Sfingomyelinas

Sfingomyelinfosfodiesteras ( EC 3.1.4.12 , sfingomyelinas, engelskt  sfingomyelinfosfodiesteras, sfingomyelinas ) är ett lysosomalt enzym som bryter ned membranlipiden sfingomyelin till fosfatidylkolin och ceramid . Brist på enzymet leder till en betydande ansamling av lipider i lysosomer , vilket orsakar sjukdomar som kallas Niemann-Picks sjukdom [2] . Det finns 5 former av enzymet: surt sfingomyelinas ( SMPD1 ), neutralt ( SMPD2 , SMPD3 ) och surt sfingomyelinasliknande ( SMPDL3A , SMPDL3B ).

Sfingomyelinasfamiljen

Fem typer av SMase har identifierats. De klassificeras enligt deras katjonberoende och optimala pH-verkan och inkluderar:

• Lysosomal Acid SMase
• Utsöndrat zinkberoende surt SMase
• Magnesiumberoende neutral SMase
• Magnesium-oberoende neutral SMase
• Alkalisk SMase

Av dessa anses det lysosomala sura SMase och det magnesiumberoende neutrala SMase vara främsta kandidater för ceramidproduktion i cellulär stressrespons [3] .

Neutral sfingomyelinas

Neutral sfingomyelinasaktivitet (N-SMase) beskrevs först i fibroblaster från patienter med Niemann-Picks  sjukdom, en lysosomal lagringssjukdom som kännetecknas av sur SMase-brist. [4] Efterföljande forskning visade att detta enzym var produkten av en enda gen, hade ett optimalt pH på 7,4, var beroende av Mg 2+-joner för aktivitet och var särskilt rikt i hjärnan. [5] Men en nyare studie av nötkreaturshjärnan bekräftade förekomsten av flera N-SMase-isoformer med olika biokemiska och kromatografiska egenskaper. [6]

Ett stort genombrott kom i mitten av 1980-talet med kloningen av de första N-SMaserna från Bacillus cereus och Staphylococcus aureus . [7] [8] Användning av sekvenserna av dessa bakteriella sfingomyelinaser i homologisökningar ledde så småningom till identifieringen av jäst N-SMases ISC1 i spirande jäst Saccharomyces cerevisiae [9] och däggdjurs N-SMase enzymerna, nSMase1 och nSMase2. [10] [11] [12] Identiteten mellan däggdjurs-, jäst- och bakterie-SMases är mycket låg, cirka 20 % mellan nSMase2 och B. cereus SMases. Sekvensinriktningen (se figur) indikerar emellertid ett antal konserverade rester i hela familjen, speciellt i enzymernas katalytiska region. [13] Detta har lett till förslaget om en gemensam katalytisk mekanism för N-SMase-familjen.

Ett tredje N-SMase-protein, nSMase3, klonades och karakteriserades 2006. [14] nSMase3 har liten sekvenslikhet med nSMase1 eller nSMase2. Det verkar dock finnas en hög grad av evolutionär konservatism från lägre till högre organismer, vilket tyder på att de kan inkludera ett unikt och distinkt N-SMase. Högt uttryck av nSMase3 i hjärtat och skelettmuskulaturen tyder också på en potentiell roll i hjärtfunktionen. [fjorton]

Aktiv webbplats

Förstorad bild av det aktiva stället för SMase med bundna Co 2+-joner, som visar resterna som är ansvariga för bindning av tvåvärda metallkatjoner.

Lösningen av kristallstrukturen av det neutrala sfingomyelinaset från Listeria ivanovii och Bacillus cereus möjliggjorde en mer fullständig förståelse av deras enzymatiska ställe. Det aktiva stället för B. cereus SMase innehåller resterna Asn -16, Glu - 53, Asp -195, Asn-197 och dess -296. Av dessa är rester av Glu-53, Asp-195 och His-296 kända för att vara viktiga för aktiviteten. Den relativa katalytiska aktiviteten av SMase när metalljoner är bundna till det aktiva stället har studerats för de tvåvärda metalljonerna Co 2+, Mn 2+, Mg 2+, Ca 2+ och Sr.2+. Av dessa fem metalljoner resulterar Co2+, Mn2+ och Mg2+ bundna till det aktiva stället i hög katalytisk aktivitet av SMase. Ca2+ och Sr2+ bundna till det aktiva stället uppvisar mycket lägre SMase-katalytisk aktivitet. När en Mg 2+-jon eller två Co 2+-joner binder till det aktiva stället, resulterar en dubbel hexa-koordinerad geometri med två oktaedriska bi-pyramider för Co 2+ och en oktaedrisk bi-pyramid för Mg 2+. När en Ca 2+-jon binder till den aktiva platsen blir resultatet en hepta-koordinerad geometri. Därför antas det att skillnaden i katalytisk aktivitet för metalljoner beror på geometriska skillnader. När det gäller Co 2+ och Mg 2+ har SMase bättre reaktivitet när två Co 2+-joner är bundna till SMase; när dessa Co 2+-joner är bundna binder Glu-53 och His-296 vardera en tvåvärd metallkatjon. Dessa katjoner är omgivna av överbryggande vattenmolekyler och fungerar som Lewis-syror. [femton]

Mekanism

Att lösa kristallstrukturen för det neutrala sfingomyelinaset från Listeria ivanovii och Bacillus cereus kastade också ljus över deras katalytiska mekanismer. Det aktiva stället för SMase innehåller Glu- och His-rester, som var och en är associerad med en eller två tvåvärda metallkatjoner, vanligtvis Co 2+, Mg 2+ eller Ca 2+ för optimal prestanda. Dessa två katjoner deltar i katalys genom att rekrytera SM till den aktiva SMase-platsen. En tvåvärd katjon bunden till Glu-resten reagerar med amidooxygen och estersyre mellan C1 och fosfat.CM-gruppen; Asn-resten och den tvåvärda metallkatjonen associerad med His-resten binder till syreatomerna i SM-fosfatgruppen. Detta stabiliserar den negativa laddningen av fosfatgruppen. Metallkatjonen bunden till His-resten och Asp- och Asn-sidokedjorna sänker pKa-värdet för en av de överbryggande vattenmolekylerna, vilket aktiverar vattenmolekylen. Denna vattenmolekyl fungerar sedan som en nukleofil och attackerar fosfatgruppen SM och skapar en femvärdig fosforatom vars negativa laddning stabiliseras av tvåvärda metallkatjoner. Fosfatet omvandlar sedan sin tetraedriska konformation för att bilda ceramid och fosfokolin [15] .

Surt sfingomyelinas

Surt sfingomyelinas är ett av sfingomyelinas (SMase) enzymerna som ansvarar för att katalysera nedbrytningen av sfingomyelin till ceramid och fosfatidylkolin. De klassificeras i alkaliska, neutrala och sura SMaser baserat på det pH vid vilket deras enzymatiska aktivitet är optimal. Den enzymatiska aktiviteten hos sura sfingomyelinaser (aCMaser) kan påverkas av lipider, katjoner, pH, redoxpotential och andra miljöproteiner. I synnerhet har aSMaser visat sig ha ökad enzymatisk aktivitet i media berikade med (LBPA) eller fosfatidylinositol (PI) och hämmar aktivitet i närvaro av fosforylerade PI-derivat.

Sfingomyelinfosfodiesteras 1 [SMPD1] är genen som kodar för två aSMase-enzymer som är olika i de sfingomyelinpooler de hydrolyserar. Lysosomalt sfingomyelinas (L-SMase) finns i det lysosomala utrymmet och sekretoriskt sfingomyelinas (S-SMase) finns extracellulärt.

Anteckningar

1. ↑ PDB 2ddt ; Ago H, Oda M, Takahashi M, Tsuge H, Ochi S, Katunuma N, Miyano M, Sakurai J (juni 2006). "Strukturell grund för sfingomyelinfosfodiesterasaktiviteten i neutralt sfingomyelinas från Bacillus cereus". J Biol. Chem . 281 (23): 16157-67. DOI : 10.1074/jbc.M601089200 . PMID  16595670 .
2. ↑ PB Schneider, E. P. Kennedy. Sfingomyelinas i normal mänsklig mjälte och i mjälte från personer med Niemann-Picks sjukdom  // Journal of Lipid Research. — 1967-05. - T. 8 , nej. 3 . — S. 202–209 . — ISSN 0022-2275 . Arkiverad från originalet den 14 augusti 2021.
3. ↑ Sfingomyelinfosfodiesteras . www.hmong.press . Hämtad 17 februari 2022. Arkiverad från originalet 17 februari 2022. (obestämd)
4. ↑ PB Schneider, E. P. Kennedy. Sfingomyelinas i normal mänsklig mjälte och i mjälte från personer med Niemann-Picks sjukdom  // Journal of Lipid Research. — 1967-05. - T. 8 , nej. 3 . — S. 202–209 . — ISSN 0022-2275 . Arkiverad från originalet den 17 februari 2022.
5. ↑ BG Rao, M.W. Spence. Sfingomyelinasaktivitet vid pH 7,4 i mänsklig hjärna och en jämförelse med aktivitet vid pH 5,0  // Journal of Lipid Research. — 1976-09. - T. 17 , nej. 5 . — S. 506–515 . — ISSN 0022-2275 . Arkiverad från originalet den 17 februari 2022.
6. ↑ SY Jung, JH Suh, HJ Park, KM Jung, MY Kim. Identifiering av flera former av membranassocierat neutralt sfingomyelinas i bovin hjärna  // Journal of Neurochemistry. — 2000-09. - T. 75 , nej. 3 . — S. 1004–1014 . — ISSN 0022-3042 . - doi : 10.1046/j.1471-4159.2000.0751004.x . Arkiverad från originalet den 17 februari 2022.
7. ↑ D.C. Coleman, J.P. Arbuthnott, H.M. Pomeroy, T.H. Birkbeck. Kloning och uttryck i Escherichia coli och Staphylococcus aureus av beta-lysin-determinanten från Staphylococcus aureus: bevis för att bakteriofagomvandling av beta-lysinaktivitet orsakas av insertionsinaktivering av beta-lysin-determinanten  // Mikrobiell patogenes. — 1986-12. - T. 1 , nej. 6 . — S. 549–564 . — ISSN 0882-4010 . - doi : 10.1016/0882-4010(86)90040-9 . Arkiverad från originalet den 17 februari 2022.
8. ↑ A. Yamada, N. Tsukagoshi, S. Udaka, T. Sasaki, S. Makino. Nukleotidsekvens och uttryck i Escherichia coli av genen som kodar för sfingomyelinas av Bacillus cereus  // European Journal of Biochemistry. - 1988-08-01. - T. 175 , nr. 2 . — S. 213–220 . — ISSN 0014-2956 . - doi : 10.1111/j.1432-1033.1988.tb14186.x . Arkiverad från originalet den 17 februari 2022.
9. ↑ H. Sawai, Y. Okamoto, C. Luberto, C. Mao, A. Bielawska. Identifiering av ISC1 (YER019w) som inositol fosfosfingolipid fosfolipas C i Saccharomyces cerevisiae  // The Journal of Biological Chemistry. — 2000-12-15. - T. 275 , nr. 50 . — S. 39793–39798 . — ISSN 0021-9258 . - doi : 10.1074/jbc.M007721200 . Arkiverad från originalet den 17 februari 2022.
10. ↑ Kaushlendra Tripathi. Inositolfosfosfingolipidfosfolipas C1, jästhomologen av neutrala sfingomyelinaser i DNA-skadarespons och sjukdomar  // Journal of Lipids. - 2015. - T. 2015 . - S. 161392 . — ISSN 2090-3030 . - doi : 10.1155/2015/161392 . Arkiverad från originalet den 17 februari 2022.
11. ↑ S. Tomiuk, K. Hofmann, M. Nix, M. Zumbansen, W. Stoffel. Klonat däggdjursneutralt sfingomyelinas: fungerar i sfingolipidsignalering?  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 1998-03-31. - T. 95 , nej. 7 . — S. 3638–3643 . — ISSN 0027-8424 . - doi : 10.1073/pnas.95.7.3638 . Arkiverad från originalet den 17 februari 2022.
12. ↑ S. Tomiuk, M. Zumbansen, W. Stoffel. Karakterisering och subcellulär lokalisering av murint och humant magnesiumberoende neutralt sfingomyelinas  // The Journal of Biological Chemistry. - 2000-02-25. - T. 275 , nr. 8 . — S. 5710–5717 . — ISSN 0021-9258 . doi : 10.1074 / jbc.275.8.5710 . Arkiverad från originalet den 17 februari 2022.
13. ↑ Christopher J. Clarke, Christopher F. Snook, Motohiro Tani, Nabil Matmati, Norma Marchesini. Den utökade familjen av neutrala sfingomyelinaser  // Biokemi. — 2006-09-26. - T. 45 , nej. 38 . — S. 11247–11256 . — ISSN 0006-2960 . doi : 10.1021 / bi061307z . Arkiverad från originalet den 17 februari 2022.
14. ↑ 1 2 Oleg Krut, Katja Wiegmann, Hamid Kashkar, Benjamin Yazdanpanah, Martin Krönke. Nytt tumörnekrosfaktorresponsivt neutralt sfingomyelinas-3 från däggdjur är ett C-svansförankrat protein  // The Journal of Biological Chemistry. — 2006-05-12. - T. 281 , nr. 19 . — S. 13784–13793 . — ISSN 0021-9258 . - doi : 10.1074/jbc.M511306200 . Arkiverad från originalet den 17 februari 2022.
15. ↑ 1 2 Hideo Ago, Masataka Oda, Masaya Takahashi, Hideaki Tsuge, Sadayuki Ochi. Strukturell grund för sfingomyelinfosfodiesterasaktiviteten i neutralt sfingomyelinas från Bacillus cereus  // The Journal of Biological Chemistry. - 2006-06-09. - T. 281 , nr. 23 . — S. 16157–16167 . — ISSN 0021-9258 . - doi : 10.1074/jbc.M601089200 . Arkiverad från originalet den 17 februari 2022.