Peroksydaza eozynofilowa

Identyfikatory
EPX
	, EPO, EPP, EPX-PEN, EPXD, peroksydaza eozynofilowa
Identyfikatory zewnętrzne
Lokalizacja genu ( człowiek ) Chr. Zespół Początek Koniec
Lokalizacja genu ( mysz ) Chr. Zespół Początek Koniec
Wzór ekspresji RNA Błagam Człowiek Mysz (ortolog) BioGPS nie dotyczy
Ontologia genów Funkcja molekularna Komponent 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

Peroksydaza eozynofilowa jest enzymem znajdującym się w granulocytach eozynofilowych , komórkach odporności wrodzonej ludzi i ssaków. To białko oksydoreduktazy jest kodowane przez gen EPX , wyrażany w tych komórkach mieloidalnych. EPO ma wiele podobieństw ze swoimi ortologicznymi peroksydazami, mieloperoksydazą (MPO), laktoperoksydazą (LPO) i peroksydazą tarczycową (TPO). Białko jest skoncentrowane w ziarnistościach wydzielniczych w eozynofilach. Peroksydaza eozynofilowa jest peroksydazą hemową , a jej aktywność obejmuje utlenianie jonów halogenkowych do bakteriobójczych reaktywnych form tlenu , kationowe rozrywanie ścian komórkowych bakterii i potranslacyjne modyfikacje reszt aminokwasowych białek.

Główną funkcją peroksydazy eozynofili jest katalizowanie tworzenia kwasów podhalogenowych z nadtlenku wodoru i jonów halogenkowych w roztworze. Na przykład:

H ₂ O ₂ + Br ^- → HOBr + H ₂ O

Kwasy podhalogenowe utworzone z halogenków lub pseudohalogenków są silnymi utleniaczami. Wydaje się jednak, że rolą peroksydazy eozynofilowej jest generowanie kwasów strzępkowych głównie z bromku i jodku, a nie z chlorku, ponieważ te pierwsze są znacznie faworyzowane w stosunku do tych drugich. Enzym mieloperoksydaza jest odpowiedzialny za tworzenie większości kwasu podchlorawego w organizmie, a peroksydaza eozynofilowa jest odpowiedzialna za reakcje z udziałem bromku i jodku.

Gen

otwarta ramka odczytu ludzkiej peroksydazy eozynofilowej ma długość 2106 par zasad (pz). Obejmuje to prosekwencję o 381 pz, sekwencję o 333 pz kodującą łańcuch lekki i sekwencję o 1392 pz kodującą łańcuch ciężki. Oprócz tego na 3' znajduje się nieulegający translacji region o wielkości 452 pz , zawierający sygnał poliadenylacji AATAAA .

Sekwencja promotora ludzkiej peroksydazy eozynofili jest niezwykle silnym promotorem. Wszystkie główne elementy regulatorowe znajdują się w odległości 100 pz powyżej genu.

Profil ekspresji EPX został scharakteryzowany i jest dostępny online za pośrednictwem BioGPS . Ten zestaw danych wskazuje, że zarówno u ludzi, jak i myszy EPX ulega ekspresji tylko w szpiku kostnym. Na tym poziomie jest ponad 30 razy większy od średniego poziomu ekspresji we wszystkich tkankach ciała.

Białko

• Masa cząsteczkowa: 57 kDa (łańcuch ciężki), 11 kDa (łańcuch lekki) (przewidywana); 52 kDa, 15 kDa (obserwowane)
• punkt izoelektryczny p I = 10,31 (przewidywany); 7,62 (obserwowane)
• Maksimum absorpcji elektronowej przy 413 nm ( pasmo Soreta )
• Wiąże 1 równoważnik wapnia
• Glikozylowane na czterech resztach asparaginy : 315, 351, 443 i 695
• Jedno miejsce aktywne na monomer.

Łańcuch polipeptydowy jest przetwarzany proteolitycznie w łańcuch ciężki i lekki podczas dojrzewania. Jednak te dwa łańcuchy są nadal ściśle połączone, między innymi przez kowalencyjnie połączony kofaktor hemu. Białko jest wytwarzane na rybosomach osadzonych na powierzchni retikulum endoplazmatycznego, ponieważ musi być ostatecznie zlokalizowane w granulkach. Białko prekursorowe przechodzi następujące etapy przetwarzania, zanim stanie się aktywne:

• Cięcie sekwencji sygnałowej ER
• rozszczepienie propeptydu
• modyfikacja kofaktora hemu
• wiązanie kowalencyjne kofaktora hemu.

W przeciwieństwie do MPO, hem w EPO nie jest związany przez metioninę. Wpływa to na charakterystykę katalityczną (patrz strona aktywna ).

Struktura drugorzędowa

Peroksydaza eozynofilowa jest enzymem zawierającym głównie α-helikalny hem. Rdzeń domeny katalitycznej otaczającej miejsce aktywne składa się z sześciu α-helis, pięciu z ciężkiego łańcucha polipeptydowego i jednej z lekkiego. Fałd enzymu jest znany jako fałd peroksydazy hemowej, zachowany u wszystkich członków tej rodziny genów. Jednak nie wszyscy członkowie posiadają aktywność peroksydazy.

Miejsce wiązania jonów wapnia ma typową pięciokątną geometrię bipiramidalną . Jest związany w pętli ośmiu reszt łańcucha ciężkiego. Ligandy są dostarczane przez hydroksyl seryny i treoniny; szkieletowy karbonyl; i grupy kwasu karboksylowego, z których jedna pochodzi z lekkiego łańcucha polipeptydowego. Miejsce wapniowe służy nie tylko jako rusztowanie do fałdowania białka, ale także do prawidłowego połączenia dwóch łańcuchów. W rzeczywistości, gdy jon wapnia jest usuwany, białko wytrąca się z roztworu.

Struktura trzeciorzędowa

Białko zawiera tylko jedną domenę modułową . Pod tym względem jest to przede wszystkim enzym metaboliczny lub efektor końcowy; odgrywa niewielką rolę w komórkowych szlakach sygnałowych. Ogólna struktura czterech peroksydaz hemowych ssaków (MPO, LPO, EPO i TPO) jest prawie identyczna. Jednak MPO jest wyjątkowy, ponieważ występuje jako katalityczny dimer połączony mostkiem wiązaniem dwusiarczkowym. Jednym z pierwszych znanych aspektów peroksydazy eozynofili było to, że była ona silnie kationowa, na co wskazywał jej wysoki punkt izoelektryczny (patrz Białko). Peroksydazy eozynofilowej nie scharakteryzowano za pomocą krystalografii rentgenowskiej . Jednak bezpośrednia zgodność między widmami absorpcji EPO, TPO i LPO, a także duże podobieństwo sekwencji pozwala nam porównać właściwości tych trzech. Charakterystyka mieloperoksydazy jest nieco inna ze względu na jej stan multimeryzacji, a także alternatywne wiązanie hemowe. Ponadto stworzono model homologii dla EPO w oparciu o strukturę dyfrakcji rentgenowskiej.

Fałd jest wysoce konserwatywny i wydaje się być zoptymalizowany pod kątem funkcji katalitycznej. Istnieją jednak różnice, które niespodziewanie wyjaśniają różnice w specyficzności substratowej między peroksydazami. To furkacja jest powszechna w badaniu ewolucji białek. Cechy strukturalne, które są wysoce niezbędne do funkcjonowania, podlegają silnej presji konserwatorskiej, podczas gdy regiony odległe od miejsca aktywnego podlegają dryfowi genetycznemu. Może to prowadzić do specjalizacji lub różnicowania funkcji wynikającej z modyfikacji enzymatycznego ugrupowania rdzenia. Na przykład blisko spokrewniona peroksydaza tarczycowa katalizuje specyficzną reakcję utleniania w biosyntezie hormonu, podczas gdy inne peroksydazy hemowe pełnią rolę w obronie immunologicznej i sygnalizacji redoks.

Struktura czwartorzędowa

Wiadomo, że ludzka EPO występuje jako rozpuszczalny monomer .

Aktywna strona

Po lewej: protoporfiryna IX . Po prawej: zmodyfikowana postać kofaktora hemu uwalniana z peroksydazy przez trawienie proteazą w warunkach nieredukujących.

Centrum aktywne peroksydazy eozynofilowej zawiera pojedynczy atom żelaza w czterokleszczowym kompleksie z kofaktorem protoporfiryny IX . Godne uwagi jest to, że ta grupa prostetyczna jest połączona kowalencyjnie z polipeptydem poprzez wiązania estrowe . Asp232 i Glu380 z EPO są kowalencyjnie połączone przez swoje końcowe atomy tlenu ze zmodyfikowanymi łańcuchami bocznymi protoporfiryny. Dla porównania, w mieloperoksydazie istnieje trzeci punkt przyłączenia, Met243, tworzący mostek jonu sulfoniowego z wiszącą grupą winylową na hemie. Cecha ta jest nieobecna w EPO, a odpowiednią resztą jest treonina .

Piąty ligand żelaza jest konserwowaną resztą histydyny , połączoną wodorem bezpośrednio z resztą asparaginy . Te dwie krytyczne reszty zapewniają, że żelazo ma odpowiedni potencjał redukcji Fe(III)/Fe(II) do katalizy. Mówi się, że szóste ligandy żelaza znajdują się po dystalnej stronie grupy hemowej. Obejmują one krótką sieć wodną składającą się z pięciu cząsteczek; stabilizowany przez wiązania wodorowe z resztami histydyny, glutaminy i argininy. Dystalna powierzchnia służy do wiązania substratu i katalizy.

Struktury krystaliczne MPO zostały rozwiązane zarówno w stanach natywnych, jak i ze związanymi inhibitorami i są zdeponowane w Protein Data Bank pod numerami dostępu 1CXP , 1D5L , 1D2V i 1D7W .

Miejsce aktywne peroksydazy eozynofilowej w stanie spoczynku (zredukowanym). Na zdjęciu: proksymalna interakcja histydyna-asparagina (na dole); dystalna histydyna i związana woda (u góry). W postaci utlenionej rodnik oksyferrylowy zastępuje związaną cząsteczkę rozpuszczalnika, a wraz z nią wiąże się podłoże halogenkowe. Nie pokazano: inne związane cząsteczki rozpuszczalnika i wody. Patrz struktury krystaliczne PDB lub odnośniki. I.

Mechanizm

Podstawowy mechanizm działania peroksydaz hemowych polega na wykorzystaniu nadtlenku wodoru do wytworzenia aktywowanej postaci kofaktora hemu, w której żelazo przyjmuje stopień utlenienia +4. Aktywowany tlen można następnie przenieść na podłoże w celu przekształcenia go w reaktywne formy tlenu. Istnieją trzy różne cykle, którym może podlegać EPO. Pierwszy to cykl halogenowania:

[Fe(III)...Por] + H ₂ O ₂ → [Fe(IV)=O...Por ^•+ ] + H ₂ O

gdzie Por oznacza kofaktor hemowy, a • rodnik chemiczny . Ten aktywowany stan hemu nazywa się związkiem I. W tym stanie tlen można opisać jako rodzaj oksyferrylu. Uważa się, że rodnik pi-kation porfiryny ulega reaktywności na mostkach metinowych łączących cztery pierścienie. Redukcja związku I w obecności halogenków X ⁻ przebiega następująco:

[Fe(IV)=O...Por ^•+ ] + X ⁻ → [Fe(III)...Por] + HOX

W ten sposób związek I jest ponownie redukowany do stanu spoczynkowego enzymu, a jony halogenkowe związane w dystalnej jamie są utleniane do silnych środków utleniających.

Istnieje jednak drugi cykl, w którym związek I może przejść przez dwa jednoelektronowe etapy redukcji w celu utlenienia dowolnych substratów do ich form rodnikowych. Proces ten działa na większości podłoży niehalogenkowych. Pierwszy krok jest identyczny, a następnie:

[Fe(IV)=O...Por ^•+ ] + PR → [Fe(IV)=O...Por] + R ^• + H ⁺

[Fe(IV)=O...Por] + PR → [Fe(IV)=O...Por] + R ^• + H ₂ O

Fizjologiczne implikacje tego drugiego mechanizmu są ważne. Wykazano, że peroksydaza eozynofilowa utlenia reszty tyrozyny na białkach, co również bierze udział w kaskadach sygnalizacji reaktywnego tlenu.

Trzecim i mniej istotnym mechanizmem jest katalazowa aktywność peroksydaz. Wydaje się, że ten mechanizm działa tylko przy braku donorów jednego elektronu.

[Fe(IV)=O...Por ^•+ ] + H ₂ O ₂ → [Fe(III)...Por] + O ₂ + H ₂ O

Podłoża

Peroksydaza eozynofilowa katalizuje reakcję haloperoksydazy . EPO może przyjmować jako substraty chlorek, bromek i jodek, a także tiocyjanian pseudohalogenku (SCN ^- ). Jednak enzym woli bromek od chlorku, jodek od bromku i tiocyjanian od jodku, jeśli chodzi o szybkość reakcji . W rzeczywistości tylko mieloperoksydaza może utleniać chlorek ze znaczną szybkością. Dla porównania szybkość katalizy jodkowej jest o pięć rzędów wielkości większa niż szybkość katalizy chlorkowej. Mutant MPO, w którym Met243 połączony hemem był zmutowany niekonserwatywnie, wykazywał brak zdolności do chlorowania, co implikuje tę resztę lub jej szczególną grupę funkcyjną w specyficzności substratowej.

Inhibitory

Cyjanek wiąże się bardzo ściśle z peroksydazami hemowymi ssaków. Ścisłe wiązanie bezpośrednio z żelazem hemowym przekształca białko w o niskim wirowaniu . Wiązanie cyjanku wymaga zdeprotonowanej postaci grupy o pKa _4,0-4,3 . Wydaje się, że jest to dystalna reszta histydyny. Uważa się, że struktura trójskładnikowego kompleksu MPO, cyjanku i bromku jest dobrym modelem kompleksu związku I-halogenek ze względu na podobną geometrię (por. 1D7W ). Jon azotynowy również wiąże się ściśle, tworząc hem o niskim spinie.

Mutanty

Jednym z pierwszych dobrze scharakteryzowanych mutantów EPX była przemiana G→A prowadząca do niekonserwatywnej mutacji na poziomie białka.

Cytologia

Duże organizmy wielokomórkowe angażują wiele systemów w ramach działań obronnych przed infekowaniem bakterii lub inwazją pasożytów. Jedna strategia, która mieści się w domenie odporności komórkowej , polega na działaniu enzymów, które katalizują reakcję peroksydazy. Peroksydazę eozynofilową można znaleźć w pierwotnych (azurofilowych) ziarnistościach leukocytów ludzkich i ssaków. Lokalizacja peroksydazy w leukocytach była badana przez cały XX wiek przy użyciu środków barwiących, takich jak chlorowodorek benzydyny. Przed wprowadzeniem swoistego barwienia immunoreaktywnego takie chemiczne wskaźniki aktywności enzymatycznej były powszechne. Po pojawieniu się mikroskopu elektronowego intensywnie badano ultrastrukturę wielu typów komórek . Następnie stwierdzono, że peroksydaza eozynofilowa jest zlokalizowana w pierwotnych i wtórnych granulkach eozynofili.

Eozynofile stanowią część linii mielocytarnej , jednej z dwóch głównych klas komórek pochodzących ze szpiku kostnego (wraz z limfocytami ), które krążą we krwi i limfie i odgrywają kluczową rolę w odpowiedziach immunologicznych . Peroksydaza eozynofilowa jest wydzielana przez komórki eozynofilowe do tkanki w miejscu zakażenia. Aktywacja komórek w obliczu infekcji prowadzi do uwolnienia zawartości ziarnistości i eksternalizacji białka i czynników chemicznych z komórki.

Odchodząc od mieloperoksydazy i laktoperoksydazy, te trzy enzymy pełnią teraz odrębne, ale nie nakładające się role; laktoperoksydaza pomaga w utrzymaniu sterylności mleka ssaków; mieloperoksydaza i peroksydaza eozynofili zamieszkują granulki i odgrywają rolę w obronie żywiciela - przykład tego, jak koncepcja pojedynczej funkcji chemicznej może być wykorzystana w naturze na niezliczone sposoby.

Niedobór i choroba

Specyficzny niedobór peroksydazy eozynofilowej bez współistniejącego niedoboru mieloperoksydazy występuje rzadko. W warunkach klinicznych niedobory enzymów leukocytów są dogodnie badane za pomocą optycznej cytometrii przepływowej . Specyficzne niedobory mieloperoksydazy były znane od lat 70. XX wieku. Niedobór mieloperoksydazy spowodował brak barwienia peroksydazy w neutrofilach, ale nie w eozynofilach. Wczesne badania nad niedoborem mieloperoksydazy ujawniły, że najczęstszymi wariantami choroby były mutacje zmiany sensu, w tym mutacje związanej z hemem reszty metioniny. Ten niedobór często nie był dziedziczony jako prosta cecha autosomalna recesywna, ale raczej jako złożona mutacja heterozygotyczna. Uważa się, że pacjenci z niedoborem mieloperoksydazy mają zwiększoną częstość występowania nowotworów złośliwych. Jednak nie mają one znacząco zwiększonej częstości infekcji, ze względu na redundancję mechanizmów odpornościowych, w których pośredniczy peroksydaza.

Zobacz też

• eozynofile
• Główne podstawowe białko
• Szlak wydzielniczy
• Peroksiredoksyna
• katalaza
• Reaktywne formy tlenu
• Peptydy przeciwdrobnoustrojowe

Linki zewnętrzne

• Eozynofil + peroksydaza w US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
• Peroksydaza eozynofilowa na InterPro
• Ludzka mieloperoksydaza na SCOP (strukturalna klasyfikacja białek)
• Źródło: baza danych JC Segen Dictionary of Modern Medicine.