Glutamatdehydrogenas 1

GLUD1
Protein GLUD1 PDB 1hwx.png
Tillgängliga strukturer
PDB Ortologisk sökning:
Identifierare
, GDH, GDH1, GLUD, glutamatdehydrogenas 1, hGDH1
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

GLUD1 ( glutamatdehydrogenas 1 ) är ett mitokondriellt matrisenzym , ett i familjen av glutamatdehydrogenaser som är allestädes närvarande i livet , med en nyckelroll i kväve- och glutamatmetabolism (Glu) och energihomeostas . Detta dehydrogenas uttrycks i höga nivåer i lever , hjärna , bukspottkörtel och njure , men inte i muskler . I pankreascellerna GLUD1 vara involverad i insulinutsöndringsmekanismer . I nervvävnad, där glutamat finns i koncentrationer högre än i de andra vävnaderna, verkar GLUD1 fungera både i syntesen och katabolismen av glutamat och kanske vid ammoniakavgiftning .

Strukturera

Gen

GLUD1 exon/intronstruktur .
Färgschemat är som följer: Glu-BD , NAD(P)-BD , antena , pivot helix

Human GLUD1 innehåller 13 exoner och är belägen på den 10:e kromosomen .

Det finns bevis för att GLUD1 har retroposerats till X-kromosomen, där det gav upphov till det intronlösa GLUD2 genom slumpmässiga mutationer och naturligt urval. GLUD2 har anpassat sig till nervsystemets speciella behov där det uttrycks specifikt.

Protein


Domänstrukturen för GLUD1 Varje domän är färgad på olika sätt - Glu-BD , NAD(P)-BD , antenn , pivot helix . De allosteriska regulatorerna visas som sfärmodeller. Denna speciella struktur av GLUD1 är en kombination av två röntgenstrukturer - en med en bunden GTP ( 1HWZ ) och den andra med en bunden ADP ( 1NQT , 8AR8 ). Även om den inte är verklig visar denna struktur den relativa positionen för de allosteriska effektorerna när de är bundna till GLUD1. NADPH och Glu visas också.

GLUD1 är en hexamer. Monomerenheten har:

  1. N-terminal Glu-BD (bindande domän) som mestadels består av β-strängar.
  2. NAD-BD - kan binda antingen NAD + eller NADP + .
  3. 48-rester antennliknande projektion som sträcker sig från toppen av varje NAD-BD. Antennen består av en stigande helix och en nedåtgående slumpmässig spolsträng som innehåller en liten α-helix mot den C-terminala änden av strängen.

NAD-BD sitter på toppen av Glu-BD. NAD-BD och Glu-BD bildar den katalytiska klyftan. Under substratbindning rör sig NAD-BD avsevärt. Denna rörelse har två komponenter, som roterar längs den långa axeln av en helix på baksidan av NAD-BD, kallad "the pivot helix", och vrider sig runt antennen medurs. En jämförelse av de öppna och stängda konformationerna av GLUD1 avslöjar förändringar i den lilla helixen i den nedåtgående delen av antennen, som tycks rekylera när den katalytiska klyftan öppnas. Stängning av en subenhet är associerad med distorsion av den lilla helixen i den nedåtgående strängen som trycks in i antennen på den intilliggande subenheten. R496 ligger på denna lilla helix (se Mutationer).

Hexamerens kärnstruktur är en staplad dimer av trimerer. Glu-BD av monomererna är huvudsakligen ansvariga för uppbyggnaden av kärnan. Monomerernas relativa position är sådan att rotationen kring vridspiralen i varje monomer inte begränsas. Antennerna från tre underenheter i trimererna lindar sig runt varandra och genomgår konformationsförändringar när den katalytiska klyftan öppnas och stängs. Antennen fungerar som en kommunikationskanal mellan underenheter under negativ kooperativitet och allosterisk reglering.

Justering av GLUD1 från olika källor visar att antennen troligen utvecklades i protista innan bildandet av purinreglerande platser . Detta tyder på att det finns en viss selektiv fördel med själva antennen och att djur utvecklat nya funktioner för GLUD1 genom tillägget av allosterisk reglering .

GLUD1 kan bilda långa fibrer genom att hexamererna associeras från ände till ände. Polymerisationen är inte relaterad till den katalytiska aktiviteten, men har förmodligen en viktig roll såsom bildning av multienzymkomplex.

GLUD1 har två koenzymbindningsställen: en i NAD-BD som kan binda eter NAD+ eller NADP + och är direkt involverad i den katalytiska processen, och en andra som har en reglerande funktion, som ligger direkt under pivot helix , som kan binda ADP, NAD + eller NADH, men som inte binder NADPH väl.

Fungera

GLUD1 katalyserar den oxidativa deamineringen av Glu till 2-oxoglutarat och fritt NH 4 + med användning av antingen NAD + eller NADP + som en kofaktor. Reaktionen sker med överföring av en hydridjon från Glus Ca till NAD(P) + , varvid 2-iminoglutarat bildas, som hydrolyseras till 2-oxoglutarat och NH4 + . Reaktionens jämvikt under standardförhållanden gynnar i hög grad Glu-bildning framför NH4 + ( Go' ~ 30 kJ.mol-1)-bildning. Av denna anledning trodde man att enzymet spelade en viktig roll vid avgiftning av ammoniak, eftersom höga [NH 4 + ] är giftiga, skulle denna jämviktsposition vara fysiologiskt viktig; det skulle hjälpa till att hålla låga [NH 4 + ]. Hos individer med en viss form av hyperammonemi till följd av en form av hyperinsulinism ökar emellertid enzymets aktivitet på grund av minskad GTP-känslighet, en negativ regulator. Dessa individers ammoniaknivåer i blodet höjs avsevärt, vilket inte skulle förväntas om enzymet verkligen fungerade i jämvikt.

Interaktioner

Bindande partners

ADP

ADP binder bakom NAD-BD, precis under pivothelixen - i den speciella allosteriska ADP-platsen. Adenosindelen binder ner i en hydrofob ficka, där ribosfosfatgrupperna pekar utåt mot det allosteriska GTP-stället.

NADH kan också binda till ADP-stället, när det är i höga koncentrationer, vilket vanligtvis resulterar i enzyminhiberingen.

GTP

GTP-bindning antagoniseras av Pi och ADP men är synergistisk med NADH bundet i det icke-katalytiska allosteriska stället. Majoriteten av kontakterna mellan GTP och enzymet sker via trifosfatdelen. GTP-bindningsstället anses vara "sensorn" som stänger av enzymet när cellen är i ett högenergitillstånd. GTP binder vid korsningen mellan NAD-BD och antennen.

Medan de flesta av GLUD1-GTP-interaktionerna sker via β- och γ-fosfatinteraktioner, finns det specifika interaktioner med E346 och K343 som gynnar guanosin framför adenosin.

I den öppna konformationen är GTP-bindningsstället förvrängt så att det inte längre kan binda GTP.

förordning

När GLUD1 är mycket mättad med liganderna (substraten) på det aktiva stället, bildas ett hämmande abortivt komplex på det aktiva stället: NAD(P)H.Glu i den oxidativa deamineringsreaktionen vid högt pH, och NAD(P) + .2 - oxoglutarat i den reduktiva amineringsreaktionen vid lågt pH. GLUD1 antar sin basala tillståndskonfiguration i frånvaro av allosteriska effektorer, oavsett om de allosteriska platserna är funktionella. De allosteriska regulatorerna av GLUD1 - ADP, GTP, Leu, NAD + och NADH - utövar sina effekter genom att ändra energin som krävs för att öppna och stänga den katalytiska klyftan under enzymomsättning, med andra ord genom att destabilisera respektive stabilisera de misslyckade komplexen. Aktivatorer är inte nödvändiga för den katalytiska funktionen av GLUD1, eftersom den är aktiv i frånvaro av dessa föreningar (basal tillstånd). Det har föreslagits att GLUD1 i sitt basala tillstånd antar en konfiguration (öppen katalytisk klyfta) som tillåter katalytisk aktivitet oavsett om de allosteriska platserna är funktionella. GLUD-reglering är av särskild biologisk betydelse, vilket exemplifieras av observationer som visar att regulatoriska mutationer av GLUD1 är associerade med kliniska manifestationer hos barn.

ADP

ADP är en av de två huvudaktivatorerna (NAD + är den andra), verkar genom att destabilisera de misslyckade komplexen och upphäva den negativa kooperativiteten. I frånvaro av substrat, och med bundet ADP, är den katalytiska klyftan i den öppna konformationen, och GLUD1-hexamererna bildar långa polymerer i kristallcellen med fler interaktioner än vad som finns i de abortiva komplexa kristallerna (8AR8 ) . Detta överensstämmer med det faktum att ADP främjar aggregering i lösning. När den katalytiska klyftan öppnas roteras R516 ner till fosfaterna i ADP. Öppningen av den katalytiska klyftan är grovt korrelerad med avståndet mellan R516 och fosfater av ADP. På detta sätt aktiverar ADP GLUD1 genom att underlätta öppningen av den katalytiska klyftan, vilket minskar produktaffiniteten och underlättar produktfrisättningen. sålunda tillåter GLUD1 att förena de icke-katalytiska abortiva komplexen.

Hämning av hög [ADP] har tidigare föreslagits bero på konkurrens mellan ADP och adenosindelen av coenzymet på det aktiva stället1. Åtminstone är det känt att effekten är relativt opåverkad av varken H507Y eller R516A.

ATP

ATP har komplexa koncentrationsberoende effekter på GLUD1-aktivitet:

  • Låg [ATP] - hämning, medierad genom GTP-bindningsstället, eftersom det elimineras av H507Y. Affiniteten för ATP för GTP-stället verkar vara 1000 gånger lägre än för GTP, eftersom β- och y-fosfatinteraktionerna är den huvudsakliga determinanten för bindning vid GTP-stället.
  • Intermediär [ATP] - aktivering, medierad genom ADP-effektorplatsen, eftersom den nästan helt elimineras av R516A. Vid detta ställe är nukleotidgruppen den huvudsakliga determinanten för bindning.
  • Hög [ATP] - hämning, medierad av svag bindning vid ett tredje ställe, vilket är relativt specifik för adeninnukleotiderna. Denna effekt är relativt opåverkad av antingen H507Y eller R516A. Som föreslagits för ADP kan det bero på en konkurrens mellan ATP och adenosindelen av coenzymet på det aktiva stället.

GTP

GTP hämmar enzymomsättning över ett brett spektrum av förhållanden genom att öka affiniteten hos GLUD1 för reaktionsprodukten, vilket gör produktfrisättningshastigheten begränsande under alla förhållanden i närvaro av GTP. GTP verkar genom att hålla den katalytiska klyftan i en sluten konformation, vilket stabiliserar de misslyckade komplexen. GTP-effekter på GLUD1 är inte lokaliserade enbart till subenheten till vilken den är bindande och att antennen spelar en viktig roll för att kommunicera denna hämning till andra subenheter.

Leu

Leu aktiverar GLUD1 oberoende av ADP och har en speciell allosterisk plats i subenheternas gränssnittsområde 8AR7 . De förbättrade svaren från HI/HA-patienter (se HI/HA-syndrom) på Leu-stimulering av INS-frisättning3, som är ett resultat av deras försämrade känslighet för GTP-hämning, betonar den fysiologiska betydelsen av hämmande kontroll av GLUD1.

NAD +

NAD(P)(H) kan binda till ett andra ställe på varje subenhet. Denna plats binder NAD(H) ~ 10 gånger bättre än NADP(H) med de reducerade formerna bättre än de oxiderade formerna. Även om det har föreslagits att bindning av det reducerade koenzymet vid detta ställe hämmar reaktionen, medan oxiderad koenzymbindning orsakar aktivering, är effekten fortfarande oklar.

NADH

NADH, är en annan viktig allosterisk hämmare av GLUD1.

Fosfat

Fosfat och andra bivalenta anjoner stabiliserar GLUD1. Nyligen genomförda strukturella studier har visat att fosfatmolekyler binder till GTP-stället.

Klinisk signifikans

Familjär hyperinsulinism, kopplad till mutationer i GLUD1, kännetecknas av hypoglykemi som sträcker sig från allvarlig neonatal debut, svårhanterlig sjukdom till barndomsdebut med milda symtom och svårdiagnostiserad hypoglykemi . Neonatal debutsjukdom manifesterar sig inom timmar till två dagar efter födseln. Sjukdomar som debuterar i barndomen visar sig under de första månaderna eller levnadsåren. Under den nyfödda perioden kan de presenterade symtomen vara ospecifika, inklusive anfall, hypotoni, dålig matning och apné. I svåra fall är serumglukoskoncentrationerna vanligtvis extremt låga och därför lätta att känna igen, medan i mildare fall kan variabel och mild hypoglykemi göra diagnosen svårare. Även inom samma familj kan sjukdomsmanifestationer variera från mild till svår. Individer med autosomal recessiv familjär hyperinsulinism, orsakad av mutationer i antingen ABCC8 eller KCNJ11 (FHI-KATP), tenderar att vara stora för graviditetsåldern och uppvisar vanligtvis svår refraktär hypoglykemi under de första 48 timmarna av livet; drabbade spädbarn svarar vanligtvis endast delvis på diet eller medicinsk behandling (dvs diazoxidbehandling) och kan därför kräva bukspottkörtelresektion. Individer med autosomalt dominant FHI- KATP tenderar att vara lämpliga för graviditetsålder vid födseln, att uppträda vid ungefär ett års ålder (intervall: 2 dagar - 30 år) och att svara på diet och diazoxidbehandling. Undantag från båda dessa allmänheter har rapporterats. FHI-GCK, orsakat av mutationer i GCK , kan vara mycket mildare än FHI-KATP; dock har vissa personer allvarlig hypoglykemi som inte svarar på diazoxid. FHI-HADH, orsakat av mutationer i HADH, tenderar att vara relativt mild, även om allvarliga fall har rapporterats. Individer med FHI-HNF4A, orsakade av mutationer i HNF4A, föds vanligtvis stora för graviditetsåldern och har milda egenskaper som svarar på diazoxidbehandling . FHI-UCP2, orsakat av mutationer i UCP2, är en sällsynt orsak till diazoxid-känslig FH1. Hyperammonemi/hyperinsulinism (HA/HI) är associerad med mild till måttlig hyperammonemi och med relativt mild, sent debuterande hypoglykemi; de flesta men inte alla drabbade individer har mutationer i GLUD1.

Kliniska egenskaper

FHI kännetecknas av hypoglykemi som sträcker sig från allvarlig neonatal, svårhanterlig sjukdom till barndomsdebut med milda symtom och svårdiagnostiserad hypoglykemi. Neonatal debutsjukdom manifesterar sig inom timmar till två dagar efter födseln. Sjukdomar som debuterar i barndomen visar sig under de första månaderna eller levnadsåren. Under den nyfödda perioden kan de presenterade symtomen vara ospecifika, inklusive anfall, hypotoni, dålig matning och apné. I svåra fall är serumglukoskoncentrationerna vanligtvis extremt låga och därför lätta att känna igen, medan i mildare fall kan variabel och mild hypoglykemi göra diagnosen svårare. Även inom samma familj kan sjukdomsmanifestationer variera från mild till svår.

Diagnos/testning

Ungefär 45 % av de drabbade individerna har mutationer i antingen ABCC8, som kodar för proteinet SUR1, eller KCNJ11, som kodar för proteinet Kir6.2. I den Ashkenazi-judiska befolkningen är två ABCC8-grundarmutationer ansvariga för cirka 97% av FHI. Andra ABCC8-grundarmutationer finns i den finska populationen (s. Val187Asp och p.Asp1506Lys). Mutationer i GLUD1 och HNF4A står vardera för cirka 5% av individer med FHI. Aktiverande mutationer i GCK eller inaktiverande mutationer i HADH förekommer hos färre än 1% av individer med FHI. Mutationer i UCP2 har hittills bara rapporterats i två familjer. Ungefär 40 % av individer med FHI har inte en identifierbar mutation i någon av generna som är kända för att vara associerade med FHI.

Förvaltning

Vid initial diagnos korrigeras hypoglykemi med intravenös glukos för att normalisera plasmaglukoskoncentrationen och förhindra hjärnskador. Långsiktig medicinsk behandling inkluderar användning av diazoxid, somatostatinanaloger, nifedipin, glukagon, rekombinant IGF-I, glukokortikoider, humant tillväxthormon, kostinterventioner eller kombinationer av dessa terapier. Hos individer där aggressiv medicinsk behandling inte lyckas upprätthålla plasmaglukoskoncentrationen inom säkra gränser, eller hos vilka sådan terapi inte kan upprätthållas säkert över tid, övervägs pankreasresektion.

externa länkar

Denna artikel innehåller text från United States National Library of Medicine, som är allmän egendom .

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Glutamate_dehydrogenase_1&oldid=1138353285 "