Кіріспе

Цинкке тәуелді металлоэндопептидазалар туысы

Матрикс металлопротеиназалары (ММП), сондай-ақ матрикс металлопептидазалары немесе матриксиндер деп те аталады, бұл кальцийге тәуелді, цинк қамтитын эндопептидазалар болып табылатын металлопротеиназалар; осы туысқа адамализиндер, серализиндер және астациндер де жатады. ММП-лар метзинцин суперайылы деп танылатын протеазалардың кең туысына кіреді. Бұл ферменттер барлық түрдегі клеткадан тыс матрицалық ақуыздарды ыдырата алады, сонымен қатар көптеген биоактивті молекулаларды өңдейді. Олар жасуша бетіндегі рецепторларды кесуге, апоптоздық лигандтарды (мысалы, FAS лиганды) босатуға және хемокин/цитокин инактивациясына қатысатыны белгілі. ММП-лар жасуша көбеюі, қозғалысы (жабысу/таралу), дифференциациялануы, ангиогенез, апоптоз және организмді қорғау сияқты жасушалық мінез-құлықтарда маңызды рөл атқарады деп саналады. Олар алғаш рет 1962 жылы омыртқалы жануарларда, оның ішінде адамдарда сипатталған, бірақ кейін омыртқасыз жануарлар мен өсімдіктерде де табылды. Олар басқа эндопептидазалардан металл иондарына кофактор ретінде тәуелділігімен, клеткадан тыс матрицаны ыдырата алу қабілетімен және ерекше эволюциялық ДНК тізбегімен ерекшеленеді.

Тарих

ММП-ны алғаш рет 1962 жылы Жером Гросс пен Чарльз Лапиер сипаттады, олар коллаген матрицалық пластинаға шабақ құйрығын орналастырып, шабақ метаморфозы кезінде коллагеннің үштік спиральді ыдырауы сияқты ферменттік белсенділікті байқады. Сондықтан ферментке интерстициалдық коллагеназа (ММП 1) деп ат қойылды. Кейін 1968 жылы адам терісінен тазартылып, ол зимоген түрінде синтезделетіні анықталды. "Цистеин ауыстырғышы" 1990 жылы сипатталды.

Құрылымы

ММП-лердің ортақ домендік құрылымы бар. Үш ортақ домен – пропептид, каталитикалық домен және гемопексинге ұқсас C-терминалды домен, икемді біліктік аймақ арқылы каталитикалық доменмен байланысқан.

Каталитикалық домен

Рентген сәулелері кристаллографиялық құрылымдары бірнеше MMP каталитикалық домендерінің бұл доменнің 35 x 30 x 30 Å (3,5 × 3 x 3 нм) өлшемдегі жалпақ сфера екенін көрсетті. Белсенді орын – каталитикалық домен арқылы созылатын 20 Å (2 нм) терең ойық. Каталитикалық доменнің белсенді орынды құрайтын бөлігінде катализ үшін маңызды Zn2+ ионы бар, ол HExxHxxGxxH консервацияланған тізбегіндегі үш гистидин қалдықтарымен байланысқан. Сондықтан бұл тізбек мырыш байланыстыру мотиві болып табылады. ММП 2 сияқты желатиназалар каталитикалық домендегі мырыш байланыстыру мотивіне тікелей жақын орналасқан II типті фибронектин модульдерін қамтиды.

Шеңбер аймағы

Каталитикалық домен икемді біліктік немесе байланыстырушы аймақ арқылы С-терминалды доменмен байланысқан. Бұл аймақ 75 аминқышқылына дейін созылуы мүмкін, және оның анықталған құрылымы жоқ.

Гемопексинге ұқсас С-терминал домені

С терминалды доменінің құрылымы қан сарысуындағы гемопексин ақуызына ұқсас. Онда төрт қанатты β-пропеллер құрылымы бар. β-пропеллер құрылымдары, ақуыз-ақуыз өзара әрекеттесуіне қатысатын, үлкен, тегіс бетті қамтамасыз етеді. Бұл субстратқа қатысты таңдаулылықты анықтайды және металлопротеиназалардың тіндік тежегіштері (TIMP)мен өзара әрекеттесу орыны болып табылады. Гемопексинге ұқсас домен ММП 7, ММП 23, ММП 26, сондай-ақ өсімдіктер мен нематодаларда кездеспейді. Мембранаға бекітілген ММП (MT-ММП) трансмембраналық немесе GPI бекіткіш домені арқылы плазмалық мембранаға бекітіледі.

Катализациялық механизм

Үш каталитикалық механизм жарияланды. Бірінші механизмде Брауннер М. Ф. және оның әріптестері сақталған глутамат қалдығы мен Zn2+ ионы арқылы жүзеге асырылатын базалық катализ механизмін ұсынды. Екінші механизмде, Мэтьюс механизмі, Кестер мен Мэтьюс қышқылдық-негіздік катализ кезінде су молекуласы мен Zn2+ ионының өзара әрекеттесуін ұсынды. Үшінші механизмде, Манцетти механизмі, Манцетти Серхио және оның әріптестері катализ кезінде су мен мырыш арасындағы координацияның болуы мүмкін емес екенін көрсетті және үшінші механизмді ұсынды, онда HExxHxxGxxH мотивінен гистидин Zn2+ ионынан ажырау арқылы квази-пентакоординациялық күйге өтуіне мүмкіндік береді, осылайша катализге қатысады. Бұл күйде Zn2+ ионы катализдік глутамин қышқылының екі оттегі атомымен, субстраттың карбонилдік оттегі атомымен және екі гистидин қалдығымен координацияланады, сондай-ақ глутамин қышқылының оттегі атомын поляризациялап, ыдырауға тиіс байланысқа жақын орналасқанда кері электрон доноры ретінде әрекет етуіне ықпал етеді. Бұл оксианиондық өтпелі күйді құрайды. Осы кезеңде су молекуласы ыдыраған байланысқа әсер етіп, субстраттың гидролизін аяқтайды.

Жіктеу

ММП-ны әртүрлі тәсілдермен жіктеуге болады.

Функционалды

Ең көп қолданылатын топтамалар (MMP биологиясы зерттеушілері) ішінара MMP субстратына қатысты тарихи бағалауға, ал ішінара MMP жасушалық локализациясына негізделген. Бұл топтар – коллагеназалар, желатиназалар, стромлизиндер және мембраналық типтегі ММФ (МТ ММФ). Коллагеназалар үш спиральді фибриллярлы коллагендерді ерекше 3/4 және 1/4 фрагменттерге ыдыратуға қабілетті. Бұл коллагендер сүйек, шеміршек және дентиннің негізгі құрауыштары болып табылады, ал ММФ – оларды ыдырата алатын сүтқоректілердегі жалғыз белгілі ферменттер. Коллагеназалар – No. 1, No. 8, No. 13 және No. 18. Сонымен қатар, No. 14 фибриллярлы коллагенді де ыдырататыны көрсетілген, және No. 2 коллагенолиз қабілетіне ие екеніне дәлелдер бар. MeSH жүйесінде коллагеназалардың қазіргі тізіміне No. 1, No. 2, No. 8, No. 9 және No. 13 кіреді. No. 14 коллагеназа MeSH-те бар, бірақ коллагеназа ретінде тізімделмеген, ал No. 18 MeSH-те жоқ. Желатиназалардың негізгі субстраттары IV типті коллаген және желатин болып табылады, және бұл ферменттер каталитикалық доменге енгізілген қосымша доменнің болуымен ерекшеленеді. Бұл желатин байланысу аймағы мырыш байланысу мотивіне тікелей жақын орналасқан және каталитикалық доменнің құрылымын бұзбайтын жеке қылыштану бірлігін құрайды. Желатиназалар – No. 2 және No. 9. Стромлизиндер клеткадан тыс матрица ақуыздарын ыдыратуға кең мүмкіндіктерге ие, бірақ үш спиральді фибриллярлы коллагендерді ыдырата алмайды. Бұл топтың үш канондық мүшесі – No. 3, No. 10 және No. 11. Барлық алты мембраналық типтегі ММФ (No. 14, No. 15, No. 16, No. 17, No. 24 және No. 25) пропептидте фурин бөліну орнына ие, бұл қасиет No. 11-ге де тән. Алайда, осы жіктемелердің шамалы жасанды екені анық бола бастады, себебі көптеген ММФ дәстүрлі топтардың ешқайсысына толық сәйкес келмейді.

Функция

ММП-лар морфогенез, ангиогенез, тіндердің жаңаруы, цирроз, артрит және метастаз сияқты әртүрлі физиологиялық немесе патологиялық процестермен байланысты тіндердің қайта құрылуында маңызды рөл атқарады. ММП 2 және ММП 9 метастаз процесінде маңызды деп есептеледі. ММП 1 ревматоидты артрит және остеоартритте маңызды рөл атқарады. Жақындағы зерттеулер ММП-лардың Аорта аневризмасының патогенезінде белсенді қатысуын көрсетеді. Шамадан тыс ММП-лар аорта қабырғасының құрылымдық ақуыздарын ыдыратады. ММП мен ТИМП арасындағы тепе-теңдіктің бұзылуы жедел және созылмалы жүрек-қан тамырлары ауруларының да ерекшелігі болып табылады.

Белсенділендіру

Барлық ММП-лар латентті түрінде (зимоген) синтезделеді. Олар проэнзимдер ретінде секрецияланады және клетка сыртында белсендірілуді қажет етеді. Оларды in vitro түрлі механизмдер арқылы белсендіруге болады, оның ішінде органомеркуриалдар, хаотроптық заттар және басқа протеазалар да бар.

Ингибиторлар

ММП-лар металлопротеиназалардың эндогенді тіндік ингибиторлары (ТИМП) арқылы тежеледі, олар төрт протеаза ингибиторынан тұратын отбасы: ТИМП 1, ТИМП 2, ТИМП 3 және ТИМП 4. Синтетикалық ингибиторлардың құрамында, әдетте, ММП белсенді орнындағы каталитикалық мырыш атомын берік байланыстыратын хелаттаушы топ болады. Көбінесе қолданылатын хелаттаушы топтарға гидроксиматтар, карбоксилаттар, тиолдар және фосфинилдер жатады. Гидроксиматтар мырыш атомын екі тісті хелаттау арқасында ММП және басқа да мырышқа тәуелді ферменттердің өте қуатты ингибиторлары болып табылады. Бұл ингибиторлардың басқа топтары әдетте қызығушылық тудыратын ММП-ның әртүрлі байланысу қуыстарымен өзара әрекеттесуге арналған, бұл ингибиторды нақты ММП-ларға қатысты селективті етеді.

Фармакология

Доксициклин, антибиотикалық емес дозаларда, ММФ белсенділігін тежейді және осы мақсатта әртүрлі тәжірибелік жүйелерде қолданылған, мысалы, рецидивті мүйіз қабығының эрозиясында. Ол клиникалық жағдайда периодонтальды ауруларды емдеу үшін қолданылады және клиникалық тұрғыдан кеңінен қолжетімді жалғыз ММФ ингибиторы болып табылады. Ол CollaGenex компаниясымен Periostat саудалық атауымен сатылады. Миноциклин, тағы бір тетрациклин антибиотығы, ММФ белсенділігін тежейтіні де көрсетілді. Ғылыми тұрғыдан жобаланған ММФ ингибиторларының бірқатары ММФ-тардың қатысуы күдіктелген патологияларды емдеуде үміттендірді (жоғарыда қараңыз). Дегенмен, олардың көпшілігі, мысалы, кең спектрлі ММФ ингибиторы – маримастат (BB 2516) және ММФ 1-ге селективті ингибиторы – ципемастат (Ro 32 3555) клиникалық сынақтарда нашар нәтижелер көрсетті. Маримастаттың сәтсіздігі оны жасаған British Biotech компаниясының құлдырауына ықпал етті. Бұл препараттардың сәтсіздігі көбінесе уыттылығына (әсіресе, кең спектрлі ингибиторлар үшін бұлшық-сүйек жүйесіне уыттылығына) және күтілген нәтижелерді көрсетпеуіне байланысты (трокаданың жағдайында, қоянның артрит моделіндегі жақсы нәтижелер адамдарға жасалған сынақтарда қайталанбады). ММФ ингибиторларының клиникалық нәтижелерінің көбінесе көңіл көншітпейтін болуының себептері әлі анық емес, әсіресе жануарлар моделіндегі олардың белсенділігін ескере отырып.