Пуриносома

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Синтез інозин монофосфату
Кольорами позначено:ферменти, коферменти, назви субстратів, йони металів, неорганічні молекули

Пуриносома — мультиферментний комплекс, що відповідає за процес біосинтезу пуринів de novo в клітинах. Стверджується, що частинами цього комплексу є всі шість ферментів, залучених у 10-стадійному процесі біосинтезу конверсії фосфорибозил пірофосфату до інозин монофосфату.

Крок синтезу Символ Опис
1 PPAT фосфорибозилпірофосфат амідотрансфераза
2,3,5 GART трифункціональна фосфорибозилгліцинамід формілтрансфераза/фосфорибозилгліцинамід синтетаза/фосфорибозиламіноімідазол синтетаза
4 PFAS фосфорибозилформілгліцинамідин синтаза
6,7 PAICS двофункціональна фосфорибозиламіноімідазол карбоксилаза
8 ADSL аденілосукцинат ліаза
9,10 ATIC двофункціональна 5-аміноімідазол-4-карбоксиамід рибонуклеотид формілтрансфераза/ІМФ циклогідролаза

Історія

[ред. | ред. код]

Гіпотеза

[ред. | ред. код]

Було описано, що ферменти шляху біосинтезу пуринів de novo утворюють локалізований у просторі цитоплазми клітин мультиферментний комплекс з метою забезпечення неперервного каналювання субстрату протягом усіх 10-ти стадій біосинтезу пуринів. Перебіг цього біосинтетичного шляху має незначні відмінності у різних видів, а загальна кількість ферментів, причетних у цих реакціях — 13[1]. У організмах еукаріотів ензиматичні функції цих ферментів консолідувалися у двофункціональні або трифункціональні поліпептидні ланцюги, що вказує на наявність стабільних фізичних взаємодій між цими ферментними структурами[2][3]. Функціональне об'єднання кроків 2,3 та 5 у єдиний фермент вказує на те, що крок 4 також відбувається у близьколокалізованому ферменті.[2][4][5]

Докази існування комплексу

[ред. | ред. код]

Ензими біосинтезу пуринів можливо виділити разом за певних умов.[6][7] Комплекс з двох конкретних ферментів GART і ATIC може бути виділений з кофактором ферменту C1THF-синтази і SHMT1 t.[8] Кінетичні дослідження показують наявність субстратного каналювання між PPAT і GART, але докази фізичної взаємодії білок-білкової взаємодії цих ферментів поки не були отримані.[9] До цього часу, повне виділення мультиферментного комплексу пуриносоми, що включало б наявність усіх ферментів цього циклу, не було проведене.

Макротіла пуриносом

[ред. | ред. код]

Макротіла пуриносом (кластери, скупчення, агрегати) підтверджують угрупування позначених флюорисцентними мітками ферментів циклу синтезу пуринів у організмі людини, помітних за допомогою методу флюорисцентної мікроскопії. Згідно з теорією, утворення пуриносомних макротіл відбувається за рахунок білків, у нормі розташованих всередині клітини дисперсно. Концентрація та агрегація цих білків відбувається у тих випадках, коли у міжклітинному середовищі занадто низький рівень пуринів, або потреба клітини в пуринах не може бути забезпечена шляхом їх відновлення. На додаток до 6 ферментів, безпосередньо залучених у шляху біосинтезу пуринів, відомошо що макротіла пуриносом складаються з ще щонайменше 10 додаткових білків, що не є залученими до процесу біосинтезу пуринів. У зв'язку з особливістю умов, що призводять до утворення пуриносомних агрегатів, а особливо — стресу, пуриносомні макротіла також можуть агрегувати з білками клітинного стресу.

Первинне відкриття

[ред. | ред. код]

Наявність пуриносом у організмі людини було встановлено у 2008 році, шляхом спостереження, що вільноекспресовані GFP-асоційовані білки біосинтезу пуринів агрегуються у макротіла [10][11]. Також було встановлено, що фермент фолатного циклу, безпосередньо не пов'язаний з ланцюгом біосинтезу пуринів, 5,10-метенілтетрагідрофолат синтаза, також агрегується у скупчення пуриносомних тіл (встановлено також методом флюорисцентної мікроскопії)[12]. Біологічне значення включення цього ферменту фолатного циклу в структуру пуриносомних макротіл не є однозначним: хоч він і забезпечує субстратом трифункціональний фермент фолатного циклу — C1THF синтазу, для утворення ключового кофактора біосинтезу пуринів, сам C1THF не трапляється серед складових пуриносомних макротіл [10]. Також цікаво, що концентрації гіпоксантину не впливають на зміну кількості пуриносомних макротіл, [10] однак зростання концентрації аденозину або гуанозину пригнічують утворення рівнів макротіл, у тому числі макротіл, що залучують ферменти з фолатного циклу[12].

Агрегація

[ред. | ред. код]

Пізніші дослідження, проведені у 2013 році, свідчать про те, що пуриносомні макротіла можуть бути артефактами агрегації білків [13], оскільки характеристика пуриносомних макротіл має багато спільного з типовими білоковими агрегатами. Також наявність пуриносомних тіл пов'язують з ранніми ознаками клітинної смерті. Однак, остаточно не зрозуміло: пуриносомні тіла є причиною появи клітинного стресу чи просто ознакою клітини, що зазнала стресу.

Дисоціація

[ред. | ред. код]

Інгібування полімеризації мікротрубочок за допомогою нокодазолу блокує утворення пуриносомних макротіл, а також сповільнює перебіг синтезу пуринів de novo [14]. Однак, нокодазол також блокує і утворення інших білкових агрегатів — агресом, що ускладнює можливі висновки даного спостереження. Часткове інгібування казеїн кінази 2 малими молекулярними інгібіторами (4,5,6,7-tetrabromo-1H-benzimidazole (TBI), 2-dimethylamino-4,5,6,7-tetrabromo-1H-benzimidazole (DMAT), tetrabromocinammic acid (TBCA) чи еллагова кислота) сприяють утворенню пуринових макротіл. Інший інгібітор, 4,5,6,7-tetrabromobenzotriazole (TBB) induced сприяє утворенню пуриносомних макротіл лише за низьких значень концентрації, а також сприяє дисоціації пуриносомних тіл, утворених за сприяння DMAT.[15] Відомо, що інгібування казеїн кінази 2 також перериває сотні клітинних процесів, серед яких — дотримування білкового гомеостазу та регулювання агрегації білків.

Додаткові сполуки, що можуть входити до складу пуриносомних макротіл

[ред. | ред. код]

Білки, що не входять до складу пуриносомних макротіл

[ред. | ред. код]

Посилання

[ред. | ред. код]
  1. ↑ Kornberg, A. (1982). Supplement to DNA Replication. San Francisco:Freeman.
  2. ↑ а б Henikoff, S.; Keene, M. A.; Sloan, S.; Bleskan, J.; Hards, R.; Patterson, D. (1986). Multiple purine pathway enzyme activities are encoded at a single genetic locus in Drosophila. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 83 (3): 720—24. doi:10.1073/pnas.83.3.720. PMC 322936. PMID 3080748.
  3. ↑ Marcotte EM; Pellegrini M; Ng HL; Rice DW; Yeates TO; Eisenberg D. (1999). Detecting protein function and protein-protein interactions from genome sequences. Science. 285 (5428): 751—3. CiteSeerX 10.1.1.535.9650. doi:10.1126/science.285.5428.751. PMID 10427000.
  4. ↑ Patterson, D.; Graw, S.; Jones, C. (1981). Demonstration by somatic cell genetics, of coordinate regulation of genes for two enzymes of purine synthesis assigned to human chromosome 21. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 78 (1): 405—409. Bibcode:1981PNAS...78..405P. doi:10.1073/pnas.78.1.405. PMC 319062. PMID 6941256.
  5. ↑ Hard, R. G.; Benkovic, S. J.; Van Keuren, M. L.; Graw, S. L.; Drabkin, H. A.; Patterson, D. (1986). Assignment of a third purine biosynthetic gene (glycinamide ribonucleotide transformylase) to human chromosome 21. American Journal of Human Genetics. 39 (2): 179—185. PMC 1683921. PMID 3529945.
  6. ↑ Rowe, P. B.; McCaims, E.; Madsen, G.; Sauer, D.; Elliott, H. (1978). De novo purine synthesis in avian liver. Co-purification of the enzymes and properties of the pathway. J. Biol. Chem. 253 (21): 7711—21. PMID 701284.
  7. ↑ McCairns, E.; Fahey, D.; Sauer, D.; Rowe, P. B. (1983). De novo purine synthesis in human lymphocytes. Partial co-purification of the enzymes and some properties of the pathway. J. Biol. Chem. 258: 1851—56.
  8. ↑ Smith, G. K.; Mueller, W. T.; Wasserman, G. F.; Taylor, W. D.; Benkovic, S. J. (1980). Characterization of the enzyme complex involving the folate-requiring enzymes of de novo purine biosynthesis. Biochemistry. 19 (18): 4313—21. doi:10.1021/bi00559a026. PMID 7417406.
  9. ↑ J. Rudolph; J. Stubbe (1995). Investigation of the Mechanism of Phosphoribosylamine Transfer from Glutamine Phosphoribosylpyrophosphate Amidotransferase to Glycinamide Ribonucleotide Synthetase. Biochemistry. 34 (7): 2241—2250. doi:10.1021/bi00007a019. PMID 7532005.
  10. ↑ а б в г д Songon An та ін. (2008). Reversible Compartmentalization of de Novo Purine Biosynthetic Complexes in Living Cells. Science. 320 (5872): 103—106. Bibcode:2008Sci...320..103A. doi:10.1126/science.1152241. PMID 18388293.
  11. ↑ Hong Zhao; Jarrod B. French; Ye Fang; Stephen J. Benkovic (3 квітня 2013). The purinosome, a multi-protein complex involved in the de novo biosynthesis of purines in humans. Chem. Commun. 285 (15): 11093—11099. doi:10.1039/c3cc41437j. PMC 3877848. PMID 23575936.
  12. ↑ а б в Martha S. Field; Donald D. Anderson; Patrick J. Stover (2011). Mthfs is an essential gene in mice and a component of the purinosome. Front Genet. 2 (36): 36. doi:10.3389/fgene.2011.00036. PMC 3268590. PMID 22303332.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  13. ↑ а б в г Alice Zhao; Mark Tsechansky; Jagannath Swaminathan; Lindsey Cook; Andrew D. Ellington; Edward M. Marcotte (6 лютого 2013). Transiently Transfected Purine Biosynthetic Enzymes Form Stress Bodies. PLoS ONE. 8 (2): e56203. Bibcode:2013PLoSO...856203Z. doi:10.1371/journal.pone.0056203. PMC 3566086. PMID 23405267.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  14. ↑ Songon An; Yijun Deng; John W. Tomsho; Minjoung Kyoung; Stephen J. Benkovic (20 липня 2010). Microtubule-assisted mechanism for functional metabolic macromolecular complex formation. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107 (29): 12872—12876. Bibcode:2010PNAS..10712872A. doi:10.1073/pnas.1008451107. PMC 2919939. PMID 20615962.
  15. ↑ Songon An; Minjoung Kyoung; Jasmina J. Allen; Kevan M. Shokat; Stephen J. Benkovic (9 квітня 2010). Dynamic regulation of a metabolic multi-enzyme complex by protein kinase CK2. J Biol Chem. 285 (15): 11093—11099. doi:10.1074/jbc.M110.101139. PMC 2856985. PMID 20157113.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  16. ↑ а б в г д е ж и к л м н п French, J. B. та ін. (28 січня 2013). Hsp70/Hsp90 chaperone machinery is involved in the assembly of the purinosome. Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (7): 2528—2533. Bibcode:2013PNAS..110.2528F. doi:10.1073/pnas.1300173110. ISSN 0027-8424. PMC 3574928. PMID 23359685.
  17. ↑ Alice Zhao; Mark Tsechansky; Jagannath Swaminathan; Lindsey Cook; Andrew Ellington; Edward Marcotte. By the same standards, prior work may not either (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 4 лютого 2014. Процитовано 20 квітня 2013.
Отримано з https://uk.wikipedia.org/wiki/Пуриносома