PEPD

Ten artykuł dotyczy produktu ludzkiego genu PEPD. Aby zapoznać się z zaburzeniem bólowym, zobacz Napadowe zaburzenie bólowe .

PEPD
Dostępne konstrukcje WPB Wyszukiwanie ortologów: Lista kodów identyfikacyjnych PDB
Identyfikatory
	, PROLIDASE, peptydaza D
Identyfikatory zewnętrzne
Lokalizacja genu ( człowiek ) Chr. Zespół Początek Koniec
Lokalizacja genu ( mysz ) Chr. Zespół Początek Koniec
Wzór ekspresji RNA Błagam Człowiek Mysz (ortolog) BioGPS
Ontologia genów Funkcje molekularne Składnik komórkowy Proces biologiczny Źródła: Amigo / QuickGO
ortologi Gatunek Człowiek Mysz Entrez Ensembl UniProt RefSeq (mRNA) RefSeq (białko) Lokalizacja (UCSC) PubMed search
Wikidane
Wyświetl/edytuj człowieka Wyświetl/edytuj mysz

Dipeptydaza Xaa-Pro , znana również jako prolidaza , jest enzymem kodowanym u ludzi przez gen PEPD .

Funkcjonować

Dipeptydaza Xaa-Pro jest cytozolową dipeptydazą , która hydrolizuje dipeptydy z proliną lub hydroksyproliną na końcu karboksylowym (ale nie Pro-Pro). Jest ważny w metabolizmie kolagenu ze względu na wysoki poziom iminokwasów . Mutacje w locus PEPD powodują niedobór prolidazy . Charakteryzuje się Iminodipeptidurea, owrzodzeniami skóry , upośledzeniem umysłowym i nawracającymi infekcjami.

Struktura

Prolidazy należą do podklasy metalopeptydaz , które obejmują dwujądrowe klastry metali z miejscami aktywnymi . Ten metalowy klaster ułatwia katalizę , służąc jako miejsce wiązania substratu , aktywując nukleofile i stabilizując stan przejściowy . Ponadto prolidazy są klasyfikowane do mniejszej rodziny zwanej enzymami „chleba pita”, które rozszczepiają amido- , imido- i amidyno- zawierające wiązania. Fałd „chleba pita”, zawierający metalowe centrum otoczone dwiema dobrze zdefiniowanymi kieszeniami wiążącymi substrat, umożliwił prolidazie specyficzne rozszczepienie między dowolnym aminokwasem innym niż prolina i proliną.

Pierwsza kiedykolwiek poznana struktura prolidazy pochodzi od hipertermofilnego archeona Pyrococcus furiosus (Pfprol). Ten dimer ma strukturę krystaliczną przedstawiającą dwa w przybliżeniu symetryczne monomery , z których oba mają domenę N-końcową , złożoną z sześcioniciowej mieszanej β-kartki otoczonej pięcioma α-helisami , helikalnym łącznikiem i domeną C-końcową , składającą się z mieszany sześcioniciowy arkusz β otoczone czterema helisami α. Zakrzywiony arkusz β domeny II ma fałdę typu „chleb pita”. Miejsce aktywne leży na wewnętrznej powierzchni arkusza β domeny II, z zauważalnym dwujądrowym Co zakotwiczonym przez łańcuchy boczne dwóch reszt asparaginianu (Asp209 i Asp220), dwóch reszt glutaminianu (Glu313 i Glu327) oraz histydyny pozostałość (His284). Grupy karboksylanowe reszt asparaginianu i glutaminy służą jako mostki między dwoma atomami Co. W krystalizacji atomy Co są zastępowane przez Zn , który hamuje aktywność enzymatyczną.

W przeciwieństwie do Pfprolu struktura ludzkiego wariantu pozostaje słabo poznana. Homologia sekwencji między człowiekiem a Pfprolem daje tylko 25% identyczności i 43% podobieństwa. Dwie dostępne struktury ludzkiej prolidazy dostępne w Protein Data Bank to homodimery zawierające Na lub Mn , które wiążą się z podobnymi aminokwasami jak te w Pfprol: Glu412 (Glu313 w Pfprol), wiąże się z pierwszym jonem, Asp276 (Asp209 w Pfprol ) wiąże się z drugim jonem, a Asp287 i Glu452 wiążą się z obydwoma (Asp220 i Glu327 w Pfprol).

Asp209, Asp220, Glu313, Glu327 i His284 tworzą miejsce aktywne prolidazy z Pyrococcus furiosus (1PV9). Jony cynku są mostkowane przez grupy karboksylanowe reszt asparaginianu i glutaminy. Wskazano również długości wiązań między jonami cynku a grupami karboksylanowymi aminokwasów.

Funkcjonować

Ze względu na cykliczną strukturę proliny tylko kilka peptydaz może rozszczepiać wiązanie między proliną a innymi aminokwasami. Wraz z prolinazą prolidazy są jedynymi znanymi enzymami, które mogą rozkładać dipeptydy, dając wolną prolinę. Prolidaza służy do hydrolizy zarówno dietetycznych, jak i endogennych dipeptydów Xaa-Pro. Dokładniej, jest niezbędny w katalizowaniu ostatniego etapu degradacji prokolagenu, kolagenu i inne peptydy zawierające prolinę w wolne aminokwasy do wykorzystania we wzroście komórkowym. Dodatkowo uczestniczy również w procesie recyklingu proliny z dipeptydów Xaa-Pro do resyntezy kolagenu. Prolina i hydroksyprolina stanowią jedną czwartą reszt aminokwasowych kolagenu, który jest najobficiej występującym masowo białkiem w organizmie i odgrywa ważną rolę w utrzymaniu tkanki łącznej w organizmie.

Mechanizm

Mechanizm aktywności katalitycznej prolidazy pozostaje w dużej mierze niescharakteryzowany. Jednak analizy biochemiczne i strukturalne aminopeptydazy (APPro), aminopeptydazy metioninowej (MetAP) i prolidazy, wszystkich członków metaloenzymów „chleba pita” , sugerują, że mają wspólny schemat mechanizmu. Główna różnica polega na umiejscowieniu karbonylowego atomu tlenu w rozszczepionym wiązaniu peptydowym .

Proponowany schemat mechanizmu zależnego od metalu enzymu „chleb pita” z numeracją reszt eMetAP.

Poniższy mechanizm przedstawia proponowany schemat zależnego od metalu enzymu „chleba pita” z numeracją reszt odpowiadającą tej występującej w aminopeptydazie metioninowej z E. coli . Jak pokazano w Półproduktie I na figurze, trzy potencjalne kwasowe reszty aminokwasowe oddziałują z N-końcem substratu w sposób, który jeszcze nie został określony. Grupy karbonylowa i amidowa rozszczepialnego wiązania peptydowego oddziałują z pierwszym jonem metalu, M1, oprócz odpowiednio His178 i His79. M1 i Glu204 aktywują cząsteczkę wody, przygotowując ją do ataku nukleofilowego na atomie węgla karbonylu rozszczepialnego wiązania peptydowego. Następnie czworościenny związek pośredni (półprodukt II) zostaje ustabilizowany w wyniku interakcji z M1 i His178. Wreszcie, Glu204 przekazuje proton aminie opuszczającego peptydu (P1'). Prowadzi to do rozpadu półproduktu (półprodukt III), który zachowuje swoje interakcje z M1 i His178.

Rozporządzenie

Posttranslacyjne modyfikacje prolidazy regulują jej zdolności enzymatyczne. Wykazano, że fosforylacja prolidazy zwiększa jej aktywność, podczas gdy defosforylacja prowadzi do zmniejszenia aktywności enzymu. Analiza znanej sekwencji konsensusowej wymaganej do fosforylacji seryny / treoniny wykazała, że ​​prolidaza zawiera co najmniej trzy potencjalne miejsca fosforylacji seryny/treoniny. Tlenek azotu, zarówno nabyty egzogennie , jak i endogennie wykazano, że zwiększa aktywność prolidazy w sposób zależny od czasu i dawki poprzez fosforylację w tych miejscach seryny i treoniny. Dodatkowo prolidaza może być również regulowana w tyrozyny , w których pośredniczą szlaki sygnałowe FAK i MAPK .

Znaczenie choroby

Niedobór prolidazy prowadzi do rzadkiego, ciężkiego zaburzenia autosomalnego recesywnego ( niedobór prolidazy ), które powoduje wiele przewlekłych, wyniszczających schorzeń u ludzi. Te fenotypowe są różne i mogą obejmować owrzodzenia skóry , upośledzenie umysłowe , splenomegalię , nawracające infekcje , nadwrażliwość na światło , hiperkeratozę i niezwykły wygląd twarzy. Ponadto stwierdzono, że aktywność prolidazy jest nieprawidłowa w porównaniu do zdrowych poziomów w różnych stanach medycznych, w tym między innymi: choroba afektywna dwubiegunowa , rak piersi , rak endometrium , powstawanie bliznowców , zaburzenia erekcji , choroby wątroby , rak płuc , nadciśnienie , czerniak i przewlekłe zapalenie trzustki . W niektórych nowotworach o podwyższonym poziomie aktywności prolidazy, takich jak czerniak, zróżnicowana ekspresja prolidazy i jej specyficzność substratowa dla dipeptydów z proliną na końcu karboksylowym sugeruje , że prolidaza może stać się żywotnym, selektywnym endogennym celem enzymatycznym dla proleków proliny . Aktywność enzymu prolidazy w surowicy jest obecnie badana jako możliwy, wiarygodny marker chorób, w tym przewlekłego wirusowego zapalenia wątroby typu B i zwłóknienia wątroby .

Inne aplikacje

Dekontaminacja : Prolidaza z hipertermofilnego archeona Pyrococcus furiosus (Pfprol) wykazuje potencjał zastosowania w odkażaniu fosforoorganicznych czynników nerwowych w chemicznych środkach bojowych . Ponadto prolidaza może również służyć do wykrywania neurotoksyn fosforoorganicznych zawierających fluor , takich jak chemiczne środki bojowe typu G, i może antagonizować zatrucie fosforoorganiczne i chronić przed działaniem fluorofosforanu diizopropylu , gdy jest zamknięty w liposomach .

Organizmy modelowe

Do badania funkcji PEPD wykorzystano organizmy modelowe . Linia myszy z warunkowym nokautem o nazwie Pepd ^{tm1a (KOMP) Wtsi} została wygenerowana w Wellcome Trust Sanger Institute . Samce i samice zwierząt poddano standaryzowanemu badaniu fenotypowemu w celu określenia skutków delecji. Wykonano dodatkowe badania przesiewowe: - Dogłębne fenotypowanie immunologiczne

Fenotyp myszy z nokautem Pepd

Charakterystyka	Fenotyp
Wszystkie dane dostępne pod adresem.
Homozygotyczna żywotność w P14	Normalna
Homozygotyczna płodność	Normalna
Masy ciała	Normalna
Ocena neurologiczna	Normalna
Siła uścisku	Normalna
Dysmorfologia	Normalna
Kalorymetria pośrednia	Normalna
Test tolerancji glukozy	Normalna
DEXA	Nieprawidłowy
Morfologia oka	Normalna
Chemia kliniczna	Normalna
Hematologia 16 tygodni	Normalna
Leukocyty krwi obwodowej 16 tygodni	Normalna
Waga serca	Normalna
Funkcja cytotoksycznych komórek T	Normalna
Immunofenotypowanie śledziony	Normalna
Immunofenotypowanie węzłów chłonnych krezki	Normalna
Immunofenotypowanie szpiku kostnego	Normalna
Skład odpornościowy naskórka	Normalna
Wyzwanie grypy	Normalna

Dalsza lektura

•    Tanoue A, Endo F, Kitano A, Matsuda I (lipiec 1990). „Pojedyncza zmiana nukleotydu w genie prolidazy w fibroblastach od dwóch pacjentów z niedoborem prolidazy z polipeptydem dodatnim. Ekspresja zmutowanego enzymu w komórkach NIH 3T3” . Dziennik badań klinicznych . 86 (1): 351–5. doi : 10.1172/JCI114708 . PMC 296729 . PMID 2365824 .
•    Boright AP, Scriver CR, Lancaster GA, Choy F (maj 1989). „Niedobór prolidazy: klasyfikacja biochemiczna alleli” . American Journal of Human Genetics . 44 (5): 731–40. PMC 1715628 . PMID 2705457 .
•    Friedrich U, Brunner H, Smeets D, Lambermon E, Ropers HH (marzec 1987). „Trzypunktowa analiza powiązań wykorzystująca markery C3 i 19cen przypisuje gen dystrofii miotonicznej do 19q” . Genetyka człowieka . 75 (3): 291–3. doi : 10.1007/BF00281077 . PMID 2881880 . S2CID 24376519 .
•   Maruyama K, Sugano S (styczeń 1994). „Oligo-capping: prosta metoda zastąpienia struktury czapeczki eukariotycznych mRNA oligorybonukleotydami”. gen . 138 (1–2): 171–4. doi : 10.1016/0378-1119(94)90802-8 . PMID 8125298 .
•    Ledoux P, Scriver C, Hechtman P (czerwiec 1994). „Cztery nowe allele PEPD powodujące niedobór prolidazy” . American Journal of Human Genetics . 54 (6): 1014–21. PMC 1918181 . PMID 8198124 .
•    Ledoux P, Scriver CR, Hechtman P (listopad 1996). „Ekspresja i analiza molekularna mutacji w niedoborze prolidazy” . American Journal of Human Genetics . 59 (5): 1035–9. PMC 1914827 . PMID 8900231 .
•   Pałka JA (1997). „Rola prolidazy jako enzymu biorącego udział w metabolizmie kolagenu”. Roczniki Akademii Medycznej W Białymstoku . 41 (2): 149–60. PMID 9020526 .
•    Palka JA, Phang JM (listopad 1997). „Aktywność prolidazy w fibroblastach jest regulowana przez oddziaływanie macierzy pozakomórkowej z receptorami integryny na powierzchni komórki” . Journal of Cellular Biochemistry . 67 (2): 166–75. doi : 10.1002/(SICI)1097-4644(19971101)67:2<166::AID-JCB2>3.0.CO;2-V . PMID 9328822 . S2CID 30974724 .
•   Suzuki Y, Yoshitomo-Nakagawa K, Maruyama K, Suyama A, Sugano S (październik 1997). „Konstrukcja i charakterystyka biblioteki cDNA wzbogaconej o pełnej długości i wzbogaconej o koniec 5'”. gen . 200 (1–2): 149–56. doi : 10.1016/S0378-1119(97)00411-3 . PMID 9373149 .
•   Muszyńska A, Pałka J, Gorodkiewicz E (maj 2000). „Mechanizm indukowanego przez daunorubicynę hamowania aktywności prolidazy w fibroblastach ludzkiej skóry i jego wpływ na upośledzoną biosyntezę kolagenu”. Patologia eksperymentalna i toksykologiczna . 52 (2): 149–55. doi : 10.1016/s0940-2993(00)80108-6 . PMID 10965990 .
•   Surazyński A, Pałka J (2002). „Niezależna od FAK regulacja aktywności prolidazy i biosyntezy kolagenu w komórkach MCF-7”. Folia Histochemica et Cytobiologica . 39 Suppl 2: 212–3. PMID 11820613 .
•    Harris RA, Yang A, Stein RC, Lucy K, Brusten L, Herath A i in. (luty 2002). „Analiza klastrów obszernej bazy danych map ekspresji białek ludzkich linii komórkowych raka piersi” . Proteomika . 2 (2): 212–23. doi : 10.1002/1615-9861(200202)2:2<212::AID-PROT212>3.0.CO;2-H . PMID 11840567 . S2CID 44946014 .
•    Forlino A, Lupi A, Vaghi P, Icaro Cornaglia A, Calligaro A, Campari E, Cetta G (październik 2002). „Analiza mutacji pięciu nowych pacjentów dotkniętych niedoborem prolidazy: brak aktywności enzymu powoduje śmierć komórek podobną do martwicy w hodowanych fibroblastach”. Genetyka człowieka . 111 (4–5): 314–22. doi : 10.1007/s00439-002-0792-5 . PMID 12384772 . S2CID 40260709 .
•    Beausoleil SA, Jędrychowski M, Schwartz D, Elias JE, Villén J, Li J, et al. (sierpień 2004). „Charakterystyka na dużą skalę fosfoprotein jądrowych komórek HeLa” . Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 101 (33): 12130–5. Bibcode : 2004PNAS..10112130B . doi : 10.1073/pnas.0404720101 . PMC 514446 . PMID 15302935 .
•   Lupi A, De Riso A, Della Torre S, Rossi A, Campari E, Vilarinho L i in. (2004). „Charakterystyka nowego allelu PEPD powodującego niedobór prolidazy u dwóch niespokrewnionych pacjentów: naturalnie występujące mutacje jako narzędzie do badania zależności struktura-funkcja” . Journal of Human Genetics . 49 (9): 500–6. doi : 10.1007/s10038-004-0180-1 . PMID 15309682 .