Матричная металлопептидаза - Matrix metallopeptidase

Матричная металлопротеиназа
Идентификаторы
СимволММП
Pfam кланCL0126
ИнтерПроIPR021190
Мембранома317

Матричные металлопептидазы (ММП), также известный как матричные металлопротеиназы или матрицы, находятся металлопротеиназы которые кальций -зависимый цинк -содержащий эндопептидазы;[1] другие члены семьи адамализины, серрализины, и астацины. MMP принадлежат к большему семейству протеазы известный как надсемейство метцинцинов.[2]

В совокупности эти ферменты способны разрушать все виды внеклеточный матрикс белки, но также может обрабатывать ряд биоактивный молекулы. Известно, что они участвуют в расщеплении клеточной поверхности. рецепторы, выпуск апоптотический лиганды (такие как Лиганд FAS ), и хемокин /цитокин инактивация.[3] Также считается, что ММП играют важную роль в поведении клеток, таких как распространение клеток, миграция (адгезия / дисперсия), дифференциация, ангиогенез, апоптоз, и защита хозяина.

Впервые они были описаны в позвоночные (1962),[4] включая людей, но с тех пор были обнаружены в беспозвоночные и растения. Они отличаются от других эндопептидаз своей зависимостью от ионы металлов так как кофакторы, их способность разрушать внеклеточный матрикс и их специфические эволюционные Последовательность ДНК.

Недавно матриксные металлопротеиназы были предложены в качестве маркеров многих патологических состояний из-за их способности разрушать компоненты внеклеточного матрикса и ремоделировать ткани. Здесь ММП были названы одним из основных факторов рак прогресс и метастаз формирование. Это привело к появлению новой области исследований в биосенсоры разработка для обнаружения таких ферменты.[5]

История

Первоначально ММП были описаны Джером Гросс и Шарль Лапьер (1962), которые наблюдали ферментативную активность (коллаген тройная спираль деградация) во время метаморфоза хвоста головастика (помещая хвост головастика в пластину коллагенового матрикса).[6] Поэтому фермент был назван интерстициальным. коллагеназа (ММП-1 ).

Позже его очистили от кожи человека (1968 г.),[7] и был признан синтезированным как зимоген.[8]

«Цистеиновый переключатель» был описан в 1990 году.[9]

Структура

У MMP есть общий домен структура. Три общих домена - это пропептид, каталитический домен, а гемопексин -подобно C-терминал домен, который связан с каталитическим доменом гибкой шарнирной областью.[2]

Пропептид

Первоначально ММП синтезируются как неактивные. зимогены с пропептидным доменом, который необходимо удалить перед фермент активен. Пропептидный домен является частью «цистеинового переключателя». Это содержит сохраненный цистеин остаток, который взаимодействует с цинк в активный сайт и предотвращает связывание и расщепление субстрат, сохраняя фермент в неактивной форме. В большинстве ММП цистеин остаток находится в консервативная последовательность PRCGxPD. Некоторые ММП имеют сайт расщепления прогормон-конвертазой (фурин-подобный) как часть этого домена, который при расщеплении активирует фермент. ММП-23А и ММП-23Б включать трансмембранный сегмент в этом домене.[10]

Каталитический домен

Рентгеновский кристаллографический Структуры нескольких каталитических доменов ММП показали, что этот домен представляет собой сплюснутую сферу размером 35 x 30 x 30 Å (3,5 × 3 × 3 нм ). В активный сайт представляет собой бороздку 20 Å (2 нм), проходящую через каталитический домен. В части каталитического домена, образующей активный сайт есть каталитически важный Zn2+ ион, который связан тремя гистидин остатки, обнаруженные в консервативной последовательности HExxHxxGxxH. Следовательно, эта последовательность является мотивом, связывающим цинк.

В желатиназы, Такие как ММП-2, включить Фибронектин модули типа II, вставленные непосредственно перед цинк -связывающий мотив в каталитическом домене.[11]

Шарнирная область

Каталитический домен соединен с С-концевым доменом гибкой шарнирной или линкерной областью. Это до 75 аминокислоты длинный и не имеет определяемой структуры.

Гемопексин-подобный C-концевой домен

Гемопексин-подобный C-концевой домен MMP9 PDB 1itv

С-концевой домен имеет структурное сходство с сыворотка белок гемопексин. Он имеет четырехлопастную конструкцию β-винта. Конструкции β-пропеллера обеспечивают большую плоскую поверхность, которая, как считается, участвует в белок-белковые взаимодействия. Это определяет специфичность субстрата и является местом взаимодействия с ТИМП (тканевый ингибитор металлопротеиназ ). Гемопексиноподобный домен отсутствует у ММП-7, ММП-23, ММП-26, а завод и нематода. Мембранно-связанные ММП (МТ-ММП) прикреплены к плазматическая мембрана через трансмембранный или заякоренный домен GPI.

Каталитический механизм

Опубликованы три каталитических механизма.

  • В первом механизме Браунер М.Ф. и коллеги[12] предложили механизм основного катализа, осуществляемый консервативным остатком глутамата и Zn2+ ион.
  • Во втором механизме, механизме Мэтьюза, Кестера и Мэтьюза[13] предположил взаимодействие между молекулой воды и Zn2+ ион во время кислотно-щелочной катализ.
  • В третьем механизме, механизме Манцетти, Манцетти Серджио и его коллеги[14] предоставили доказательства того, что координация между водой и цинком во время катализа была маловероятной, и предложили третий механизм, в котором гистидин из мотива HExxHxxGxxH участвует в катализ разрешив Zn2+ ион, чтобы принять квазипента-координированное состояние, через его диссоциацию от него. В этом состоянии Zn2+ ион координирован с двумя атомами кислорода каталитической глутаминовой кислоты, карбонильным атомом кислорода субстрата и двумя остатками гистидина, и может поляризовать атом кислорода глутаминовой кислоты вблизи ножничная связка, и побудить его действовать как обратимый донор электронов. Это образует переходное состояние оксианиона. На этом этапе молекула воды воздействует на диссоциированную ножничную связь и завершает гидролиз субстрата.

Классификация

Функциональная классификация матричных металлопротеиназ.

MMP можно подразделить по-разному.

Эволюционный

Использование биоинформатический Методы сравнения первичных последовательностей ММП предполагают следующее эволюционный группировки ММП:

Анализ каталитических доменов по отдельности предполагает, что каталитические домены эволюционировали дальше после дифференциации основных групп, на что также указывает особенности субстрата из ферменты.

Функциональный

Наиболее часто используемые группы (исследователи в области биологии ММП) частично основаны на исторической оценке субстратной специфичности ММП и частично на клеточная локализация ММП. Эти группы представляют собой коллагеназы, желатиназы, стромелизины и ММП мембранного типа (МТ-ММП).

  • В коллагеназы способны разрушать тройные спиральные фибриллы коллагены на отличительные 3/4 и 1/4 фрагменты. Эти коллагены являются основными компонентами кость, хрящ и дентин, а MMP - единственные известные млекопитающее ферменты способный унизить их. Коллагеназы представляют собой коллагеназы № 1, № 8, № 13 и № 18. Кроме того, было показано, что № 14 расщепляет фибриллы. коллаген, и есть доказательства того, что № 2 способен к коллагенолизу. В MeSH, текущий список коллагеназ включает № 1, № 2, № 8, № 9 и № 13. Коллагеназа № 14 присутствует в MeSH, но не указана как коллагеназа, а № 18 отсутствует в MeSH.
  • Основные субстраты желатиназы находятся коллаген IV типа и желатин, и эти ферменты отличаются наличием дополнительного домена, встроенного в каталитический домен. Эта связывающая желатин область расположена непосредственно перед цинк-связывающим мотивом и образует отдельную фолдинговую единицу, которая не нарушает структуру каталитического домена. Желатиназы - №2 и №9.
  • Стромелизины обладают широкой способностью расщеплять внеклеточный матрикс белки, но неспособны расщеплять трехспиральные фибриллярные коллагены. Три канонических члена этой группы - № 3, № 10 и № 11.
  • Все шесть ММП мембранного типа (№ 14, № 15, № 16, № 17, № 24 и № 25) имеют фурин сайт расщепления в пропептиде, который также является общим для № 11.

Тем не менее, становится все более очевидным, что это деление несколько искусственно, поскольку есть ряд MMP, которые не вписываются ни в одну из традиционных групп.

Гены

ГенимяПсевдонимыМесто расположенияОписание
MMP1Интерстициальная коллагеназаCLG, CLGNсекретныйСубстраты включают Col I, II, III, VII, VIII, X, желатин.
MMP2Желатиназа-А, 72 кДа желатиназасекретныйСубстраты включают желатин, Col I, II, III, IV, Vii, X
MMP3Стромелизин 1ЧДС6, ММП-3, СЛ-1, СТМИ, СТМИ1, СТР1секретныйСубстраты включают Col II, IV, IX, X, XI, желатин.
MMP7Матрилизин, НАСОС 1ММП-7, МПСЛ1, НАСОС-1секретныймембрана связана через связывание с сульфатом холестерина в клеточных мембранах, субстраты включают: фибронектин, ламинин, Col IV, желатин
MMP8Коллагеназа нейтрофиловCLG1, HNC, MMP-8, PMNL-CLсекретныйСубстраты включают Col I, II, III, VII, VIII, X, аггрекан, желатин.
MMP9Желатиназа-B, желатиназа 92 кДаCLG4B, GELB, MANDP2, MMP-9секретныйСубстраты включают желатин, Col IV, V
MMP10Стромелизин 2SL-2, STMY2секретныйСубстраты включают Col IV, ламинин, фибронектин, эластин.
MMP11Стромелизин 3СЛ-3, СТ3, СТМИ3секретныйММП-11 проявляет большее сходство с МТ-ММП, активируется конвертазой и секретируется, поэтому обычно ассоциируется с ММП, активируемыми конвертазой. Субстраты включают Col IV, фибронектин, ламинин, аггрекан.
MMP12Макрофаги металлоэластазыHME, ME, MME, MMP-12секретныйСубстраты включают эластин, фибронектин, Col IV.
MMP13Коллагеназа 3CLG3, MANDP1, MMP-13секретныйСубстраты включают Col I, II, III, IV, IX, X, XIV, желатин.
MMP14МТ1-ММПMMP-14, MMP-X1, MT-MMP, MT-MMP 1, MT1-MMP, MT1MMP, MTMMP1, WNCHRSмембранно-связанныйтрансмембранный ММП типа I; субстраты включают желатин, фибронектин, ламинин
MMP15МТ2-ММПМТ2-ММП, МТММП2, СМЦП-2, ММП-15, МТ2ММПмембранно-связанныйтрансмембранный ММП типа I; субстраты включают желатин, фибронектин, ламинин
MMP16MT3-MMPC8orf57, MMP-X2, MT-MMP2, MT-MMP3, MT3-MMPмембранно-связанныйтрансмембранный ММП типа I; субстраты включают желатин, фибронектин, ламинин
MMP17MT4-MMPMT4-MMP, MMP-17, MT4MMP, MTMMP4мембранно-связанныйгликозилфосфатидилинозитол -прикрепил; субстраты включают фибриноген, фибрин
MMP18Коллагеназа 4, xcol4, ксеноп коллагеназа–Нет известного человека ортолог
MMP19RASI-1, иногда называемый стромелизин-4ММП18, РАСИ-1, КОДА–
MMP20ЭмелизинАИ2А2, ММП-20секретный
MMP21X-MMPММП-21, HTX7секретный
MMP23ACA-MMPмембранно-связанныйтрансмембранный цистеиновый массив типа II
MMP23B–MIFR, MIFR-1, MMP22, MMP23Aмембранно-связанныйтрансмембранный цистеиновый массив типа II
MMP24MT5-MMPMMP-24, MMP25, MT-MMP 5, MT-MMP5, MT5-MMP, MT5MMP, MTMMP5мембранно-связанныйтрансмембранный ММП типа I
MMP25МТ6-ММПMMP-25, MMP20, MMP20A, MMPL1, MT-MMP 6, MT-MMP6, MT6-MMP, MT6MMP, MTMMP6мембранно-связанныйгликозилфосфатидилинозитол -прикрепил
MMP26Матрилизин-2, эндометаза–
MMP27ММП-22, С-ММПММП-27–
MMP28ЭпилизинЭПИЛИЗИН, ММ28, ММП-25, ММП-28, ММП25секретныйОбнаружен в 2001 году и получил свое название из-за обнаружения у человека. кератиноциты. В отличие от других ММП этот фермент конститутивно экспрессируется во многих тканях (высоко экспрессируется в яички и на более низких уровнях в легкое, сердце, мозг, двоеточие, кишечник, плацента, слюнные железы, матка, кожа). Треонин заменяет пролин в его переключателе цистеина (PRCGVTD).[15]

Матричные металлопротеиназы объединяются с металл-связывающим белком, металлотионином; таким образом помогая в механизме связывания металла.

Функция

MMP играют важную роль в ремоделирование тканей связанные с различными физиологическими или патологическими процессами, такими как морфогенез, ангиогенез, восстановление тканей, цирроз, артрит, и метастаз. ММП-2 и ММП-9 считаются важными при метастазировании. ММП-1 считается важным при ревматоидном артрите и остеоартрите. Последние данные свидетельствуют об активной роли ММП в патогенезе аневризмы аорты. Избыток ММП разрушает структурные белки стенки аорты. Нарушение баланса между MMP и TIMP также характерно для острых и хронических сердечно-сосудистых заболеваний.[16]

Активация

взаимная активация ММП

Все ММП синтезируются в латентной форме (зимоген). Они секретируются в виде проферментов и требуют внеклеточной активации. Они могут быть активированы in vitro с помощью многих механизмов, включая ртутьорганические, хаотропные агенты и другие протеазы.

Ингибиторы

ММП ингибируются специфическими эндогенными тканевый ингибитор металлопротеиназ (TIMP), которые составляют семью из четырех человек ингибиторы протеазы: ТИМП-1, ТИМП-2, ТИМП-3 и ТИМП-4.

Синтетические ингибиторы обычно содержат хелатная группа связывающий каталитический цинк атом на ММП активный сайт плотно. Общие хелатирующие группы включают: гидроксаматы, карбоксилаты, тиолы, и фосфинилы. Гидроксиматы являются особенно мощными ингибиторами ММП и других цинк-зависимых ферментов из-за их двузубый хелатирование атома цинка. Другие заместители этих ингибиторов обычно предназначены для взаимодействия с различными карманами связывания на интересующей ММП, делая ингибитор более или менее специфичным для данных ММП.[2]

Фармакология

Доксициклин в субантимикробных дозах подавляет активность ММП и использовался для этой цели в различных экспериментальных системах, например, для лечения устойчивых рецидивирующих эрозий роговицы. Он используется клинически для лечения парадантоз и является единственным ингибитором ММП, который широко доступен в клинической практике. Он продается под торговой маркой Periostat компанией. CollaGenex. Миноциклин, другой антибиотик тетрациклинового ряда, также ингибирует активность ММП.

Ряд рационально разработанных ингибиторов ММП показали некоторые перспективы в лечении патологий, в которые, как предполагается, вовлечены ММП (см. Выше). Однако большинство из них, например маримастат (BB-2516), ингибитор ММП широкого спектра действия, и ципемастат (Ro 32-3555), ан ММП-1 селективный ингибитор, плохо проявили себя в клинические испытания. Отказ Маримастата частично стал причиной сворачивания Британская биотехнология, который ее разработал. Неудача этих препаратов была вызвана в основном токсичностью (в частности, скелетно-мышечной токсичностью в случае ингибиторов широкого спектра действия) и неспособностью показать ожидаемые результаты (в случае троакады многообещающие результаты на моделях артрита кроликов не были воспроизведены в испытания на людях). Причины разочаровывающих клинических результатов ингибиторов ММП неясны, особенно в свете их активности в животные модели.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Verma RP, Hansch C (март 2007 г.). «Матричные металлопротеиназы (ММП): химико-биологические функции и (Q) SAR» (PDF). Биоорг. Med. Chem. 15 (6): 2223–68. Дои:10.1016 / j.bmc.2007.01.011. PMID  17275314. Архивировано из оригинал (PDF) 13 мая 2015 г.. Получено 21 октября 2015.
  2. ^ а б c Матричные металлопротеиназы: их значение при сердечно-сосудистых заболеваниях
  3. ^ Ван Линт П., Либерт С. (декабрь 2007 г.). «Обработка хемокинов и цитокинов матриксными металлопротеиназами и их влияние на миграцию лейкоцитов и воспаление». J. Leukoc. Биол. 82 (6): 1375–81. Дои:10.1189 / jlb.0607338. PMID  17709402.[постоянная мертвая ссылка ]
  4. ^ «Коллагенолитическая активность в тканях земноводных: анализ тканевой культуры». Труды Национальной академии наук. 48 (6): 1014–22. Июнь 1962 г. Дои:10.1073 / pnas.48.6.1014. ЧВК  220898. PMID  13902219.
  5. ^ Kirchhain, A .; Poma, N .; Salvo, P .; Tedeschi, L .; Melai, B .; Вивальди, Ф .; Бонини, А .; Franzini, M .; Caponi, L .; Таванти, А .; Ди Франческо, Ф. (январь 2019 г.). «Биосенсоры для измерения матричных металлопротеиназ: новая область исследований». Направления аналитической химии. 110: 35–50. Дои:10.1016 / j.trac.2018.10.027.
  6. ^ Гросс Дж, Лапьер С (1962). «КОЛЛАГЕНОЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ В ТКАНЯХ АМФИБИЙ: АНАЛИЗ КУЛЬТУРЫ ТКАНИ». Proc Natl Acad Sci USA. 48 (6): 1014–22. Дои:10.1073 / pnas.48.6.1014. ЧВК  220898. PMID  13902219.
  7. ^ Эйзен А., Джеффри Дж., Гросс Дж. (1968). «Коллагеназа кожи человека. Выделение и механизм атаки на молекулу коллагена». Biochim Biophys Acta. 151 (3): 637–45. Дои:10.1016/0005-2744(68)90010-7. PMID  4967132.
  8. ^ Харпер Э, Блох К., Гросс Дж. (1971). «Зимоген коллагеназы головастиков». Биохимия. 10 (16): 3035–41. Дои:10.1021 / bi00792a008. PMID  4331330.
  9. ^ Ван Варт Х, Биркедал-Хансен Х (1990). «Цистеиновый переключатель: принцип регуляции активности металлопротеиназы с потенциальной применимостью ко всему семейству генов матриксных металлопротеиназ». Proc Natl Acad Sci USA. 87 (14): 5578–82. Дои:10.1073 / pnas.87.14.5578. ЧВК  54368. PMID  2164689.
  10. ^ Пей Д., Кан Т, Ци Х (2000). «Матричная металлопротеиназа цистеинового массива (CA-MMP) / MMP-23 является трансмембранной матричной металлопротеиназой типа II, регулируемая одним расщеплением как для секреции, так и для активации». J Biol Chem. 275 (43): 33988–97. Дои:10.1074 / jbc.M006493200. PMID  10945999.
  11. ^ Trexler M, Briknarová K, Gehrmann M, Llinás M, Patthy L (2003). «Пептидные лиганды для модулей фибронектина типа II матричной металлопротеиназы 2 (MMP-2)». J Biol Chem. 278 (14): 12241–6. Дои:10.1074 / jbc.M210116200. PMID  12486137.
  12. ^ Браунер М.Ф., Смит В.В., Кастельхано А.Л. (1995). «Комплексы матрилизин-ингибитор: общие темы среди металлопротеиназ». Биохимия. 34 (20): 6602–10. Дои:10.1021 / bi00020a004. PMID  7756291.
  13. ^ Кестер WR, Мэтьюз BW (1977). «Кристаллографическое исследование связывания дипептидных ингибиторов с термолизином: влияние на механизм катализа». Биохимия. 16 (11): 2506–16. Дои:10.1021 / bi00630a030. PMID  861218.
  14. ^ Manzetti S, McCulloch DR, Herington AC, van der Spoel D (2003). «Моделирование фермент-субстратных комплексов для металлопротеаз MMP-3, ADAM-9 и ADAM-10». J. Comput.-Aided Mol. Des. 17 (9): 551–65. Дои:10.1023 / B: JCAM.0000005765.13637.38. PMID  14713188.
  15. ^ Лохи Дж., Уилсон К.Л., Роби Дж. Д., Парки WC (2001). «Эпилизин, новая матриксная металлопротеиназа человека (ММР-28), экспрессируемая в семенниках и кератиноцитах в ответ на повреждение». J Biol Chem. 276 (13): 10134–10144. Дои:10.1074 / jbc.M001599200. PMID  11121398.
  16. ^ Снук-ван Берден ПАМ; Фон ден Хофф JW (2005). «Зимографические методы анализа матриксных металлопротеиназ и их ингибиторов». Биотехнологии. 38 (1): 73–83. Дои:10.2144 / 05381RV01. PMID  15679089.

Синергетический эффект полиморфизма промотора (-1171 5A-> 6A) промотора стромелизина-1 (матриксная металлопротеиназа-3) при субмукозном фиброзе полости рта и поражениях головы и шеи. Chaudhary AK, Singh M, Bharti AC, Singh M, Shukla S, Singh AK, Mehrotra R.BMC Рак. 14 июля 2010 г .; 10: 369.

внешняя ссылка