Ланостеринсинтаза - Lanosterol synthase

ланостеринсинтаза
Идентификаторы
Номер ЕС5.4.99.7
Количество CAS9032-71-7
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
LSS
PDB 1w6j EBI.jpg
Доступные конструкции
PDBПоиск ортолога: PDBe RCSB
Идентификаторы
ПсевдонимыLSS, OSC, CTRCT44, ланостерин-синтаза (2,3-оксидосквален-ланостеринциклаза), ланостерин-синтаза, HYPT14, APMR4
Внешние идентификаторыOMIM: 600909 MGI: 1336155 ГомолоГен: 37408 Генные карты: LSS
Расположение гена (человек)
Хромосома 21 (человека)
Chr.Хромосома 21 (человека)[1]
Хромосома 21 (человека)
Genomic location for LSS
Genomic location for LSS
Группа21q22.3Начинать46,188,141 бп[1]
Конец46,228,824 бп[1]
Ортологи
РазновидностьЧеловекМышь
Entrez

4047

16987

Ансамбль

ENSG00000160285
ENSG00000281289

ENSMUSG00000033105

UniProt

P48449

Q8BLN5

RefSeq (мРНК)

NM_001001438
NM_001145436
NM_001145437
NM_002340

NM_146006

RefSeq (белок)

NP_001001438
NP_001138908
NP_001138909
NP_002331

NP_666118

Расположение (UCSC)Chr 21: 46.19 - 46.23 МбChr 10: 76,53 - 76,56 Мб
PubMed поиск[3][4]
Викиданные
Просмотр / редактирование человекаПросмотр / редактирование мыши

Ланостеринсинтаза оксидосквален циклаза (OSC) фермент что обращает (S) -2,3-оксидосквален катиону протостерола и, наконец, ланостерин.[5] Ланостерол является ключевым четырехкольцевым промежуточным звеном в холестерин биосинтез.[6][7] У человека ланостеринсинтаза кодируется LSS. ген.[8][9]

В эукариоты, ланостеринсинтаза является интегральный монотопный белок связанный с цитозольный сторона эндоплазматический ретикулум.[10] Некоторые данные свидетельствуют о том, что фермент растворимый, не-мембранный белок в немногих прокариоты которые производят это.[11]

Из-за роли фермента в холестерин биосинтез, есть интерес к ланостеринсинтазе ингибиторы в качестве потенциальных препаратов, снижающих уровень холестерина, в дополнение к существующим статины.[12]

Механизм

Full-length profile.
Рисунок 1: Механизм ланостеринсинтазы. Дискретные интермедиаты карбокатиона демонстрируют несогласованный характер механизма.

Хотя некоторые данные о механизме были получены с использованием ингибиторы суицида, мутагенез исследования, и моделирование гомологии, до сих пор не совсем понятно, как фермент катализирует образование ланостерин.[12]

Начальное протонирование эпоксида и раскрытие цикла

Перед приобретением протеина Рентгеновская кристаллическая структура, сайт-направленный мутагенез был использован для определения остатков, определяющих каталитическую активность фермента. Было установлено, что аспарагиновая кислота остаток (D455) и два гистидин остатки (H146 и H234) были важны для функции фермента. Кори и др. предположили, что аспарагиновая кислота действует, протонируя субстрат эпоксид кольцо, что увеличивает его восприимчивость к внутримолекулярный нападение ближайшего двойная связь, с H146, возможно, усиливая протонодонорную способность аспарагиновой кислоты за счет водородная связь.[13] После приобретения Рентгеновская кристаллическая структура фермента, роль D455 в качестве донора протонов эпоксида субстрата была подтверждена, хотя было обнаружено, что D455, скорее всего, стабилизируется водородными связями из двух цистеин остатков (C456 и C533), чем из ранее предложенного гистидина.[12]

Каскад образования колец

Протонирование эпоксида активирует субстрат, вызывая каскад реакций образования кольца. Всего формируется четыре кольца (от A до D), что дает холестерин позвоночник.[12] Хотя идея согласованного образования всех четырех колец высказывалась в прошлом, кинетические исследования с (S) -2,3-оксидосквален аналоги показали, что образование продукта достигается за счет дискретных карбокатион промежуточные продукты (см. Рисунок 1). Выделение моноциклических и бициклических продуктов из мутантов ланостеринсинтазы еще больше ослабило гипотезу о согласованном механизме.[14][15] Однако данные свидетельствуют о том, что раскрытие эпоксидного кольца и образование A-кольца согласованы.[16]

Структура

Ланостеринсинтаза - это двухдоменный мономерный белок.[10] состоит из двух связанных (α / α) бочкообразных доменов и трех меньших β-структуры. Фермент активный сайт находится в центре белка, закрытого суженным каналом. Прохождение подложки (S) -2,3-эпоксисквалена через канал требует изменения конформация белка. В эукариоты, а гидрофобный поверхность (6% от общей площади поверхности фермента) - это ER мембраносвязывающая область (см. фигура 2).[12]

Фермент содержит пять областей отпечатков пальцев, содержащих Gln -Trp мотивы, которые также присутствуют в очень похожем бактериальном ферменте сквален-гопенциклаза.[12] Остатки этих областей отпечатков пальцев содержат сложенные боковые цепи, которые, как считается, вносят вклад в стабильность ферментов во время сильного экзергонический реакции циклизации, катализируемые ферментом.[17]

Функция

Катализ образования ланостерина

Ланостеринсинтаза катализирует превращение (S) -2,3-эпоксисквален к ланостерин, ключевой четырехкольцевый промежуточный холестерин биосинтез.[6][7] Таким образом, он, в свою очередь, является предшественником эстрогены, андрогены, прогестагены, глюкокортикоиды, минералокортикоиды, и нейростероиды. В эукариоты фермент связан с цитозольный сторона эндоплазматический ретикулум мембрана.[10] Пока холестерин синтез в основном связан с эукариоты, несколько прокариоты было обнаружено, что они экспрессируют ланостерин-синтазу; он был обнаружен как растворимый белок в Метилококк капсульный.[11]

Катализ образования эпоксиланостерола

Ланостеринсинтаза также катализирует циклизацию 2,3; 22,23-диэпоксисквалена до 24 (S), 25-эпоксиланостерола,[18] который позже превращается в 24 (S), 25-эпоксихолестерин.[19] Поскольку сродство фермента к этой секунде субстрат больше, чем для моноэпокси (S) -2,3-эпоксисквалена, при частичном ингибировании превращения 2,3; 22,23-диэпоксисквалена в 24 (S) 25-эпоксиланостерол предпочтительнее ланостерин синтез.[20] Это имеет отношение к профилактике и лечению заболеваний.

Клиническое значение

Ингибиторы ферментов как препараты, снижающие уровень холестерина

Возрос интерес к ингибиторам ланостеринсинтазы как к препаратам для снижения уровня холестерина в крови и лечения атеросклероз. Широко популярные статины лекарства, которые в настоящее время используются для снижения ЛПНП (липопротеины низкой плотности) холестерин функция, подавляя ГМГ-КоА редуктаза Мероприятия.[6] Поскольку этот фермент катализирует образование предшественников намного выше по течению (S) -2,3-эпоксисквален и холестерин, статины может отрицательно влиять на количество промежуточных продуктов, необходимых для других путей биосинтеза (например, синтез изопреноиды, коэнзим Q ). Таким образом, ланостеринсинтаза, которая более тесно связана с биосинтезом холестерина, чем ГМГ-КоА редуктаза, является привлекательной мишенью для наркотиков.[21]

Считается, что ингибиторы ланостеринсинтазы снижают ЛПНП и ЛПОНП холестерин двойным механизмом контроля. Исследования, в которых частично ингибируется ланостеринсинтаза, показали как прямое снижение ланостерин формирование и уменьшение ГМГ-КоА редуктаза Мероприятия. В оксистерин 24 (S), 25-эпоксиланостерин, который предпочтительно образуется, чем ланостерин во время частичного ингибирования ланостеринсинтазы, как полагают, отвечает за это ингибирование ГМГ-КоА редуктаза Мероприятия.[22]

Эволюция

Считается, что оксидоскваленциклазы (OSC, класс, к которому принадлежит ланостеринциклаза) произошли от бактериальной сквален-гопенциклазы (SHC), которая участвует в образовании гопаноиды. Филогенетические деревья сконструированные из аминокислотных последовательностей OSCs в различных организмах, предполагают единого общего предка и что путь синтеза развился только один раз.[23] Открытие стераны включая холестан в сланцах возрастом 2,7 млрд лет из Пилбара Кратон, Австралия, предполагает, что эукариоты с OSC и сложным стероидным оборудованием присутствовали в начале истории Земли.[24]

Рекомендации

  1. ^ а б c ENSG00000281289 GRCh38: Ensembl release 89: ENSG00000160285, ENSG00000281289 - Ансамбль, Май 2017
  2. ^ а б c GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000033105 - 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. ^ Декан PD, Ортис де Монтельяно PR, Блох К., Кори EJ (июнь 1967 г.). «Растворимая 2,3-оксидосквален стеролциклаза». Журнал биологической химии. 242 (12): 3014–5. PMID  6027261.
  6. ^ а б c Хафф MW, Телфорд DE (июль 2005 г.). «Властелин колец - механизм оксидосквалена: ланостеринциклаза становится кристально ясной». Тенденции в фармакологических науках. 26 (7): 335–340. Дои:10.1016 / j.tips.2005.05.004. PMID  15951028.
  7. ^ а б Ямамото С., Линь К., Блох К. (май 1969 г.). «Некоторые свойства микросомальной 2,3-оксидосквален стеролциклазы». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 63 (1): 110–7. Bibcode:1969ПНАС ... 63..110Y. Дои:10.1073 / pnas.63.1.110. ЧВК  534008. PMID  5257956.
  8. ^ Бейкер СН, Мацуда С.П., Лю Д.Р., Кори Э.Д. (август 1995 г.). «Молекулярное клонирование человеческого гена, кодирующего ланостеринсинтазу, из библиотеки кДНК печени». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 213 (1): 154–160. Дои:10.1006 / bbrc.1995.2110. PMID  7639730.
  9. ^ Янг, Мишель; Чен, Хайминг; Лалиоти, Мария Д .; Антонаракис, Стилианос Э. (май 1996 г.). «Ген ланостеринсинтазы человека отображается на хромосоме 21q22.3». Генетика человека. 97 (5): 620–624. Дои:10.1007 / BF02281872. PMID  8655142. S2CID  21051816.
  10. ^ а б c Руф А., Мюллер Ф., Д'Арси Б., Штиле М., Кушнир Э., Хандшин С., Моранд Огайо, Тома Р. (март 2004 г.). «Монотопный мембранный белок оксидоскваленциклаза человека активен как мономер». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 315 (2): 247–254. Дои:10.1016 / j.bbrc.2004.01.052. PMID  14766201.
  11. ^ а б Lamb DC, Джексон CJ, Warrilow AG, Manning NJ, Kelly DE, Kelly SL (август 2007 г.). «Биосинтез ланостерина в прокариотах Methylococcus capsulatus: взгляд на эволюцию биосинтеза стеролов». Молекулярная биология и эволюция. 24 (8): 1714–1721. Дои:10.1093 / молбев / msm090. PMID  17567593.
  12. ^ а б c d е ж Тома Р., Шульц-Гаш Т., Д'Арси Б., Бенц Дж., Эби Дж., Демлоу Х., Хенниг М., Штиль М., Руф А. (ноябрь 2004 г.). «Понимание образования стероидного каркаса из структуры оксидоскваленциклазы человека». Природа. 432 (7013): 118–122. Bibcode:2004Натура 432..118Т. Дои:10.1038 / природа02993. PMID  15525992. S2CID  364281.
  13. ^ Кори EJ, Cheng CH, Baker CH, Matsuda SP, Li D, Song X (февраль 1997 г.). «Исследования сегментов связывания субстрата и каталитического действия ланостерин-синтазы. Маркировка сродства с карбокатионами, полученными из механизированных аналогов 2, 3-оксидосквалена и зондов сайт-направленного мутагенеза». Варенье. Chem. Soc. 119 (6): 1289–96. Дои:10.1021 / ja963228o.
  14. ^ Wu TK, Wang TT, Chang CH, Liu YT, Shie WS (ноябрь 2008 г.). "Важность остатка тирозина 707 оксидосквален-ланостеринциклазы Saccharomyces cerevisiae для образования бициклических колец и реакций депротонирования". Органические буквы. 10 (21): 4959–62. Дои:10.1021 / ol802036c. PMID  18842050.
  15. ^ Жубер Б.М., Хуа Л., Мацуда С.П. (февраль 2000 г.). «Стерическая масса в положении 454 в ланостеринсинтазе Saccharomyces cerevisiae влияет на образование В-кольца, но не на депротонирование». Органические буквы. 2 (3): 339–41. Дои:10.1021 / ol9912940. PMID  10814317.
  16. ^ Кори EJ, Cheng CH, Baker CH, Matsuda SP, Li D, Song X (февраль 1997 г.). «Методология получения чистой рекомбинантной ланостерол-синтазы S. cerevisiae с использованием системы экспрессии бакуловируса. Доказательства того, что расщепление оксирана и образование А-кольца связаны в биосинтезе ланостерола из 2,3-оксидосквалена». Варенье. Chem. Soc. 119 (6): 1277–88. Дои:10.1021 / ja963227w.
  17. ^ Wendt KU, Poralla K, Schulz GE (сентябрь 1997 г.). «Структура и функция скваленциклазы». Наука. 277 (5333): 1811–15. Дои:10.1126 / science.277.5333.1811. PMID  9295270.
  18. ^ Кори EJ, Гросс СК (август 1967). «Образование стеринов под действием 2,3-оксидосквален-стеролциклазы на искусственные субстраты 2,3: 22,23-диоксидосквален и 2,3-оксидо-22,23-дигидросквален». Журнал Американского химического общества. 89 (17): 4561–2. Дои:10.1021 / ja00993a079. PMID  6046552.
  19. ^ Нельсон Дж. А., Штекбек С. Р., Спенсер Т. А. (февраль 1981 г.). «Биосинтез 24,25-эпоксихолестерина из 2,3; 22,23-диоксида сквалена». Журнал биологической химии. 256 (3): 1067–8. PMID  7451488.
  20. ^ Буто О., Долис Д., Шубер Ф. (октябрь 1992 г.). «Предпочтительная циклизация 2,3 (S): 22 (S), 23-диоксидосквалена 2,3-оксидосквален-ланостеринциклазой млекопитающих». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 188 (2): 898–904. Дои:10.1016 / 0006-291X (92) 91140-L. PMID  1445330.
  21. ^ Telford DE, Lipson SM, Barrett PH, Sutherland BG, Edwards JY, Aebi JD, Dehmlow H, Morand OH, Huff MW (декабрь 2005 г.). «Новый ингибитор оксидосквалена: ланостеринциклаза подавляет выработку липопротеина очень низкой плотности аполипопротеина B100 (апоВ100) и усиливает катаболизм липопротеина низкой плотности апоВ100 за счет заметного снижения содержания холестерина в печени». Артериосклероз, тромбоз и биология сосудов. 25 (12): 2608–14. Дои:10.1161 / 01.ATV.0000189158.28455.94. PMID  16210564.
  22. ^ Панини С.Р., Гупта А., Секстон Р.С., Округ Е.Дж., Рудни Х. (октябрь 1987 г.). «Регулирование биосинтеза стеролов и активности редуктазы 3-гидрокси-3-метилглутарил-кофермента А в культивируемых клетках прогестероном». Журнал биологической химии. 262 (30): 14435–40. PMID  3667583.
  23. ^ Пирсон А., Будин М., Брокс Дж. Дж. (Декабрь 2003 г.). «Филогенетические и биохимические доказательства синтеза стеролов у бактерии Gemmata obscuriglobus». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 100 (26): 15352–7. Bibcode:2003ПНАС..10015352П. Дои:10.1073 / pnas.2536559100. ЧВК  307571. PMID  14660793.
  24. ^ Brocks JJ, Logan GA, Buick R, Summons RE (август 1999 г.). «Архейские молекулярные окаменелости и ранний рост эукариот». Наука. 285 (5430): 1033–6. CiteSeerX  10.1.1.516.9123. Дои:10.1126 / science.285.5430.1033. PMID  10446042.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка