Eosinofil peroxidas

EPX-
identifierare
, EPO, EPP, EPX-PEN, EPXD, eosinofil peroxidas
Externa ID :n
Ortologer
Arter Mänsklig Mus
Entrez
Ensembl
UniProt
RefSeq (mRNA)

RefSeq (protein)

Plats (UCSC)
PubMed -sökning
Wikidata
Visa/redigera människa Visa/redigera mus

Eosinofil peroxidas är ett enzym som finns i de eosinofila granulocyterna , medfödda immunceller hos människor och däggdjur. Detta oxidoreduktasprotein kodas av genen EPX , uttryckt i dessa myeloidceller. EPO delar många likheter med sina ortologa peroxidaser, myeloperoxidas (MPO), laktoperoxidas (LPO) och sköldkörtelperoxidas (TPO). Proteinet är koncentrerat i sekretoriska granuler inom eosinofiler. Eosinofilperoxidas är ett hemperoxidas , dess aktiviteter inkluderar oxidation av halogenidjoner till bakteriedödande reaktiva syrearter , katjonisk störning av bakteriecellsväggar och posttranslationell modifiering av proteinaminosyrarester .

Den huvudsakliga funktionen av eosinofil peroxidas är att katalysera bildningen av hypohalösa syror från väteperoxid och halogenidjoner i lösning. Till exempel:

H 2 O 2 + Br − → HOBr + H 2 O

Hypohalogena syror bildade av halogenider eller pseudohalider är potenta oxidationsmedel. Emellertid tycks rollen för eosinofilt peroxidas vara att generera hyfala syror till stor del från bromid och jodid snarare än klorid, eftersom de förra är mycket gynnade framför de senare. Enzymet myeloperoxidas är ansvarigt för bildandet av det mesta av hypoklorsyran i kroppen, och eosinofil peroxidas är ansvarig för reaktioner som involverar bromid och jodid.

Gen

Den öppna läsramen för humant eosinofil peroxidas visade sig ha en längd av 2 106 baspar ( bp). Detta innefattar en 381-bp-prosekvens, en 333-bp-sekvens som kodar för den lätta kedjan och en 1 392-bp-sekvens som kodar för den tunga kedjan. Utöver dessa finns det en 452-bp otranslaterad region vid 3'- änden som innehåller AATAAA- polyadenyleringssignalen .

Promotorsekvensen för humant eosinofil peroxidas är en ovanligt stark promotor . Alla de viktigaste regulatoriska elementen är belägna inom 100 bp uppströms genen.

Profilen för EPX -uttryck har karakteriserats och är tillgänglig online via BioGPS . Denna datauppsättning indikerar att både hos människor och möss EPX endast i benmärgen. På denna nivå är det mer än 30 gånger den genomsnittliga uttrycksnivån över alla vävnader i kroppen.

Protein

Polypeptidkedjan bearbetas proteolytiskt till en tung och en lätt kedja under mognad. Emellertid är de två kedjorna fortfarande intimt förbundna, inte minst av allt av den kovalent kopplade hem-kofaktorn. Proteinet produceras på ribosomer inbäddade på ytan av det endoplasmatiska retikulumet, eftersom det i slutändan måste lokaliseras till granulerna. Prekursorproteinet går igenom följande bearbetningssteg innan det blir aktivt:

  • ER-signalsekvensklyvning
  • propeptidklyvning
  • modifiering av hemkofaktor
  • kovalent bindning av hemkofaktor.

Till skillnad från MPO är hem i EPO inte kopplat via metionin. Detta påverkar de katalytiska egenskaperna (se Aktiv plats ).

Sekundär struktur

Eosinofil peroxidas är ett övervägande α-helix hem-innehållande enzym. Kärnan i den katalytiska domänen som omger det aktiva stället består av sex a-helixar, fem från den tunga polypeptidkedjan och en från den lätta. Enzymets veck är känt som hemperoxidasvecket, bevarat bland alla medlemmar av denna genfamilj. Emellertid har inte alla medlemmar peroxidasaktivitet.

Kalciumjonbindningsstället har typisk pentagonal bipyramidal geometri . Det är bundet inom en slinga av åtta rester av den tunga kedjan. Ligander tillhandahålls av serin och treoninhydroxyl; ryggradskarbonyl; och karboxylsyragrupper, varav en kommer från den lätta polypeptidkedjan. Kalciumstället fungerar inte bara som en byggnadsställning för proteinveckning, utan också för korrekt sammanslutning av de två kedjorna. Faktum är att när kalciumjonen avlägsnas faller proteinet ut ur lösningen.

Tertiär struktur

Proteinet innehåller endast en enda modulär domän . I detta avseende är det primärt ett metaboliskt enzym eller terminal effektor; det har liten roll i cellulära signalvägar. Den övergripande strukturen för de fyra hemperoxidaserna från däggdjur (MPO, LPO, EPO och TPO) är nästan identisk. Emellertid är MPO unik genom att existera som en katalytisk dimer överbryggad av en disulfidbindning. En av de första aspekterna av eosinofil peroxidas var att det var mycket katjoniskt, vilket indikeras av dess höga isoelektriska punkt (se Protein). Eosinofil peroxidas har inte karakteriserats av röntgenkristallografi . En direkt överensstämmelse mellan absorptionsspektra för EPO, TPO och LPO samt hög sekvenslikhet gör det dock möjligt för oss att jämföra egenskaperna hos de tre. Myeloperoxidas egenskaper är något annorlunda, på grund av dess multimeriseringstillstånd såväl som dess alternativa hembindning. Vidare har en homologimodell skapats för EPO baserad på röntgendiffraktionsstrukturen.

Viken är mycket konserverad och verkar vara optimerad för katalytisk funktion. Det finns emellertid skillnader som föga överraskande förklarar skillnader i substratspecificitet bland peroxidaser. Denna furkation är vanligt förekommande i studiet av proteinutveckling. Strukturella egenskaper som är mycket nödvändiga för funktion utsätts för ett starkt bevarandetryck, medan regioner på avstånd från den aktiva platsen genomgår genetisk drift. Detta kan leda till specialisering eller differentiering av funktion som härrör från modifiering av en enzymatisk kärndel. Till exempel katalyserar det närbesläktade sköldkörtelperoxidaset en specifik oxidationsreaktion i biosyntesen av ett hormon, medan andra hemperoxidaser fyller roller i immunförsvar och redoxsignalering.

Kvartär struktur

Humant EPO är känt för att existera som en löslig monomer .

Aktiv sida

Left: protoporphyrin IX; Right: modification for ester linkage.
Till vänster: protoporfyrin IX . Till höger: modifierad form av hemkofaktor frisatt från peroxidas genom proteasspjälkning under icke-reducerande förhållanden.

Det aktiva stället för eosinofilperoxidas innehåller en enda järnatom i tetradentatkomplexbildning med en protoporfyrin IX- kofaktor . Det är anmärkningsvärt genom att denna protesgrupp är kopplad kovalent till polypeptiden via esterbindningar . Asp232 och Glu380 av EPO är kovalent kopplade genom sina terminala syreatomer till de modifierade sidokedjorna av protoporfyrin. Som jämförelse, i myeloperoxidas, finns det en tredje fästpunkt, Met243 som bildar en sulfoniumjonbrygga med den hängande vinylgruppen på hem. Denna egenskap saknas i EPO och motsvarande rest är treonin .

Den femte liganden av järn är en konserverad histidinrest , vätebunden direkt till en asparaginrest . Dessa två kritiska rester säkerställer att järn har en lämplig Fe(III)/Fe(II) -reduktionspotential för katalys. De sjätte liganderna av järn sägs vara belägna på den distala sidan av hemgruppen. Dessa inkluderar ett kortvattennätverk bestående av fem molekyler; stabiliseras genom vätebindning med histidin, glutamin och argininrester. Den distala ytan används för substratbindning och katalys.

Kristallstrukturerna för MPO har lösts både i naturliga tillstånd och med inhibitorer bundna och deponeras i proteindatabanken under accessionsnumren 1CXP , 1D5L , 1D2V och 1D7W .

Active site of eosinophil peroxidase.
Aktivt ställe för eosinofil peroxidas i vilande (reducerat) tillstånd. På bilden: Proximal histidin-asparagininteraktion (nederst); distalt histidin och bundet vatten (överst). I den oxiderade formen tar oxyferrylradikalen platsen för den bundna lösningsmedelsmolekylen, och halogenidsubstratet binder vid sidan av det. Ej på bilden: andra bundna lösningsmedelsvattenmolekyler. Se PDB kristallstrukturer eller refs. och.

Mekanism

Den grundläggande mekanismen för hemperoxidaser består i att använda väteperoxid för att producera en aktiverad form av hemkofaktorn, där järn tar oxidationstillståndet +4. Det aktiverade syret kan sedan överföras till ett substrat för att omvandla det till ett reaktivt syreämne. Det finns tre distinkta cykler som EPO kan genomgå. Den första är halogeneringscykeln:

[Fe(III)...Por] + H2O2 → [Fe(IV)=O... Por • + ] + H2O

där Por betecknar hemkofaktorn, och • betecknar en kemisk radikal . Detta aktiverade tillstånd av hem kallas förening I. I detta tillstånd kan syre beskrivas som en oxyferrylart. Man tror att pi-katjonporfyrinradikalen genomgår reaktivitet vid metinbryggorna som förbinder de fyra ringarna. Reduktion av förening I i närvaro av halogenider X - fortskrider enligt följande:

[Fe(IV)=O...Por •+ ] + X − → [Fe(III)...Por] + HOX

Således reduceras förening I tillbaka till enzymets vilotillstånd, och halidjoner bundna i den distala kaviteten oxideras till potenta oxidationsmedel.

Emellertid finns det en andra cykel där förening I kan fortsätta via två en-elektronreduktionssteg för att oxidera godtyckliga substrat till deras radikala former. Denna process fungerar på majoriteten av icke-halidsubstrat. Det första steget är identiskt följt av:

[Fe(IV)=O...Por •+ ] + RH → [Fe(IV)=O...Por] + R • + H +
[Fe(IV)=O...Por] + RH → [Fe(IV) = O...Por] + R • + H2O

De fysiologiska konsekvenserna av denna andra mekanism är viktiga. Eosinofil peroxidas har visat sig oxidera tyrosinrester på proteiner, vilket också har varit inblandat i reaktiva syresignaleringskaskader.

Den tredje och mindre relevanta mekanismen är katalasaktiviteten hos peroxidaser. Denna mekanism verkar endast fungera i frånvaro av en-elektrondonatorer.

IV )=O...Por • + ] + H2O2 → [Fe(III)...Por] + O2 + H2O

Substrat

Eosinofil peroxidas katalyserar haloperoxidasreaktionen . EPO kan ta klorid, bromid och jodid som substrat, liksom pseudohalogeniden tiocyanat (SCN − ). Emellertid föredrar enzymet bromid framför klorid, jodid framför bromid och tiocyanat framför jodid, med hänsyn till reaktionshastigheter . Faktum är att endast myeloperoxidas kan oxidera klorid med någon avsevärd hastighet. Hastigheten för jodidkatalys är fem storleksordningar större än hastigheten för kloridkatalys, för jämförelse. Mutanten av MPO vari hem-kopplad Met243 muterades icke-konservativt visade en brist på kloreringsförmåga, vilket implicerade denna rest eller dess speciella funktionella grupp i substratspecificitet.

Inhibitorer

Cyanid binder mycket hårt till hemperoxidaser från däggdjur. Tät bindning direkt till hemjärn omvandlar proteinet till en art med låg spinn . Bindning av cyanid kräver den deprotonerade formen av en grupp med pKa på 4,0-4,3. Detta verkar vara den distala histidinresten. Strukturen av det ternära komplexet av MPO, cyanid och bromid anses vara en bra modell för föreningen I-halidkomplex på grund av dess liknande geometri (jfr 1D7W ). Nitritjonen och bildar lågspinnande hem.

Mutanter

En av de första välkarakteriserade mutanterna av EPX var en G→A-övergång som resulterade i en icke-konservativ mutation på proteinnivå.

Cytologi

Stora flercelliga organismer engagerar flera system som defensiva ansträngningar mot infekterande bakterier eller invaderande parasiter. En strategi, som faller under domänen av cellulär immunitet , beror på verkan av enzymer som katalyserar peroxidasreaktionen. Eosinofil peroxidas kan hittas i de primära (azurofila) granulerna av humana och däggdjursleukocyter. Peroxidaslokalisering i leukocyter har studerats under hela 1900-talet med användning av färgämnen såsom bensidinhydroklorid. Innan introduktionen av specifik immunoreaktiv färgning var sådana kemiska indikatorer för enzymatisk aktivitet vanliga. Efter tillkomsten av elektronmikroskopet undersöktes ultrastrukturen av många celltyper kraftigt . Därefter befanns eosinofil peroxidas vara lokaliserad till primära och sekundära granuler av eosinofilen.

Eosinofiler utgör en del av den myelocytiska linjen , en av två stora klasser av benmärgshärledda celltyper (tillsammans med lymfocyterna ) som cirkulerar i blodet och lymfan och spelar avgörande roller i immunsvar . Eosinofil peroxidas utsöndras av eosinofila celler i vävnaden vid infektionsstället. Aktivering av celler inför en infektion leder till frisättning av granulinnehåll och externisering av protein och kemiska medel från cellen.

Efter att ha avvikit från myeloperoxidas och laktoperoxidas, utför dessa tre enzymer nu distinkta men inte icke-överlappande roller; laktoperoxidas hjälper till att upprätthålla steriliteten hos däggdjursmjölk; myeloperoxidas och eosinofil peroxidas bebor granulat och spelar roller i värdförsvaret - ett exempel på hur konceptet med en enda kemisk funktion kan utnyttjas på otaliga sätt i naturen.

Brist och sjukdom

Specifik brist på eosinofil peroxidas utan samtidig brist på myeloperoxidas är sällsynt. I en klinisk miljö studeras brister på leukocytenzymer bekvämt med optisk flödescytometri . Specifika brister av myeloperoxidas var kända sedan 1970-talet. Myeloperoxidasbrist resulterade i frånvaro av peroxidasfärgning i neutrofiler men inte eosinofiler. Tidiga studier på myeloperoxidasbrist avslöjade att de vanligaste sjukdomsvarianterna var missense-mutationer, inklusive den för den hemkopplade metioninresten. Denna brist är ofta inte som en enkel autosomal recessiv egenskap utan snarare som en sammansatt heterozygot mutation. Man tror att patienter med myeloperoxidasbrist har en ökad förekomst av maligna tumörer. De har dock inte en signifikant ökad infektionshastighet, på grund av redundans i peroxidasmedierade immunmekanismer.

Se även

Anteckningar

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Eosinophil_peroxidase&oldid=1139431654 "