Фосфоглицератдегидрогеназа - Phosphoglycerate dehydrogenase

PHGDH
Доступные конструкции PDB Поиск ортолога: PDBe RCSB Список идентификационных кодов PDB 2G76
Идентификаторы
Псевдонимы	PHGDH, 3-PGDH, 3PGDH, HEL-S-113, NLS, PDG, PGAD, PGD, PGDH, PHGDHD, SERA, NLS1, фосфоглицератдегидрогеназа
Внешние идентификаторы	OMIM: 606879 MGI: 1355330 ГомолоГен: 39318 Генные карты: PHGDH
Расположение гена (человек) Chr. Хромосома 1 (человек)[1] Группа 1п12 Начните 119,648,411 бп[1] Конец 119,744,226 бп[1]
Расположение гена (Мышь) Chr. Хромосома 3 (мышь)[2] Группа 3 | 3 F2.2 Начните 98,313,170 бп[2] Конец 98,339,990 бп[2]
Экспрессия РНК шаблон Дополнительные данные эталонного выражения
Генная онтология Молекулярная функция • оксидоредуктазная активность, действующая на группу CH-OH доноров, NAD или NADP в качестве акцептора • Привязка NAD • активность фосфоглицератдегидрогеназы • активность электронного переноса • оксидоредуктазная активность • Активность L-малатдегидрогеназы Сотовый компонент • цитозоль • внеклеточная экзосома Биологический процесс • Процесс биосинтеза L-серина • развитие мозга • метаболизм • окислительно-восстановительный процесс • клеточный процесс биосинтеза аминокислот • электронная транспортная цепь • клеточный аминокислотный метаболический процесс • метаболический процесс глутамина • метаболический процесс глицина • L-сериновый метаболический процесс • метаболический процесс треонина • метаболический процесс гамма-аминомасляной кислоты • регуляция экспрессии генов • метаболический процесс таурина • развитие спинного мозга • развитие глиальных клеток • развитие нервной трубки • нейрогенез • развитие проекции нейрона • Переход от G1 к G0 Источники:Amigo / QuickGO
Ортологи
Виды	Человек	Мышь
Entrez	26227	236539
Ансамбль	ENSG00000092621	ENSMUSG00000053398
UniProt	O43175	Q61753
RefSeq (мРНК)	NM_006623	NM_016966
RefSeq (белок)	NP_006614	NP_058662
Расположение (UCSC)	Chr 1: 119.65 - 119.74 Мб	Chr 3: 98.31 - 98.34 Мб
PubMed поиск	[3]	[4]
Викиданные
Просмотр / редактирование человека Просмотр / редактирование мыши

фосфоглицератдегидрогеназа
Идентификаторы
Номер ЕС	1.1.1.95
Базы данных
IntEnz	Просмотр IntEnz
БРЕНДА	BRENDA запись
ExPASy	Просмотр NiceZyme
КЕГГ	Запись в KEGG
MetaCyc	метаболический путь
ПРИАМ	профиль
PDB структуры	RCSB PDB PDBe PDBsum
Поиск ЧВК статьи PubMed статьи NCBI белки

В энзимология, D-3-фосфоглицератдегидрогеназа (PHGDH) (ЕС 1.1.1.95 ) является фермент что в первую очередь катализирует то химические реакции

3-фосфо-D-глицерат + НАД⁺ ${displaystyle ightleftharpoons }$ 3-фосфонооксипируват + НАДН + Н⁺

2-гидроксиглутарат + НАД⁺ ${displaystyle ightleftharpoons }$ 2-оксоглутарат + НАДН + Н⁺

Таким образом, в первом случае два субстраты этого фермента 3-фосфо-D-глицерат и НАД⁺, а его 3 продукты находятся 3-фосфогидроксипируват, НАДН, и ЧАС⁺; во втором случае два субстрата этого фермента 2-гидроксиглутарат и НАД⁺, в то время как его 3 продукта 2-оксоглутарат, НАДН и ЧАС⁺.

Этот фермент принадлежит к семейству оксидоредуктазы, особенно те, которые действуют на группу CH-OH донора с NAD⁺ или НАДФ⁺ как акцептор.

Наиболее широко изученные варианты PHGDH относятся к Кишечная палочка и М. туберкулез геномы.^[5] У человека этот фермент кодируется PHGDH ген.^[6]

Функция

3-Фосфоглицератдегидрогеназа катализирует переход 3-фосфоглицерата в 3-фосфогидроксипируват, который является совершенный шаг в фосфорилированном пути L-серин биосинтез. Это также важно в цистеин и глицин синтез, которые лежат дальше по потоку.^[7] Этот путь представляет собой единственный способ синтеза серина в большинстве организмов, за исключением растений, которые уникально обладают множеством синтетических путей. Тем не менее, предполагается, что фосфорилированный путь, в котором участвует PHGDH, играет важную роль в синтезе серина, используемого в онтогенетической передаче сигналов растений.^[8][9]

Из-за роли серина и глицина как нейротрофические факторы в развивающемся мозге PHGDH имеет высокую экспрессию в глиальный и астроцит клетки во время нервного развития.^[10]

Механизм и регулирование

3-фосфоглицератдегидрогеназа работает через механизм индуцированной подгонки, чтобы катализировать перенос гидрид от субстрата до NAD +, необходимая кофактор. В активной конформации активный центр фермента имеет несколько катионных остатков, которые, вероятно, стабилизируют переходное состояние реакции между отрицательно заряженным субстратом и НАД.⁺. Расположение таково, что альфа-углерод субстрата и C4 никотинамидного кольца находятся в непосредственной близости, что облегчает перенос гидрида с образованием НАДН и окисленного субстрата.^[5][11]

Активный сайт PHGDH человека. Показаны ключевые остатки (два Arg и один His) и субстраты. Расстояние 4,2 Å находится между атомами углерода, подвергающимися гидридному переносу. Из рендеринга 2G76 PHGDH, кристаллизованный с NAD⁺ и D-малат.

PHGDH - это аллостерически регулируется его последующим продуктом, L-серином. Это подавление обратной связи понятно, учитывая, что 3-фосфоглицерат является промежуточным звеном в гликолитический путь. Учитывая, что PHGDH представляет собой коммитируемую стадию продукции серина в клетке, поток через этот путь должен тщательно контролироваться.

Было показано, что связывание L-серина проявляет кооператив поведение. Мутанты, которые снижают эту кооперативность, также увеличивают чувствительность к аллостерическому ингибированию серина, предполагая разделение химических механизмов, которые приводят к кооперативности аллостерического связывания и ингибированию активного сайта.^[12] Механизм ингибирования относится к типу Vmax, что указывает на то, что серин влияет на скорость реакции, а не на аффинность связывания активного сайта.^[11][13]

Хотя аллостерические эффекты L-серина обычно являются предметом регуляторных исследований, было отмечено, что в некоторых вариантах фермента 3-фосфоглицератдегидрогеназа ингибируется в отдельном положительно заряженном аллостерическом сайте за счет высоких концентраций ее собственного субстрата.^[5][14]

Структура

3-Фосфоглицератдегидрогеназа представляет собой тетрамер, состоящий из четырех идентичных асимметричных субъединиц. В любой момент только максимум две соседние субъединицы представляют каталитически активный сайт; два других вынуждены перейти в неактивное состояние. Это приводит к активности половины сайтов в отношении как активных, так и аллостерических сайтов, что означает, что только два сайта активных субъединиц должны быть связаны для по существу максимального эффекта в отношении катализа и ингибирования соответственно.^[15] Есть некоторые свидетельства того, что дальнейшее ингибирование происходит при связывании третьей и четвертой молекул серина, но оно относительно минимально.^[13]

Подразделения из Кишечная палочка PHGDH имеет три различных домена, тогда как домены из М. туберкулез есть четыре. Отмечено, что человеческий фермент больше похож на фермент М. туберкулез, включая сайт ингибирования аллостерического субстрата. В частности, были предложены три основных типа PHGDH: Тип I, II и III. Тип III имеет два различных домена, лишен обоих аллостерических сайтов и обнаружен у различных одноклеточных организмов. Тип II имеет сайты связывания серина и включает хорошо изученные Кишечная палочка PHGDH. Тип I обладает аллостерическими сайтами связывания как серина, так и субстрата и включает М. туберкулез и PHGDH млекопитающих.^[5]

Считается, что регуляция каталитической активности является результатом движения жестких доменов вокруг гибких «петель». Когда субстрат связывается с открытым активным центром, шарнир поворачивается и закрывает щель. Таким образом, аллостерическое ингибирование, вероятно, работает, блокируя шарнир в состоянии, которое вызывает открытую щель активного сайта.^[13][16]

Кристаллическая структура ингибированного PHGDH из M. tuberculosis за счет аллостерически связанного серина. Из рендеринга 3DC2.

Вариант от М. туберкулез также демонстрирует необычный двойной pH оптимален по каталитической активности.^[14]

Эволюция

3-Фосфоглицератдегидрогеназа обладает менее чем 20% гомологией с другими НАД-зависимыми оксидоредуктазами и демонстрирует значительные различия между видами. По-видимому, существует консервативность в остатках специфических связывающих доменов, но все же есть некоторые различия в положительно заряженных остатках активного сайта между вариантами. Например, ферменты PHGDH типа III можно разделить на два подкласса, в которых ключевой гистидин остаток заменяется на лизин остаток.^[5][17]

Актуальность болезни

Гомозиготный или составной гетерозиготный мутации в 3-фосфоглицератдегидрогеназе вызывают Синдром Ней-Лаксовой^[18][19] и дефицит фосфоглицератдегидрогеназы.^[20] Помимо значительного сокращения продолжительности жизни, дефицит PHGDH, как известно, вызывает врожденная микроцефалия, психомоторная отсталость, и трудноразрешимый припадки как у людей, так и у крыс, по-видимому, из-за существенной передачи сигналов в нервной системе, с которой тесно связаны серин, глицин и другие расположенные ниже молекулы. Лечение обычно включает пероральный прием серина и глицина, и оно оказалось наиболее эффективным в начале лечения. в утробе матери перорально матерью.^[21][22]

Мутации которые приводят к увеличению активности PHGDH, также связаны с повышенным риском онкогенез, включая некоторые рак груди.^[23] Это открытие предполагает, что пути, обеспечивающие выход углерода из гликолиза, могут быть полезны для быстрого роста клеток.^[24]

Сообщалось, что PHGDH также может катализировать превращение альфа-кетоглутарат к 2-гидроксиглутаровая кислота в определенных вариантах. Таким образом, предполагается, что мутация фермента способствует 2-гидроксиглутаровая ацидурия у людей, хотя ведутся споры о том, является ли этот катализ общим для PHGDH человека.^[5][25]

использованная литература

1. ГРЧ38: Ансамбль выпуск 89: ENSG00000092621 - Ансамбль, Май 2017
2. GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000053398 - 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. Grant GA (март 2012 г.). «Противопоставление каталитических и аллостерических механизмов фосфоглицератдегидрогеназ». Архивы биохимии и биофизики. 519 (2): 175–85. Дои:10.1016 / j.abb.2011.10.005. ЧВК  3294004. PMID  22023909.
6. «PHGDH фосфоглицератдегидрогеназа [Homo sapiens (человек)] - Ген - NCBI». www.ncbi.nlm.nih.gov. Получено 2016-03-01.
7. «Биосинтез L-серина MetaCyc». biocyc.org. Получено 2016-03-01.
8. Рос Р., Муньос-Бертомеу Дж., Крюгер С. (сентябрь 2014 г.). «Серин в растениях: биосинтез, метаболизм и функции». Тенденции в растениеводстве. 19 (9): 564–9. Дои:10.1016 / j.tplants.2014.06.003. PMID  24999240.
9. Хо К.Л., Нодзи М., Сайто М., Сайто К. (январь 1999 г.). «Регулирование биосинтеза серина у Arabidopsis. Решающая роль пластидной 3-фосфоглицератдегидрогеназы в нефотосинтезирующих тканях». Журнал биологической химии. 274 (1): 397–402. Дои:10.1074 / jbc.274.1.397. PMID  9867856.
10. Ямасаки М., Ямада К., Фуруя С., Митома Дж., Хирабаяси Ю., Ватанабэ М. (октябрь 2001 г.). «3-Фосфоглицератдегидрогеназа, ключевой фермент для биосинтеза l-серина, предпочтительно экспрессируется в линии радиальной глии / астроцитов и обонятельной обволакивающей глии в мозге мыши». Журнал неврологии. 21 (19): 7691–704. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.21-19-07691.2001. PMID  11567059. S2CID  3547638.
11. Грант Г.А., Ким С.Дж., Сюй XL, Ху Зи (февраль 1999 г.). «Вклад соседних субъединиц в активные центры D-3-фосфоглицератдегидрогеназы». Журнал биологической химии. 274 (9): 5357–61. Дои:10.1074 / jbc.274.9.5357. PMID  10026144.
12. Грант Г.А., Ху З., Сюй XL (январь 2001 г.). «Специфические взаимодействия на границе раздела регуляторный домен-субстрат-связывающий домен влияют на кооперативность ингибирования и связывания эффектора в D-3-фосфоглицератдегидрогеназе Escherichia coli». Журнал биологической химии. 276 (2): 1078–83. Дои:10.1074 / jbc.M007512200. PMID  11050089.
13. Grant GA, Schuller DJ, Banaszak LJ (январь 1996 г.). «Модель регуляции D-3-фосфоглицератдегидрогеназы, аллостерического фермента типа Vmax». Белковая наука. 5 (1): 34–41. Дои:10.1002 / pro.5560050105. ЧВК  2143248. PMID  8771194.
14. Бертон Р.Л., Чен С., Сюй XL, Грант Г.А. (октябрь 2007 г.). «Новый механизм субстратного ингибирования D-3-фосфоглицератдегидрогеназы Mycobacterium tuberculosis». Журнал биологической химии. 282 (43): 31517–24. Дои:10.1074 / jbc.M704032200. PMID  17761677.
15. Грант GA, Xu XL, Hu Z (апрель 2004 г.). «Количественные отношения сайта к сайту взаимодействия в D-3-фосфоглицератдегидрогеназе Escherichia coli, выявленные с помощью асимметричных гибридных тетрамеров». Журнал биологической химии. 279 (14): 13452–60. Дои:10.1074 / jbc.M313593200. PMID  14718528.
16. Аль-Раби Р., Ли Э. Дж., Грант Г. А. (май 1996 г.). «Механизм модулированной скорости аллостерической регуляции в D-3-фосфоглицератдегидрогеназе. Сшивка соседних регуляторных доменов с помощью сконструированных дисульфидов имитирует связывание эффектора». Журнал биологической химии. 271 (22): 13013–7. Дои:10.1074 / jbc.271.22.13013. PMID  8662776. S2CID  28327405.
17. Тоби К.Л., Грант Г.А. (сентябрь 1986 г.). «Нуклеотидная последовательность гена serA Escherichia coli и аминокислотная последовательность кодируемого белка D-3-фосфоглицератдегидрогеназы». Журнал биологической химии. 261 (26): 12179–83. PMID  3017965.
18. Шахин Р., Рахбини З., Альхашем А., Факейх Е., Чжао К., Сюн Й., Альмойшир А., Аль-Каттан С.М., Альмадани Х.А., Аль-Онази Н., Аль-Бакави Б.С., Салех М.А., Алькурая Ф.С. (июнь 2014 г.). «Синдром Ней-Лаксовой, врожденная ошибка метаболизма серина, вызвана мутациями в PHGDH». Американский журнал генетики человека. 94 (6): 898–904. Дои:10.1016 / j.ajhg.2014.04.015. ЧВК  4121479. PMID  24836451.
19. Акуна-Идальго Р., Шанце Д., Кариминеджад А., Нордгрен А., Кариминеджад М. Х., Коннер П., Григелиониене Г., Нильссон Д., Норденшельд М., Веделл А., Фрейер С., Вреденберг А., Вичорек Д., Гиллессен-Кесбах Г., Эльциогсерлуйз N, Ghaderi-Sohi S, Goodarzi P, Setayesh H, van de Vorst M, Steehouwer M, Pfundt R, Krabichler B, Curry C, MacKenzie MG, Boycott KM, Gilissen C, Janecke AR, Hoischen A, Zenker M (сентябрь 2014 г.) ). «Синдром Ней-Лаксовой - гетерогенное нарушение обмена веществ, вызванное дефектами ферментов пути биосинтеза L-серина». Американский журнал генетики человека. 95 (3): 285–93. Дои:10.1016 / j.ajhg.2014.07.012. ЧВК  4157144. PMID  25152457.
20. Jaeken J, Detheux M, Van Maldergem L, Foulon M, Carchon H, Van Schaftingen E (июнь 1996 г.). «Дефицит 3-фосфоглицератдегидрогеназы: врожденная ошибка биосинтеза серина». Архив детских болезней. 74 (6): 542–5. Дои:10.1136 / adc.74.6.542. ЧВК  1511571. PMID  8758134.
21. де Конинг Т.Дж., Дюран М., Дорланд Л., Гооскенс Р., Ван Шафтинген Э., Яекен Дж., Блау Н., Бергер Р., Poll-The BT (август 1998 г.). «Благоприятные эффекты L-серина и глицина в лечении судорог при дефиците 3-фосфоглицератдегидрогеназы». Анналы неврологии. 44 (2): 261–5. Дои:10.1002 / ana.410440219. PMID  9708551. S2CID  46565109.
22. де Конинг Т.Дж., Кломп Л.В., ван Оппен А.С., Бимер Ф.А., Дорланд Л., ван ден Берг И., Бергер Р. (2004-12-18). «Пренатальное и раннее послеродовое лечение при недостаточности 3-фосфоглицератдегидрогеназы». Ланцет. 364 (9452): 2221–2. Дои:10.1016 / S0140-6736 (04) 17596-X. PMID  15610810. S2CID  40121728.
23. Possemato R, Marks KM, Shaul YD, Pacold ME, Kim D, Birsoy K, Sethumadhavan S, Woo HK, Jang HG, Jha AK, Chen WW, Barrett FG, Stransky N, Tsun ZY, Cowley GS, Barretina J, Kalaany NY , Hsu PP, Ottina K, Chan AM, Yuan B, Garraway LA, Root DE, Mino-Kenudson M, Brachtel EF, Driggers EM, Sabatini DM (август 2011 г.). «Функциональная геномика показывает, что путь синтеза серина важен при раке груди». Природа. 476 (7360): 346–50. Bibcode:2011Натура.476..346П. Дои:10.1038 / природа10350. ЧВК  3353325. PMID  21760589.
24. Locasale JW, Grassian AR, Melman T, Lyssiotis CA, Mattaini KR, Bass AJ, Heffron G, Metallo CM, Muranen T, Sharfi H, Sasaki AT, Anastasiou D, Mullarky E, Vokes NI, Sasaki M, Beroukhim R, Stephanopoulos G , Лигон А.Х., Мейерсон М., Ричардсон А.Л., Чин Л., Вагнер Дж., Асара Дж. М., Брюгге Дж. С., Кантли Л.С., Вандер Хайден М.Г. (сентябрь 2011 г.). «Фосфоглицератдегидрогеназа отклоняет гликолитический поток и способствует онкогенезу» (PDF). Природа Генетика. 43 (9): 869–74. Дои:10,1038 / нг.890. ЧВК  3677549. PMID  21804546.
25. Чжао Г., Винклер М.Э. (январь 1996 г.). «Новая альфа-кетоглутаратредуктазная активность кодируемой serA 3-фосфоглицератдегидрогеназы Escherichia coli K-12 и ее возможные последствия для 2-гидроксиглутаровой ацидурии человека». Журнал бактериологии. 178 (1): 232–9. Дои:10.1128 / JB.178.1.232-239.1996. ЧВК  177644. PMID  8550422.

дальнейшее чтение

• Цанг Х. Т., Коннелл Дж. В., Браун С. Е., Томпсон А., Рид Е., Сандерсон С. М. (сентябрь 2006 г.). «Систематический анализ человеческих взаимодействий с белками CHMP: дополнительные белки, содержащие домен MIT, связываются с множеством компонентов человеческого комплекса ESCRT III». Геномика. 88 (3): 333–46. Дои:10.1016 / j.ygeno.2006.04.003. PMID  16730941.
• Гуо Д., Хан Дж., Адам Б.Л., Колберн Н.Х., Ван М.Х., Донг З., Эйзирик Д.Л., Ше Дж. Х., Ван Си (декабрь 2005 г.). «Протеомный анализ субстратов SUMO4 в клетках HEK293 в условиях стресса, вызванного сывороточным голоданием». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 337 (4): 1308–18. Дои:10.1016 / j.bbrc.2005.09.191. PMID  16236267.
• Пинд С., Сломински Е., Маут Дж, Перлман К., Свобода К. Дж., Уилкинс Дж. А., Саудер П., Натович М. Р. (март 2002 г.). «V490M, распространенная мутация при недостаточности 3-фосфоглицератдегидрогеназы, вызывает дефицит фермента, снижая выход зрелого фермента». Журнал биологической химии. 277 (9): 7136–43. Дои:10.1074 / jbc.M111419200. PMID  11751922.
• Кломп Л.В., де Конинг Т.Дж., Малингре Х.Э., ван Берден Е.А., Бринк М., Опдам Флорида, Дюран М., Джекен Дж., Пинеда М., Ван Малдергем Л., Poll-The BT, Ван ден Берг И.Е., Бергер Р. (декабрь 2000 г.) «Молекулярная характеристика дефицита 3-фосфоглицератдегидрогеназы - нейрометаболического расстройства, связанного со сниженным биосинтезом L-серина». Американский журнал генетики человека. 67 (6): 1389–99. Дои:10.1086/316886. ЧВК  1287916. PMID  11055895.
• Пинеда М., Виласека М.А., Артуч Р., Сантос С., Гарсиа Гонсалес М.М., Арасил А., Ван Шафтинген Е., Джекен Дж. (Сентябрь 2000 г.). «Дефицит 3-фосфоглицератдегидрогеназы у пациента с синдромом Веста». Медицина развития и детская неврология. 42 (9): 629–33. Дои:10.1017 / S0012162200001171. PMID  11034457.
• Пэк Дж.Й., Джун Д.Й., Тауб Д., Ким Ю.Х. (2000). «Отнесение человеческой 3-фосфоглицератдегидрогеназы (PHGDH) к полосе хромосомы человека 1p12 путем флуоресцентной гибридизации in situ». Цитогенетика и клеточная генетика. 89 (1–2): 6–7. Дои:10.1159/000015577. PMID  10894924. S2CID  84077834.
• Чо Х.М., Джун Д.Й., Бэ М.А., Ан Д.Д., Ким Й.Х. (март 2000 г.). «Нуклеотидная последовательность и дифференциальная экспрессия гена 3-фосфоглицератдегидрогеназы человека». Ген. 245 (1): 193–201. Дои:10.1016 / S0378-1119 (00) 00009-3. PMID  10713460.
• Jaeken J, Detheux M, Van Maldergem L, Foulon M, Carchon H, Van Schaftingen E (июнь 1996 г.). «Дефицит 3-фосфоглицератдегидрогеназы: врожденная ошибка биосинтеза серина». Архив детских болезней. 74 (6): 542–5. Дои:10.1136 / adc.74.6.542. ЧВК  1511571. PMID  8758134.

внешние ссылки

• Обзор всей структурной информации, доступной в PDB для UniProt: O43175 (D-3-фосфоглицератдегидрогеназа) на PDBe-KB.