Izomeraza dwusiarczkowa białka - Protein disulfide-isomerase

Białkowa izomeraza dwusiarczkowa
Obraz strukturalny izomerazy dwusiarczkowej białka ludzkiego (PDB 1BJX)
Identyfikatory
Symbol	?
InterPro	IPR005792

Białkowa izomeraza dwusiarczkowa lub PDI jest enzymem w retikulum endoplazmatycznym (ER) u eukariontów i peryplazmie bakterii, który katalizuje tworzenie i pękanie wiązań dwusiarczkowych między resztami cysteiny w białkach podczas ich fałdowania. Pozwala to białkom na szybkie znalezienie prawidłowego rozmieszczenia wiązań dwusiarczkowych w ich w pełni pofałdowanym stanie, a zatem enzym katalizuje fałdowanie białka .

Struktura

Białkowa izomeraza dwusiarczkowa ma dwie katalityczne domeny podobne do tioredoksyny (miejsca aktywne), z których każda zawiera kanoniczny motyw CGHC, oraz dwie domeny niekatalityczne. Struktura ta jest podobna do budowy enzymów odpowiedzialnych za fałdowanie oksydacyjne w przestrzeni międzybłonowej mitochondriów; przykładem tego jest import i montaż mitochondrialnego IMS (Mia40), który ma 2 domeny katalityczne, które zawierają CX ₉ C, który jest podobny do domeny CGHC PDI. Bakteryjne DsbA , odpowiedzialne za fałdowanie oksydacyjne, ma również domenę CXXC tioredoksyny.

Struktura pierwotna białkowej izomerazy disiarczkowej z sekwencją domen

Funkcjonować

Fałdowanie białek

PDI wykazuje właściwości oksydoreduktazy i izomerazy , które zależą od rodzaju substratu wiążącego się z białkową izomerazą dwusiarczkową i zmian w stanie redoks dwusiarczkowej izomerazy białkowej. Tego typu działania pozwalają na oksydacyjne fałdowanie białek. Fałdowanie oksydacyjne obejmuje utlenianie zredukowanych reszt cysteinowych powstających białek; po utlenieniu tych reszt cysteinowych powstają mostki dwusiarczkowe, które stabilizują białka i umożliwiają tworzenie struktur natywnych (mianowicie struktur trzeciorzędowych i czwartorzędowych).

Regularny mechanizm i ścieżka składania oksydacyjnego

PDI jest szczególnie odpowiedzialny za fałdowanie białek w ER. W niesfałdowanym białku reszta cysteiny tworzy mieszany dwusiarczek z resztą cysteiny w miejscu aktywnym (motyw CGHC) białkowej izomerazy dwusiarczkowej. Druga reszta cysteinowa tworzy następnie stabilny mostek dwusiarczkowy w substracie , pozostawiając dwie reszty cysteinowe w miejscu aktywnym dwusiarczkowej izomerazy białka w stanie zredukowanym.

Następnie PDI można zregenerować do postaci utlenionej w retikulum endoplazmatycznym poprzez przeniesienie elektronów do białek reoksydacyjnych, takich jak ER oksydoreduktyna 1 (Ero 1), VKOR (reduktaza epoksydowa witaminy K), peroksydaza glutationowa (Gpx7/8) i PrxIV (peroksyredoksyna IV ). Uważa się, że Ero1 jest głównym białkiem reoksydacyjnym PDI, a szlak ponownego utleniania PDI dla Ero1 jest lepiej poznany niż innych białek. Ero1 przyjmuje elektrony z PDI i przekazuje je cząsteczkom tlenu w ER, co prowadzi do powstania nadtlenku wodoru.

Mechanizm nieprawidłowo sfałdowanego białka

Zredukowana (ditiolowa) forma białkowej izomerazy disiarczkowej jest zdolna do katalizowania redukcji nieprawidłowo utworzonego mostka disiarczkowego substratu poprzez aktywność reduktazy lub aktywność izomerazy. W przypadku metody reduktazy nieprawidłowo sfałdowane wiązanie disiarczkowe substratu jest przekształcane w parę zredukowanych reszt cysteiny przez przeniesienie elektronów z glutationu i NADPH. Następnie następuje normalne fałdowanie z tworzeniem oksydacyjnych wiązań dwusiarczkowych między odpowiednimi parami reszt cysteiny substratu, co prowadzi do odpowiednio sfałdowanego białka. W metodzie izomerazy wewnątrzcząsteczkowe przegrupowanie grup funkcyjnych substratu jest katalizowane w pobliżu N-końca każdego miejsca aktywnego. Dlatego białkowa izomeraza disiarczkowa jest zdolna do katalizowania wymiany disiarczkowej modyfikacji potranslacyjnej .

Sygnalizacja redoks

W chloroplastach jednokomórkowych alg Chlamydomonas reinhardtii białkowa izomeraza disiarczkowa RB60 służy jako składnik czujnika redoks kompleksu białkowego wiążącego mRNA zaangażowanego w fotoregulację translacji psbA, RNA kodującego białko rdzeniowe D1 fotosystemu II. Sugerowano również, że białkowa izomeraza dwusiarczkowa odgrywa rolę w tworzeniu regulatorowych wiązań dwusiarczkowych w chloroplastach.

Inne funkcje

Układ odpornościowy

Disulfidoizomeraza białek umożliwia ładowanie antygenowych peptydów do cząsteczki MHC klasy I cząsteczek. Te cząsteczki (MHC I) są związane z prezentacją peptydów przez komórki prezentujące antygen w odpowiedzi immunologicznej .

Disulfidoizomeraza białek Stwierdzono być zaangażowane w zerwania wiązania na HIV gp120 białka podczas infekcji HIV CD4 dodatnich komórek i nie jest wymagane na zakażenie HIV limfocytów i monocytów. Niektóre badania wykazały, że jest on dostępny w przypadku infekcji HIV na powierzchni komórki skupionej wokół białka CD4. Jednak sprzeczne badania wykazały, że nie jest on dostępny na powierzchni komórki, ale zamiast tego znajduje się w znacznych ilościach w osoczu krwi.

Aktywność opiekuna

Inna ważna funkcja białkowej izomerazy disiarczkowej dotyczy jej aktywności jako białka opiekuńczego ; jego domena b' pomaga w wiązaniu nieprawidłowo sfałdowanego białka w celu późniejszej degradacji . Jest to regulowane przez trzy białka błonowe ER, kinazę białkową podobną do RNA, kinazę retikulum endoplazmatycznego (PERK), kinazę wymagającą inozytolu 1 (IRE1) i aktywujący czynnik transkrypcyjny 6 (ATF6). Reagują na wysoki poziom nieprawidłowo sfałdowanych białek w ER poprzez wewnątrzkomórkowe kaskady sygnalizacyjne, które mogą aktywować aktywność opiekuńczą PDI. Sygnały te mogą również dezaktywować translację tych nieprawidłowo sfałdowanych białek, ponieważ kaskada przemieszcza się z ER do jądra.

Testy aktywności

Test zmętnienia insuliny : białkowa izomeraza dwusiarczkowa rozrywa dwa wiązania dwusiarczkowe między dwoma łańcuchami insuliny (a i b), co powoduje wytrącenie łańcucha b. To wytrącanie można monitorować przy długości fali 650 nm, która jest pośrednio stosowana do monitorowania aktywności dwusiarczkowej izomerazy białkowej. Czułość tego testu mieści się w zakresie mikromolowym.

Test ScRNazy : białkowa izomeraza dwusiarczkowa przekształca zaszyfrowaną (nieaktywną) RNazę w natywną (aktywną) RNazę, która dalej działa na swój substrat. Czułość mieści się w zakresie mikromolowym.

Test Di-E-GSSG : Jest to test fluorometryczny, który może wykryć pikomolowe ilości dwusiarczkowej izomerazy białkowej i dlatego jest jak dotąd najczulszym testem do wykrywania aktywności dwusiarczkowej izomerazy białkowej. Di-E-GSSG ma dwie cząsteczki eozyny przyłączone do utlenionego glutationu (GSSG). Bliskość cząsteczek eozyny prowadzi do wygaszenia jej fluorescencji. Jednak po zerwaniu wiązania dwusiarczkowego przez białkową izomerazę dwusiarczkową fluorescencja wzrasta 70-krotnie.

Stres i zahamowanie

Skutki stresu nitrozacyjnego

Rozregulowanie redoks prowadzi do wzrostu stresu nitrozacyjnego w retikulum endoplazmatycznym. Takie niekorzystne zmiany w normalnym środowisku komórkowym podatnych komórek, takich jak neurony, prowadzą do niedziałających enzymów zawierających tiol. Dokładniej, białkowa izomeraza disiarczkowa nie może już wiązać nieprawidłowo sfałdowanych białek, gdy jej grupa tiolowa w swoim miejscu aktywnym ma dołączoną grupę tlenku azotu; w rezultacie w neuronach dochodzi do akumulacji nieprawidłowo sfałdowanych białek, co jest związane z rozwojem chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera i choroba Parkinsona.

Zahamowanie

Ze względu na rolę białkowej izomerazy dwusiarczkowej w wielu stanach chorobowych opracowano drobnocząsteczkowe inhibitory białkowej izomerazy dwusiarczkowej. Cząsteczki te mogą nieodwracalnie lub odwracalnie kierować się w miejsce aktywne białkowej izomerazy dwusiarczkowej.

Wykazano, że aktywność dwusiarczkowo-izomerazy białkowej jest hamowana przez czerwone wino i sok winogronowy, co może być wyjaśnieniem francuskiego paradoksu .

Członkowie

Ludzkie geny kodujące izomerazy dwusiarczkowe białka obejmują:

Bibliografia

Zewnętrzne linki

• Białkowa izomeraza dwusiarczkowa w Narodowej Bibliotece Medycznej USA Medical Subject Headings (MeSH)