Кіріспе
Нуклеозидтік дифосфат киназалар (НДФК, сондай-ақ НДП киназа, (поли)нуклеотидтік киназалар және нуклеозидтік дифосфокиназалар) – әр түрлі нуклеозидтік дифосфаттардың (НДФ) және трифосфаттардың (НТФ) арасындағы терминалды фосфат алмасуын қайтымды түрде катализдейтін ферменттер, нәтижесінде нуклеотидтік трифосфаттар түзіледі. Көптеген НДФ фосфат тобын қабылдаушы ретінде, ал НТФ – донор ретінде қызмет етеді. Пинг-понг механизмі арқылы жүретін жалпы реакция былай: XDP + YTP ⇄ XTP + YDP (X және Y әр түрлі азотты негіздерді білдіреді). НДФК активтілігі әртүрлі нуклеозидтік трифосфаттардың концентрациясы арасындағы тепе-теңдікті сақтайды, мысалы, лимон қышқылы (Кребс) циклында түзілген гуанозин трифосфатының (GTP) аденозин трифосфатына (ATP) айналуы сияқты. Басқа функцияларына жасушалардың көбеюі, дифференциациясы және дамуы, сигналдарды жіберу, G белоктарымен байланысқан рецепторлар, эндоцитоз және ген экспрессиясы жатады.
Nucleoside diphosphate kinases (NDPKs, also NDP kinase, (poly)nucleotide kinases and nucleoside diphosphokinases) are enzymes that catalyze the exchange of terminal phosphate between different nucleoside diphosphates (NDP) and triphosphates (NTP) in a reversible manner to produce nucleotide triphosphates. Many NDP serve as acceptor while NTP are donors of phosphate group. The general reaction via ping pong mechanism is as follows: XDP + YTP ←→ XTP + YDP (X and Y each represent different nitrogenous base). NDPK activities maintain an equilibrium between the concentrations of different nucleoside triphosphates such as, for example, when guanosine triphosphate (GTP) produced in the citric acid (Krebs) cycle is converted to adenosine triphosphate (ATP). Other activities include cell proliferation, differentiation and development, signal transduction, G protein coupled receptor, endocytosis, and gene expression.
Құрылымы
NDPK – шамамен 152 аминқышқылынан тұратын мономерлерден құралған гомогексамерлік ақуыздар, теориялық салмағы 17,17 КДа. Бұл кешен митохондрияда және жасушалардың ерітінді цитоплазмасында табылмайды.
АМФК- нің тежеуі
NDPK әдетте ең көп таралған жасушалық нуклеотид – АТФ-ты тұтынады және нуклеотидтерді жинақтайды. Дегенмен, АТФ-ты тұтыну жасушаның энергия тепе-теңдігіне әсер етеді, бұл АМФ-ті белсендіретін протеинкиназаның (AMPK) реттелуіне алып келеді. AMPK энергия сенсоры ретінде жұмыс істейді және АТФ жолдарында энергия өндіретін жолдарды қосу немесе өшіру арқылы реттеуді жүзеге асырады. Осындай әрекетінің нәтижесінде AMPK фосфорилирлеу арқылы NDPK-ны тікелей тежеуге қабілетті. Нақтырақ айтқанда, NDPK жоғары энергиялы және төмен стрессті жасушалық жағдайларда нуклеотидтердің өндірісін қолдайды. Алайда, бұл тек AMPK инактивацияланған кезде ғана мүмкін, себебі АТФ-тың төмен стресстік жасушалық жағдайлары AMPK-ны белсендіреді, ол соңында серин қалдықтарын фосфорилирлеу арқылы NDPK белсенділігін төмендетеді.
Прокариоттық жүйелер
Көптеген прокариоттарда NDPK ферменті тетрамерлі болып табылады. Ол бірнеше патогендерде кездеседі. NDPK функциясы Escherichia coli, Bacillus subtilis, Salmonella typhimurium, Microccocus luteus және Myxococcus xanthus организмдерінде зерттелген. Прокариоттық NDPK функционалды гомотетрамер құрайды. Нуклеозид дифосфаткиназаның активтілігі нуклеозид трифосфатының (NTP) γ-фосфатын нуклеозид дифосфатына (NDP) беруді қамтиды, мұнда N1 және N2 рибо немесе дезоксирибонуклеозидтер болуы мүмкін. Бұл жоғары энергиялы фосфогистидин аралық арқылы іске асырылады. Пиримидин нуклеотидтерінің синтезіне қатысудан басқа, прокариоттық NDPK бірнеше метаболизм циклдеріне де қатысады. NDPK сондай-ақ белок гистидинкиназасы ретінде де әрекет ететіні анықталды, бұл белгілі реттеуші сигнал ретінде гистидиннің қайтымды фосфорилирлеуін қамтиды. Дегенмен, көптеген прокариоттарда NDPK экспрессиясы деңгейі организмнің, әсіресе бактериялардың жасушалық өсуіне, дамуына және дифференциациялануына байланысты.
(p) pGpp метаболизм
(p)ppGpp биосинтез циклінде NDPK маңызды рөл атқарады. Рибосоманың А орнында зарядталған тРНК болмаған жағдайда, рибосома тоқтап, гуанозин пентафосфаты ((p)ppGpp) молекуласының синтезін іске қосады. (p)ppGpp биосинтезі пурин метаболизмі жолының бір бөлігі болып табылады және қоректік заттардың мол болуына жауап ретінде жасушалық қызметтердің тізбесін үйлестіреді. (p)ppGpp синтезі көміртектің жетіспеуінен немесе жасуша ортасындағы көміртектің болмауынан басталады және SpoT ақуызының белсендіруіне себеп болады. SpoT, NDPK-мен бірлесіп жұмыс істейді және екеуі де (p)ppGpp биосинтез цикліндегі маңызды ферменттер болып табылады. NDPK дефосфорилендіру арқылы GTP-ден GDP-ні синтездейді.
Nm23 генінің қызметі
Nm23 гені жасушаларда қалай жұмыс істейтінінің биомолекулалық механизмі қазіргі уақытта белгісіз, бірақ көптеген прокариоттардағыдай, нуклеозид дифосфат киназасының (NDPK) экспрессия деңгейі жасушаның өсуі мен дифференциациясын анықтайды.
Эукариоттық жүйелер
Адамда НДПК-ның кем дегенде төрт ферменттік белсенді изоформасы бар: НДПК А, НДПК В, НДПК С және НДПК D. Барлық төрт изоформаның құрылымы өте ұқсас және олар кез келген түрінде бірігіп, функционалды НДПК гексамерлерін құрайды. NDPK эукариоттық жасушаларда мембрана арқылы сигнал беруге қатысады деп саналады.
Адамда
Эукариотикалық жүйелерде NDK-ның қызметі АТФ-тан өзге нуклеозид трифосфаттарын синтездеу болып табылады. АТФ гамма-фосфаты пинг-понг механизмі арқылы NDP бета-фосфатына фосфориленген белсенді орталық аралық пайдаланып беріледі, осы арқылы UTP сияқты өнімдер синтезделеді. NDK нуклеозид дифосфат киназа, серин/треонинге спецификалық протеинкиназа, геранил және фарнезил пирофосфат киназа, гистидин протеинкиназа және 3'–5' экзонуклеаза активтіліктеріне ие. Оның процестері жасушалардың көбеюімен, дифференциациясымен және дамуымен, сондай-ақ адам жасушаларындағы гендік экспрессиямен байланысты. Бұл сонымен қатар нейрондық даму процесінің бір бөлігі болып табылады, оған нейрондық құрылымдалу және жасуша тағдырын анықтау кіреді. Әрі қарай, NDPK сигнал трандукция процестеріне және G протеинімен байланысқан рецепторлардың эндоцитозына қатысады, себебі ол фосфат тобын Gβ субъюниттеріне беру арқылы GDP-ні GTP-ге айналдырады. G протеінінің α субъюниттері маңындағы GTP концентрациясының артуы G протеіні сигнализациясы үшін G протеінінің α субъюниттерін белсендіреді. Сигнал беруден басқа, NDPK K+ каналдарын, жасуша секрециясын және жасушалық энергия өндірісін реттеуге қатысады.
Өсімдіктерде
Өсімдіктерде NDP-киназа катализдейтін биохимиялық реакциялар адамдарда сипатталған қызметтерге ұқсас, себебі АТФ және ГТФ-тан автофосфорилирлеу белсенділігі жүзеге асады. Бұдан өзге, өсімдіктерде NDPK изоформаларының төрт түрі кездеседі. Цитозольдік I типті NDPK өсімдіктердегі метаболизм, өсу және стресс жағдайларына реакция беруге қатысады. II типті NDPK хлоропласта жинақталған және фотосинтез процесіне және тотығу стресін басқаруға қатысқандығы болжанады, бірақ оның функциясы әлі толық анықталған жоқ.
NDPK- ге байланысты аурулар
Он параллогиялық гендер екі топқа бөлінген NDPK ақуыздарын кодтайды. Бірінші топ NDPK функцияларын атқаратын ақуыздарды кодтайды. Екінші топтағы гендер NDPK белсенділігі төмен немесе мүлдем жоқ, басқа түрлі ақуыздарды кодтайды. Бірінші топта NM23 деп аталатын ген, метастазды тежеуші бірінші ақуыз ретінде анықталды және оның Nm23 гені метастаздық жасушаларда нашар белсендірілді. Тағы бір тәжірибеде адам Nm23-і қатерлі жасушалармен бірге өсірілді және метастазды тежеуге қабілетті екені көрсетілді. NM23 ақуызының деңгейі, адамның қатты ісіктерінің метастаздық потенциалымен кері пропорционалды болды. Дегенмен, жұмыртқа безінің қатерлі ісігі, нейробластома және гематологиялық қатерлі аурулар сияқты басқа ісік түрлерінде пациенттердің сынамаларында NM23 деңгейінің жоғарылағаны байқалды. Сондықтан, Nm23 гендер отбасының биологиялық негізін түсіну, оның әртүрлі нәтижелерін толыққанды білу үшін маңызды.
Жүрек- қан тамырлары аурулары
Nme2 - NDPK гендерінің бірі жүрек-қан тамырлары функцияларымен байланысты. Nme2 генінің жүрек жасушаларында гетеротриметриялық G ақуызының бета-кіші бірлігімен кешен құрап, жүректің жиырылуын реттейтіні мәлім. Nme2-нің мұндай реттеуге мүмкіндік беретін екі функциясы бар: бірі - гистидинкиназа активтілігі, ол каналдарды фосфорилдеу арқылы олар арқылы өтетін заттарды реттейді, екіншісі – кавеолалардың қалыптасуының эшафолдтық функциясы. Nme2/кавеолин өзара әрекеттесуінің төмендеуі жүрек жиырылу жылдамдығының төмендеуіне әкелді. Бұдан әрі, зебра балықтарында жүргізілген зерттеулер NDPK деңгейінің төмендеуі жүрек жұмысына зиян келтіретінін көрсетті.
Nme1 және Nme2 метастаздарды басушы ретінде
NM23 генінің метастаздарды басуға немесе белсендіруге жауапты екендігі туралы көптеген пікірлер айтылды. Бұл мәселедегі екі қайшы пікір NDPK зерттеулерінің барысында түсініксіз және нақтыланбаған күйде қалды. Дегенмен, соңғы тәжірибелер NM23 генінің метастаздарды басушы екенін көрсететін деректерді ұсынды. Nme2 гені тіндерлік микрочиптер және иммуногистохимия технологияларын қолдану арқылы метастазға қарсы ген ретінде таңбаланды. Nme2 генінің өнімдері асқазан қатерлі ісігі жасушаларында артық өндірілген кезде, осы қатерлі ісік жасушаларының көбеюі, қозғалуы және жақын жерге таралуы төмендеді. Жасуша мәдениеттерінде Nme2 генінің асқазан қатерлі ісігі жасушаларына әсер ететіні анықталды, бірақ әртүрлі қатерлі ісік түрлерінде Nme2 генінің белсенділігін реттейтін фактор әлі де анықталған жоқ. Nme1 гені меланома жасушаларының нашар метастаздануға бейімді субштамдарында көп мөлшерде табылды. Сондай-ақ, Nme1 генін жоғары метастаздануға бейімді меланома жасушаларына енгізу метастаздардың айтарлықтай төмендеуіне әкелді. Бұл теория тышқандарда да сынақтан өтті; Nme1 гені жетіспейтін тышқандарда өкпе метастаздарының саны жабайы типтегі тышқандарға қарағанда көп болды, бұл геннің басушы белсенділігін көрсетеді. Қатерлі ісік жасушаларының таралуы жасушалардың жабысу қабілетінің өзгеруіне байланысты болады және бұл эпителий-мезенхималық өту (EMT) процесіндегі ген экспрессиясының өзгеруінен туындайды. Күтпегендей, Nme1 белоктарымен байланысты көптеген жабысу молекулалары, қозғалыс факторлары, сигналдық жолдар, протеолиз процестері, EMT белгілері және басқа да транскрипциялық бағдарламалар анықталды. Бұл белоктар метастаздарды ынталандыратын белоктармен байланысқа түсу арқылы метастаздарды тоқтатады. Nme1 белоктары вирустық белоктарға, онкогендерге және басқа да метастаздарды дамытуға көмектесетін факторларға байланысады. Бұл байланыс сигналдық кешенді пайдалану арқылы тікесіз болуы мүмкін.