Аспартоацилаза - Aspartoacylase

СПА
Доступные конструкции
PDBПоиск ортолога: PDBe RCSB
Идентификаторы
ПсевдонимыСПА, ACY2, ASP, аспартоацилаза
Внешние идентификаторыOMIM: 608034 MGI: 87914 ГомолоГен: 33 Генные карты: СПА
Расположение гена (человек)
Хромосома 17 (человек)
Chr.Хромосома 17 (человек)[1]
Хромосома 17 (человек)
Геномное расположение ООРА
Геномное расположение ООРА
Группа17p13.2Начинать3,472,374 бп[1]
Конец3,503,405 бп[1]
Ортологи
РазновидностьЧеловекМышь
Entrez

443

11484

Ансамбль

ENSG00000108381

ENSMUSG00000020774

UniProt

P45381

Q8R3P0

RefSeq (мРНК)

NM_000049
NM_001128085

NM_023113

RefSeq (белок)

NP_000040
NP_001121557

NP_075602

Расположение (UCSC)Chr 17: 3.47 - 3.5 МбChr 11: 73,3 - 73,33 Мб
PubMed поиск[3][4]
Викиданные
Просмотр / редактирование человекаПросмотр / редактирование мыши
Аспартоацилаза
ASPA dimer.png
Структура димера аспартоацилазы. Генерируется из 2I3C.[5]
Идентификаторы
Номер ЕС3.5.1.15
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum

Аспартоацилаза это гидролаза фермент (EC 3.5.1.15, аминоацилаза II, N-ацетиласпартат амидогидролаза, ацетил-аспарагиновая дезаминаза, ацилаза II, СПА), который у человека кодируется СПА ген. ООРА несет ответственность за катализирующий деацилирование N-ацетил-1-аспартат (N-ацетиласпартат ') в аспартат и ацетат.[6][7] Это цинк-зависимая гидролаза, которая способствует депротонированию воды для использования в качестве нуклеофил по механизму, аналогичному многим другим цинк-зависимым гидролазам.[8] Чаще всего встречается в мозг, где он контролирует уровни N-акетил-1-аспартата. Мутации которые приводят к потере активности аспартоацилазы, связаны с Болезнь Канавана, редкий аутосомно-рецессивный нейродегенеративный беспорядок.[9]

Структура

Аспартоацилаза - это димер двух одинаковых мономеры из 313 аминокислоты и использует кофактор цинка в каждом.[5][10] В каждом мономере есть два различных домена: N-концевой домен из остатков 1-212 и C-концевой домен из остатков 213-313.[11] N-концевой домен аспартоацилазы похож на домен цинк-зависимых гидролаз, таких как карбоксипептидаза А. Однако карбоксипептидазы не имеют ничего похожего на C-домен. В карбоксипептидазе А активный сайт доступен для больших субстраты как громоздкий С-концевой остаток полипептиды, тогда как C-домен стерически мешает доступ к активному сайту в аспартоацилазе. Вместо этого N-домен и C-домен аспартоацилазы образуют глубокий узкий канал, который ведет к активному сайту.[5]

Кофактор цинка находится в активном центре и удерживается Glu-24, His-21 и His 116.[12] Подложка удерживается на месте Arg-63, Asn-70, Arg-71, Tyr-164, Arg-168 и Tyr-288.[5] Кофактор цинка используется для снижения pKa из перевязанный вода, чтобы могла произойти атака на N-ацетил-L-аспартат и стабилизировать образующийся тетраэдрический промежуточный вместе с Arg-63 и Glu-178.[12]

Мономер аспартоацилазы с N-доменом зеленым, C-доменом желтым и кофактором цинка красным. Генерируется из 2I3C.[5]
Активный центр аспартоацилазы со связанным N-фосфонамидат-L-аспартатом. Это тетраэдрический промежуточный аналог с фосфором, заменяющим атакованный углерод. В структуре цинк, Arg-63 и Glu-178 стабилизируют тетраэдрический промежуточный продукт. Генерируется из 2O4H.[12]

Механизм

Существует два типа возможных механизмов возникновения цинк-зависимых гидролаз в зависимости от нуклеофил. Первый использует депротонированную воду, а второй атакует с помощью аспартат или же глутамат первое формирование ангидрид.[13] Аспартоацилаза следует механизму депротонированной воды.[12] Цинк снижает pKa лигированной молекулы воды, и реакция протекает через атаку на N-ацетил-1-аспартат, когда молекула воды депротонируется Glu-178.[5] Это приводит к тетраэдрический промежуточный который стабилизируется цинком, Arg-63 и Glu-178.[12] Наконец, карбонил затем реформируется, связь с азотом разрывается, и азот протонируется протоном, захваченным Glu-178, за один согласованный шаг.[13]

Аспартоацилазный механизм.[12] Все координирующие остатки не показаны для ясности.

Биологическая функция

Аспартоацилаза используется для метаболизма N-ацетил-L-аспартата, катализируя его деацилирование. Аспартоацилаза предотвращает накопление N-ацетил-L-аспартата в головном мозге. Считается, что контроль уровня N-ацетил-L-аспартата необходим для развития и поддержания белое вещество.[5] Неизвестно, почему в головном мозге вырабатывается так много N-ацетил-L-аспартата, и какова его основная функция.[14] Однако одна из гипотез заключается в том, что он потенциально может использоваться в качестве химического резервуара, из которого можно получить ацетат для ацетил-КоА синтез или аспартат для глутамата синтез.[14][15] Таким образом, N-ацетил-L-аспартат может использоваться для транспортировки этих предшественник молекулы и аспартоацилаза используется для их высвобождения. Например, N-ацетил-L-аспартат, производимый в нейроны можно транспортировать в олигодендроциты и высвободившийся ацетат можно использовать для миелин синтез.[11][16] Другая гипотеза заключается в том, что N-ацетил-L-аспартат необходим. осмолит который действует как молекулярный водяной насос, который помогает поддерживать правильный баланс жидкости в мозге.[17]

Актуальность болезни

Мутации которые приводят к потере активности аспартоацилазы, были идентифицированы как причина Болезнь Канавана.[18] Болезнь Канавана - редкое аутосомно-рецессивный расстройство, вызывающее губчатую дегенерацию белого вещества головного мозга и тяжелую психомоторную отсталость, обычно приводящую к смерти в молодом возрасте.[11][19] Потеря активности аспартоацилазы приводит к накоплению N-ацетил-L-аспартата в головном мозге и увеличению концентрации в моче до 60 раз нормального уровня.[18] Хотя точный механизм того, как потеря активности аспартоацилазы приводит к болезни Канавана, полностью не изучен, есть два основных конкурирующих объяснения. Во-первых, это приводит к нарушению синтеза миелина из-за дефицита ацетил-КоА, полученного из ацетатного продукта.[19] Другое объяснение заключается в том, что повышенный уровень N-ацетил-1-аспартата мешает нормальному функционированию мозга. осморегуляторный механизм, приводящий к осмотическому дисбалансу.[20]

Сообщается о более чем 70 мутациях этого фермента, но наиболее распространенными из них являются аминокислотные замены E285A и A305E.[11] E285A снижает активность аспартоацилазы до 0,3% от ее нормальной функции и обнаруживается в 98% случаев с Евреи ашкенази родословная.[21] Мутация A305E обнаруживается примерно у 40% пациентов-неевреев и снижает активность примерно до 10%.[21] Из этих двух мутаций была взята кристаллическая структура мутанта E285A, показывающая, что потеря водородная связь из глутамата приводит к конформационный изменение, которое искажает активный сайт и изменяет связывание субстрата, что приводит к гораздо более низкой каталитической активности.[11]

Искажение активного сайта, вызванное мутацией E285A. ООРА дикого типа слева (2O4H[5]) и E285A справа (4NFR[11]).

Рекомендации

  1. ^ а б c ГРЧ38: Ансамбль выпуск 89: ENSG00000108381 - Ансамбль, Май 2017
  2. ^ а б c GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000020774 - Ансамбль, Май 2017
  3. ^ "Справочник человека по PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США.
  4. ^ "Ссылка на Mouse PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США.
  5. ^ а б c d е ж грамм час Bitto E, Bingman CA, Wesenberg GE, McCoy JG, Phillips GN (январь 2007 г.). «Структура аспартоацилазы, фермента мозга, нарушенного при болезни Канавана». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 104 (2): 456–61. Дои:10.1073 / pnas.0607817104. ЧВК  1766406. PMID  17194761.
  6. ^ Бирнбаум С.М. (1955). Аминоацилаза. Аминокислотные аминоацилазы I и II из почек свиньи. Методы Энзимол. Методы в энзимологии. 2. С. 115–119. Дои:10.1016 / S0076-6879 (55) 02176-9. ISBN  9780121818029.
  7. ^ Бирнбаум С.М., Левинтов Л., Кингсли Р. Б., Гринштейн Дж. П. (январь 1952 г.). «Специфичность аминокислотных ацилаз». Журнал биологической химии. 194 (1): 455–70. PMID  14927637.
  8. ^ Le Coq J, An HJ, Lebrilla C, Viola RE (май 2006 г.). «Характеристика человеческой аспартоацилазы: фермента мозга, ответственного за болезнь Канавана». Биохимия. 45 (18): 5878–84. Дои:10.1021 / bi052608w. ЧВК  2566822. PMID  16669630.
  9. ^ Hershfield JR, Pattabiraman N, Madhavarao CN, Namboodiri MA (май 2007 г.). «Мутационный анализ аспартоацилазы: последствия для болезни Канавана». Исследование мозга. 1148: 1–14. Дои:10.1016 / j.brainres.2007.02.069. ЧВК  1933483. PMID  17391648.
  10. ^ Herga S, Berrin JG, Perrier J, Puigserver A, Giardina T (октябрь 2006 г.). «Идентификация цинк-связывающих лигандов и каталитического остатка в человеческой аспартоацилазе, ферменте, участвующем в болезни Канавана». Письма FEBS. 580 (25): 5899–904. Дои:10.1016 / j.febslet.2006.09.056. PMID  17027983. S2CID  41351955.
  11. ^ а б c d е ж Виджаясингхе Ю.С., Павловский А.Г., Виола Р.Э. (август 2014 г.). «Каталитический дефицит аспартоацилазы как причина болезни Канавана: структурная перспектива». Биохимия. 53 (30): 4970–8. Дои:10.1021 / bi500719k. PMID  25003821.
  12. ^ а б c d е ж Ле Кок Дж., Павловский А., Малик Р., Санишвили Р., Сюй С., Виола Р. Э. (март 2008 г.). «Изучение механизма действия аспартоацилазы мозга человека через связывание промежуточного аналога». Биохимия. 47 (11): 3484–92. Дои:10.1021 / bi702400x. ЧВК  2666850. PMID  18293939.
  13. ^ а б Чжан Ц., Лю X, Сюэ Y (январь 2012 г.). «Общий механизм кислотно-основной реакции для аспартоацилазы мозга человека: исследование QM / MM». Вычислительная и теоретическая химия. 980: 85–91. Дои:10.1016 / j.comptc.2011.11.023.
  14. ^ а б Моффетт Дж. Р., Арун П., Арияннур П. С., Намбудири А. М. (декабрь 2013 г.). «Снижение N-ацетиласпартата при травмах головного мозга: влияние на посттравматическую нейроэнергетику, синтез липидов и ацетилирование белков». Границы нейроэнергетики. 5: 11. Дои:10.3389 / fnene.2013.00011. ЧВК  3872778. PMID  24421768.
  15. ^ Хершфилд Дж. Р., Мадхаварао С. Н., Моффет Дж. Р., Бенджаминс Дж. А., Гарберн Дж. Ю., Намбудири А. (октябрь 2006 г.). «Аспартоацилаза - это регулируемый ядерно-цитоплазматический фермент». Журнал FASEB. 20 (12): 2139–41. Дои:10.1096 / fj.05-5358fje. PMID  16935940. S2CID  36296718.
  16. ^ Чакраборти Дж., Мекала П., Яхья Д., Ву Дж., Ледин Р. В. (август 2001 г.). «Интранейрональный N-ацетиласпартат поставляет ацетильные группы для синтеза липидов миелина: данные о миелин-ассоциированной аспартоацилазе». Журнал нейрохимии. 78 (4): 736–45. Дои:10.1046 / j.1471-4159.2001.00456.x. PMID  11520894. S2CID  23338456.
  17. ^ Baslow MH (апрель 2002 г.). «Доказательства, подтверждающие роль N-ацетил-L-аспартата в качестве молекулярного водяного насоса в миелинизированных нейронах центральной нервной системы. Аналитический обзор». Neurochemistry International. 40 (4): 295–300. Дои:10.1016 / s0197-0186 (01) 00095-х. PMID  11792458. S2CID  34902757.
  18. ^ а б Мур RA, Le Coq J, Faehnle CR, Viola RE (май 2003 г.). «Очистка и предварительная характеристика аспартоацилазы мозга». Архивы биохимии и биофизики. 413 (1): 1–8. CiteSeerX  10.1.1.600.6321. Дои:10.1016 / с0003-9861 (03) 00055-9. PMID  12706335.
  19. ^ а б Намбудири А.М., Питамбаран А., Мэтью Р., Самбху П.А., Хершфилд Дж., Моффет Дж. Р., Мадхаварао К.Н. (июнь 2006 г.). «Болезнь Канавана и роль N-ацетиласпартата в синтезе миелина». Молекулярная и клеточная эндокринология. 252 (1–2): 216–23. Дои:10.1016 / j.mce.2006.03.016. PMID  16647192. S2CID  12255670.
  20. ^ Baslow MH, Guilfoyle DN (апрель 2013 г.). «Болезнь Канавана, редкая губчатая лейкодистрофия человека с ранним началом: понимание ее генезиса и возможных клинических вмешательств». Биохимия. 95 (4): 946–56. Дои:10.1016 / j.biochi.2012.10.023. PMID  23151389.
  21. ^ а б Зано С., Виджаясингхе Ю.С., Малик Р., Смит Дж., Виола Р.Э. (январь 2013 г.). «Взаимосвязь между свойствами фермента и прогрессированием болезни Канавана». Журнал наследственных метаболических заболеваний. 36 (1): 1–6. Дои:10.1007 / s10545-012-9520-z. PMID  22850825. S2CID  34211521.

внешняя ссылка