Oligopeptidas
Ett oligopeptidas är ett enzym som klyver peptider men inte proteiner . Denna egenskap beror på dess struktur: det aktiva stället för detta enzym är beläget i slutet av en smal hålighet som endast kan nås av peptider.
Historia
Bakgrund
Proteiner är viktiga makromolekyler för levande organismer. De bryts kontinuerligt ned till sina ingående aminosyror som kan återanvändas i syntesen av nya proteiner. Varje cellulärt protein har sin egen halveringstid. Hos människor, till exempel, ersätts 50 % av lever- och plasmaproteinerna på 10 dagar, medan det i muskler tar 180 dagar. I genomsnitt ersätts cirka 50 % av våra proteiner helt var 80:e dag. Även om regleringen av proteinnedbrytning är lika viktig som deras syntes för att hålla varje cellproteinkoncentration på optimal nivå, pågick forskningen på detta område fram till slutet av 1970-talet. Fram till denna tid lysosomer , som upptäcktes på 1950-talet av den belgiske cytologen Christian de Duve , vara ansvariga för den fullständiga nedbrytningen av intra- och extracellulära proteiner av de lysosomala hydrolytiska enzymerna.
Mellan 1970- och 1980-talen förändrades denna syn drastiskt. Nya experimentella bevis visade att, under fysiologiska förhållanden, var icke-lysosomala proteaser ansvariga för begränsad proteolys av intra- och/eller extracellulära proteiner, ett koncept som ursprungligen skapades av Linderstᴓm-Lang 1950. Endogena eller exogena proteiner bearbetas av icke-lysosomala proteaser till mellanstora polypeptider, som uppvisar gen- och metabolisk reglering, neurologiska, endokrina och immunologiska roller, vars dysfunktion kan förklara ett antal patologier. Följaktligen representerade proteinnedbrytning inte längre slutet på proteiners biologiska funktion, utan snarare början på en ännu outforskad sida av cellernas biologi. Ett antal intra- eller extracellulära proteaser frisätter proteinfragment som är utrustade med väsentliga biologiska aktiviteter. Dessa hydrolytiska processer skulle kunna utföras av proteaser såsom Proteasomes , Proprotein Convertases, Caspases , Rennin och Kallikreins . Bland produkterna som frisätts av de icke-lysosomala proteaserna är de bioaktiva oligopeptiderna såsom hormoner, neuropeptider och epitoper som, när de väl frigjorts, skulle kunna moduleras i sina biologiska aktiviteter av specifika peptidaser, vilket främjar trimning, omvandling och/eller inaktivering av det bioaktiva oligopeptider.
Tidig studie
Historien om oligopeptidaser har sitt ursprung i slutet av 1960-talet, när kaninhjärnan söktes efter enzymer som orsakar inaktivering av nonapeptiden bradykinin . I början och mitten av 1970-talet isolerades två tiolaktiverade endopeptidaser, ansvariga för mer än 90 % av bradykinininaktiveringen, från cytosolen från kaninhjärnan och karakteriserades. De motsvarar EOPA (endooligopeptidas A, EC 3.4.22.19) och Prolyl-endopeptidas eller Prolyl-oligopeptidas (POP) (EC 3.4.21.26). Eftersom deras aktiviteter är begränsade till oligopeptider (vanligtvis från 8-13 aminosyrarester) och inte hydrolyserar proteiner eller stora peptider (>30 aminosyrarester), betecknades de oligopeptidaser. I början och mitten av 1980-talet beskrevs andra oligopeptidaser, mestadels metallopeptidaser, i cytosolen i däggdjursvävnader, såsom TOP (thimet-oligopeptidas, EC 3.4.24.15) och neurolysin (EC 3.4.24.16). Tidigare hade ACE ( angiotensin-omvandlande enzym , EC 3.4.15.1) och NEP ( neprilysin , EC 3.4.24.11), beskrivits i slutet av 1960-talet respektive 1973.
Funktion och klinisk betydelse
Korta " oligopeptider ", övervägande mindre än 30 aminosyror långa, spelar viktiga roller som hormoner , i övervakningen mot patogener och i neurologiska aktiviteter. Därför behöver dessa molekyler ständigt skapas specifikt och inaktiveras, vilket är oligopeptidasernas roll. Oligopeptidas är en term som myntades 1979 för att beteckna en undergrupp av endopeptidaser , som inte är involverade i matsmältningen eller bearbetningen av proteiner som pankreasenzymer, proteasomer , katepsiner bland många andra. Prolyl-oligopeptidaset eller prolylendopeptidaset (POP) är ett bra exempel på hur ett oligopeptidas interagerar med och metaboliserar en oligopeptid. Peptiden måste först tränga in i ett 4 Å hål på ytan av enzymet för att nå en 8 500 Å 3 inre hålighet, där det aktiva stället är beläget. Även om storleken på peptiden är avgörande för dess dockning, verkar flexibiliteten hos både enzym och ligand spela en viktig roll för att avgöra om en peptidbindning kommer att hydrolyseras eller inte. Detta står i kontrast till den klassiska specificiteten hos proteolytiska enzymer, som härrör från de kemiska egenskaperna hos aminosyrasidokedjorna runt den sprickbara bindningen. Ett antal enzymstudier stödjer denna slutsats. Denna speciella specificitet antyder att konceptet med konformationell sammansmältning av peptiderna som används för att förklara interaktionen mellan T-cellsreceptorn och dess epitoper, verkar mer sannolikt beskriva den enzymatiska specificiteten hos oligopeptidaserna. En annan viktig egenskap hos oligopeptidaserna är deras känslighet för miljöns oxidation-reducerande (redox) tillstånd. En "på-av"-omkopplare ger en kvalitativ förändring i peptidbindnings- och/eller nedbrytningsaktivitet. Redoxtillståndet utövar dock endast starkt inflytande på cytosoliska enzymer (TOP neurolysin POP och Ndl-1 oligopeptidas, inte på cytoplasmatiska membranoligopeptidaser (angiotensinomvandlande enzym och neprilysin). Redoxtillståndet i den intracellulära miljön modulerar därför mycket sannolikt aktiviteten av de tiolkänsliga oligopeptidaserna, vilket bidrar till att definiera ödet för proteasomprodukter, driva dem till fullständig hydrolys, eller alternativt omvandla dem till bioaktiva peptider, såsom MHC-klass I-peptiderna.
Sedan upptäckten av neuropeptiderna och peptidhormonerna från centrala nervsystemet ( ACTH , β-MSH , endorfin , oxytocin , vasopressin , LHRH , enkefaliner , substans P ) och av perifera vasoaktiva peptider ( angiotensin , bradykinin ) runt mitten av sist århundradet har antalet kända biologiskt aktiva peptider ökat exponentiellt. De är signalmolekyler, som deltar i alla väsentliga aspekter av livet, från fysiologisk homeostas (som neuropeptider, peptidhormoner, vasoaktiva peptider), till immunologiskt försvar (som MHC klass I och II, cytokininer) och som regulatoriska peptider som visar mer än en enda handling. Dessa peptider är ett resultat av partiell proteolys av intracellulära eller extracellulära proteinprekursorer som utförs av flera bearbetningsenzymer eller proteaskomplex ( rennin , kallikreins , calpains , prohormonkonvertaser, proteasomer , endosomer , lysosomer), som omvandlar proteiner till peptider, inklusive de med biologisk aktivitet. De resulterande proteinfragmenten av olika storlekar bryts antingen lätt ned till fria aminosyror eller fångas upp av oligopeptidaser, vars speciella bindnings- och/eller katalytiska egenskaper gör det möjligt för dem att fylla sina fysiologiska roller genom att trimma inaktiva peptidprekursorer som leder till deras aktiva form och omvandla bioaktiva peptider till nya., inaktivera dem, och på så sätt begränsa den kontinuerliga aktiveringen av specifika receptorer, eller skydda den nyligen genererade bioaktiva peptiden från ytterligare nedbrytning, vilket tyder på en peptid-chaperon-liknande aktivitet. TOP, ett allestädes närvarande cytosoliskt oligopeptidas, är ett anmärkningsvärt exempel på hur detta enzym kan spela en viktig roll i immunförsvaret mot cancerceller. Det har också framgångsrikt använts som en krok för att fiska nya bioaktiva peptider från cellernas cytosol.
Peptiders inblandning i cell-cell-interaktioner och i neuropsykiatriska, autoimmuna och neurovegetativa sjukdomar väntar på peptidomics och gentysta tillvägagångssätt, vilket kommer att påskynda bildandet av nya koncept i en framväxande era för oligopeptidaser.
Deltagandet av oligopeptidaser i ett antal patologier har länge rapporterats. ACE har gynnats mest av en grundlig kunskap om enzymstrukturen och dess katalysmekanism, vilket leder till en bättre förståelse av dess roll i kardiovaskulära patologier och terapier. Följaktligen har behandlingen av human arteriell hypertoni i över 30 år utnyttjat ACE-inhibering av aktiva platsriktade hämmare som kaptopril , enalapril , lisinopril och andra. För de andra oligopeptidaserna, särskilt de som är involverade i mänskliga sjukdomar, är de befintliga studierna lovande men ännu inte lika utvecklade som för ACE. Några exempel är: a) POP i nervvävnader har föreslagits vara involverad i neuropsykiatriska störningar, som vid posttraumatisk stress, depression, mani, nervös bulimi, anorexi och schizofreni, som granskats i. b) NEP har varit involverad vid cancer; c) TOP har varit involverat i tuberkulos och cancer; d) EOPA eller NUDEL/EOPA ( NDEL1 /EOPA-genprodukt) har varit involverad i neuronal migration under cortexbildningen i mänskligt embryo (lissencefali) och neuritutväxt hos vuxna, som vid schizofreni. Av en slump har en aktivitet relaterad till utvecklingen av nervvävnad föreslagits för POP, men som inte involverar dess proteolytiska aktivitet. Frånvaron av ett oligopeptidas i tarmen var också ansvarig för de minskade zinknivåerna i serum som observerades hos patienter som har sjukdomen Acrodermatitis Enteropathica.
