Кіріспе

Глутатион S трансферазалары (GST), бұрын лигандиндер деп аталған, эукариоттық және прокариоттық II фазалық метаболизм изоэнзимдерінің отбасы болып табылады. Олар глютатионның (GSH) тотыққан түрінің ксенобиотиктік субстраттарға қосылуын (конъюгациясын) катализдеу қабілетімен белгілі, бұл детоксикация мақсатында жасалады. GST отбасы үш суперотбасынан тұрады: цитозольдік, митохондриялық және микросомальдік – сондай-ақ MAPEG ақуыздары деп те аталады. GST суперотбасының мүшелері аминқышқылдық тізбектері бойынша өте алуан түрлі, ал көптеген тізбектердің қоғамдық дерекқорлардағы функциясы әлі анықталмаған. GST ферменттері сульфгидрил тобы арқылы GSH-тің әртүрлі субстраттардағы электрофильдік орталықтарға қосылуын катализдейді, осылай қосылыстардың суда ерігіштігі артады.

Жіктеу

Белгілі бір аминқышқыл тізбегі мен құрылымы GST-ның үш суперотбасының (цитозольдық, митохондриялық және MAPEG) қосымша жіктеу критерийлері болып табылады: цитозольдық GST суперотбасының кластары 40%-дан астам тізбек гомологиясын көрсетсе, басқа кластарда бұл көрсеткіш 25%-дан кем болуы мүмкін. Цитозольдық GST-лер құрылымына сәйкес 13 классқа бөлінеді: альфа, бета, дельта, эпсилон, зета, тета, му, ну, пи, сигма, тау, фи және омега. Митохондриялық GST-лер каппа класына жатады. Микросомалық GST-лердің MAPEG суперотбасы I-IV деп аталатын кіші топтардан тұрады, олардың арасындағы аминқышқыл тізбектерінің ұқсастығы 20%-дан кем. Адамның цитозольдық GST-лері альфа, зета, тета, му, пи, сигма және омега классларына жатады, ал MAPEG суперотбасының I, II және IV классларына жататын алты изофермент бар екені белгілі.

Эволюция

Табиғи токсиндерге байланысты қоршаған ортаның тудырған қиындықтары Drosophilae-ді DDT-ге қарсы тұруға дайындауға көмектесті. Атап айтқанда, GST-нің бұл рөлдегі функциясы екі қырлы: ферменттің гидрофобтық H орнында субстратты және іргелес, гидрофильді G орнында ГСН-ді байланыстыру, олар бірге ферменттің белсенді орнын құрайды; содан кейін GSH-тың тиол тобын белсендіре отырып, субстратқа нуклеофильді шабуыл жасауға мүмкіндік беру. GST димерінің екі суббірлігі де, гетеро немесе гомодимерлік болсын, бір субстратсыз байланысу орнымен қатар ГСН байланысу орнын қамтиды. Алайда, гетеродимерлік GST кешендерінде, мысалы, цитозольдік mu және альфа кластарымен қалыптасқанда, екі суббірлік арасындағы ойыс қосымша жоғары сәйкестікке ие субстратсыз ксенобиотикалық байланысу орнына ие, бұл ферменттердің гетеродимерлер құру қабілетін анықтайды. GST-лермен нысаналанған қосылыстар қоршаған ортаның немесе басқа да экзогендік токсиндердің алуан түрлерін қамтиды, оның ішінде химиотерапиялық заттар және басқа да дәрілер, пестицидтер, гербицидтер, канцерогендер және әртүрлі алынған эпоксидтер; шындығында, GST-лер афлатоксин B1-ден түзілген реактивті аралық – β1 8,9 эпоксидінің конъюгациясына жауапты, бұл кеміргіштерде токсинге қарсы маңызды қорғаныш механизмі болып табылады. Детоксикациялық реакциялар меркаптурин қышқылы синтезінің алғашқы төрт қадамын құрайды. Дегенмен, кейбір эндогендік қосылыстар, мысалы, билирубин, GST активтілігін тежеуі мүмкін. Сүтқоректілерде GST изоформаларының жасушаға тән таралуы бар (мысалы, гепатоциттердегі α GST және адам бауырының өт жолдарындағы π GST). GST-лер клопидогрелдің биоактивация процесінде маңызды рөл атқарады.

Жасуша сигналдауындағы рөлі

ГСТ-лер ксенобиотиктерді ГСН-мен байланыстырып, осылайша жасушалық ортаны заласыздандыру қабілетімен жақсы танымал болғанымен, олар маңызды жасушалық сигнал беруге қатысты субстрат емес лигандтарды да байланыстыра алады. Әртүрлі классқа жататын бірнеше ГСТ изоферменттері жасушалардың көбеюі мен өлімін реттейтін MAPK жолына қатысқан киназаның қызметін тежейді, соның салдарынан киназа сигналды жіберудегі рөлін орындай алмайды. Сүтқоректілер ГСТ отбасының жақсы сипатталған изоферменті – цитозольді GSTP1 1 негізінен жүрек, өкпе және ми тіндерінде экспрессияланады; шындығында, ол бауырдан тыс жерде экспрессияланатын ең көп таралған ГСТ. Адамның ісік жасушаларының көпшілігінде оның артық экспрессиялануы және химиотерапияға төзімді ісіктерде кең таралғандығына байланысты, GSTP1 1 қатерлі ісіктің дамуына және оның дәрілік емге қарсы тұруына ықпал етеді деп саналады. Бұл туралы қосымша дәлел GSTP-нің JNK арқылы C Jun фосфорилиялануын селективті түрде тежеп, апоптозды болдырмауынан көрінеді. Проапоптоздық JNK жолын GSTP тежеуі мен дәріге төзімді ісік жасушаларында изоферменттің артық экспрессиялануы арасындағы байланыс, ісік жасушаларының GSTP субстраты емес дәрілермен шақырылған апоптоздан құтылу қабілетін түсіндіруі мүмкін.

Клиникалық маңызы

Қатерлі ісіктердің дамуы мен химиотерапиялық препараттарға қарсы тұрудағы рөлдерінен өзге, GST-лер GSH-пен байланысты әртүрлі ауруларға қатысты. Альфа, мю, пи және тета кластарындағы GST полиморфизмдерінің әртүрлі қатерлі ісік түрлеріне сезімталдықтың өсуіне әсері туралы деректер шектеулі болғанымен, көптеген зерттеулер мұндай генотиптік вариацияларды астма, атеросклероз, аллергия және басқа да қабыну ауруларымен байланыстырды. Омега класындағы GST (GSTO) гендері, әсіресе, Альцгеймер, Паркинсон және амиотрофиялық бүйірлік склероз сияқты неврологиялық аурулармен байланысты; қайтадан, тотығу стресі себепші деп саналады, GSTO гендерінің экспрессиясы төмендегенде аурулардың пайда болу жасы ертерек болады.

Органдардың зақымдануын көрсететін GST-тің шығарылуы

ГСТ-ның жоғары жасушаішілік концентрациясы және олардың жасушаға тән таралуы, оларға нақты жасуша түрлерінің зақымдануын анықтау және бақылау үшін биомаркерлер ретінде жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Мысалы, гепатоциттерде альфа-ГСТ деңгейі жоғары, ал сарысудағы альфа-ГСТ трансплантация, уыттану және вирустық инфекциялар кезінде гепатоциттердің зақымдануын көрсетеді. Адамдарда бүйректің проксимальді түтікшелі жасушаларында альфа-ГСТ жоғары концентрацияда болады, ал дистальді түтікшелі жасушаларында пи-ГСТ кездеседі. Осы ерекше таралу, зәрдегі ГСТ өлшемін трансплантация, нефротоксикация және ишемиялық зақымдану кезінде бүйрек түтікшелерінің зақымдануын сандық бағалау және анықтау үшін пайдалануға мүмкіндік береді. Кеміргіштердегі клиникалық алдын ала зерттеулерде зәрдегі және сарысудағы альфа-ГСТ, тиісінше бүйректің проксимальді түтікшелік және гепатоциттер некрозының сезімтал және нақты индикаторлары екені көрсетілді.

GST-белгілері және GST-түсіру сынағы

GST-ны қызығушылық тудыратын белоктан ерітіндіде бөліп алу үшін, кері түсіру әдісі деп аталатын процесте қолдануға болады. Бұл GST ДНК кодтау тізбегін, қызығушылық тудыратын белокты кодтайтын тізбекке жақын орналастыру арқылы іске асырылады. Осылайша, транскрипция және трансляциядан кейін GST белгісі және қызығушылық тудыратын белок бірлесіп, біріккен белок ретінде синтезделеді. GST белгісі GSH-қа жоғары байланыс күшіне ие болғандықтан, қосылыспен қапталған гранулаларды белок қоспасына қосуға болады. Нәтижесінде, GST-ға байланысқан қызығушылық тудыратын белок гранулаларға жабысып, ерітіндідегі қалған белоктардан бөлінеді. Гранулалар қалпына келтіріліп, қызығушылық тудыратын белокты гранулалардан бөліп алу үшін бос GSH-пен жуылады, соның нәтижесінде тазартылған белок алынады. Бұл техника тікелей белок-белок өзара әрекеттесуін анықтау үшін қолданылуы мүмкін. Бұл әдістің кемшілігі – қызығушылық тудыратын белок GST белігімен байланысқандықтан, оның табиғи күйі өзгереді. GST белгісі көбінесе GST біріккен белоктарын бөліп, тазарту үшін қолданылады. Белгінің мөлшері 220 аминқышқылынан (шамамен 26 кДа) тұрады, бұл Myc белгісі немесе FLAG белгісі сияқты белгілерге қарағанда айтарлықтай үлкен. Оны белоктың N немесе C ұшына біріктіруге болады. Тазарту белгісі ретінде ғана емес, GST сондай-ақ қосылған белок үшін шаперон ретінде әрекет етеді, оның дұрыс бүгілуіне көмектеседі және бактерияларда экспрессияланған кезде инклюзиялық денелерде жиналуын болдырмайды. Егер GST белгісі мен қызығушылық тудыратын белоктың арасында (көптеген коммерциялық GST белгіленген плазмидтерде кездесетіндей) қолайлы кесу орны енгізілген болса, GST белгісін тромбин протеазасын қосу арқылы тазартудан кейін оңай алып тастауға болады.