Введение

Класс ферментов Сфингомиелинофосфодиэстераза (EC 3.1.4.12, также известная как нейтральная сфингомиелиназа, сфингомиелиназа или SMase; систематическое название сфингомиелин холинфосфогидролаза) - это фермент гидролазы, который участвует в реакциях метаболизма сфинголипидов. SMase является членом суперсемейства ферментов DNase I и отвечает за разложение сфингомиелина (SM) на фосфохолин и керамид. Активация SMase была предложена в качестве основного пути для производства керамида в ответ на клеточные стрессы.

Нейтральная сфингомиелиназа

Активность нейтральной сфингомиелиназы (N SMase) впервые была описана в фибробластах пациентов с болезнью Нимана Пика - лизосомным заболеванием, характеризующимся дефицитом кислотной SMase. Последующие исследования показали, что этот фермент был продуктом отдельного гена, имел оптимальное pH 7,4, был зависит от ионов Mg2+ для активности и был особенно обогащен в мозге. Однако более позднее исследование мозга говядины показало существование нескольких изоформ N-Смазы с различными биохимическими и хроматографическими свойствами. Крупный прорыв произошел в середине 1980-х годов с клонированием первых N-маз из Bacillus cereus и Staphylococcus aureus. Использование последовательностей этих бактериальных сфингомиелиназ в гомологических поисках в конечном итоге привело к идентификации дрожжевых N-Смаз ISC1 в зарождающихся дрожжах Saccharomyces cerevisiae и ферментов N-Смаз млекопитающих, nSMase1 и nSMase2. Одинаковость между SMазами млекопитающих, дрожжей и бактерий очень мала, составляя около 20% между nSMase2 и SMазой B. cereus. Однако выравнивание последовательностей (см. рисунок) указывает на ряд сохранившихся остатков во всем семействе, особенно в каталитической области ферментов. Это привело к предположению об общем каталитическом механизме для семейства N SMase. Третий N-мазовый белок, названный nSMase3 был клонирован и охарактеризован в 2006 году. nSMase3 имеет мало сходства в последовательности с nSMase1 или nSMase2. Однако, по-видимому, существует высокая степень эволюционного сохранения от более низких к более высоким организмам, что предполагает, что он может содержать уникальную и отличительную N-мазу. Высокая экспрессия nSMase3 в сердце и скелетных мышцах также предполагает потенциальную роль в функции сердца.

Активный сайт

Раскрытие кристаллической структуры нейтральной сфингомиелиназы из Listeria ivanovii и Bacillus cereus позволило более полно понять их ферментативный сайт. Активный сайт SMазы B. cereus включает в себя остатки Asn 16, Glu 53, Asp 195, Asn 197 и His 296. Из них остатки Glu 53, Asp 195 и His 296 являются необходимыми для активности. Относительная каталитическая активность SMазы при связывании ионов металлов с активным местом была изучена для двухвалентных ионов металлов Co2+, Mn2+, Mg2+, Ca2+ и Sr2+. Из этих пяти ионов металлов, Co2+, Mn2+ и Mg2+ связаны с активным местом, что приводит к высокой каталитической активности SMase. Ка2+ и Sr2+ связаны с активным местом и имеют гораздо более низкую каталитическую активность SMase. Когда один ион Mg2+ или два иона Co2+ связываются с активным местом, получается двойная гексакоординационная геометрия с двумя октаэдрическими бипирамидами для Co2+ и одной октаэдрической бипирамидой для Mg2+. Когда один ион Ca2+ связывается с активным местом, получается гепта-координационная геометрия. Поэтому предполагается, что разница в каталитической активности ионов металлов обусловлена геометрическими различиями. Из Co2+ и Mg2+, SMase обладает лучшей реактивностью, когда два иона Co2+ связаны с SMase; когда эти ионы Co2+ связаны, Glu 53 и His 296 связывают по одному двухвалентному металлическому катиону. Эти катионы окружены мостиками молекул воды и функционируют как кислоты Льюиса.