Sfingomyelináza

Sfingomyelinfosfodiesteráza ( EC 3.1.4.12 , sfingomyelináza, anglicky  sfingomyelin fosfodiesteráza, sfingomyelináza ) je lysozomální enzym , který degraduje membránový lipid sfingomyelin na fosfatidylcholin a ceramid . Nedostatek enzymu vede k významné akumulaci lipidů v lysozomech , což způsobuje onemocnění známá jako Niemann-Pickova choroba [2] . Existuje 5 forem enzymu: kyselá sfingomyelináza ( SMPD1 ), neutrální ( SMPD2 , SMPD3 ) a kyselá sfingomyelináza podobná (SMPDL3A , SMPDL3B ).

Rodina sfingomyelináz

Bylo identifikováno pět typů SMázy. Jsou klasifikovány podle jejich závislosti na kationtech a optimálního pH působení a zahrnují:

• Lysozomální kyselá SMáza
• Vylučovaná kyselá SMáza závislá na zinku
• Neutrální SMáza závislá na hořčíku
• Neutrální SMáza nezávislá na hořčíku
• Alkalická SMáza

Z nich jsou lysozomální kyselá SMáza a neutrální SMáza závislá na hořčíku považovány za hlavní kandidáty na produkci ceramidů v reakci na buněčný stres [3] .

Neutrální sfingomyelináza

Aktivita neutrální sfingomyelinázy (N-SMáza) byla poprvé popsána ve fibroblastech pacientů s Niemann-Pickovou  chorobou, lysozomálním střádavým onemocněním charakterizovaným nedostatkem kyselé SMázy. [4] Následný výzkum ukázal, že tento enzym byl produktem jediného genu, měl optimální pH 7,4, jeho aktivita závisela na Mg 2+ iontech a byl zvláště bohatý v mozku. [5] Nedávnější studie mozku skotu však potvrdila existenci mnoha izoforem N-SMázy s různými biochemickými a chromatografickými vlastnostmi. [6]

Velký průlom nastal v polovině 80. let 20. století s klonováním prvních N-SMáz z Bacillus cereus a Staphylococcus aureus . [7] [8] Použití sekvencí těchto bakteriálních sfingomyelináz při hledání homologie nakonec vedlo k identifikaci kvasinkových N-SMáz ISC1 v pučících kvasinkách Saccharomyces cerevisiae [9] a savčích N-SMázových enzymů nSMase1 a nSMase2. [10] [11] [12] Identita mezi savčími, kvasinkovými a bakteriálními SMázami je velmi nízká, přibližně 20 % mezi nSMázou2 a SMázou B. cereus. Zarovnání sekvencí (viz obrázek) však ukazuje řadu konzervovaných zbytků v celé rodině, zejména v katalytické oblasti enzymů. [13] To vedlo k návrhu společného katalytického mechanismu pro rodinu N-SMázy.

Třetí protein N-SMázy, nSMase3, byl klonován a charakterizován v roce 2006. [14] nSMase3 má malou sekvenční podobnost s nSMase1 nebo nSMase2. Zdá se však, že existuje vysoký stupeň evolučního konzervatismu od nižších po vyšší organismy, což naznačuje, že mohou zahrnovat jedinečnou a odlišnou N-SMázu. Vysoká exprese nSMázy3 v srdci a kosterním svalu také naznačuje potenciální roli v srdeční funkci. [čtrnáct]

Aktivní stránka

Zvětšený snímek aktivního místa SMázy s navázanými ionty Co 2+, ukazující zbytky odpovědné za vazbu kationtů dvojmocných kovů.

Řešení krystalové struktury neutrální sfingomyelinázy z Listeria ivanovii a Bacillus cereus umožnilo úplnější pochopení jejich enzymatického místa. Aktivní místo SMázy B. cereus obsahuje zbytky Asn - 16, Glu - 53, Asp -195, Asn-197 a jeho -296. Z nich je známo, že zbytky Glu-53, Asp-195 a His-296 jsou důležité pro aktivitu. Relativní katalytická aktivita SMázy, když jsou kovové ionty navázány na aktivní místo, byla studována pro ionty dvojmocných kovů Co2+, Mn2+, Mg2+, Ca2+ a Sr.2+. Z těchto pěti kovových iontů mají Co2+, Mn2+ a Mg2+ navázané na aktivní místo za následek vysokou katalytickou aktivitu SMázy. Ca 2+ a Sr 2+ navázané na aktivní místo vykazují mnohem nižší katalytickou aktivitu SMázy. Když se jeden Mg2+ ion nebo dva Co2+ ionty navážou na aktivní místo, vznikne dvojitá hexa-koordinovaná geometrie se dvěma oktaedrickými bipyramidami pro Co2+ a jednou oktaedrickou bipyramidou pro Mg2+. Když se na aktivní místo naváže jeden Ca2+iont, výsledkem je hepta-koordinovaná geometrie. Proto se předpokládá, že rozdíl v katalytické aktivitě pro kovové ionty je způsoben geometrickými rozdíly. Pokud jde o Co 2+ a Mg 2+, SMáza má lepší reaktivitu, když jsou na SMázu vázány dva ionty Co 2+; když jsou tyto Co2+ ionty navázány, Glu-53 a His-296 každý váže jeden dvojmocný kovový kation. Tyto kationty jsou obklopeny přemosťujícími molekulami vody a působí jako Lewisovy kyseliny. [patnáct]

Mechanismus

Řešení krystalové struktury neutrální sfingomyelinázy z Listeria ivanovii a Bacillus cereus také vrhlo světlo na jejich katalytické mechanismy. Aktivní místo SMázy obsahuje zbytky Glu a His, z nichž každý je spojen s jedním nebo dvěma kationty dvojmocných kovů, obvykle Co2+, Mg2+ nebo Ca2+ pro optimální výkon. Tyto dva kationty se účastní katalýzy rekrutováním SM do aktivního místa SMázy. Dvojmocný kationt vázaný ke zbytku Glu reaguje s amidokyslíkem a esterovým kyslíkem mezi C1 a skupinou fosfát.CM; Zbytek Asn a kationt dvojmocného kovu asociovaný se zbytkem His se váží na atomy kyslíku SM fosfátové skupiny. Tím se stabilizuje negativní náboj fosfátové skupiny. Kovový kationt navázaný na His zbytek a postranní řetězce Asp a Asn snižuje hodnotu pKa jedné z přemosťujících molekul vody, čímž aktivuje molekulu vody. Tato molekula vody pak působí jako nukleofil a napadá fosfátovou skupinu SM, čímž vytváří pětimocný atom fosforu, jehož negativní náboj je stabilizován dvojmocnými kationty kovů. Fosfát pak transformuje svou tetraedrickou konformaci za vzniku ceramidu a fosfocholinu [15] .

Kyselá sfingomyelináza

Kyselá sfingomyelináza je jedním ze sfingomyelinázových (SMase) enzymů odpovědných za katalýzu degradace sfingomyelinu na ceramid a fosfatidylcholin. Jsou klasifikovány na alkalické, neutrální a kyselé SMázy podle pH, při kterém je jejich enzymatická aktivita optimální. Enzymatická aktivita kyselých sfingomyelináz (aCMáz) může být ovlivněna lipidy, kationty, pH, redox potenciálem a dalšími proteiny životního prostředí. Konkrétně se ukázalo, že aSMázy mají zvýšenou enzymatickou aktivitu v médiu obohaceném o (LBPA) nebo fosfatidylinositol (PI) a inhibují aktivitu v přítomnosti fosforylovaných derivátů PI.

Sfingomyelin fosfodiesteráza 1 [SMPD1] je gen, který kóduje dva enzymy aSMázy, které se liší ve sfingomyelinových zásobách, které hydrolyzují. Lysozomální sfingomyelináza (L-SMáza) se nachází v lysozomálním kompartmentu a sekreční sfingomyelináza (S-SMáza) se nachází extracelulárně.

Poznámky

1. ↑ PNR 2ddt ; Ago H, Oda M, Takahashi M, Tsuge H, Ochi S, Katunuma N, Miyano M, Sakurai J (červen 2006). „Strukturální základ aktivity sfingomyelinfosfodiesterázy v neutrální sfingomyelináze z Bacillus cereus“. J Biol. Chem . 281 (23): 16157-67. DOI : 10.1074/jbc.M601089200 . PMID  16595670 .
2. ↑ PB Schneider, E. P. Kennedy. Sfingomyelináza v normálních lidských slezinách a ve slezinách od subjektů s Niemann-Pickovou chorobou  // Journal of Lipid Research. — 1967-05. - T. 8 , ne. 3 . — S. 202–209 . — ISSN 0022-2275 . Archivováno z originálu 14. srpna 2021.
3. ↑ Sfingomyelin fosfodiesteráza . www.hmong.press . Získáno 17. února 2022. Archivováno z originálu 17. února 2022. (neurčitý)
4. ↑ PB Schneider, E. P. Kennedy. Sfingomyelináza v normálních lidských slezinách a ve slezinách od subjektů s Niemann-Pickovou chorobou  // Journal of Lipid Research. — 1967-05. - T. 8 , ne. 3 . — S. 202–209 . — ISSN 0022-2275 . Archivováno z originálu 17. února 2022.
5. ↑ BG Rao, M. W. Spence. Aktivita sfingomyelinázy při pH 7,4 v lidském mozku a srovnání s aktivitou při pH 5,0  // Journal of Lipid Research. — 1976-09. - T. 17 , č.p. 5 . — S. 506–515 . — ISSN 0022-2275 . Archivováno z originálu 17. února 2022.
6. ↑ SY Jung, JH Suh, HJ Park, KM Jung, MY Kim. Identifikace více forem membránově asociované neutrální sfingomyelinázy v mozku skotu  // Journal of Neurochemistry. — 2000-09. - T. 75 , č.p. 3 . — S. 1004–1014 . — ISSN 0022-3042 . - doi : 10.1046/j.1471-4159.2000.0751004.x . Archivováno z originálu 17. února 2022.
7. ↑ D.C. Coleman, J.P. Arbuthnott, H.M. Pomeroy, T.H. Birkbeck. Klonování a exprese beta-lysinové determinanty ze Staphylococcus aureus v Escherichia coli a Staphylococcus aureus: důkaz, že bakteriofágová konverze beta-lysinové aktivity je způsobena inzerční inaktivací beta-lysinové determinanty  // Mikrobiální patogeneze. — 1986-12. - T. 1 , ne. 6 . — S. 549–564 . — ISSN 0882-4010 . - doi : 10.1016/0882-4010(86)90040-9 . Archivováno z originálu 17. února 2022.
8. ↑ A. Yamada, N. Tsukagoshi, S. Udaka, T. Sasaki, S. Makino. Nukleotidová sekvence a exprese v Escherichia coli genu kódujícího sfingomyelinázu Bacillus cereus  // European Journal of Biochemistry. — 1988-08-01. - T. 175 , č.p. 2 . — S. 213–220 . — ISSN 0014-2956 . - doi : 10.1111/j.1432-1033.1988.tb14186.x . Archivováno z originálu 17. února 2022.
9. ↑ H. Sawai, Y. Okamoto, C. Luberto, C. Mao, A. Bielawska. Identifikace ISC1 (YER019w) jako inositol fosfingolipid fosfolipázy C v Saccharomyces cerevisiae  // The Journal of Biological Chemistry. — 2000-12-15. - T. 275 , č.p. 50 . — S. 39793–39798 . — ISSN 0021-9258 . - doi : 10.1074/jbc.M007721200 . Archivováno z originálu 17. února 2022.
10. ↑ Kaushlendra Tripathi. Role inositol fosfingolipid fosfolipázy C1, kvasinkového homologu neutrálních sfingomyelináz v reakci na poškození DNA a nemocech  // Journal of Lipids. - 2015. - T. 2015 . - S. 161392 . — ISSN 2090-3030 . - doi : 10.1155/2015/161392 . Archivováno z originálu 17. února 2022.
11. ↑ S. Tomiuk, K. Hofmann, M. Nix, M. Zumbansen, W. Stoffel. Klonovaná savčí neutrální sfingomyelináza: funkce ve sfingolipidové signalizaci?  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 1998-03-31. - T. 95 , č.p. 7 . — S. 3638–3643 . — ISSN 0027-8424 . - doi : 10.1073/pnas.95.7.3638 . Archivováno z originálu 17. února 2022.
12. ↑ S. Tomiuk, M. Zumbansen, W. Stoffel. Charakterizace a subcelulární lokalizace myší a lidské neutrální sfingomyelinázy závislé na hořčíku  // The Journal of Biological Chemistry. - 25.02.2000. - T. 275 , č.p. 8 . — S. 5710–5717 . — ISSN 0021-9258 . doi : 10.1074 / jbc.275.8.5710 . Archivováno z originálu 17. února 2022.
13. ↑ Christopher J. Clarke, Christopher F. Snook, Motohiro Tani, Nabil Matmati, Norma Marchesini. Rozšířená rodina neutrálních sfingomyelináz  // Biochemie. — 26.09.2006. - T. 45 , č.p. 38 . — S. 11247–11256 . — ISSN 0006-2960 . doi : 10.1021 / bi061307z . Archivováno z originálu 17. února 2022.
14. ↑ 1 2 Oleg Krut, Katja Wiegmann, Hamid Kashkar, Benjamin Yazdanpanah, Martin Krönke. Nová savčí neutrální sfingomyelináza-3 reagující na nádorový nekrotický faktor je protein ukotvený v C-ocásku  // The Journal of Biological Chemistry. — 2006-05-12. - T. 281 , č.p. 19 . — S. 13784–13793 . — ISSN 0021-9258 . - doi : 10.1074/jbc.M511306200 . Archivováno z originálu 17. února 2022.
15. ↑ 1 2 Hideo Ago, Masataka Oda, Masaya Takahashi, Hideaki Tsuge, Sadayuki Ochi. Strukturální základ aktivity sfingomyelinfosfodiesterázy v neutrální sfingomyelináze z Bacillus cereus  // The Journal of Biological Chemistry. - 2006-06-09. - T. 281 , č.p. 23 . — S. 16157–16167 . — ISSN 0021-9258 . - doi : 10.1074/jbc.M601089200 . Archivováno z originálu 17. února 2022.