Фермент, разлагающий инсулин - Insulin-degrading enzyme

IDE
Protein IDE PDB 2g47.png
Доступные конструкции
PDBHuman UniProt search: PDBe RCSB
Идентификаторы
ПсевдонимыIDE, ИНСУЛИЗИН, фермент, разрушающий инсулин
Внешние идентификаторыOMIM: 146680 MGI: 96412 ГомолоГен: 3645 Генные карты: IDE
Расположение гена (человек)
Хромосома 10 (человек)
Chr.Хромосома 10 (человек)[1]
Хромосома 10 (человек)
Геномное расположение для IDE
Геномное расположение для IDE
Группа10q23.33Начинать92,451,684 бп[1]
Конец92,574,093 бп[1]
Экспрессия РНК шаблон
PBB GE IDE 203327 в формате fs.png

PBB GE IDE 203328 x в формате fs.png

PBB GE IDE 217496 s в формате fs.png
Дополнительные данные эталонного выражения
Ортологи
РазновидностьЧеловекМышь
Entrez

3416

15925

Ансамбль

ENSG00000119912

ENSMUSG00000056999

UniProt

P14735

н / д

RefSeq (мРНК)

NM_031156

RefSeq (белок)

н / д

Расположение (UCSC)Chr 10: 92,45 - 92,57 Мбн / д
PubMed поиск[2][3]
Викиданные
Просмотр / редактирование человекаПросмотр / редактирование мыши

Фермент, разлагающий инсулин, также известный как IDE, является фермент.[4]

Также известен как инсулизин или же инсулиновая протеаза, IDE - это большой цинк-связывающий протеаза М16 металлопротеиназа известно, что они расщепляют несколько коротких полипептидов, последовательность которых значительно различается. Другие члены этого семейства включают митохондриальную процессинговую пептидазу.[5] и протеаза препоследовательности.[6]

Структура

Ген

Ген IDE кодирует белок Фермент, разлагающий инсулин. Человеческий ген IDE имеет 28 экзонов и расположен на полосе хромосомы 10q23-q25.[4]

Протеин

Благодаря альтернативному сплайсингу человеческий белок Фермент, разлагающий инсулин имеет две изоформы. Изоформа 1 имеет размер ~ 118 кДа и состоит из 1019 аминокислот, а изоформа 2 составляет ~ 54,2 кДа. [7] размер и состоит из 464 аминокислот (отсутствуют 1-555 аминокислот). Рассчитанная теоретическая pI этой изоформы белка составляет 6,26.[8]Структурные исследования IDE, проведенные Shen et al.[9] предоставили понимание функциональных механизмов протеазы. Напоминающая ранее определенную структуру бактериальной протеазы питрилизина, кристаллическая структура IDE выявляет определенные N- и C-концевые единицы, которые образуют протеолитическую камеру, содержащую активный центр связывания цинка. Кроме того, оказывается, что IDE может существовать в двух конформациях: в открытой конформации, в которой субстраты могут получить доступ к активному сайту, и в закрытом состоянии, в котором активный сайт содержится внутри камеры, образованной двумя вогнутыми доменами. Целевые мутации, благоприятствующие открытой конформации, приводят к 40-кратному увеличению каталитической активности. Основываясь на этом наблюдении, было предложено, что возможный терапевтический подход к болезни Альцгеймера мог бы включать смещение конформационного предпочтения IDE в открытое состояние и, таким образом, увеличение деградации Aβ, предотвращение агрегации и, в идеале, предотвращение потери нейронов, которая приводит к заболеванию. симптомы.[9]

Функция

IDE была впервые идентифицирована по ее способности разрушать B-цепь гормона. инсулин. Эта активность наблюдалась более шестидесяти лет назад,[10] хотя фермент, специфически ответственный за расщепление В-цепи, был идентифицирован совсем недавно.[11] Это открытие выявило значительное сходство аминокислотной последовательности между IDE и ранее охарактеризованной бактериальной протеазой питрилизином, что указывает на общий протеолитический механизм. IDE, которая мигрирует при 110 кДа во время гель-электрофореза в денатурирующих условиях, с тех пор, как было показано, имеет дополнительные субстраты, включая сигнальные пептиды. глюкагон, TGF альфа, и β-эндорфин.[12]

Клиническое значение

Болезнь Альцгеймера

Значительный интерес к IDE был вызван обнаружением того, что IDE может ухудшаться. амилоид бета (Aβ), пептид, участвующий в патогенезе Болезнь Альцгеймера.[13] Основная причина или причины заболевания неясны, хотя основной наблюдаемой невропатологией является образование амилоидных бляшек и нейрофибриллярных клубков. Один из предполагаемых механизмов заболевания, называемый амилоидной гипотезой, предполагает, что возбудителем является гидрофобный пептид Aβ, который образует четвертичные структуры, которые по неясному механизму вызывают гибель нейронов. Aβ - это побочный продукт, образующийся в результате протеолитического процессинга белок-предшественник амилоида (APP) протеазами, называемыми β и γ секреты. Физиологическая роль этой обработки неясна, хотя она может играть роль в развитии нервной системы.[14]

Многочисленные исследования in vitro и in vivo показали корреляцию между IDE, деградацией Aβ и болезнью Альцгеймера. Мыши, у которых отсутствуют оба аллеля гена IDE, демонстрируют 50% снижение деградации Aβ, что приводит к накоплению Aβ в мозге.[15] Исследования генетически унаследованных форм болезни Альцгеймера показывают снижение как экспрессии IDE[16] и каталитическая активность[17] среди пострадавших лиц. Несмотря на очевидную роль IDE в заболевании, относительно мало известно о его физиологических функциях. Они могут быть разными, поскольку IDE локализована в нескольких местах, включая цитозоль, пероксисомы, эндосомы, протеасомные комплексы,[18] и поверхность цереброваскулярных эндотелиальных клеток.[19]Основываясь на вышеупомянутом наблюдении за структурой белка, было предложено, что возможный терапевтический подход к болезни Альцгеймера может включать смещение конформационного предпочтения IDE в открытое состояние и, таким образом, увеличение деградации Aβ, предотвращение агрегации и, в идеале, предотвращение потери нейронов. что приводит к появлению симптомов болезни.

Регуляция внеклеточного амилоидного β-белка

Сообщения об IDE, локализованных в цитозоле и пероксисомах[20] высказали опасения относительно того, как протеаза может разрушать эндогенный Aβ. Несколько исследований выявили инсулино-разлагающую активность в кондиционированной среде культивируемых клеток.[21][22] предполагая проницаемость клеточной мембраны и, следовательно, возможное высвобождение IDE из протекающих клеток. Цю и его коллеги выявили присутствие IDE во внеклеточной среде, используя антитела к ферменту. Они также количественно определили уровни активности по разложению Aβ.[23] с использованием элюирования из колоночной хроматографии. Корреляция присутствия IDE и активности по разложению Aβ в кондиционирующей среде подтвердила, что протекающие мембраны ответственны за внеклеточную активность IDE. Однако другие отчеты показали, что он высвобождается через экзосомы.[24]

Возможная роль в олигомеризации Aβ

Недавние исследования показали, что олигомеризация синтетического Aβ полностью ингибируется конкурентным субстратом IDE, инсулином.[23] Эти данные позволяют предположить, что активность IDE способна объединять несколько фрагментов Aβ. Qui et al. предположили, что фрагменты Aβ, генерируемые IDE, могут либо усиливать олигомеризацию пептида Aβ, либо могут олигомеризоваться сами. Также вполне возможно, что IDE может опосредовать деградацию и олигомеризацию Aβ посредством независимых действий, которые еще предстоит исследовать.

Механизм

Механизм действия фермента IDE остается плохо изученным. Первый шаг одного предложенного механизма[25] включает связанную с цинком гидроксидную группу, осуществляющую нуклеофильную атаку на углеродный субстрат, который материализуется в промежуточное соединение INT1. У этого вида мы можем отметить, что связанный гидроксид цинка полностью переносится на карбонильный углерод субстрата в результате Zn2+-ОН разрыв связи. В TS2 остаток Glu111 вращается, чтобы принять правильное расположение для образования двух водородных связей с амидным азотом и группой -OH, связанной с атомом углерода субстрата, таким образом, одновременно выступая в качестве донора и акцептора водорода. Образование второй указанной связи способствует восстановлению Zn2+Связь −OH разорвана ранее на уровне INT1. Нуклеофильное присоединение и протонирование азота пептидного амида - это очень быстрый процесс, который, как полагают, происходит в виде единственной стадии каталитического процесса. Последний вид на пути - продукт ПРОД.[25] Вследствие переноса протона Glu111 на амидный азот субстрата, произошедшего в TS3, связь N-C пептида разрывается.

Взгляд на весь путь реакции показывает, что этапом, определяющим скорость в этом процессе, является нуклеофильное присоединение. После этого каталитическое событие должно проходить без особых препятствий.[26][27]

Модельные организмы

Модельные организмы были использованы при изучении функции IDE. Условный нокаутирующая мышь линия, называемая Idetm1a (EUCOMM) Wtsi[34][35] был создан как часть Международный консорциум Knockout Mouse программа - проект по мутагенезу с высокой пропускной способностью для создания и распространения моделей болезней на животных среди заинтересованных ученых.[36][37][38]

Самцы и самки животных прошли стандартизованный фенотипический скрининг для определения последствий удаления.[32][39] Было проведено 23 испытания на мутант мышей и двух значительных отклонений не наблюдалось. Гомозиготный животные-мутанты демонстрировали ненормальное питьевое поведение, а самцы также имели повышенное NK клетка номер.[32]

Рекомендации

  1. ^ а б c ГРЧ38: Ансамбль выпуск 89: ENSG00000119912 - Ансамбль, Май 2017
  2. ^ "Справочник человека по PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США.
  3. ^ «Ссылка на Mouse PubMed:». Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США.
  4. ^ а б «Энтрез Ген: IDE-разрушающий инсулин фермент».
  5. ^ Алешин А.Е., Граматикова С., Хура Г.Л., Бобков А., Стронгин А.Ю., Стец Б и др. (Ноябрь 2009 г.). «Кристаллы и структуры раствора прокариотической пептидазы M16B: открытый и закрытый случай». Структура. 17 (11): 1465–75. Дои:10.1016 / j.str.2009.09.009. ЧВК  3615642. PMID  19913481.
  6. ^ King JV, Liang WG, Scherpelz KP, Schilling AB, Meredith SC, Tang WJ (июль 2014 г.). «Молекулярная основа распознавания и деградации субстрата протеазой предпоследовательности человека». Структура. 22 (7): 996–1007. Дои:10.1016 / j.str.2014.05.003. ЧВК  4128088. PMID  24931469.
  7. ^ «IDE - фермент, разлагающий инсулин - Homo sapiens (человек) - ген и белок IDE».
  8. ^ "Uniprot: P14735 - IDE_HUMAN".
  9. ^ а б Шен Й, Иоахимиак А., Роснер М.Р., Тан В.Дж. (октябрь 2006 г.). «Структуры человеческого разлагающего инсулин фермента раскрывают новый механизм распознавания субстрата». Природа. 443 (7113): 870–4. Bibcode:2006Натура.443..870С. Дои:10.1038 / природа05143. ЧВК  3366509. PMID  17051221.
  10. ^ Мирский И.А., Брох-Кан Р.Х. (январь 1949 г.). «Инактивация инсулина экстрактами тканей; распределение и свойства экстрактов, инактивирующих инсулин». Архивы биохимии. 20 (1): 1–9. PMID  18104389.
  11. ^ Affholter JA, Fried VA, Roth RA (декабрь 1988 г.). «Человеческий фермент, разрушающий инсулин, имеет структурную и функциональную гомологию с протеазой III E. coli». Наука. 242 (4884): 1415–8. Bibcode:1988Научный ... 242.1415A. Дои:10.1126 / science.3059494. PMID  3059494.
  12. ^ Ван Д.С., Диксон Д.В., Мальтер Дж.С. (2006). «Распад бета-амилоида и болезнь Альцгеймера». Журнал биомедицины и биотехнологии. 2006 (3): 58406. Дои:10.1155 / JBB / 2006/58406. ЧВК  1559921. PMID  17047308.
  13. ^ Курочкин И.В., Гото С. (май 1994 г.). «Бета-амилоидный пептид Альцгеймера специфически взаимодействует с ферментом, расщепляющим инсулин, и разрушается под его действием». Письма FEBS. 345 (1): 33–7. Дои:10.1016/0014-5793(94)00387-4. PMID  8194595. S2CID  43917847.
  14. ^ Керр ML, Small DH (апрель 2005 г.). «Цитоплазматический домен предшественника бета-амилоидного белка болезни Альцгеймера: функция, регуляция протеолиза и значение для разработки лекарств». Журнал неврологических исследований. 80 (2): 151–9. Дои:10.1002 / jnr.20408. PMID  15672415. S2CID  31985212.
  15. ^ Фаррис В., Мансуриан С., Чанг И., Линдсли Л., Экман Э.А., Фрош М.П. и др. (Апрель 2003 г.). «Фермент, разлагающий инсулин, регулирует уровни инсулина, бета-белка амилоида и внутриклеточного домена белка-предшественника бета-амилоида in vivo». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 100 (7): 4162–7. Дои:10.1073 / пнас.0230450100. ЧВК  153065. PMID  12634421.
  16. ^ Cook DG, Leverenz JB, McMillan PJ, Kulstad JJ, Ericksen S, Roth RA и др. (Январь 2003 г.). «Снижение количества ферментов, разрушающих инсулин в гиппокампе, при болезни Альцгеймера с поздним началом связан с аллелем аполипопротеина E-epsilon4». Американский журнал патологии. 162 (1): 313–9. Дои:10.1016 / с0002-9440 (10) 63822-9. ЧВК  1851126. PMID  12507914. Архивировано из оригинал на 2003-08-30. Получено 2008-02-10.
  17. ^ Ким М., Херш Л. Б., Лейссринг М. А., Ингельссон М., Мацуи Т., Фаррис В. и др. (Март 2007 г.). «Снижение каталитической активности фермента, разлагающего инсулин, в семьях с болезнью Альцгеймера, связанной с 10 хромосомой». Журнал биологической химии. 282 (11): 7825–32. Дои:10.1074 / jbc.M609168200. PMID  17244626.
  18. ^ Дакворт В.К., Беннетт Р.Г., Хэмел Ф.Г. (октябрь 1998 г.). «Деградация инсулина: прогресс и потенциал». Эндокринные обзоры. 19 (5): 608–24. Дои:10.1210 / edrv.19.5.0349. PMID  9793760.
  19. ^ Линч Дж. А., Джордж А. М., Эйзенхауэр П. Б., Конн К., Гао В., Каррерас И. и др. (Май 2006 г.). «Фермент, разрушающий инсулин, локализован преимущественно на поверхности клеток поляризованных и неполяризованных культур эндотелиальных клеток цереброваскулярных сосудов человека». Журнал неврологических исследований. 83 (7): 1262–70. Дои:10.1002 / jnr.20809. PMID  16511862. S2CID  23670388.
  20. ^ Authier F, Bergeron JJ, Ou WJ, Rachubinski RA, Posner BI, Walton PA (апрель 1995 г.). «Расщепление отщепленного лидерного пептида тиолазы пероксисомальной протеиназой». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 92 (9): 3859–63. Bibcode:1995PNAS ... 92.3859A. Дои:10.1073 / пнас.92.9.3859. ЧВК  42061. PMID  7731996.
  21. ^ Рот Р.А., Месиров М.Л., Касселл Д.Д., Йоконо К., Баба С. (март 1985 г.). «Характеристика фермента, разлагающего инсулин, из культивируемых лимфоцитов человека». Исследования диабета и клиническая практика. 1 (1): 31–9. Дои:10.1016 / S0168-8227 (85) 80026-7. PMID  3915257.
  22. ^ Семпл Дж. У., Ланг Й, Спек Э. Р., Делович Т.Л. (октябрь 1992 г.). «Обработка и представление инсулина. III. Фермент, разлагающий инсулин: нейтральная металлоэндопротеиназа, которая не гомологична классическим эндопротеиназам, опосредует процессинг эпитопов инсулина для Т-хелперов». Международная иммунология. 4 (10): 1161–7. Дои:10.1093 / intimm / 4.10.1161. PMID  1283335.
  23. ^ а б Qiu WQ, Walsh DM, Ye Z, Vekrellis K, Zhang J, Podlisny MB, et al. (Декабрь 1998 г.). «Фермент, разлагающий инсулин, регулирует внеклеточные уровни бета-белка амилоида путем разложения». Журнал биологической химии. 273 (49): 32730–8. Дои:10.1074 / jbc.273.49.32730. PMID  9830016.
  24. ^ Тамболи И.Ю., Барт Э., Кристиан Л., Зипманн М., Кумар С., Сингх С. и др. (Ноябрь 2010 г.). «Статины способствуют расщеплению внеклеточного амилоидного {бета} -пептида микроглией путем стимуляции секреции экзосом-ассоциированного инсулин-расщепляющего фермента (IDE)». Журнал биологической химии. 285 (48): 37405–14. Дои:10.1074 / jbc.M110.149468. ЧВК  2988346. PMID  20876579.
  25. ^ а б Амата О., Марино Т., Руссо Н., Тоскано М. (октябрь 2009 г.). «Механизм работы ферментов, разлагающих инсулин человека». Журнал Американского химического общества. 131 (41): 14804–11. Дои:10.1021 / ja9037142. PMID  19785409.
  26. ^ Леопольдини М., Руссо Н., Тоскано М. (август 2009 г.). «Определение каталитического пути фермента аргиназы марганца посредством исследования функции плотности». Химия. 15 (32): 8026–36. Дои:10.1002 / chem.200802252. PMID  19288480.
  27. ^ Hersh LB (ноябрь 2006 г.). «Загадка инсулизина (фермента, разлагающего инсулин)». Клеточные и молекулярные науки о жизни. 63 (21): 2432–4. Дои:10.1007 / s00018-006-6238-9. PMID  16952049. S2CID  12536419.
  28. ^ «Данные дисморфологии для Ide». Wellcome Trust Институт Сэнгера.
  29. ^ «Данные лимфоцитов периферической крови для Ide». Wellcome Trust Институт Сэнгера.
  30. ^ "Сальмонелла данные о заражении Ide ". Wellcome Trust Институт Сэнгера.
  31. ^ "Citrobacter данные о заражении Ide ". Wellcome Trust Институт Сэнгера.
  32. ^ а б c Гердин А.К. (2010). "Программа генетики Sanger Mouse: характеристика мышей с высокой пропускной способностью". Acta Ophthalmologica. 88: 925–7. Дои:10.1111 / j.1755-3768.2010.4142.x. S2CID  85911512.
  33. ^ Портал ресурсов мыши, Институт Wellcome Trust Sanger.
  34. ^ «Международный консорциум нокаут-мышей».
  35. ^ "Информатика генома мыши".
  36. ^ Скарнес В.К., Розен Б., Вест А.П., Кутсуракис М., Бушелл В., Айер В. и др. (Июнь 2011 г.). «Ресурс условного нокаута для полногеномного исследования функции генов мыши». Природа. 474 (7351): 337–42. Дои:10.1038 / природа10163. ЧВК  3572410. PMID  21677750.
  37. ^ Долгин Е. (июнь 2011 г.). "Библиотека мыши настроена на нокаут". Природа. 474 (7351): 262–3. Дои:10.1038 / 474262a. PMID  21677718.
  38. ^ Коллинз Ф.С., Россант Дж., Вурст В. (январь 2007 г.). «Мышь по всем причинам». Клетка. 128 (1): 9–13. Дои:10.1016 / j.cell.2006.12.018. PMID  17218247. S2CID  18872015.
  39. ^ ван дер Вейден Л., Уайт Дж. К., Адамс Д. Д., Логан Д. В. (июнь 2011 г.). «Набор инструментов генетики мышей: раскрытие функции и механизма». Геномная биология. 12 (6): 224. Дои:10.1186 / gb-2011-12-6-224. ЧВК  3218837. PMID  21722353.

внешняя ссылка