Dihydrofolaattireduktaasi - Dihydrofolate reductase

Dihydrofolaattireduktaasi
ATE 8dfr EBI.jpg
Kananmaksadihydrofolaattireduktaasin kiderakenne. ATE: n kohta 8dfr
Tunnisteet
EY -nro 1.5.1.3
CAS -nro 9002-03-3
Tietokannat
IntEnz IntEnz -näkymä
BRENDA BRENDA -merkintä
ExPASy NiceZyme -näkymä
KEGG KEGG -merkintä
MetaCyc aineenvaihduntareitti
PRIAM profiili
ATE -rakenteet RCSB PDB PDBe ATE
Geenien ontologia Amigo / QuickGO
Dihydrofolaattireduktaasi
Tunnisteet
Symboli DHFR_1
Pfam PF00186
Pfam klaani CL0387
InterPro IPR001796
PROSITE PDOC00072
SCOP2 1dhi / SCOPe / SUFFAM
R67 dihydrofolaattireduktaasi
ATE 2gqv EBI.jpg
E. colin plasmidikoodatun dihydrofolaattireduktaasin korkea resoluutiorakenne . ATE: n merkintä 2 gqv
Tunnisteet
Symboli DHFR_2
Pfam PF06442
InterPro IPR009159
SCOP2 1vif / SCOPe / SUFFAM
DHFR
Dihydrofolaattireduktaasi 1DRF.png
Käytettävissä olevat rakenteet
ATE Ortologihaku : PDBe RCSB
Tunnisteet
Aliakset DHFR , DHFRP1, DYR, dihydrofolaattireduktaasi
Ulkoiset tunnukset OMIM : 126060 MGI : 94890 HomoloGene : 56470 GeneCards : DHFR
Ortologit
Laji Ihmisen Hiiri
Entrez
Ensembl
UniProt
RefSeq (mRNA)

NM_000791
NM_001290354
NM_001290357

NM_010049

RefSeq (proteiini)

NP_000782
NP_001277283
NP_001277286

NP_034179

Sijainti (UCSC) Aika 5: 80,63 - 80,65 Mb Chr 13: 92.35 - 92.39 Mb
PubMed -haku
Wikidata
Näytä/muokkaa ihmistä Näytä/muokkaa hiirtä

Dihydrofolaattireduktaasin , tai DHFR , on entsyymi , joka vähentää dihydrofoolihapon on tetrahydrofoolihappo , käyttäen NADPH kuten elektronidonoria , joka voidaan muuntaa erilaisten tetrahydrofolaatin kofaktoreita , joita käytetään 1-hiili siirto kemia. Ihmisillä DHFR -entsyymiä koodaa DHFR -geeni . Se löytyy Q11 → q22 alue kromosomissa 5. Bakteeri- lajeja joilla on selvä DHFR entsyymejä (perustuen niiden rakenteessa sitoutumaan diaminoheterocyclic molekyylit), mutta nisäkkään DHFRs ovat hyvin samankaltaisia.

Rakenne

Keskeinen kahdeksanjuosteinen beeta-laskostettu arkki muodostaa DHFR: n polypeptidirungon taittamisen pääpiirteen . Seitsemän näistä säikeistä on yhdensuuntaisia ​​ja kahdeksas kulkee rinnakkain. Neljä alfa -kierukkaa yhdistää peräkkäiset beeta -juosteet. Jäännöksiä 9 - 24 kutsutaan nimellä "Met20" tai "silmukka 1", ja ne ovat muiden silmukoiden ohella osa aktiivista sivustoa ympäröivää pääaliverkkotunnusta . Aktiivinen kohta sijaitsee N-pään puoli sekvenssin, joka sisältää konservoituneen Pro - Trp dipeptidiä; tryptofaani on osoitettu osallistuvan sitoutumiseen substraatin entsyymin.

Toiminto

Dihydrofolaattireduktaasin muuntaa dihydrofolaatiksi osaksi tetrahydrofolaatti , protonin sukkula tarvitaan de novo synteesiä puriinien , -tymidyylihappoa happo , ja tietyt aminohapot . Vaikka toiminnallinen dihydrofolaattireduktaasigeeni on kartoitettu kromosomiin 5, useat intronittomat prosessoidut pseudogeenit tai dihydrofolaattireduktaasin kaltaiset geenit on tunnistettu erillisistä kromosomeista.

Kaikissa organismeissa esiintyvällä DHFR: llä on kriittinen rooli tetrahydrofolaatin määrän säätelyssä solussa. Tetrahydrofolaatti ja sen johdannaiset ovat välttämättömiä puriinin ja tymidylaatin synteesille, jotka ovat tärkeitä solujen lisääntymiselle ja solujen kasvulle. DHFR: llä on keskeinen rooli nukleiinihappojen esiasteiden synteesissä , ja on osoitettu, että mutanttisolut, joista puuttuu kokonaan DHFR, vaativat glysiinin, aminohapon ja tymidiinin kasvua. DHFR on myös osoitettu entsyyminä, joka osallistuu tetrahydrobiopteriinin pelastamiseen dihydrobiopteriinista

Mekanismi

Dihydrofolaatin pelkistäminen tetrahydrofolaatiksi, jota katalysoi DHFR.

Yleinen mekanismi

DHFR katalysoi hydridin siirtymisen NADPH: sta dihydrofolaatiksi ja siihen liittyvän protonaation tetrahydrofolaatin tuottamiseksi . Lopulta dihydrofolaatti pelkistetään tetrahydrofolaatiksi ja NADPH hapetetaan NADP+: ksi . Met20: n ja muiden aktiivisen kohdan lähellä olevien silmukoiden suuri joustavuus edistää tuotteen, tetrahydrofolaatin, vapautumista. Erityisesti Met20 -silmukka auttaa vakauttamaan NADPH: n nikotiiniamidirenkaan edistääkseen hydridin siirtymistä NADPH: sta dihydrofolaattiin.

DHFR (Met20 -silmukka) + NADPH + folaatti

Tämän entsyymin mekanismi on vaiheittainen ja vakaan tilan satunnainen. Erityisesti katalyyttinen reaktio alkaa siten, että NADPH ja substraatti kiinnittyvät entsyymin sitoutumiskohtaan, mitä seuraa protonaatio ja hydridin siirto kofaktorista NADPH substraatille. Kaksi jälkimmäistä vaihetta eivät kuitenkaan tapahdu samanaikaisesti samassa siirtymätilassa. Laskennallisia ja kokeellisia lähestymistapoja käyttävässä tutkimuksessa Liu et ai päättivät, että protonointivaihe edeltää hydridinsiirtoa.

Suljettu rakenne on kuvattu punaisella ja suljettu rakenne vihreällä katalyyttisessä kaaviossa. Rakenteessa DHF ja THF on väriltään punainen, NADPH keltainen ja Met20 -jäännös sininen

DHFR: n entsymaattisen mekanismin on osoitettu olevan riippuvainen pH: sta, erityisesti hydridin siirtovaiheessa, koska pH: n muutoksilla on osoitettu olevan merkittävä vaikutus aktiivisen kohdan sähköstaattisuuteen ja sen jäännösten ionisaatiotilaan. Kohdistetun typen happamuus substraatilla on tärkeä substraatin sitoutumisessa entsyymin sitoutumiskohtaan, joka on osoittautunut hydrofobiseksi, vaikka se on suorassa kosketuksessa veteen. Asp27 on ainoa varautunut hydrofiilinen tähde sitoutumiskohdassa, ja varauksen neutralointi Asp27: llä voi muuttaa entsyymin pKa: ta. Asp27: llä on kriittinen rooli katalyyttisessä mekanismissa auttamalla substraatin protonoinnissa ja pitämällä substraatti hydridinsiirtoon suotuisassa konformaatiossa. Protonointivaiheen on osoitettu liittyvän enolin tautomerisaatioon, vaikka tämän konversion ei katsota olevan suotuisa protoninluovutukselle. Vesimolekyylin on osoitettu osallistuvan protonointivaiheeseen. Met20 -silmukka helpottaa vesimolekyylin pääsyä entsyymin aktiiviseen kohtaan.

DHFR: n muodonmuutokset

DHFR: n katalysoiman reaktion katalyyttinen sykli sisältää viisi tärkeää välituotetta: holoentsyymi (E: NADPH), Michaelis -kompleksi (E: NADPH: DHF), kolmiosainen tuotekompleksi (E: NADP + : THF), binäärinen tetrahydrofolaattikompleksi (E: THF) ) ja THF -NADPH -kompleksi (E: NADPH: THF). Tuotteen (THF) dissosiaatiovaihe E: NADPH: THF-E: NADPH on nopeuden määrittämisvaihe vakaan tilan liikevaihdon aikana.

Konformaation muutokset ovat kriittisiä DHFR: n katalyyttisessä mekanismissa. DHFR: n Met20 -silmukka voi avata, sulkea tai sulkea aktiivisen paikan. Vastaavasti Met20: lle määritetään kolme erilaista konformaatiota, jotka luokitellaan avatuksi, suljetuksi ja suljetuksi tilaksi. Lisäksi Met20: n ylimääräinen vääristynyt konformaatio määritettiin sen epäselvien karakterisointitulosten vuoksi. Met20 -silmukka havaitaan suljetussa konformaatiossaan kolmessa tuotteen ligaatiovälituotteessa, joissa nikotiiniamidirengas on suljettu aktiivisesta kohdasta. Tämä konformaatioominaisuus selittää sen, että NADP + on korvattu NADPH: lla ennen tuotteen hajoamista. Siten seuraava reaktiokierros voi tapahtua substraatin sitoutumisen jälkeen.

Reaktion kinetiikan vertailu EcDHFR: n ja R67 DHFR: n välillä
Rakenne -ero substraatin sitoutumisessa E. colissa ja R67 DHFR: ssä

R67 DHFR

Ainutlaatuisen rakenteensa ja katalyyttisten ominaisuuksiensa ansiosta R67 DHFR: ää tutkitaan laajalti. R67 DHFR on tyypin II R-plasmidikoodattu DHFR ilman geneettistä ja rakenteellista suhdetta E. colin kromosomaaliseen DHFR: ään. Se on homotetrameeri, jolla on 222 symmetria yhdellä aktiivisen kohdan huokosella, joka on alttiina liuottimelle [null.] Tämä aktiivisen kohdan symmetria johtaa entsyymin erilaiseen sitoutumismuotoon: Se voi sitoutua kahdella dihydrofolaatti (DHF) -molekyylillä positiivinen yhteistyö tai kaksi NADPH -molekyyliä, joilla on negatiivinen yhteistyö, tai yksi substraatti plus yksi, mutta vain jälkimmäisellä on katalyyttinen aktiivisuus. Vertaa E. coli kromosomaalisen DHFR, sillä on korkeampi K m sitoutumiseen dihydrofolaattireduktaasi (DHF) ja NADPH: ta. Paljon alhaisempi katalyyttinen kinetiikka osoittaa, että hydridin siirto on nopeusmääritysvaihe eikä tuotteen (THF) vapautuminen.

R67 DHFR -rakenteessa homotetrameeri muodostaa aktiivisen kohdan huokosen. Katalyysiprosessissa DHF ja NADPH tulevat huokosiin päinvastaisesta asennosta. NADPH: n nikotiiniamidirenkaan ja DHF: n pteridiinirenkaan välinen π-π-pinoamisvuorovaikutus yhdistää kaksi reagoivaa ainetta tiiviisti aktiiviseen kohtaan. Kuitenkin DHF: n p-aminobentsoyyliglutamaattipään joustavuutta havaittiin sitoutumisen yhteydessä, mikä voi edistää siirtymätilan muodostumista.

Lääketieteellinen merkitys

Dihydrofolaattireduktaasin puute on yhdistetty megaloblastiseen anemiaan . Hoito on vähennetyillä foolihapon muodoilla. Koska tetrahydrofolaatti, tämän reaktion tuote, on folaatin aktiivinen muoto ihmisissä, DHFR: n esto voi aiheuttaa toiminnallisen folaatin puutteen . DHFR on houkutteleva farmaseuttinen kohde inhibitioon, koska sillä on keskeinen rooli DNA -prekursorisynteesissä. Trimetopriimi , antibiootti , estää bakteerien DHFR: ää, kun taas metotreksaatti , kemoterapia -aine, estää nisäkkäiden DHFR: ää. Kuitenkin, vastus on kehittänyt vastaan joitakin lääkkeitä, seurauksena mutaatiomuutosten DHFR itse.

DHFR -mutaatiot aiheuttavat harvinaisen autosomaalisen resessiivisen synnynnäisen folaattimetabolian virheen, joka johtaa megaloblastiseen anemiaan , pansytopeniaan ja vakavaan aivojen folaatin puutteeseen, joka voidaan korjata foliinihappolisällä .

Terapeuttiset sovellukset

Koska nopeasti jakautuvat solut tarvitsevat folaattia tymiinin valmistamiseksi , tätä vaikutusta voidaan käyttää terapeuttiseen hyötyyn.

DHFR voidaan kohdistaa syövän hoitoon ja potentiaaliseksi kohteeksi bakteeri -infektioita vastaan. DHFR on vastuussa solun tetrahydrofolaattipitoisuuksista, ja DHFR: n estäminen voi rajoittaa syövälle ja bakteeri -infektioille ominaisten solujen kasvua ja lisääntymistä. Metotreksaatti , DHFR: n kilpaileva estäjä , on yksi tällainen syöpälääke, joka estää DHFR: n. Muita lääkkeitä ovat trimetopriimi ja pyrimetamiini . Näitä kolmea käytetään laajalti kasvaimia ja antimikrobisia aineita. Muut yhdisteiden luokat, jotka kohdistuvat yleensä DHFR: ään ja erityisesti bakteerien DHFR: t, kuuluvat luokkiin, kuten diaminopteridiinit, diaminotriatsiinit, diaminopyrroloquinazolines, stilbenes, chalcones, deoxybenzoins, muutamia mainitakseni.

Trimetopriimin on osoitettu vaikuttavan moniin grampositiivisiin bakteereihin. Kuitenkin resistenssi trimetopriimille ja muille DHFR: lle suunnatuille lääkkeille voi syntyä monenlaisten mekanismien vuoksi, mikä rajoittaa niiden terapeuttisen käytön menestystä. Resistenssi voi johtua muun muassa DHFR -geenin monistumisesta, DHFR -mutaatioista , lääkkeiden imeytymisen vähenemisestä. Siitä huolimatta trimetopriimiä ja sulfametoksatsolia yhdistelmänä on käytetty antibakteerisena aineena vuosikymmenien ajan.

Folaatti on välttämätön kasvulle, ja folaatin metaboliareitti on tavoite syövän hoitojen kehittämisessä. DHFR on yksi tällainen kohde. Fluorourasiilin , doksorubisiinin ja metotreksaatin hoito osoitti pidentävän eloonjäämistä potilailla, joilla oli pitkälle edennyt mahasyöpä. Lisätutkimukset DHFR: n estäjistä voivat johtaa useampiin tapoihin syövän hoitoon.

Bakteerit tarvitsevat myös DHFR: ää kasvamaan ja lisääntymään, ja siten bakteerien DHFR: lle selektiiviset estäjät ovat löytäneet sovelluksensa antibakteerisina aineina.

Dihydrofolaattireduktaasin estäjinä käytettyjä pienmolekyyliluokkia ovat diaminokinatsoliini ja diaminopyrrolokinatsoliini, diaminopyrimidiini, diaminopteridiini ja diaminotriatsiinit.

Mahdollinen pernaruttohoito

Bacillus anthracisin (BaDHFR), Staphylococcus aureuksen (SaDHFR), Escherichia colin (EcDHFR) ja Streptococcus pneumoniaen (SpDHFR) aiheuttaman dihydrofolaattireduktaasin rakenteellinen kohdistaminen .

Bacillus anthracisin (BaDHFR) dihydrofolaattireduktaasi on validoitu lääkekohde tartuntataudin, pernaruton, hoidossa. BaDHFR on vähemmän herkkä trimetopriimin analogeille kuin dihydrofolaattireduktaasi muista lajeista, kuten Escherichia coli , Staphylococcus aureus ja Streptococcus pneumoniae . Kaikkien neljän lajin dihydrofolaattireduktaasin rakenteellinen suuntaus osoittaa, että vain BaDHFR: llä on fenyylialaniinin ja tyrosiinin yhdistelmä asemissa 96 ja 102.

BaDHFR: n vastustuskyky trimetopriimianalogeille johtuu näistä kahdesta tähteestä (F96 ja Y102), mikä myös parantaa kinetiikkaa ja katalyyttistä tehokkuutta. Nykyinen tutkimus käyttää BaDHFR: n aktiivisia kohdamutantteja ohjaamaan uusien antifolaatin estäjien johtamista.

Tutkimusvälineenä

DHFR on käytetty välineenä havaita proteiini-proteiini-vuorovaikutuksia , joka proteiini-fragmentti komplementaation analyysi (PCA).

CHO -solut

DHFR, josta puuttuvat CHO -solut, ovat yleisimmin käytetty solulinja yhdistelmäproteiinien tuottamiseen. Nämä solut transfektoitiin kanssa plasmidi kantaa dhfr- geenin ja geenin rekombinanttiproteiinin yhdessä ekspressiosysteemissä , ja alistetaan sitten selektiivisissä olosuhteissa tymidiini-puuttuu väliaineessa . Vain solut, joilla on eksogeeninen DHFR -geeni ja kiinnostava geeni, selviävät.

Vuorovaikutukset

Dihydrofolaattireduktaasin on osoitettu olevan vuorovaikutuksessa GroEL: n ja Mdm2: n kanssa .

Interaktiivinen reittikartta

Napsauta alla olevia geenejä, proteiineja ja metaboliitteja linkittääksesi vastaaviin artikkeleihin.

[[Tiedosto:
FluoropyrimidineActivity_WP1601go to article go to article go to article go to pathway article go to pathway article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to PubChem Compound go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to pathway article go to pathway article go to article go to article go to article go to article go to article go to WikiPathways go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
FluoropyrimidineActivity_WP1601go to article go to article go to article go to pathway article go to pathway article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to PubChem Compound go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to pathway article go to pathway article go to article go to article go to article go to article go to article go to WikiPathways go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article
| alt = Fluorourasiili (5-FU) aktiivisuuden muokkaus ]]
Fluorourasiili (5-FU) Toiminnan muokkaus

Viitteet

Lue lisää

Ulkoiset linkit

Tämä artikkeli sisältää tekstiä julkisesta verkkotunnuksesta Pfam ja InterPro : IPR001796
Tämä artikkeli sisältää tekstiä julkisesta verkkotunnuksesta Pfam ja InterPro : IPR009159