Глутатион-S-трансфераза

редактировать
Глутатион-S-трансфераза
GST-wiki. jpg Кристаллографическая структура глутатион-S-трансферазы из Anopheles cracens.
Идентификаторы
Номер ЕС 2.5.1.18
Номер CAS 50812-37-8
Базы данных
IntEnz Просмотр IntEnz
BRENDA Запись BRENDA
ExPASy Просмотр NiceZyme
KEGG Запись KEGG
MetaCyc метаболический путь
PRIAM профиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Онтология генов AmiGO / QuickGO

глутатион-S-трансферазы (GST ), ранее известные как лигандины, составляют семейство эукариотических и прокариотических фаз II метаболических изоферментов, наиболее известных своей способностью катализировать конъюгацию восстановленной формы глутатиона (GSH) с субстратами ксенобиотиков с целью детоксикации. Семейство GST состоит из трех суперсемейств: цитозольных, митохондриальных и микросомальных - также известных как MAPEG - белки. Члены суперсемейства GST чрезвычайно разнообразны по аминокислотной последовательности, и большая часть последовательностей, депонированных в общедоступных базах данных, имеет неизвестную функцию. Enzyme Function Initiative (EFI) использует GST в качестве модельного суперсемейства для определения новых функций GST.

GST могут составлять до 10% цитозольного белка в некоторых органах млекопитающих. GST катализируют конъюгацию GSH - через сульфгидрильную группу - с электрофильными центрами на широком спектре субстратов, чтобы сделать соединения более растворимыми в воде. Эта активность выводит токсины из эндогенных соединений, таких как ксенобиотики, и способствует их расщеплению. GST могут также связывать токсины и функционировать в качестве транспортных белков, что дало начало раннему названию GST, лигандину.

Содержание

  • 1 Классификация
    • 1.1 Номенклатура
  • 2 Структура
  • 3 Функция
  • 4 Роль в передаче сигналов клеток
    • 4.1 Значение в развитии рака
  • 5 Клиническая значимость
    • 5.1 Высвобождение GST как показатель повреждения органа
  • 6 GST-метки и анализ GST pull-down
  • 7 См. Также
  • 8 Ссылки
  • 9 Внешние ссылки

Классификация

Глутатион-S-трансфераза, С-концевой домен
PDB 2gst EBI.jpg Структура сайта связывания ксенобиотического субстрата мю 1 глутатион-S-трансферазы крысы, связанного с GSH-аддукт фенантрена -9,10-оксида.
Идентификаторы
СимволGST_C
Pfam PF00043
InterPro IPR004046
SCOPe 2gst / SUPFAM
суперсемейство OPM 178
белок OPM 5i9k
CDD cd00299

Последовательность и структура белка являются важными дополнительными критериями классификации для трех суперсемейств (цитозольного, митохондриального и MAPEG) GST: тогда как классы из цитозольное суперсемейство GST обладает более чем 40% гомологией последовательностей, последовательности из других классов могут иметь менее 25%. Цитозольные GST делятся на 13 классов в зависимости от их структуры: альфа, бета, дельта, эпсилон, дзета, тета, мю, ню, пи, сигма, тау, фи и омега. Митохондриальные GST относятся к классу каппа. Суперсемейство микросомальных GST MAPEG состоит из подгрупп, обозначенных I-IV, между которыми последовательности аминокислот имеют менее 20% идентичности. Цитозольные GST человека принадлежат к классам альфа, дзета, тета, мю, пи, сигма и омега, тогда как известно, что существует шесть изоферментов, принадлежащих к классам I, II и IV суперсемейства MAPEG.

Номенклатура.

Стандартизованная номенклатура GST, впервые предложенная в 1992 году, идентифицирует виды, к которым принадлежит интересующий изофермент, с инициала в нижнем регистре (например, «h» для человека), которая предшествует аббревиатуре GST. Класс изоферментов впоследствии идентифицируется заглавной буквой (например, «А» для альфа), за которой следует арабская цифра, представляющая класс подсемейство (или субъединицу). Поскольку как митохондриальные, так и цитозольные GST существуют в виде димеров, и только гетеродимеры образуются между членами одного и того же класса, второй компонент подсемейства димера фермента обозначается дефисом, за которым следует дополнительная арабская цифра. Следовательно, если человеческая глутатион-S-трансфераза является гомодимером в подсемействе 1 pi-класса, ее имя будет записано как «hGSTP1-1».

В ранней номенклатуре GST они назывались белками «Y», имея в виду их разделение на фракцию «Y» (в отличие от фракций «X и Z») с использованием хроматографии на сефадексе G75. Когда были идентифицированы субъединицы GST, они были обозначены как Ya, Yp и т. Д. С, если необходимо, номером, идентифицирующим изоформу мономера (например, Yb1). Литвак и др. Предложили термин «лигандин» для обозначения белков, ранее известных как белки «Y».

В клинической химии и токсикологии наиболее часто используются термины альфа-GST, мю-GST и пи-GST.

Структура

Идентификаторы
СимволGST_N
Pfam PF02798
Pfam кланCL0172
InterPro IPR004045
PROSITE PS50404
SCOPe 1g7o / SUPFAM

Сайт связывания глутатиона или «G-сайт» расположен в тиоредоксин -подобном домене как цитозольных, так и митохондриальных GST. Область, содержащая наибольшую вариабельность между различными классами, - это область спирали α2, где один из трех различных аминокислотных остатков взаимодействует с остатком глицина глутатиона. Две подгруппы цитозольных GST были охарактеризованы на основе их взаимодействия с глутатионом: группа Y-GST, которая использует остаток тирозина для активации глутатиона, и S / C-GST, которая вместо этого использует остатки серина или цистеина.

«Белки GST представляют собой глобулярные белки с N-концевым смешанным спиральным и бета-цепочечным доменом и полностью спиральным C-концевым доменом».

свиной фермент pGTSP1-1 класса pi был первым GST, структура которого была определена, и он является представителем других членов надсемейства цитозольных GST, которые содержат тиоредоксин-подобный N-концевой домен, а также C-концевой домен, состоящий из альфа-спиралей.

цитозольные GST млекопитающих, являются димерными, причем оба субъединицы принадлежат к одному классу GST, но не обязательно идентичны. мономеры имеют размер приблизительно 25 кДа. Они активны на широком спектре субстратов со значительным перекрытием. В следующей таблице перечислены все ферменты GST каждого класса, которые, как известно, существуют у Homo sapiens, как они обнаружены в базе данных UniProtKB / Swiss-Prot.

Класс GSTЧлены класса GST Homo sapiens (22)
AlphaGSTA1, GSTA2, GSTA3, GSTA4,
Дельта
КаппаGSTK1
MuGSTM1, GSTM2, GSTM3, GSTM4,
OmegaGSTO1, GSTO2
PiGSTP1
ThetaGSTT1, GSTT2,
ZetaGSTZ1 (также известный как MAAI- Малеилацетоацетатизомераза)
МикросомальныйMGST1, MGST2, MGST3

Функция

Активность GST зависит от стабильного поступления GSH из синтетические ферменты гамма-глутамилцистеинсинтетаза и глутатионсинтетаза, а также действие специфических переносчиков по удалению конъюгатов GSH из клетки. Основная роль GST заключается в детоксикации ксенобиотиков путем катализирования нуклеофильной атаки GSH на электрофильные атомы углерода, серы или азота указанных неполярных ксенобиотических субстратов, тем самым предотвращая их взаимодействие с важнейшими клеточными белками и нуклеиновыми кислотами. В частности, функция GST в этой роли является двоякой: связывать как субстрат в гидрофобном H-сайте фермента, так и GSH в соседнем гидрофильном G-сайте, которые вместе образуют активный сайт фермента. ; и впоследствии активировать тиольную группу GSH, делая возможным нуклеофильную атаку на субстрат. Молекула глутатиона связывается в щели между N- и C-концевыми доменами - предполагается, что каталитически важные остатки находятся в N-концевом домене. Обе субъединицы димера GST, гетеро- или гомодимерные по своей природе, содержат один сайт связывания без субстрата, а также сайт связывания GSH. Однако в гетеродимерных комплексах GST, таких как комплексы, образованные цитозольными мю- и альфа-классами, зазор между двумя субъединицами является домом для дополнительного высокоаффинного несубстратного сайта связывания ксенобиотиков, который может объяснять способность ферментов образовывать гетеродимеры. 98>

Соединения, на которые воздействуют таким образом GST, охватывают широкий спектр экологических или иных экзогенных токсинов, включая химиотерапевтические агенты и другие лекарственные средства, пестициды, гербициды, канцерогены и эпоксиды различного происхождения; действительно, GST ответственны за конъюгацию β 1 -8,9-эпоксида, реактивного интермедиата, образованного из афлатоксина B 1, который является важным средством защиты от токсина у грызунов.. Реакции детоксикации включают первые четыре стадии синтеза меркаптуровой кислоты, при этом конъюгация с GSH делает субстраты более растворимыми и позволяет им удаляться из клетки с помощью переносчиков, таких как белок 1, связанный с множественной лекарственной устойчивостью. (MRP1 ). После экспорта продукты конъюгации превращаются в меркаптуровые кислоты и выводятся с мочой или желчью.

. Большинство изоферментов млекопитающих имеют сродство к субстрату 1-хлоро -2,4-динитробензол и спектрофотометрические анализы с использованием этого субстрата обычно используются для определения активности GST. Однако некоторые эндогенные соединения, например билирубин, могут подавлять активность GST. У млекопитающих изоформы GST имеют клеточно-специфическое распределение (например, α-GST в гепатоцитах и ​​π-GST в желчных путях печени человека).

Роль в передаче сигналов клеток

Упрощенный обзор MAPK пути у млекопитающих, организованные в три основных сигнальных модуля (ERK1 / 2, JNK / p38 и ERK5).

Хотя они наиболее известны своей способностью конъюгировать ксенобиотики с GSH и тем самым детоксифицировать клеточную среду, GST также способны связывать не субстрат лиганды, имеющие важное значение передачи сигналов клеток. Было показано, что несколько изоферментов GST из различных классов ингибируют функцию киназы, участвующей в пути MAPK, который регулирует пролиферацию клеток и смерть, не позволяя киназе выполнять свою роль в облегчении сигнального каскада.

Цитозольный GSTP1-1, хорошо охарактеризованный изофермент семейства GST млекопитающих, экспрессируется главным образом в тканях сердца, легких и мозга; Фактически, это наиболее распространенный GST, экспрессируемый вне печени. На основании его сверхэкспрессии в большинстве линий опухолевых клеток человека и преобладания в опухолях, устойчивых к химиотерапии, считается, что GSTP1-1 играет роль в развитии рака и его потенциальной устойчивости к лекарственному лечению. Дальнейшие доказательства этого исходят из знания, что GSTP может избирательно ингибировать фосфорилирование C-Jun с помощью JNK, предотвращая апоптоз. Во время низкого клеточного стресса комплекс образуется за счет прямых белок-белковых взаимодействий между GSTP и C-концом JNK, эффективно предотвращая действие JNK и, таким образом, его индукцию пути JNK. Клеточный окислительный стресс вызывает диссоциацию комплекса, олигомеризацию GSTP и индукцию пути JNK, что приводит к апоптозу. Связь между ингибированием GSTP проапоптотического пути JNK и сверхэкспрессией изофермента в лекарственно-устойчивых опухолевых клетках может сама объяснять способность опухолевых клеток избегать апоптоза, опосредованного лекарствами, которые не являются субстратами GSTP.

Подобно GSTP, GSTM1 участвует в регуляции апоптотических путей посредством прямых межбелковых взаимодействий, хотя он действует на ASK1, который находится выше JNK. Механизм и результат аналогичны GSTP и JNK в том, что GSTM1 секвестрирует ASK1 посредством образования комплекса и предотвращает его индукцию проапоптотических p38 и JNK частей сигнального каскада MAPK. Подобно GSTP, GSTM1 взаимодействует со своим партнером в отсутствие окислительного стресса, хотя ASK1 также участвует в реакции теплового шока, которая также предотвращается во время секвестрации ASK1. Тот факт, что высокие уровни GST связаны с устойчивостью к апоптозу, индуцированному рядом веществ, включая химиотерапевтические агенты, подтверждает его предполагаемую роль в предотвращении передачи сигналов MAPK.

Влияние на развитие рака

Там Растет количество данных, подтверждающих роль GST, особенно GSTP, в развитии рака и устойчивости к химиотерапии. Связь между GSTP и раком наиболее очевидна в сверхэкспрессии GSTP при многих формах рака, но это также подтверждается тем фактом, что трансформированный фенотип опухолевых клеток связан с аберрантно регулируемыми сигнальными путями киназ и клеточной зависимостью от сверхэкспрессируемых белков. То, что большинство противораковых препаратов являются плохими субстратами для GSTP, указывает на то, что роль повышенного уровня GSTP во многих линиях опухолевых клеток заключается не в детоксикации соединений, а в другой цели; Эта гипотеза также подтверждается общим обнаружением сверхэкспрессии GSTP в линиях опухолевых клеток, которые не устойчивы к лекарствам.

Клиническое значение

Помимо их роли в развитии рака и устойчивости к химиотерапевтическим препаратам, GST вовлечены в различные заболевания в силу их участия в GSH. Хотя доказательства минимальны для влияния полиморфизмов GST классов альфа, мю, пи и тета на восприимчивость к различным типам рака, многочисленные исследования выявили такие генотипические вариации при астме, атеросклероз, аллергия и другие воспалительные заболевания.

Потому что диабет - это заболевание, вызывающее окислительное повреждение и метаболизм GSH нарушен у пациентов с диабетом, GST могут представлять собой потенциальную мишень для лекарственного лечения диабета. Кроме того, известно, что введение инсулина приводит к увеличению экспрессии гена GST по пути PI3K / AKT / mTOR и снижению внутриклеточного окислительного стресса, тогда как глюкагон снижает такой экспрессия генов.

Гены GST (GSTO) класса омега, в частности, связаны с неврологическими заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и боковой амиотрофический склероз ; опять же, считается, что виновником является окислительный стресс, снижение экспрессии гена GSTO приводит к снижению возраста начала заболевания.

Высвобождение GST как признак повреждения органа

Высокая внутриклеточные концентрации GST в сочетании с их клеточно-специфическим распределением в клетках позволяют им функционировать как биомаркеры для локализации и мониторинга повреждений определенных типов клеток. Например, гепатоциты содержат высокие уровни альфа-GST, и было обнаружено, что альфа-GST в сыворотке является индикатором повреждения гепатоцитов при трансплантации, токсичности и вирусных инфекциях.

Аналогично, у людей почечная недостаточность клетки проксимальных канальцев содержат высокие концентрации альфа-GST, тогда как клетки дистальных канальцев содержат пи-GST. Это конкретное распределение позволяет использовать измерение GST в моче для количественной оценки и локализации повреждения почечных канальцев при трансплантации, нефротоксичности и ишемическом повреждении.

В доклинических исследованиях на грызунах уровень альфа в моче и сыворотке крови Было показано, что GST является чувствительным и специфическим индикатором некроза проксимальных канальцев почек и гепатоцитов соответственно.

GST-теги и анализ GST pull-down

GST могут быть добавлены к интересующему белку чтобы очистить его от раствора в процессе, известном как анализ с понижением температуры. Это достигается путем вставки кодирующей последовательности ДНК GST рядом с последовательностью, которая кодирует интересующий белок. Таким образом, после транскрипции и трансляции белок GST и представляющий интерес белок будут экспрессироваться вместе как слитый белок . Поскольку белок GST имеет сильное сродство связывания с GSH, к смеси белков можно добавлять шарики, покрытые этим соединением; в результате интересующий белок, присоединенный к GST, будет прилипать к гранулам, изолируя белок от остальных белков в растворе. Гранулы извлекают и промывают свободным GSH, чтобы отделить интересующий белок от гранул, в результате чего получают очищенный белок. Этот метод можно использовать для выяснения прямых межбелковых взаимодействий. Недостатком этого анализа является то, что интересующий белок присоединяется к GST, изменяя его нативное состояние.

GST-метка часто используется для разделения и очистки белков, содержащих слитый с GST белок. Тег имеет размер 220 аминокислот (примерно 26 кДа), что по сравнению с такими тегами, как Myc-tag или FLAG-tag, является довольно большой. Он может быть слит либо с N-концом, либо с С-концом белка. Однако многие коммерчески доступные источники плазмид с GST-меткой включают тромбиновый домен для расщепления GST-метки во время очистки белка.

См. Также

Литература

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-21 11:22:42
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте