Тимидинфосфорилаза - Thymidine phosphorylase

Тимидинфосфорилаза
Димер тимидинфосфорилазы .png
Структура белка тимидинфосфорилазы
Идентификаторы
Номер ЕС2.4.2.4
Количество CAS9030-23-3
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO

Тимидинфосфорилаза (EC 2.4.2.4 ) является фермент который закодирован Ген TYMP и катализирует реакцию:

тимидин + фосфат тимин + 2-дезокси-альфа-D-рибоза 1-фосфат

Тимидинфосфорилаза участвует в метаболизм пуринов, метаболизм пиримидина, и другие метаболические пути. Вариации тимидинфосфорилазы и TYMP ген, который его кодирует, связан с синдром митохондриальной нейрогастроинтестинальной энцефалопатии (MNGIE) и Рак мочевого пузыря.

Номенклатура

Этот фермент принадлежит к семейству гликозилтрансферазы, в частности пентозилтрансферазы. В систематическое название этого класса ферментов является тимидин: фосфат дезокси-альфа-D-рибозилтрансфераза. Другие широко используемые названия включают пиримидинфосфорилазу, тимидин-ортофосфат-дезоксирибозилтрансферазу, регуляторы роста животных, эндотелиальные клетки, полученные из тромбоцитов, факторы роста, фактор роста эндотелиальных клеток, полученный из тромбоцитов, дезокситимидинфосфорилаза, глиостатины, пиримидиндезоксинуклеаза и тимидин-дезоксинуклеаза: дезокси-D-рибозилтрансфераза.

Механизм

Тимидинфосфорилаза катализирует обратимое фосфорилирование из тимидин, дезоксиуридин, и их аналоги (кроме дезоксицитидин ) на их соответствующие базы (тимин /урацил ) и 2-дезоксирибозо-1-фосфат. Фермент следует последовательному механизму, когда фосфат связывается до тимидина (или дезоксиуридина и т. Д.), А 2-дезоксирибозо-1-фосфат уходит после азотистого основания. Тимидин связан в высокоэнергетической конформации, в которой гликозидная связь ослабевает как фосфат атакует позицию C1 рибозного кольца, как показано ниже. Затем фермент может передавать дезоксирибозо-1-фосфат другим азотистые основания.[1]

Механизм тимидинфосфорилазы

Дальнейшие эксперименты показали, что тимин подавляет фермент через ингибирование субстрата и нелинейное ингибирование продукта. Это говорит о том, что тимин может ингибировать фермент через несколько сайтов. Фермент также отображает сотрудничество в отношении как тимидина, так и фосфата в присутствии тимина, что позволяет предположить, что тимидинфосфорилаза имеет несколько аллостерический и / или каталитические центры также.[2]

Структура

Взаимодействие Arg-171, Ser-186 и Lys-190 с тимином в лигандном сайте тимидинфосфорилазы

Тимидинфосфорилаза - это димер белка с идентичными субъединицами - с сообщенной молекулярной массой 90 000 дальтон в Escherichia coli. Он имеет S-образную форму длиной 110 Å и шириной 60 Å. Каждый мономер состоит из 440 аминокислоты и состоит из небольшого α-спирального домена и большого α / β домена. Поверхность фермента гладкая, за исключением полости глубиной 10 Å и шириной 8 Å между двумя доменами, которая содержит сайты связывания тимина, тимидина и фосфата.[3] Подробный анализ сайтов связывания показывает, что Arg-171, Ser-186 и Lys-190 являются важными остатками в связывании пиримидинового основания. Остатки Arg-171 и Lys-190 близки к O4 и O2 тиминового кольца соответственно и могут помочь стабилизировать промежуточное состояние. Конечная аминогруппа Lys-190, которая образует водородная связь с 3'-гидроксилом тимидин-рибозной части также присутствует, чтобы отдавать протон тимину N1 в промежуточном состоянии.[4] На конец 2007 г. 6 структуры были решены для этого класса ферментов, с PDB коды доступа 1AZY, 1OTP, 1TPT, 1UOU, 2J0F, и 2TPT.

Функция

Тимидинфосфорилаза играет ключевую роль в пиримидиновый остаток восстановить нуклеозиды после ДНК /РНК деградация.[5] Хотя реакция, которую он катализирует между тимидином / дезоксиуридином и их соответствующими основаниями, является обратимый, функция фермента в первую очередь катаболический.[6]

Недавние исследования показали, что тимидинфосфорилаза также участвует в ангиогенез. Эксперименты показывают ингибирование ангиогенного эффекта тимидинфосфорилазой в присутствии 6-амино-5-хлороурацила, ингибитор тимидинфосфорилазы, предполагая, что ферментативная активность тимидинфосфорилазы требуется для ее ангиогенной активности.[7] Было установлено, что тимидинфосфорилаза почти идентична фактор роста эндотелиальных клеток тромбоцитов (ПД-ЭКГФ). Хотя механизм ангиогенеза под действием тимидинфосфорилазы еще не известен, отчеты показывают, что сам фермент не является фактор роста но косвенно вызывает ангиогенез, стимулируя хемотаксис из эндотелиальный и другие клетки.[8] Некоторые сообщения предполагают, что тимидинфосфорилаза способствует росту эндотелиальных клеток за счет снижения уровней тимидина, который в противном случае ингибировал бы рост эндотелиальных клеток.[9] Альтернативное объяснение заключается в том, что продукты фермента вызывают ангиогенез. Эксперименты показали, что 2-дезоксирибоза представляет собой эндотелиальную клетку. хемоаттрактант и фактор, индуцирующий ангиогенез, который поддерживает это объяснение.[10] Исследования показали, что тимидинфосфорилаза участвует в ангиогенезе во время менструальный цикл. Выражение фермента в эндометрий поднимается комбинацией прогестерон и трансформирующий фактор роста-β1 и меняется в течение менструального цикла.[11]

Актуальность болезни

Митохондриальная нейрогастроинтестинальная энцефаломиопатия (MNGIE) - это аутосомно-рецессивный расстройство, вызванное мутации в ген тимидинфосфорилазы (ТР).[12] Потому что митохондриальная ДНК (мтДНК) сильно зависит от спасения тимидина (в большей степени, чем ядерная ДНК), она страдает от дефицита тимидинфосфорилазы. При болезни MNGIE со временем накапливаются множественные делеции и истощение мтДНК, что приводит к дисфункции митохондрий.[13] Симптомы болезни MNGIE включают: понос и боль в животе в результате нарушение моторики, вызванные нервно-мышечной дисфункцией, а также птоз, офтальмопарез, периферическая невропатия, и потеря слуха.[14]

Также было обнаружено, что тимидинфосфорилаза играет двойную роль в обоих рак развитие и терапия.[15] Ангиогенная активность фермента способствует рост опухоли, что подтверждается исследованиями, показывающими гораздо более высокую экспрессию и активность тимидинфосфорилазы в злокачественный опухоли (в том числе карциномы в пищевод, желудок, толстая кишка, поджелудочная железа, и легкое ), чем в соседних неопухолевых тканях [16] Тимидинфосфорилаза в этих карциномах активируется цитокинами, интерфероном-γ и TNF-α, которые высвобождаются воспалительными клетками во время лечение раны. Фермент также активируется низким уровнем кислорода и низким уровнем pH среды, чтобы контролировать васкуляризацию гипоксический регионы.[17]

Однако было обнаружено, что тимидинфосфорилаза играет важную роль в активации противоракового препарата. капецитабин. В частности, он преобразует промежуточные метаболит 5’-дезокси-5-фторцитидин в опухолях до 5-фторурацила, который действует как тимидилатсинтаза ингибитор.[18]

Рекомендации

  1. ^ Норман Р.А., Барри С.Т., Бейт М., Порода Дж., Коллс Дж. Г., Эрнилл Р. Дж., Люк Р. У., Миншалл, Калифорния, Макалистер М.С., МакКолл Э.Дж., МакМикен Х.Х., Патерсон Д.С., Тиммс Д., Такер Дж. А., Пауптит Р.А. (январь 2004 г.). «Кристаллическая структура тимидинфосфорилазы человека в комплексе с низкомолекулярным ингибитором». Структура. 12 (1): 75–84. Дои:10.1016 / j.str.2003.11.018. PMID  14725767.
  2. ^ Iltzsch MH, el Kouni MH, Cha S (ноябрь 1985 г.). «Кинетические исследования тимидинфосфорилазы из печени мышей». Биохимия. 24 (24): 6799–807. Дои:10.1021 / bi00345a011. PMID  4074727.
  3. ^ Уолтер М.Р., Кук В.Дж., Коул Л.Б., Шорт С.А., Кошалка Г.В., Креницкий Т.А., Иалик С.Е. (август 1990 г.). «Трехмерная структура тимидинфосфорилазы из Escherichia coli при разрешении 2,8 A». Журнал биологической химии. 265 (23): 14016–22. Дои:10.2210 / pdb1tpt / pdb. PMID  2199449.
  4. ^ Пагмир MJ, Кук WJ, Jasanoff A, Walter MR, Ealick SE (август 1998). «Структурные и теоретические исследования предполагают, что перемещение домена вызывает активную конформацию тимидинфосфорилазы». Журнал молекулярной биологии. 281 (2): 285–99. Дои:10.1006 / jmbi.1998.1941. PMID  9698549.
  5. ^ ЛаФон С.В., Нельсон Д.Дж., Беренс Р.Л., Марр Дж.Дж. (январь 1982 г.). «Пути утилизации пуринов и пиримидинов у Leishmania donovani». Биохимическая фармакология. 31 (2): 231–8. Дои:10.1016/0006-2952(82)90216-7. PMID  7059364.
  6. ^ Desgranges C, Razaka G, Rabaud M, Bricaud H (июль 1981). «Катаболизм тимидина в тромбоцитах крови человека: очистка и свойства тимидинфосфорилазы». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - нуклеиновые кислоты и синтез белков. 654 (2): 211–8. Дои:10.1016 / 0005-2787 (81) 90174-х. PMID  7284378.
  7. ^ Харагути М., Миядера К., Уэмура К., Сумизава Т., Фурукава Т., Ямада К., Акияма С., Ямада И. (март 1994). «Ангиогенная активность ферментов». Природа. 368 (6468): 198. Bibcode:1994Натура.368..198H. Дои:10.1038 / 368198a0. PMID  7511797. S2CID  4355213.
  8. ^ Миядера К., Сумизава Т., Харагути М., Йошида Х., Константи В., Ямада Ю., Акияма С. (апрель 1995 г.). «Роль активности тимидинфосфорилазы в ангиогенном эффекте тромбоцитарного фактора роста эндотелиальных клеток / тимидинфосфорилазы». Исследования рака. 55 (8): 1687–90. PMID  7536129.
  9. ^ Finnis C, Dodsworth N, Pollitt CE, Carr G, Sleep D (февраль 1993 г.). «Активность тимидинфосфорилазы тромбоцитарного фактора роста эндотелиальных клеток ответственна за митогенность эндотелиальных клеток». Европейский журнал биохимии. 212 (1): 201–10. Дои:10.1111 / j.1432-1033.1993.tb17651.x. PMID  8444155.
  10. ^ Ли В., Чиба И., Кимура Т., Мориока К., Уесака Т., Ихая А., Мураока Р. (февраль 2001 г.). «Трансмиокардиальная лазерная реваскуляризация, индуцированная ангиогенезом, коррелирует с экспрессией матриксных металлопротеиназ и тромбоцитарного фактора роста эндотелиальных клеток». Европейский журнал кардио-торакальной хирургии. 19 (2): 156–63. Дои:10.1016 / с1010-7940 (00) 00649-7. PMID  11167105.
  11. ^ Hague S, Manek S, Oehler MK, MacKenzie IZ, Bicknell R, Rees MC (март 2002 г.). «Индукция тамоксифеном экспрессии ангиогенного фактора в эндометрии». Британский журнал рака. 86 (5): 761–7. Дои:10.1038 / sj.bjc.6600157. ЧВК  2375303. PMID  11875740.
  12. ^ Нишино I, Спинаццола А, Хирано М (январь 1999 г.). «Мутации гена тимидинфосфорилазы при MNGIE, митохондриальном заболевании человека». Наука. 283 (5402): 689–92. Bibcode:1999Научный ... 283..689N. Дои:10.1126 / science.283.5402.689. PMID  9924029.
  13. ^ Пагон Р.А., Адам М.П., ​​Ардингер Х.Х., Уоллес С.Е., Амемия А., Бин Л.Дж., Берд Т.Д., Фонг С.Т., Меффорд ХК, Смит Р.Дж., Стивенс К., Хирано М. (1993). Митохондриальная нейрогастроинтестинальная энцефалопатия. в GeneReviews. PMID  20301358.
  14. ^ Nishino I, Spinazzola A, Papadimitriou A, Hammans S, Steiner I, Hahn CD, Connolly AM, Verloes A, Guimarães J, Maillard I, Hamano H, Donati MA, Semrad CE, Russell JA, Andreu AL, Hadjigeorgiou GM, Vu TH , Tadesse S, Nygaard TG, Nonaka I, Hirano I, Bonilla E, Rowland LP, DiMauro S, Hirano M (июнь 2000 г.). «Митохондриальная нейрогастроинтестинальная энцефаломиопатия: аутосомно-рецессивное заболевание, вызванное мутациями тимидинфосфорилазы». Анналы неврологии. 47 (6): 792–800. Дои:10.1002 / 1531-8249 (200006) 47: 6 <792 :: aid-ana12> 3.3.co; 2-п.. PMID  10852545.
  15. ^ Бронкаерс А., Гаго Ф., Бальзарини Дж., Ликенс С. (ноябрь 2009 г.). «Двойная роль тимидинфосфорилазы в развитии рака и химиотерапии». Обзоры медицинских исследований. 29 (6): 903–53. Дои:10.1002 / med.20159. ЧВК  7168469. PMID  19434693.
  16. ^ Takebayashi Y, Yamada K, Miyadera K, Sumizawa T., Furukawa T., Kinoshita F, Aoki D, Okumura H, Yamada Y, Akiyama S, Aikou T. (июнь 1996). «Активность и экспрессия тимидинфосфорилазы в солидных опухолях человека». Европейский журнал рака. 32A (7): 1227–32. Дои:10.1016/0959-8049(96)00061-5. PMID  8758258.
  17. ^ Браун Н.С., Бикнелл Р. (август 1998 г.). «Тимидинфосфорилаза, 2-дезокси-D-рибоза и ангиогенез». Биохимический журнал. 334 (1): 1–8. Дои:10.1042 / bj3340001. ЧВК  1219653. PMID  9693094.
  18. ^ Савада Н., Исикава Т., Фукасе Ю., Нисида М., Йошикубо Т., Исицука Х. (апрель 1998 г.). «Индукция активности тимидинфосфорилазы и повышение эффективности капецитабина с помощью таксола / таксотера в ксенотрансплантатах рака человека». Клинические исследования рака. 4 (4): 1013–9. PMID  9563897.

дальнейшее чтение

  • Фридкин М., Робертс Д. (март 1954 г.). «Ферментативный синтез нуклеозидов. I. Тимидинфосфорилаза в тканях млекопитающих». Журнал биологической химии. 207 (1): 245–56. PMID  13152099.
  • Циммерман М., Зайденберг Дж. (Август 1964 г.). «Перенос дезоксирибозила. I. Тимидинфосфорилаза znd нуклеозид дезоксирибозилтрансфераза в нормальных и злокачественных тканях». Журнал биологической химии. 239: 2618–21. PMID  14235544.
  • Циммерман М. (август 1964 г.). «Дезоксирибозильный перенос. Ii. Нуклеозид: пиримидин дезоксирибозилтрансферазная активность трех частично очищенных тимидинфосфорилаз». Журнал биологической химии. 239: 2622–7. PMID  14235545.