Лизилоксидаза - Lysyl oxidase
Лизилоксидазы ( LOX ), также известный как белок-лизина 6-оксидазы , является ферментом , который, в организме человека, кодируется LOX гена . Он катализирует превращение молекул лизина в высокореактивные альдегиды, которые образуют поперечные связи в белках внеклеточного матрикса . Его ингибирование может привести к osteolathyrism , но, в то же время, его повышающая регуляция на опухолевых клетках может способствовать метастазированию существующей опухоли, заставляя его стать злокачественными и злокачественными .
Состав
В штамме дрожжей Pichia pastoris лизилоксидаза представляет собой гомодимерную структуру. Каждый мономер состоит из активного центра, который включает атом Cu (II), координированный с тремя остатками гистидина, а также 2,4,5-тригидроксифеналанинхинон (TPQ), важный кофактор .
У человека ген LOX расположен на хромосоме 5 q23.3-31.2. Последовательность ДНК кодирует полипептид из 417 аминокислот, первые 21 остаток которого составляют сигнальный пептид с массой приблизительно 32 кДа. Карбокси-конец содержит активный ион меди (II), лизин, тирозин и остатки цистеина, которые составляют каталитически активный центр. Трехмерная структура лизилоксидазы человека еще не решена.
Механизм
| протеин-лизин-6-оксидаза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Механизм Lox
| |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| ЕС нет. | 1.4.3.13 | ||||||||
| № CAS | 99676-44-5 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
Механизм действия лизилоксидазы происходит через модификацию ε-аминогруппы боковой цепи лизина . Фермент относится к категории хинон- содержащих аминоксидаз меди, и реакция сильно зависит от кофактора лизилтирозилхинона (LTQ). Кофактор LTQ является уникальным среди хинонов благодаря своей орто / бензохиноновой структуре и нейтральному заряду при физиологическом pH. Этому можно противопоставить аналогичный повсеместно распространенный хинофактор TPQ, который существует в виде отрицательно заряженной структуры в физиологических условиях и включает в себя орто / паракарбонильную резонансную функциональность.
LTQ имеет решающее значение в катализируемом LOX превращении остатков лизина в α-аминоадипид-δ-полуальдегиды, обычно называемые аллизинами . При окислении лизина ε-амин сначала превращается в основание Шиффа посредством реакции с LTQ. Хотя LTQ все еще связан с субстратом, лимитирующее удаление ε-протона дает иминный промежуточный продукт. Последующий гидролиз имина приводит к высвобождению альдегидного продукта аллизина. Молекулярный кислород и ион меди используются для повторного окисления кофактора и получения другого имина с образованием пероксида водорода в качестве побочного продукта. Дополнительный гидролиз высвобождает аммиак и исходный кофактор, завершая каталитический цикл.
Биологическая функция
Лизил - оксидазы является внеклеточным медно-зависимый фермент , который катализирует образование альдегидов из лизина остатков в коллагена и эластина предшественников. Эти альдегиды обладают высокой реакционной способностью и подвергаются спонтанным химическим реакциям с другими остатками альдегидов, производными лизилоксидазы, или с немодифицированными остатками лизина. Это приводит к сшиванию коллагена и эластина, что важно для стабилизации коллагеновых фибрилл, а также для целостности и эластичности зрелого эластина.
Сложные поперечные связи образуются в коллагене ( пиридинолины, полученные из трех остатков лизина) и в эластине ( десмозины, полученные из четырех остатков лизина), которые различаются по структуре.
Важность поперечного сшивания на основе лизилоксидазы была установлена в исследованиях на животных, в которых лизилоксидаза ингибировалась либо недостаточностью пищевой меди, либо добавлением в рацион β-аминопропионитрила (BAPN), ингибитора лизилоксидазы. Это привело к латиризму , характеризующемуся плохим формированием и прочностью костей, гиперрастяжимостью кожи, слабыми связками и учащенным возникновением аневризм аорты . Эти отклонения хорошо коррелировали со снижением перекрестного связывания коллагена и эластина.
С точки зрения развития снижение уровня лизилоксидазы было связано с болезнью Менкеса и синдромом затылочного рога , двумя Х-сцепленными рецессивными расстройствами, характеризующимися мутацией в гене транспорта меди. Таким образом, LOX не только важен для развития сердечно-сосудистой системы, он, как полагают, играет важную роль в развитии соединительной ткани, а также может иметь важное значение для неврологической функции.
Лизилоксидаза также имеет решающее значение для развития дыхательной системы и кожи, поскольку коллаген и эластин составляют 50-60% состава легких и 75% кожи. В моделях двойного нокаута LOX ( Lox - / - ) функция LOX была снижена до 80%, а фенотип легких напоминает фенотип пациентов с эмфиземой и расширенными дистальными дыхательными путями.
Наконец, лизилоксидаза играет решающую роль на стадии коммитирования адипоцитов или жировых клеток, образующихся из плюрипотентных стволовых клеток во время развития. Его отсутствие может привести к дефектам в суперсемействе белков трансформирующего фактора роста бета , которые контролируют рост и дифференцировку клеток .
Клиническое значение
Экспрессия LOX регулируется факторами, индуцируемыми гипоксией (HIF), и, следовательно, экспрессия LOX часто повышается в гипоксических опухолях груди, головы и шеи. Пациенты с опухолями с высокой экспрессией LOX имеют низкую общую выживаемость. Кроме того, было продемонстрировано, что ингибирование LOX устраняет метастазы у мышей. Секретируемый LOX отвечает за инвазивные свойства гипоксических раковых клеток за счет фокальной киназной активности адгезии и адгезии между клетками и матрицей. LOX может потребоваться для создания ниши, допускающей метастатический рост, и, таким образом, может потребоваться для метастазирования, вызванного гипоксией. Фактически, недавние исследования показали, что сверхэкспрессия LOX имеет решающее значение для стимулирования роста опухоли и метастазирования при некоторых видах рака, включая рак груди, немелкоклеточный рак легких и колоректальный рак.
Экспрессия LOX также была обнаружена в мегакариоцитах или клетках костного мозга, ответственных за производство тромбоцитов. Данные, полученные на мышиной модели миелофиброза, указывают на участие LOX в фиброзе костного мозга.
В модели рака груди у грызунов низкомолекулярные ингибиторы LOX или антитела устраняли метастазирование. LOX, секретируемый гипоксическими клетками опухоли молочной железы, сшивает коллаген в базальной мембране и необходим для рекрутирования миелоидных клеток CD11b + . Клетки CD11b +, в свою очередь, прикрепляются к сшитому коллагену и продуцируют матриксную металлопротеиназу-2 , которая расщепляет коллаген, усиливая инвазию метастазирующих опухолевых клеток. Напротив, ингибирование LOX предотвращает рекрутирование клеток CD11b + и метастатический рост.
В клетках, лишенных рецепторов TGF-β, дефицит, характерный для рака легких , лизилоксидаза обнаруживается в высоких концентрациях. Иммуноокрашивание LOX показало, что высокая экспрессия LOX связана с высокой степенью инвазии карциномы в образцах, полученных из хирургически удаленных аденокарцином легких . Кроме того, экспрессия LOX является показателем 5-летней выживаемости пациентов с 71% шансом на выживание для пациентов с низким уровнем LOX по сравнению с 43% для пациентов с высокими уровнями LOX. Таким образом, повышенная регуляция лизилоксидазы является предиктором плохого прогноза у пациентов с аденокарциномой на ранней стадии.
Лизилоксидаза была недавно вовлечена в ангиогенез опухоли или образование кровеносных сосудов как in vivo, так и in vitro . Было показано, что подкожный LOX, полученный из опухоли, увеличивает экспрессию и секрецию фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), который затем способствует ангиогенезу путем фосфорилирования протеинкиназы B или Akt через рецептор фактора роста тромбоцитов β ( PDGFRB ). Высокие уровни LOX были связаны с высокой плотностью кровеносных сосудов в образцах пациентов. Клинически значимые ингибиторы LOX могут помочь замедлить прогрессирование рака, подавляя важные факторы роста, которые способствуют прогрессированию солидной опухоли.
Следовательно, ингибиторы фермента LOX могут быть полезны для предотвращения ангиогенеза, прогрессирования опухоли и метастазирования, а также для лечения других фиброзных заболеваний, включающих ремоделирование внеклеточного матрикса , включая нейродегенеративные и сердечно-сосудистые заболевания.
Смотрите также
использованная литература
дальнейшее чтение
- Csiszar K (2001). Лизилоксидазы: новое семейство многофункциональных аминоксидаз . Прогресс в исследованиях нуклеиновых кислот и молекулярной биологии. 70 . С. 1–32. DOI : 10.1016 / S0079-6603 (01) 70012-8 . ISBN 9780125400701. PMID 11642359 .
- Каган Х.М., Ли В. (март 2003 г.). «Лизилоксидаза: свойства, специфичность и биологические роли внутри и вне клетки». Журнал клеточной биохимии . 88 (4): 660–72. DOI : 10.1002 / jcb.10413 . PMID 12577300 . S2CID 23651213 .
- Свинарич Д.М., Туми Т.А., Маколей С.П., Кребс С.Дж., Ян Т.П., Кравец С.А. (июль 1992 г.). «Характеристика локуса гена лизилоксидазы человека» . Журнал биологической химии . 267 (20): 14382–7. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (19) 49723-8 . PMID 1352776 .
- Mariani TJ, Trackman PC, Kagan HM, Eddy RL, Shows TB, Boyd CD, Deak SB (июнь 1992 г.). «Полная производная аминокислотная последовательность лизилоксидазы человека и отнесение гена к хромосоме 5 (обширная гомология последовательности с геном рецидива ras мыши)». Матрица . 12 (3): 242–8. DOI : 10.1016 / S0934-8832 (11) 80067-3 . PMID 1357535 .
- Мураваки Ю., Кусакабэ Ю., Хираяма С. (декабрь 1991 г.). «Сывороточная активность лизилоксидазы при хроническом заболевании печени по сравнению с сывороточными уровнями пролилгидроксилазы и ламинина». Гепатология . 14 (6): 1167–73. DOI : 10.1002 / hep.1840140635 . PMID 1683640 . S2CID 25820738 .
- Хямяляйнен Э.Р., Джонс Т.А., Шеер Д., Таскинен К., Пихлаяниеми Т., Кивирикко К.И. (ноябрь 1991 г.). «Молекулярное клонирование лизилоксидазы человека и отнесение гена к хромосоме 5q23.3-31.2». Геномика . 11 (3): 508–16. DOI : 10.1016 / 0888-7543 (91) 90057-L . PMID 1685472 .
- Кониси А., Игучи Х., Очи Дж., Киношита Р., Миура К., Утино Х. (октябрь 1985 г.). «Повышенная активность лизилоксидазы в культуральной среде непаренхимных клеток фиброзной печени». Гастроэнтерология . 89 (4): 709–15. DOI : 10.1016 / 0016-5085 (85) 90563-3 . PMID 2863189 .
- Куйваниеми Х., Ала-Кокко Л., Кивирикко К.И. (сентябрь 1986 г.). «Секреция лизилоксидазы культивированными фибробластами кожи человека и эффекты монензина, нигерицина, туникамицина и колхицина». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Общие предметы . 883 (2): 326–34. DOI : 10.1016 / 0304-4165 (86) 90325-9 . PMID 2874833 .
- Райзер К.М., Хеннесси С.М., Last JA (декабрь 1987 г.). «Анализ возрастных изменений сшивания коллагена в коже и легких у обезьян и крыс». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Общие предметы . 926 (3): 339–48. DOI : 10.1016 / 0304-4165 (87) 90220-0 . PMID 3120785 .
- Ярвелайнен Х, Халме Т, Рённемаа Т (1982). «Влияние кортизола на пролиферацию и синтез белка гладкомышечных клеток аорты человека в культуре». Acta Medica Scandinavica. Дополнение . 660 : 114–22. DOI : 10.1111 / j.0954-6820.1982.tb00367.x . PMID 6127904 .
- Куйваниеми Х., Саволайнен Э.Р., Кивирикко К.И. (июнь 1984 г.). «Человеческая плацентарная лизилоксидаза. Очистка, частичная характеристика и приготовление двух специфических антисывороток к ферменту» . Журнал биологической химии . 259 (11): 6996–7002. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (17) 39828-9 . PMID 6144680 .
- Льен Ю. Х., Стерн Р., Фу Дж. К., Сигель Р. К. (сентябрь 1984 г.). «Ингибирование образования фибрилл коллагена in vitro и последующее сшивание глюкозой». Наука . 225 (4669): 1489–91. DOI : 10.1126 / science.6147899 . PMID 6147899 .
- Ясутакэ А., Пауэрс Дж. С. (июнь 1981 г.). «Реактивность эластазы лейкоцитов человека и эластазы поджелудочной железы свиньи по отношению к пептидным 4-нитроанилидам, содержащим модельные остатки десмозина. Доказательства того, что эластаза лейкоцитов человека является селективной в отношении сшитых областей эластина». Биохимия . 20 (13): 3675–9. DOI : 10.1021 / bi00516a002 . PMID 6912069 .
- Kim Y, Boyd CD, Csiszar K (март 1995 г.). «Новый ген с последовательностью и структурным сходством с геном, кодирующим лизилоксидазу человека» . Журнал биологической химии . 270 (13): 7176–82. DOI : 10.1074 / jbc.270.13.7176 . PMID 7706256 .
- Хямяляйнен Э. Р., Кемппайнен Р., Пихлаяниеми Т., Кивирикко К. И. (сентябрь 1993 г.). «Структура гена лизилоксидазы человека». Геномика . 17 (3): 544–8. DOI : 10.1006 / geno.1993.1369 . PMID 7902322 .
- Forbes EG, Cronshaw AD, MacBeath JR, Hulmes DJ (сентябрь 1994 г.). «Богатый тирозином кислотный матричный белок (TRAMP) представляет собой сульфатированный тирозином и широко распространенный белок внеклеточного матрикса» . Письма FEBS . 351 (3): 433–6. DOI : 10.1016 / 0014-5793 (94) 00907-4 . PMID 8082810 . S2CID 23360856 .
- Csiszar K, Mariani TJ, Gosin JS, Deak SB, Boyd CD (май 1993 г.). «Полиморфизм длины рестрикционного фрагмента приводит к неконсервативной аминокислотной замене, кодируемой в первом экзоне гена лизилоксидазы человека». Геномика . 16 (2): 401–6. DOI : 10.1006 / geno.1993.1203 . PMID 8100215 .
- Веттер У., Вайс М.А., Мерике М., Эанес Э.Д., Эйр Д.Р. (февраль 1993 г.). «Сшивки коллагена и минеральная кристалличность в костях пациентов с несовершенным остеогенезом». Журнал исследований костей и минералов . 8 (2): 133–7. DOI : 10.1002 / jbmr.5650080203 . PMID 8442432 . S2CID 21904627 .
- Панченко М.В., Стетлер-Стивенсон В.Г., Трубецкой О.В., Гачеру С.Н., Каган Х.М. (март 1996 г.). «Активность металлопротеиназы, секретируемой фиброгенными клетками в процессинге пролизилоксидазы. Возможная роль проколлагеновой С-протеиназы» . Журнал биологической химии . 271 (12): 7113–9. DOI : 10.1074 / jbc.271.12.7113 . PMID 8636146 .
- Khakoo A, Thomas R, Trompeter R, Duffy P, Price R, Pope FM (февраль 1997 г.). «Врожденная кутислакса и недостаточность лизилоксидазы». Клиническая генетика . 51 (2): 109–14. DOI : 10.1111 / j.1399-0004.1997.tb02430.x . PMID 9111998 . S2CID 36246895 .
- Смитен Д.А., Люнг Л.М., Чаллинор М., Лоуренс Р., Тан Х., Никулеску-Дуваз Д. и др. (Март 2020 г.). «2-аминометилен-5-сульфонилтиазольные ингибиторы лизилоксидазы (LOX) и LOXL2 демонстрируют значительную эффективность в задержке роста опухоли» . Журнал медицинской химии . 63 (5): 2308–2324. DOI : 10.1021 / acs.jmedchem.9b01112 . PMC 7073924 . PMID 31430136 .
внешние ссылки
- Лизил + оксидаза в Национальных медицинских предметных рубриках США (MeSH)
