Кіріспе
Адамда кездесетін сүтқоректілер ақуызы. Глюкоза-6-фосфат изомеразасы (GPI), сондай-ақ фосфогликоза изомеразасы/фосфогликоизомеразасы (PGI) немесе фосфогексоза изомеразасы (PHI) деп те аталады, – фермент (), адамда 19-шы хромосомадағы GPI генімен кодталады. Бұл ген глюкоза фосфат изомеразасы ақуыздар тобының бір мүшесін кодтайды. Кодталған ақуыз, механикалық түрде ерекше функцияларды орындау қабілетіне байланысты, «ай жарығын шығаратын» ақуыз ретінде анықталған. Цитоплазмада ген өнімі гликолиздік фермент (глюкоза-6-фосфат изомеразасы) ретінде жұмыс істейді, глюкоза-6-фосфатты (G6P) және фруктоза-6-фосфатты (F6P) бір-біріне айналдырады. Жасушадан тыс ортада кодталған ақуыз (нейролейкин деп те аталады) – қаңқалық моторлық нейрондар мен сезімдік нейрондардың тірі қалуын қамтамасыз ететін нейротрофтық фактор және иммуноглобулин секрециясын күшейтетін лимфокин ретінде әрекет етеді. Кодталған ақуыз, сонымен қатар, ісік секрециялайтын цитокин және ангиогендік фактор ретіндегі қосымша функциясының негізінде автокриндік қозғалыс факторы (AMF) деп те аталады. Бұл гендегі ақаулар гемолитикалық анемияға себеп болады, ал ферменттің ауыр тапшылығы гидропс феталисқа, нәрестелердің туғаннан кейін дереу қайтыс болуына және неврологиялық бұзылыстарға әкелуі мүмкін. Альтернативті тілісу нәтижесінде бірнеше транскрипт варианттары пайда болады. [RefSeq деректері, 2014 жылғы қаңтар]
Glucose 6 phosphate isomerase (GPI), alternatively known as phosphoglucose isomerase/phosphoglucoisomerase (PGI) or phosphohexose isomerase (PHI), is an enzyme ( ) that in humans is encoded by the GPI gene on chromosome 19. This gene encodes a member of the glucose phosphate isomerase protein family. The encoded protein has been identified as a moonlighting protein based on its ability to perform mechanistically distinct functions. In the cytoplasm, the gene product functions as a glycolytic enzyme (glucose 6 phosphate isomerase) that interconverts glucose 6 phosphate (G6P) and fructose 6 phosphate (F6P). Extracellularly, the encoded protein (also referred to as neuroleukin) functions as a neurotrophic factor that promotes survival of skeletal motor neurons and sensory neurons, and as a lymphokine that induces immunoglobulin secretion. The encoded protein is also referred to as autocrine motility factor (AMF) based on an additional function as a tumor secreted cytokine and angiogenic factor. Defects in this gene are the cause of nonspherocytic hemolytic anemia, and a severe enzyme deficiency can be associated with hydrops fetalis, immediate neonatal death and neurological impairment. Alternative splicing results in multiple transcript variants. [provided by RefSeq, Jan 2014]
Құрылымы
Функционалдық GPI - екі бірдей мономерден тұратын 64 kDa димер. Екі мономер екі шығыңқы арқылы құшақтап, тығыз байланысады. Әрбір мономердің белсенді орны екі домен мен димерлік интерфейс арасындағы ойыспен қалыптасады. Екі доменнің әрқайсысы αβα сэндвич құрылымын құрайды, кіші доменде α-спиральдармен қоршалған бес жіпті β-парақшасы бар, ал үлкен доменде алты жіпті β-парақшасы бар. Әр мономердің N-терминалында орналасқан үлкен домен және C-терминалында "қол тәрізді" шығыңқылар кездеседі. Кіші домендегі бірнеше аминқышқылдар фосфатты байланыстыруға қатысады, ал басқа аминқышқылдар, әсіресе His388, үлкен және C-терминалдық домендерден, осы фермент катализдейтін қант сақинасын ашу кезеңі үшін маңызды. Изомеризациялық белсенділік димерлік интерфейсте жүзеге асса, осы ферменттің димерлік құрылымы оның каталитикалық функциясы үшін өте маңызды.
Глюкозаның изомерленуі
Глюкоза-6-фосфаты пираноза түрінде GPI-мен байланысады. Сақина "итеру-тарту" механизмі арқылы His388-дің C5 оттегін протондауымен және Lys518-дің C1 гидроксил тобын депротондауымен ашылады. Бұл ашық тізбекті альдоза құрайды. Содан кейін субстрат C3-C4 байланысы бойынша бұрылып, изомерлендіруге қалыптасады. Осы кезде Glu357 C2-ден протонды алып тастап, Arg272 тұрақтандырған цис-энедиолат аралық қосылысын жасайды. Изомерлендіруді аяқтау үшін Glu357 C1-ге протонын береді, C2 гидроксил тобы протонын жоғалтады және ашық тізбекті кетоза – фруктоза-6-фосфаты түзіледі. Соңында, сақина C3-C4 байланысы бойынша қайта бұрылып, Lys518-дің C5 гидроксилін депротондауымен жабылады. Фруктоза-6-фосфатынан глюкоза-6-фосфатына өту кезінде, егер С2 көміртегі дұрыс емес хиральдылыққа ие болса, нәтиже маноза-6-фосфаты болуы мүмкін, бірақ фермент мұндай нәтижеге өте төмен, физиологиялық емес жылдамдықпен ғана жол береді. Реакция қайтымды болғандықтан, оның бағыты G6P және F6P концентрацияларымен анықталады және метастаздарды ынталандырады. Жасушадан тыс GPI де жетілу факторы ретінде белгілі. Нейролейкин – жұлындық және сезімдік нейрондар үшін нейротрофтық фактор. Ол бұлшық еттерде, мида, жүректе және бүйректерде көп мөлшерде табылады. Нейролейкин сондай-ақ лектинмен стимуляцияланған Т-жасушалары секрециялайтын лимфокин ретінде де әрекет етеді. Ол В-жасушаларында антиденелер секрециялайтын жасушаларды белсендіретін жауаптың бір бөлігі ретінде иммуноглобулин секрециясын тудырады.
Автокриндік қозғалыс коэффициенті
Клондау эксперименттері GPI автокриномобильді қозғалыс факторы (AMF) деп белгілі белокпен толықтай сәйкес екенін анықтады. AMF қатерлі жасушалармен өндіріліп, секрецияланады және өсім факторы ретінде жасушалардың өсуін және жылжуын стимуляциялайды. AMF қатерлі ісік метастаздарындағы маңызды рөл атқарады деп саналады, себебі ол MAPK/ERK немесе PI3K/AKT жолдарын белсендіреді. PI3K/AKT жолында AMF gp78/AMFRмен өзара әрекеттесіп, эндоплазмалық ретикулумдағы кальцийдің босауын реттейді, соның салдарынан эндоплазмалық ретикулум стресіне жауап ретінде апоптозға қарсы қорғаныс жүзеге асырады.
Прокариоттық қосфункционалды глюкоза-6-фосфат изомеразасы
Кейбір археялар мен бактерияларда глюкоза-6-фосфат изомераза активтілігі, сонымен қатар фосфоманноза изомераза (ФМИ) активтілігін де көрсететін екі функциялы фермент арқылы жүзеге асырылады. Еукариоттық ГПИ-лермен тығыз байланысты болмаса да, бұл екі функциялы ферменттің аминқышқылдық тізбегі, дәстүрлі ГПИ-дегі қант фосфатын байланыстыратын орынды құрайтын треониндер мен сериндер шоғырын қамтиды. Ферменттің глюкоза сақинасын ашу және Г6Ф-ті F6Ф-ке өзара түрлендіру үшін бірдей каталитикалық механизмдерді пайдаланатыны болжанып тұр.
Клиникалық маңызы
ГПИ тапшылығы гликолиздік ферменттердің жетіспеуінен туындаған гемолитикалық анемиялардың 4%-ына жауапты. Жақында ГПИ жетіспеушілігінің бірнеше жағдайы анықталды. Колоректальды, сүт безі, өкпе, бүйрек, асқазан-ішек және басқа да қатерлі ісіктердің бағамын болжау үшін ГПИ деңгейінің жоғарылауы прогностикалық биомаркер ретінде қолданылған. ГПИ сондай-ақ HER2-мен оң кері байланыс циклына қатысады, HER2 – емдік мақсаттың бірі, себебі ГПИ HER2 экспрессиясын күшейтеді, ал HER2 экспрессиясының артуы ГПИ экспрессиясын күшейтеді, және т.б. Осының салдарынан, ГПИ белсенділігі сүт безі қатерлі ісігі жасушаларында Herceptin/трастузумаб негізіндегі HER2 терапиясына қарсы тұруға мүмкіндік береді және емдеу кезінде қосымша мақсат ретінде қарастырылуы керек.