Нейраминидаза - Neuraminidase

Ленточная диаграмма нейраминидазы (GH34) . Аналог субстрата нейраминовой кислоты, используемого в качестве ингибитора, представляет собой небольшую бело-красную молекулу в центре.

Нейраминидазы ( сиалидаза ) ферменты являются гликозид гидролазы ферментов , которые расщепляют (срез) в гликозидных связях из нейраминовых кислот . Ферменты нейраминидазы - это большое семейство, обнаруженное у ряда организмов. Самая известная нейраминидаза - это вирусная нейраминидаза , лекарственная мишень для предотвращения распространения инфекции гриппа . Вирусные нейраминидазы часто используются в качестве антигенных детерминант, обнаруживаемых на поверхности вируса гриппа. Некоторые варианты нейраминидазы гриппа обладают большей вирулентностью.к вирусу, чем другие. Другие гомологи обнаружены в клетках млекопитающих, которые выполняют ряд функций. По крайней мере, четыре гомолога сиалидазы млекопитающих были описаны в геноме человека (см. NEU1 , NEU2 , NEU3 , NEU4 ). Сиалидазы могут действовать как патогенные факторы при микробных инфекциях.

Реакция

Существует два основных класса нейраминидаз, которые расщепляют экзо- или эндо-полисиаловые кислоты:

  • Экзогидролиз α- (2 → 3) -, α- (2 → 6) -, α- (2 → 8) -гликозидных связей концевых остатков сиаловой кислоты
  • Эндогидролиз (2 → 8) -α-сиалозильных связей в олиго- или поли (сиаловой) кислотах
экзо-α-сиалидаза
Идентификаторы
ЕС нет. 3.2.1.18
№ CAS 9001-67-6
Базы данных
IntEnz Просмотр IntEnz
BRENDA BRENDA запись
ExPASy Просмотр NiceZyme
КЕГГ Запись в KEGG
MetaCyc метаболический путь
ПРИАМ профиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтология Amigo / QuickGO
эндо-α-сиалидаза
Идентификаторы
ЕС нет. 3.2.1.129
№ CAS 91195-87-8
Базы данных
IntEnz Просмотр IntEnz
BRENDA BRENDA запись
ExPASy Просмотр NiceZyme
КЕГГ Запись в KEGG
MetaCyc метаболический путь
ПРИАМ профиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтология Amigo / QuickGO

Функция

Нейраминидазы, также называемые сиалидазами, катализируют гидролиз концевых остатков сиаловой кислоты из вновь образованных вирионов и из рецепторов клетки-хозяина. Активность сиалидазы включает помощь в перемещении вирусных частиц через слизь дыхательных путей и в элюировании потомства вириона из инфицированной клетки.

Подтипы

Swiss-Prot перечисляет 137 типов нейраминидазы различных видов по состоянию на 18 октября 2006 г. Известно девять подтипов нейраминидазы гриппа; многие встречаются только у различных видов уток и кур. Подтипы N1 и N2 были положительно связаны с эпидемиями среди людей, а штаммы с подтипами N3 или N7 были идентифицированы в ряде изолированных случаев смерти.

CAZy определяет в общей сложности 85 семейств гликозилгидролаз, из которых семейства GH34 (вирусные), GH33 (клеточные организмы), GH58 (вирусные и бактериальные), GH83 (вирусные) являются основными семействами, содержащими этот фермент. GH58 - единственное семейство эндодействующих.

Ниже приводится список основных классов ферментов нейраминидазы:

сиалидаза 1 (лизосомальная сиалидаза)
Идентификаторы
Условное обозначение NEU1
Ген NCBI 4758
HGNC 7758
OMIM 608272
RefSeq NM_000434
UniProt Q99519
Прочие данные
Locus Chr. 6 стр. 21
сиалидаза 2 (цитозольная сиалидаза)
Идентификаторы
Условное обозначение NEU2
Ген NCBI 4759
HGNC 7759
OMIM 605528
RefSeq NM_005383
UniProt Q9Y3R4
Прочие данные
Locus Chr. 2 q37
сиалидаза 3 (мембранная сиалидаза)
Идентификаторы
Условное обозначение NEU3
Ген NCBI 10825
HGNC 7760
OMIM 604617
RefSeq NM_006656
UniProt Q9UQ49
Прочие данные
Locus Chr. 11 q13,5
сиалидаза 4
Идентификаторы
Условное обозначение NEU4
Ген NCBI 129807
HGNC 21328
OMIM 608527
RefSeq NM_080741
UniProt Q8WWR8
Прочие данные
Locus Chr. 2 q37,3

Состав

Нейраминидаза гриппа - это грибовидный выступ на поверхности вируса гриппа. Он имеет головку, состоящую из четырех копланарных и примерно сферических субъединиц, и гидрофобную область, которая встроена во внутреннюю часть вирусной мембраны. Он состоит из одной полипептидной цепи, ориентированной в направлении, противоположном антигену гемагглютинина . Состав полипептида представляет собой одну цепь из шести консервативных полярных аминокислот, за которыми следуют гидрофильные вариабельные аминокислоты. β-Листы преобладают на вторичном уровне конформации белка.

Структура транс-сиалидазы включает каталитический бета-пропеллерный домен, N-концевой лектин- подобный домен и нерегулярный бета-цепочечный домен, вставленный в каталитический домен.

Недавнее появление осельтамивира и резистентного к занамивиру человеческого гриппа A ( H1N1 ) H274Y подчеркнуло необходимость в подходящих системах экспрессии для получения больших количеств высокочистой и стабильной рекомбинантной нейраминидазы через два отдельных домена искусственной тетрамеризации, которые способствуют образованию каталитически активных гомотетрамеров нейраминидазы из дрожжи и Staphylothermus marinus, которые позволяют секрецию белков с меткой FLAG и дальнейшую очистку.

Механизм

Предлагаемый механизм катализа сиалидазы 4 вируса гриппа (связь с механизмом гликозидазы)
Предлагаемое переходное состояние для сиалидазного механизма 7
Химическая структура 4-замещенных производных Neu5Ac2en 8

Ферментативный механизм сиалидазы вируса гриппа был изучен Taylor et al., Он показан на рисунке 1. Процесс ферментативного катализа состоит из четырех этапов. Первый этап включает в себя искажение α-сиалозида из конформации 2 C 5 кресло (форма с наименьшей энергией в растворе) в конформацию псевдобоя, когда сиалозид связывается с сиалидазой. Вторая стадия приводит к промежуточному продукту оксокарбокации, сиалозильному катиону. Третий этап - это образование Neu5Ac вначале в виде α-аномера, а затем мутаротация и высвобождение в виде более термодинамически стабильного β-Neu5Ac.

Ингибиторы

Ингибиторы нейраминидазы полезны для борьбы с инфекцией гриппа : занамивир , вводимый путем ингаляции; осельтамивир , применяемый перорально; перамивир вводят парентерально , то есть путем внутривенной или внутримышечной инъекции; и ланинамивир, который проходит III фазу клинических испытаний.

На поверхности частиц вируса гриппа есть два основных белка. Один из них - это лектин-гемагглютинин с тремя относительно неглубокими сайтами связывания сиаловой кислоты, а другой - фермент сиалидаза с активным сайтом в кармане. Благодаря относительно глубокому активному центру, в котором низкомолекулярные ингибиторы могут иметь множество благоприятных взаимодействий, и доступным методам создания аналогов переходного состояния при гидролизе сиалозидов, сиалидаза становится более привлекательной мишенью противогриппозного лекарственного средства, чем гемагглютинин. После того, как стали доступны рентгеновские кристаллические структуры нескольких сиалидаз вируса гриппа, была применена конструкция ингибитора на основе структуры для обнаружения эффективных ингибиторов этого фермента.

Производное ненасыщенной сиаловой кислоты (N-ацетилнейраминовая кислота [Neu5ac]) 2-дезокси-2, 3-дидегидро-DN-ацетилнейраминовая кислота (Neu5Ac2en), аналог сиалозильного катиона в переходном состоянии (рис. 2), считается наиболее мощным ингибитором. основной шаблон. Структурно модифицированные производные Neu5Ac2en могут давать более эффективные ингибиторы.

Многие соединения на основе Neu5Ac2en были синтезированы и протестированы на их способность ингибировать сиалидазу вируса гриппа. Например: 4-замещенные производные Neu5Ac2en (Рисунок 3), 4-амино-Neu5Ac2en (Соединение 1), которые показали на два порядка лучшее ингибирование сиалидазы вируса гриппа, чем Neu5Ac2en5 и 4-гуанидино-Neu5Ac2en (Соединение 2), известные как Занамивир, который сейчас продается для лечения вируса гриппа в качестве лекарственного средства, были разработаны фон Ицштейном и соавторами. Мегеш и его коллеги сообщили о серии амид-связанных C9-модифицированных Neu5Ac2en как ингибиторов NEU1.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки