Кіріспе
GTP гуанилат циклазасынан cGMP синтездейтін лиаз ферменті (EC 4.6.1.2, сондай-ақ гуанил циклаза, гуанил циклаза немесе GC деп те аталады; жүйелі атауы GTP дифосфат лиазасы (циклизациялау; 3′,5′ циклдік GMP түзетін)) – гуанозин трифосфатын (GTP) циклдік гуанозин монофосфатына (cGMP) және пирофосфатқа айналдыратын лиаз ферменті. cAMP сияқты, cGMP да пептид гормондары мен азот оксиді сияқты жасушааралық хабаршылар жеткізетін хабарды қабылдайтын маңызды екінші хабаршы, сонымен қатар автокриндік сигнал ретінде де жұмыс істей алады. Жасуша түріне байланысты, ол ақуыз синтезін қажет ететін бейімделу/даму өзгерістерін тудыруы мүмкін. Жұмсақ бұлшық еттерде cGMP босаңсу сигналы болып табылады және тамырлардың кеңеюін, дауыс тонусын, инсулин секрециясын және перистальтиканы реттеу сияқты көптеген гомеостаздық механизмдермен байланысты. Түзгеннен кейін, cGMP фосфодиэстеразалармен ыдырайды, олар тіндерге байланысты әртүрлі реттелуге жатады.
Guanylate cyclase (EC 4.6.1.2, also known as guanyl cyclase, guanylyl cyclase, or GC; systematic name GTP diphosphate lyase (cyclizing; 3′,5′ cyclic GMP forming)) is a lyase enzyme that converts guanosine triphosphate (GTP) to cyclic guanosine monophosphate (cGMP) and pyrophosphate:
Like cAMP, cGMP is an important second messenger that internalizes the message carried by intercellular messengers such as peptide hormones and nitric oxide and can also function as an autocrine signal. Depending on cell type, it can drive adaptive/developmental changes requiring protein synthesis. In smooth muscle, cGMP is the signal for relaxation, and is coupled to many homeostatic mechanisms including regulation of vasodilation, vocal tone, insulin secretion, and peristalsis. Once formed, cGMP can be degraded by phosphodiesterases, which themselves are under different forms of regulation, depending on the tissue.
Әсерлер
Гуанилат циклаза торшада (RETGC) кездеседі және таяқшалар мен конустардағы визуалды фототрансдукцияны реттейді. Ол фоторецепторлардың жарықтан гиперполяризациялануына жауап ретінде белсендірілетін кальцийдің теріс кері байланыс жүйесінің бөлігі болып табылады. Бұл жасуша ішіндегі кальций деңгейінің төмендеуіне әкеледі, ал бұл гуанилат циклазаны белсендіретін белоктарды (GCAP) ынталандырады. Зерттеулер конустардағы cGMP синтезі таяқшалардағыдан 5-10 есе жоғары екенін көрсетті, бұл конустың жарыққа бейімделуін реттеуде маңызды рөл атқарады. Сонымен қатар, зерттеулер көрсеткендей, зебра балығы сүтқоректілерге қарағанда көбірек GCAP экспрессиялайды және зебра балығының GCAP кем дегенде үш кальций ионын байланыстыра алады. Гуанилат циклаза 2С (ГЦ С) – негізінен ішек нейрондарында экспрессияланатын фермент. ГЦ С-нің белсенділігі глютамат және ацетилхолин рецепторларымен реттелетін қоздырғыш жасуша жауабын күшейтеді. GC C, негізінен ішек эпителийіндегі секрецияны реттеуімен белгілі болса да, мида да экспрессияланады. Нақтырақ айтқанда, ол дофаминергілік нейрондардың соматаларында және дендриттерінде вентральді тегментальді аймақта (VTA) және қара затта (substantia nigra) кездеседі. Кейбір зерттеулер бұл жолдың назар аудару қабілетінің жетіспеуімен және гипербелсенділікпен байланысты болуы мүмкін екенін көрсетеді. Ерітілген гуанилат циклаза гема молекуласын қамтиды және негізінен азот оксидінің (NO) осы гемаға байланысуы арқылы белсендіріледі. sGC – газ тәрізді, мембранада еритін нейротрансмиттер – NO үшін негізгі рецептор. sGC экспрессиясы мидың басқа аймақтарына қарағанда жолақты денеде ең жоғары деңгейде болады және Паркинсон ауруында жолақты дене дисфункциясын қалпына келтіру үшін потенциалды кандидат ретінде зерттелді. sGC допамин мен глутаматты реттеуде жасуша ішіндегі делдал ретінде әрекет етеді. Допамин тапшылығы бар жолақты денедегі cGMP деңгейінің жоғарылауы, нейрондық сезімталдықты арттырады және Паркинсон ауруының симптомдарымен байланысты. Жасуша ішіндегі cGMP деңгейінің жоғарылауы нейронның жоғары қозғызғыштығына және қозғалыс белсенділігіне әкелуі мүмкін. Бұл жолдың белсенділігі пресинаптикалық глутаматтың босауын ынталандырып, постсинаптикалық AMPA рецепторларының жоғарылауына себеп болуы мүмкін.
Түрлері
Гуанилат циклазаларының мембранаға байланысқан (1-тип, гуанилат циклазамен жұптасқан рецептор) және ерігіш (2-тип, ерігіш гуанилат циклаза) түрлері бар. Мембранаға байланысқан гуанилат циклазалары сыртқы лигандты байланыстыру доменін (мысалы, BNP және ANP сияқты пептид гормондары үшін), трансмембраналық доменді және аденил циклазаларға гомологты ішкі каталитикалық доменді қамтиды. Жақында су ортасында өсетін саңырауқұлақта тікелей жарықпен ашылатын гуанилат циклазасы табылды. Сүтқоректілердің торлық қабатында екі түрлі гуанилат циклаза анықталды, олардың әрқайсысы жеке гендермен кодталған: RETGC 1 және RETGC 2. RETGC 1 конус жасушаларында таяқша жасушаларына қарағанда жоғары деңгейде экспрессияланатыны анықталды. Зерттеулер RETGC 1 геніндегі мутациялар фототрансдукция процестерін бұзып, конус таяқша дистрофиясына алып келуі мүмкін екенін көрсетті.
Мутация
Конус дистрофиясы (КД) – фоторецепторлардың функциясының торалық деградациясы, онда дистрофияның басталуымен конус функциясы жоғалады, бірақ таяқша функциясы дерлік соңына дейін сақталады. КД бірнеше генетикалық мутациялармен байланысты, оның ішінде гуанилат циклаза активаторы 1А (GUCA1A) және гуанилат циклаза 2D (GUY2D) мутациялары, басқа ферменттермен қатар. Нақтырақ айтқанда, GUY2D RETGC 1-ді кодтайды, ол cGMP синтезі арқылы конусқа бейімделуге және фоторецепторлардың сезімталдығына қатысады. Кальцийдің төмен концентрациясы гуанилат циклазаны белсендіретін белоктар (GCAP) арқылы стимуляциялау арқылы RETGC 1 белоктарының димеризациясына әкеледі. Бұл процесс 817-857 аминқышқылдарында жүреді, ал осы аймақтағы мутациялар RETGC 1-дің GCAP-қа деген туыстығын арттырады. Бұл нейронның кальцийге сезімталдығын өзгертеді, мутациялық RETGC 1-дің жоғары кальций деңгейінде GCAP арқылы белсендірілуіне мүмкіндік береді. RETGC 1 cGMP-ны өндіреді, ол циклді нуклеотидтердегі қақпалы каналдарды ашық ұстап, кальцийдің ағылуына мүмкіндік береді, сондықтан бұл мутация жасуша ішіндегі кальцийдің өте жоғары деңгейін тудырады. Жасушада көптеген рөлдерді атқаратын және қатаң реттелетін кальций, оның артық мөлшері пайда болғанда мембрананы бұзады. Сонымен қатар, кальций цитохром c-нің босауына себеп болып, апоптозбен байланысты. Сондықтан RETGC 1-дегі мутациялар жасуша ішіндегі кальций деңгейін арттыру және конус фоторецепторларының өлімін стимуляциялау арқылы КД-ны тудыруы мүмкін.