Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Цинкке тәуелді металлоэндопептидазалар туысы
Family of zinc dependent metalloendopeptidases
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.
Matrix metalloproteinases (MMPs), also known as matrix metallopeptidases or matrixins, are metalloproteinases that are calcium dependent zinc containing endopeptidases; other family members are adamalysins, serralysins, and astacins. The MMPs belong to a larger family of proteases known as the metzincin superfamily. Collectively, these enzymes are capable of degrading all kinds of extracellular matrix proteins, but also can process a number of bioactive molecules. They are known to be involved in the cleavage of cell surface receptors, the release of apoptotic ligands (such as the FAS ligand), and chemokine/cytokine inactivation. MMPs are also thought to play a major role in cell behaviors such as cell proliferation, migration (adhesion/dispersion), differentiation, angiogenesis, apoptosis, and host defense. They were first described in vertebrates in 1962, including humans, but have since been found in invertebrates and plants. They are distinguished from other endopeptidases by their dependence on metal ions as cofactors, their ability to degrade extracellular matrix, and their specific evolutionary DNA sequence.
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.
MMPs were described initially by Jerome Gross and Charles Lapiere in 1962, who observed enzymatic activity (collagen triple helix degradation) during tadpole tail metamorphosis (by placing a tadpole tail in a collagen matrix plate). Therefore, the enzyme was named interstitial collagenase (MMP 1). Later, it was purified from human skin (1968), and was recognized to be synthesized as a zymogen. The "cysteine switch" was described in 1990.
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.
The MMPs have a common domain structure. The three common domains are the pro peptide, the catalytic domain, and the haemopexin like C terminal domain, which is linked to the catalytic domain by a flexible hinge region.
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.
X ray crystallographic structures of several MMP catalytic domains have shown that this domain is an oblate sphere measuring 35 x 30 x 30 Å (3.5 × 3 x 3 nm). The active site is a 20 Å (2 nm) groove that runs across the catalytic domain. In the part of the catalytic domain forming the active site there is a catalytically important Zn2+ ion, which is bound by three histidine residues found in the conserved sequence HExxHxxGxxH. Hence, this sequence is a zinc binding motif. The gelatinases, such as MMP 2, incorporate Fibronectin type II modules inserted immediately before in the zinc binding motif in the catalytic domain.
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.
The catalytic domain is connected to the C terminal domain by a flexible hinge or linker region. This is up to 75 amino acids long, and has no determinable structure.
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.
The C terminal domain has structural similarities to the serum protein hemopexin. It has a four bladed β propeller structure. β Propeller structures provide a large flat surface that is thought to be involved in protein protein interactions. This determines substrate specificity and is the site for interaction with TIMP's (tissue inhibitor of metalloproteinases). The hemopexin like domain is absent in MMP 7, MMP 23, MMP 26, and the plant and nematode. The membrane bound MMPs (MT MMPs) are anchored to the plasma membrane via a transmembrane or a GPI anchoring domain.
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.
There are three catalytic mechanisms published. In the first mechanism, Browner M. F. and colleagues proposed the base catalysis mechanism, carried out by the conserved glutamate residue and the Zn2+ ion. In the second mechanism, the Matthews mechanism, Kester and Matthews suggested an interaction between a water molecule and the Zn2+ ion during the acid base catalysis. In the third mechanism, the Manzetti mechanism, Manzetti Sergio and colleagues provided evidence that a coordination between water and zinc during catalysis was unlikely, and suggested a third mechanism wherein a histidine from the HExxHxxGxxH motif participates in catalysis by allowing the Zn2+ ion to assume a quasi penta coordinated state, via its dissociation from it. In this state, the Zn2+ ion is coordinated with the two oxygen atoms from the catalytic glutamic acid, the substrate's carbonyl oxygen atom, and the two histidine residues, and can polarize the glutamic acid's oxygen atom, proximate the scissile bond, and induce it to act as reversible electron donor. This forms an oxyanion transition state. At this stage, a water molecule acts on the dissociated scissile bond and completes the hydrolyzation of the substrate.
Жіктеу
ММП-ны әртүрлі тәсілдермен жіктеуге болады.
The MMPs can be subdivided in different ways.
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.
The most commonly used groupings (by researchers in MMP biology) are based partly on historical assessment of the substrate specificity of the MMP and partly on the cellular localization of the MMP. These groups are the collagenases, the gelatinases, the stromelysins, and the membrane type MMPs (MT MMPs). The collagenases are capable of degrading triple helical fibrillar collagens into distinctive 3/4 and 1/4 fragments. These collagens are the major components of bone, cartilage and dentin, and MMPs are the only known mammalian enzymes capable of degrading them. The collagenases are No. 1, No. 8, No. 13, and No. 18. In addition, No. 14 has also been shown to cleave fibrillar collagen, and there is evidence that No. 2 is capable of collagenolysis. In MeSH, the current list of collagenases includes No. 1, No. 2, No. 8, No. 9, and No. 13. Collagenase No. 14 is present in MeSH but not listed as a collagenase, while No. 18 is absent from MeSH. The main substrates of the gelatinases are type IV collagen and gelatin, and these enzymes are distinguished by the presence of an additional domain inserted into the catalytic domain. This gelatin binding region is positioned immediately before the zinc binding motif, and forms a separate folding unit that does not disrupt the structure of the catalytic domain. The gelatinases are No. 2 and No. 9. The stromelysins display a broad ability to cleave extracellular matrix proteins but are unable to cleave the triple helical fibrillar collagens. The three canonical members of this group are No. 3, No. 10, and No. 11. All six membrane type MMPs (No. 14, No. 15, No. 16, No. 17, No. 24, and No. 25) have a furin cleavage site in the pro peptide, which is a feature also shared by No. 11. However, it is becoming increasingly clear that these divisions are somewhat artificial as there are a number of MMPs that do not fit into any of the traditional groups.
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.
The MMPs play an important role in tissue remodeling associated with various physiological or pathological processes such as morphogenesis, angiogenesis, tissue repair, cirrhosis, arthritis, and metastasis. MMP 2 and MMP 9 are thought to be important in metastasis. MMP 1 is thought to be important in rheumatoid arthritis and osteoarthritis. Recent data suggests active role of MMPs in the pathogenesis of Aortic Aneurysm. Excess MMPs degrade the structural proteins of the aortic wall. Disregulation of the balance between MMPs and TIMPs is also a characteristic of acute and chronic cardiovascular diseases.
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.
All MMPs are synthesized in the latent form (Zymogen). They are secreted as proenzymes and require extracellular activation. They can be activated in vitro by many mechanisms including organomercurials, chaotropic agents, and other proteases.
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.
The MMPs are inhibited by specific endogenous tissue inhibitor of metalloproteinases (TIMPs), which comprise a family of four protease inhibitors: TIMP 1, TIMP 2, TIMP 3, and TIMP 4. Synthetic inhibitors generally contain a chelating group that binds the catalytic zinc atom at the MMP active site tightly. Common chelating groups include hydroxamates, carboxylates, thiols, and phosphinyls. Hydroxymates are particularly potent inhibitors of MMPs and other zinc dependent enzymes, due to their bidentate chelation of the zinc atom. Other substituents of these inhibitors are usually designed to interact with various binding pockets on the MMP of interest, making the inhibitor more or less specific for given MMPs.
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.
Doxycycline, at subantimicrobial doses, inhibits MMP activity, and has been used in various experimental systems for this purpose, such as for recalcitrant recurrent corneal erosions. It is used clinically for the treatment of periodontal disease and is the only MMP inhibitor that is widely available clinically. It is sold under the trade name Periostat by the company CollaGenex. Minocycline, another tetracycline antibiotic, has also been shown to inhibit MMP activity. A number of rationally designed MMP inhibitors have shown some promise in the treatment of pathologies that MMPs are suspected to be involved in (see above). However, most of these, such as marimastat (BB 2516), a broad spectrum MMP inhibitor, and cipemastat (Ro 32 3555), an MMP 1 selective inhibitor, have performed poorly in clinical trials. The failure of Marimastat was partially responsible for the folding of British Biotech, which developed it. The failure of these drugs has been due largely to toxicity (in particular, musculo skeletal toxicity in the case of broad spectrum inhibitors) and failure to show expected results (in the case of trocade, promising results in rabbit arthritis models were not replicated in human trials). The reasons behind the largely disappointing clinical results of MMP inhibitors is unclear, especially in light of their activity in animal models.