oligopeptydaza
Oligopeptydaza jest enzymem , który rozszczepia peptydy , ale nie białka . Ta właściwość wynika z jego budowy: miejsce aktywne tego enzymu znajduje się na końcu wąskiej wnęki, do której mogą dotrzeć tylko peptydy.
Historia
Tło
Białka są niezbędnymi makrocząsteczkami organizmów żywych. Są one stale rozkładane do ich składowych aminokwasów, które mogą być ponownie wykorzystane w syntezie nowych białek. Każde białko komórkowe ma swój własny okres półtrwania. Na przykład u ludzi 50% białek wątroby i osocza jest zastępowanych w ciągu 10 dni, podczas gdy w mięśniach zajmuje to 180 dni. Średnio co 80 dni około 50% naszych białek jest całkowicie wymienianych. Chociaż regulacja degradacji białek jest równie ważna jak ich synteza dla utrzymania optymalnego stężenia każdego białka komórkowego, badania w tej dziedzinie trwały do końca lat 70. XX wieku. Do tego czasu lizosomy , odkryte w latach pięćdziesiątych XX wieku przez belgijskiego cytologa Christiana de Duve , uważano za odpowiedzialne za całkowite trawienie białek wewnątrz- i zewnątrzkomórkowych przez lizosomalne enzymy hydrolityczne.
W latach 1970-1980 pogląd ten drastycznie się zmienił. Nowe dowody eksperymentalne wykazały, że w warunkach fizjologicznych proteazy nielizosomalne były odpowiedzialne za ograniczoną proteolizę białek wewnątrz- i / lub zewnątrzkomórkowych, koncepcja pierwotnie wymyślona przez Linderstᴓm-Lang w 1950 r. Białka endogenne lub egzogenne są przetwarzane przez proteazy nielizosomalne na polipeptydy średniej wielkości, które wykazują regulację genów i metabolizmu, neurologiczne, hormonalne i immunologiczne, których dysfunkcja może wyjaśniać szereg patologii. W konsekwencji degradacja białek nie oznaczała już końca biologicznej funkcji białek, ale raczej początek jeszcze niezbadanej strony biologii komórki. Szereg wewnątrz- lub zewnątrzkomórkowych proteaz uwalnia fragmenty białek obdarzone istotną aktywnością biologiczną. Te procesy hydrolityczne mogą być przeprowadzane przez proteazy, takie jak Proteasomy , konwertazy białkowe, kaspazy , renina i kalikreiny . Wśród produktów uwalnianych przez proteazy nielizosomalne znajdują się bioaktywne oligopeptydy, takie jak hormony, neuropeptydy i epitopy, które po uwolnieniu mogą być modulowane w swojej aktywności biologicznej przez specyficzne peptydazy, które promują przycinanie, konwersję i/lub inaktywację bioaktywnych proteaz oligopeptydy.
Wczesna nauka
Historia oligopeptydaz sięga końca lat 60. XX wieku, kiedy to w mózgu królika poszukiwano enzymów powodujących inaktywację nonapeptydu bradykininy . Na początku iw połowie lat 70. XX wieku z cytozolu mózgu królika wyizolowano i scharakteryzowano dwie endopeptydazy aktywowane tiolem, odpowiedzialne za ponad 90% inaktywacji bradykininy. Odpowiadają EOPA (endooligopeptydaza A, EC 3.4.22.19) i endopeptydazie prolilowej lub oligopeptydaza prolilowa (POP) (EC 3.4.21.26). Ponieważ ich aktywność jest ograniczona do oligopeptydów (zwykle z 8-13 reszt aminokwasowych) i nie hydrolizują białek ani dużych peptydów (>30 reszt aminokwasowych), nazwano je oligopeptydazami. Na początku i w połowie lat 80. w cytosolu tkanek ssaków opisano inne oligopeptydazy, głównie metalopeptydazy, takie jak TOP (oligopeptydaza timetowa, EC 3.4.24.15) i neurolizyna (EC 3.4.24.16). Wcześniej ACE ( enzym konwertujący angiotensynę , EC 3.4.15.1) i NEP ( neprylizyna , EC 3.4.24.11), zostały opisane odpowiednio pod koniec lat 60. iw 1973 r.
Funkcja i znaczenie kliniczne
Krótkie „ oligopeptydy ”, przeważnie o długości mniejszej niż 30 aminokwasów, odgrywają zasadniczą rolę jako hormony , w monitorowaniu patogenów oraz w działaniach neurologicznych. Dlatego cząsteczki te muszą stale być specyficznie generowane i inaktywowane, co jest rolą oligopeptydaz. Oligopeptydaza to termin ukuty w 1979 roku w celu oznaczenia podgrupy endopeptydaz , które nie biorą udziału w trawieniu ani przetwarzaniu białek, takich jak enzymy trzustkowe, proteasomy , katepsyny wśród wielu innych. Oligopeptydaza prolilowa lub endopeptydaza prolilowa (POP) jest dobrym przykładem interakcji oligopeptydazy z oligopeptydem i jego metabolizowania. Peptyd musi najpierw przeniknąć do otworu o średnicy 4 Å na powierzchni enzymu, aby osiągnąć 8500 Å 3 jama wewnętrzna, w której znajduje się miejsce aktywne. Chociaż rozmiar peptydu ma kluczowe znaczenie dla jego dokowania, elastyczność zarówno enzymu, jak i ligandu wydaje się odgrywać zasadniczą rolę w określaniu, czy wiązanie peptydowe zostanie zhydrolizowane, czy nie. Kontrastuje to z klasyczną specyficznością enzymów proteolitycznych, która wywodzi się z właściwości chemicznych łańcuchów bocznych aminokwasów wokół wiązania rozszczepialnego. Szereg badań enzymatycznych potwierdza ten wniosek. Ta szczególna specyficzność sugeruje, że koncepcja łączenia konformacyjnego peptydów stosowana do wyjaśnienia interakcji między receptorem komórek T a jego epitopami wydaje się bardziej prawdopodobna do opisania specyficzności enzymatycznej oligopeptydaz. Inną ważną cechą oligopeptydaz jest ich wrażliwość na stan utleniania-redukcji (redoks) środowiska. Przełącznik „włącz-wyłącz” zapewnia jakościową zmianę aktywności wiązania i/lub degradacji peptydu. Jednak stan redoks wywiera silny wpływ tylko na enzymy cytozolowe (TOP neurolizyna POP i oligopeptydaza Ndl-1, a nie na oligopeptydazy błony cytoplazmatycznej (enzym konwertujący angiotensynę i neprylizyna). Tak więc stan redoks środowiska wewnątrzkomórkowego z dużym prawdopodobieństwem moduluje aktywność oligopeptydaz wrażliwych na tiol, przyczyniając się w ten sposób do określenia losu produktów proteasomu, doprowadzając je do całkowitej hydrolizy lub, alternatywnie, przekształcając je w bioaktywne peptydy, takie jak peptydy MHC klasy I.
Od czasu odkrycia neuropeptydów i hormonów peptydowych z ośrodkowego układu nerwowego ( ACTH , β-MSH , endorfina , oksytocyna , wazopresyna , LHRH , enkefaliny , substancja P ) oraz obwodowych peptydów wazoaktywnych ( angiotensyna , bradykinina) około połowy ubiegłego wieku liczba znanych biologicznie aktywnych peptydów gwałtownie wzrosła. Są to cząsteczki sygnałowe, uczestniczące we wszystkich istotnych aspektach życia, od homeostazy fizjologicznej (jako neuropeptydy, hormony peptydowe, peptydy wazoaktywne), po obronę immunologiczną (jako MHC klasy I i II, cytokininy) oraz jako peptydy regulatorowe wykazujące więcej niż jeden działanie. Peptydy te powstają w wyniku częściowej proteolizy wewnątrzkomórkowych lub zewnątrzkomórkowych prekursorów białek przeprowadzanej przez kilka enzymów przetwarzających lub kompleksów proteaz ( renina , kalikreiny , kalpainy , konwertazy prohormonów, proteasomy , endosomy , lizosomy), które przekształcają białka w peptydy, w tym te o aktywności biologicznej. Powstałe fragmenty białek o różnej wielkości są albo łatwo degradowane do wolnych aminokwasów, albo wychwytywane przez oligopeptydazy, których szczególne właściwości wiązania i/lub katalityczne pozwalają im spełniać swoje fizjologiczne role poprzez przycinanie nieaktywnych prekursorów peptydów, prowadząc do ich aktywnej postaci, przekształcając bioaktywne peptydy na nowe, inaktywując je, powstrzymując w ten sposób ciągłą aktywację określonych receptorów lub chroniąc nowo wytworzony bioaktywny peptyd przed dalszą degradacją, co sugeruje aktywność podobną do białka opiekuńczego. TOP, wszechobecna oligopeptydaza cytozolowa, jest niezwykłym przykładem tego, jak ten enzym może odgrywać zasadniczą rolę w obronie immunologicznej przed komórkami nowotworowymi. Był również z powodzeniem stosowany jako haczyk do łowienia nowych bioaktywnych peptydów z cytosolu komórek.
Udział peptydów w interakcjach komórka-komórka oraz w chorobach neuropsychiatrycznych, autoimmunologicznych i neurowegetatywnych czeka na podejście peptydomiczne i wyciszanie genów, które przyspieszą tworzenie nowych koncepcji w wyłaniającej się erze oligopeptydaz.
Od dawna donoszono o udziale oligopeptydaz w szeregu patologii. ACE odniósł największe korzyści z dogłębnej wiedzy na temat struktury enzymu i jego mechanizmu katalizy, prowadząc do lepszego zrozumienia jego roli w patologiach sercowo-naczyniowych i leczeniu. W związku z tym od ponad 30 lat w leczeniu nadciśnienia tętniczego u ludzi wykorzystuje się hamowanie ACE przez inhibitory ukierunkowane na miejsca aktywne, takie jak kaptopril , enalapryl , lizynopryl , i inni. W przypadku innych oligopeptydaz, zwłaszcza tych związanych z chorobami człowieka, istniejące badania są obiecujące, ale nie są jeszcze tak rozwinięte, jak w przypadku ACE. Niektóre przykłady to: a) sugerowano, że POP tkanek nerwowych bierze udział w zaburzeniach neuropsychiatrycznych, takich jak stres pourazowy, depresja, mania, bulimia nerwowa, anoreksja i schizofrenia, jak omówiono w. b) NEP był zaangażowany w raku; c) TOP był zaangażowany w gruźlicę i raka; d) EOPA lub NUDEL/EOPA ( NDEL1 /EOPA produkt genu) był zaangażowany w migrację neuronów podczas tworzenia kory mózgowej u embrionu ludzkiego (lissencephaly) i wzrost neurytów u dorosłych, jak w schizofrenii. Przypadkowo zasugerowano aktywność związaną z rozwojem tkanki nerwowej dla POP, jednak bez jej aktywności proteolitycznej. Brak oligopeptydazy w jelicie był również odpowiedzialny za obniżony poziom cynku w surowicy obserwowany u pacjentów z chorobą Acrodermatitis Enteropathica.
