PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США.
  5. ^ «Энтрез Ген: цистатионин-бета-синтаза CBS».
  6. ^ а б Яносик М., Кери В., Гаустаднес М., Маклин К.Н., Краус Дж. П. (сентябрь 2001 г.). «Регулирование цистатионин-бета-синтазы человека с помощью S-аденозил-L-метионина: данные о двух каталитически активных конформациях с участием аутоингибиторного домена в С-концевой области». Биохимия. 40 (35): 10625–33. Дои:10.1021 / bi010711p. PMID 11524006.
  7. ^ EC 4.2.1.23
  8. ^ PDB: 1JBQ​; Мейер М., Яношик М., Кери В., Краус Дж. П., Буркхард П. (август 2001 г.). «Структура цистатионин-бета-синтазы человека: уникальный пиридоксаль-5'-фосфат-зависимый гемовый белок». Журнал EMBO. 20 (15): 3910–6. Дои:10.1093 / emboj / 20.15.3910. ЧВК 149156. PMID 11483494.
  9. ^ а б c d е ж г час я j k л м Банерджи Р., Зоу К.Г. (январь 2005 г.). «Редокс-регуляция и механизм реакции цистатионин-бета-синтазы человека: PLP-зависимый гемесенсорный белок». Архивы биохимии и биофизики. 433 (1): 144–56. Дои:10.1016 / j.abb.2004.08.037. PMID 15581573.
  10. ^ а б Яманиши М., Кабил О, Сен С., Банерджи Р. (декабрь 2006 г.). «Структурное понимание патогенных мутаций гем-зависимой цистатионин-бета-синтазы». Журнал неорганической биохимии. 100 (12): 1988–95. Дои:10.1016 / j.jinorgbio.2006.08.020. PMID 17069888.
  11. ^ а б Кабил О., Чжоу И., Банерджи Р. (ноябрь 2006 г.). «Цистатионин-бета-синтаза человека является мишенью для сумоилирования». Биохимия. 45 (45): 13528–36. Дои:10.1021 / bi0615644. PMID 17087506.
  12. ^ Нодзаки Т., Шигета Ю., Сайто-Накано И., Имада М., Крюгер В.Д. (март 2001 г.). «Характеристика путей транссульфурации и биосинтеза цистеина в гемофлагелляте простейших, Trypanosoma cruzi. Выделение и молекулярная характеристика цистатионин-бета-синтазы и серинацетилтрансферазы из трипаносомы». Журнал биологической химии. 276 (9): 6516–23. Дои:10.1074 / jbc.M009774200. PMID 11106665.
  13. ^ а б c Джи К. Х., Крюгер В. Д. (2005). «Роль цистатионин-бета-синтазы в метаболизме гомоцистеина». Антиоксиданты и редокс-сигналы. 7 (5–6): 813–22. Дои:10.1089 / ars.2005.7.813. PMID 15890029.
  14. ^ Это К., Кимура Х (ноябрь 2002 г.). «Новый механизм повышения активности цистатионин-бета-синтазы по производству сероводорода». Журнал биологической химии. 277 (45): 42680–5. Дои:10.1074 / jbc.M205835200. PMID 12213817.
  15. ^ Т. Селвуд и Э. К. Джаффе (2011). «Динамические диссоциирующие гомоолигомеры и контроль функции белка». Arch. Biochem. Биофизы. 519 (2): 131–43. Дои:10.1016 / j.abb.2011.11.020. ЧВК 3298769. PMID 22182754.
  16. ^ а б Игноул С., Эггермонт Дж. (Декабрь 2005 г.). «Домены CBS: структура, функция и патология белков человека». Американский журнал физиологии. Клеточная физиология. 289 (6): C1369–78. Дои:10.1152 / ajpcell.00282.2005. PMID 16275737.
  17. ^ Пураник М., Уикс С.Л., Лахайе Д., Кабил О, Таока С., Нильсен С.Б., Гровс Д.Т., Банерджи Р., Спиро Т.Г. (май 2006 г.). «Динамика связывания окиси углерода с бета-синтазой цистатионина». Журнал биологической химии. 281 (19): 13433–8. Дои:10.1074 / jbc.M600246200. ЧВК 2745537. PMID 16505479.
  18. ^ Лян Р., Ю В.Д., Ду Дж.Б., Ян Л.Дж., Шан М., Гуо Дж.З. (ноябрь 2006 г.). «Локализация цистатионин-бета-синтазы в яичниках мышей и профиль ее экспрессии во время развития фолликулов». Китайский медицинский журнал. 119 (22): 1877–83. Дои:10.1097/00029330-200611020-00006. PMID 17134586. S2CID 23891500. Архивировано из оригинал на 2011-07-18.
  19. ^ Гусман М.А., Наварро М.А., Карнисер Р., Саррия А.Дж., Ацин С., Арнал С., Муньеса П., Сурра Дж.С., Арбонес-Майнар Д.М., Маеда Н., Осада Дж. (Ноябрь 2006 г.). «Цистатионин-бета-синтаза необходима для женской репродуктивной функции». Молекулярная генетика человека. 15 (21): 3168–76. Дои:10.1093 / hmg / ddl393. PMID 16984962.

дальнейшее чтение

внешние ссылки