Tkivna transglutaminaza
From Wikipedia, the free encyclopedia
Remove ads
Tkivna transglutaminaza (skraćeno tTG ili TG2) je kalcij ovisni enzim (EC 2.3.2.13) od 78-kDa, porodice protein-glutamin γ-glutamiltransferaza (ili jednostavno porodica transglutaminaza).[5][6] Kao i ostale transglutaminaze, umrežava proteine između ε-amino grupe ostatka lizina i γ-karboksamidne grupe ostatka glutamina, stvarajući inter– ili intramolekulskaa veza koja je vrlo otporna na proteolizu (razgradnju proteina). Osim funkcije umrežavanja, tTG katalizira i druge tipove reakcija, uključujući deamidaciju, vezivanje/hidrolizu GTP i aktivnosti izopeptidaza.[7] Za razliku od ostalih članova porodice transglutaminaza, tTG se može naći i u unutarćelijskim i u vanćelijskim prostorima različitih tipova tkiva, a nalazi se u mnogim različitim organima, uključujući srce, jetru i tanko crijevo. Unutaćelijski tTG obilan je u citosolu, ali manje količine mogu se naći i u jedru i mitohondrijama.[6] Smatra se da unutarćelijski tTG ima važnu ulogu u apoptozi.[8] U vanćelijskom prostoru, tTG se veže za proteine vanćelijskog matriksa (ECM), a[9] posebno se čvrsto veže za fibronektin.[10] Vanćelijski tTG povezan je sa adhezijom ćelija, stabilizacijom ECM-a, zacjeljivanjem rana, signalizacijom receptora, ćelijskokom proliferacijom i ćelijskom pokretljivošću.[6]
tTG je autoantigen u celijakiji, doživotnoj bolesti u kojoj konzumacija dijetetskog glutena uzrokuje patološki imunski odgovor koji rezultira upalom tankog crijeva i atrofijom crijevnih resica.[11][12][13] Također je uključen u patofiziologiju mnogih drugih bolesti, uključujući takve kao što su mnogi različiti karcinomi i neurogenerativne bolesti.[14]
Remove ads
Struktura
Gen
Ljudski gen tTG nalazi se na hromosomu 20 (pozicija 20q11.2-q12).
Protein
TG2 je multifunkcionalni enzim koji pripada transglutaminazama, koja kataliziraju umrežavanje proteina epsilon- (gama-glutamil) lizin-izopeptidnim vezama.[15] Slično kao i kod drugih transglutaminaza, tTG se sastoji od mjesta vezivanja za GTP/GDP, katalitske domene, dva beta-barel i beta-sendviča.[16] Kristalne strukture TG2 sa vezanim GDP, GTP ili ATP pokazale su da ovi oblici TG2 usvajaju "zatvorenu" konformaciju, dok TG2 s aktivnim mjestom koje zauzima inhibitorni imitirajući glutenski peptid ili drugi slični inhibitori prihvata "otvorenu" konformaciju.[17][18][19] U otvorenoj konformaciji, četiri domena TG2 raspoređena su u proširenoj konfiguraciji, omogućavajući katalitsku aktivnost, dok su u zatvorenoj konformaciji dva C-terminalna domena presavijena na katalitskom jezgru koje uključuje ostatak Cys-277.[20] N-terminalni domen eksprimira samo manje strukturne promjene između dvije različite konformacije.[21]
Remove ads
Mehanizam
Katalitski mehanizam za umrežavanje u ljudskom tTG uključuje tiolnu grupu iz ostatka Cys na aktivnom mestu tTG.[6] Tiol grupa napada karboksamidne ostatke glutamina na površina proteinskog ili peptidnog supstrata, oslobađajući amonijak i proizvodeći tioesterski međuprodukt. Intermedijer tioestera tada može napadati površinski amin drugog supstrata (obično iz lizinskog ostatka). Krajnji produkt reakcije je stabilna izopeptidna veza između dva supstrata (tj. umrežavanje). Alternativno, međuprodukt tioestera može se hidrolizirati, što rezultira neto konverzijom ostataka glutamina u glutaminsku kiselinu (tj. deamidaciju).[6] Smatra se da je deamidacija ostataka glutamina katalizirana tTG povezana sa patološkim imunskimi odgovorom na gluten kod celijakije.[12] Šema za umrežavanje i reakcije deamidacije data je na slici 1.
Remove ads
Regulacija
Ekspresija tTG regulirana je na nivou transkripcije, ovisno o složenosti kaskade signala. Jednom sintetizirani, većina proteina nalazi se u citoplazmi, plazmamembrani i ECM-u, ali se mali dio premješta u ćelijsko jedro, gdje sudjeluje u kontroli vlastite ekspresije, regulacijom faktora transkripcije.[22]
Umrežavanje aktivnosti tTG zahtijeva vezivanje Ca2+ iona.[23] Višestruki Ca2+ može se vezati za jednu molekulu tTG.[6] Tačnije, tTG veže do šest iona kalcija na pet različitih mjesta vezivanja. Mutacije na ovim vezivnim mjestima uzrokujući manji afinitet kalcija, smanjuju transglutaminaznu aktivnost enzima.[14] Suprotno tome, vezivanje jedne molekule GTP ili GDP inhibira aktivnost umrežavanja enzima.[23] Zato je unutarćelijski tTG uglavnom neaktivan zbog relativno visoke koncentracije GTP/GDP i niskog nivoa kalcija unutar ćelije.[6][12] Iako se očekuje da će vanćelijski tTG biti aktivan zbog niske koncentracija guaninskih nukleotida i visoki nivoi kalcija u vanćelijskom prostoru, a dokazi su pokazali da je vanćelijski tTG uglavnom neaktivan.[6][12][23] Nedavne studije sugeriraju da se vanćelijski tTG drži neaktivnim, formiranjem disulfidne veze između dva vitalna cisteinska ostatka, Cys 370 i Cys 371.[24] Kada se ta disulfidna veza formira, enzim ostaje u otvorenoj konformaciji, ali postaje katalitski neaktivan.[24] Oksidacija/redukcija disulfidne veze služi kao treći alosterni regulatorni mehanizam (zajedno sa GTP / GDP i Ca2+) za aktivaciju tTG. Pokazano je da [12] tioredoksin-1 aktivira vanćelijski tTG smanjenjem disulfidnih veza.[23] U tTG može nastati još jedna disulfidna veza, između ostataka Cys-230 i Cys-370. Iako ta veza ne postoji u izvornom stanju enzima, pojavljuje se kada se enzim oksidacijom inaktivira.[20] Prisustvo kalcija štiti od stvaranja obje disulfidne veze, što enzim čini otpornijim do oksidacije.[20]
Nedavna istraživanja sugeriraju da interferon-γ može služiti kao aktivator vanćelijskog tTG u tankom crijevu; ove studije imaju direktnu implikaciju na patogenezu celijakije.[12] Pokazalo se da je aktivacija tTG praćena velikim konformacijskim promjenama, prelazeći sa kompaktne (neaktivne) na proširenu (aktivnu) konformaciju (vidi sliku 3)[17][23][25]
Kompaktne (neaktivne) i proširene (aktivne) konformacije tTG
U vanćelijskom matriksu, TG2 je "isključen", prvenstveno zbog oksidacijske aktivnosti proteina endoplazmatskog retikuluma 57 (ERp57).[24] Dakle, tTG je alosterno reguliran sa dva odvojena proteina, Erp57 i TRX-1.[24] (vidi sliku 4).
Remove ads
Funkcija
tTG se svugdje eksprimira i prisutan je u različitim ćelijskim odjeljcima, kao što su citosol, ćelijsko jdro i plazmamembrana.[14] Kao kofaktor, potreban mu je kalcij za transamidaciju aktivnost. Transkripcija je povećana za retinojnu kiselinu. Između mnogih svojih pretpostavljenih funkcija, čini se da ima ulogu u zacjeljivanju rana, apoptozi i razvoju vanćelijskog matriksa [11], kao i diferencijacija i adhezija ćelije.[14] Primijećeno je da tTG može imati vrlo različitu aktivnost u različitim tipovima ćelija. Naprimjer, u neuronima, tTG podržava preživljavanje ćelija podvrgnutih ozljedama, dok je u astrocitima noktatiranje ekspresije gena za tTG korisnog za preživljavanje ćelija.[26]
Smatra se da je tTG uključen u regulaciju citoskeleta, križanjem različitih citoskeletnih proteina, uključujući miozin, aktin i spektrin.[27] Dokazi pokazuju da se unutarćelijski tTG umrežava sa miozinom. Također se vjeruje da tTG može stabilizirati strukturu umirućih ćelija tokom apoptoze, polimerizacijom komponenata citoskeleta, čime se sprečava isticanje ćelijskog sadržaja u vanćelijski prostor.[7]
tTG također ima aktivnost GTPaza:[5] U prisustvu GTP-a predloženo je da funkcionira kao G-protein koji učestvuje u signalnim procesima.[28] Pored transglutaminazne aktivnosti, predlaže se da tTG djeluje i kao kinaza,[29] proteinska disulfid-izomeraza,[30] i deamidaza.[31] Ova potonja aktivnost je važna u deamidaciji gliadinskih peptida, imajući tako važnu ulogu u patologiji celijakije.
tTG također ispoljava aktivnost PDI (protein-disulfid-izomeraza).[32][33] Na osnovu svoje PDI aktivnosti, tTG ima važnu ulogu u regulaciji proteostaze, katalizirajući trimerizaciju HSF1 (faktor toplotnog šoka 1), a time i reakciju tijela na toplotni šok. U odsustvu tTG, odgovor na toplotni šok je oslabljen. jer nije formiran potrebni trimer.[33]
Remove ads
Klinički značaj
tTG je najopsežnije proučavana transglutaminaza i povezan je s mnogim bolestima. Međutim, nijedna od ovih bolesti nije povezana sa nedostatkom enzima. Do sada nijedna bolest nije pripisana nedostatku aktivnosti tTG, a to je potvrđeno proučavanjem tTG nokaut miševa.[34]
Celijakija
tTG je najpoznatiji po svojoj povezanosti sa celijakijom.[13] Prvi put je povezan sa celijakijom 1997., kada je utvrđeno da je enzim antigen, prepoznat od antitijela, specifičnih za celijakiju.[34] Antitijela protiv transglutaminaze rezultiraju oblikom osjetljivosti na gluten, u kojem ćelijski odgovor na Triticeae glutene koji su umreženi na tTG, a u stanju su stimulirati transglutaminazne specifične B-ćelijske odgovore koji na kraju rezultiraju stvaranjem antitijela na transglutaminazu IgA i IgG.[35][36] tTG specifično deamidira glutaminske ostatke, stvarajući epitope koji povećavaju afinitet vezivanja glutenskih peptida za antigen koji predstavlja T-ćelije, pokrećući adaptivni imunski odgovor.[34]
Kancer
Nedavna istraživanja sugeriraju da tTG također ima ulogu u upalama i biologiji tumora.[11] Ekspresija tTG povišena je u više tipova ćelija karcinoma i implicirana je u rezistenciji na lijekove i metastazama, zbog sposobnosti da promoviraju mezenhimsku tranziciju i svojstva poput matičnih ćelija. U svom GTP vezanom obliku, tTG doprinosi preživljavanju ćelija karcinoma i čini se da je pokretač raka. tTG je pojačano reguliran u ćelijama i tkivima karcinoma kod mnogih tipova karcinoma, uključujući leukemiju, rak dojke, rak prostate, rak gušterače i rak grlića materice. Veća ekspresija tTG također korelira sa višim slučajevima metastaza, rezistencija na hemoterapiju, nižim stopama preživljavanja i općenito lošom prognozom. Ćelije raka mogu se ubiti povećanjem nivoa kalcija, aktiviranjem aktivnosti transamidacije tTG. Pretkliničko ispitivanje pokazalo je obećavajuće nalaze u korišćenju inhibitora tTG kao terapijskih sredstava protiv raka.[37] Međutim, druge studije [32] zabilježile su da bi aktivnost transamidacije tTG mogla biti povezana s inhibicijom invazivnosti tumorskih ćelija.
Ostale bolesti
Smatra se da tTG doprinosi u pojavi nekoliko neurodegenerativnih poremećaja, uključujući Alzhemerovu, Parkinsonovu i Huntingtonovu bolest, utičući na transkripciju, diferencijaciju, migraciju i adheziju.[38][39] Takve neurološke bolesti djelimično karakterizira abnormalna agregacija proteina, zbog povećane aktivnosti umrežavanja proteina u zahvaćenom mozgu.[40] Pored toga, specifični proteini povezani s ovim poremećajima utvrđeno je na supstratima tTG in vivo i in vitro.[7] Iako je tTG reguliran u područjima mozga pogođenih Huntingtonovom bolešću, nedavno istraživanje pokazalo je da povećani nivo tTG ne utiče na pojavu i/ili napredovanje bolesti kod miševa.[41]
Nedavna istraživanja pokazuju da tTG možda nije uključen u AD, jer studije pokazuju da je povezan s lizom eritrocita i da je posljedica bolesti, a ne uzrok. tTG je također povezan s patogenezom fibroze u različitim organima, uključujući pluća i bubreg. Konkretno, kod fibroze bubrega, tTG doprinosi stabilizaciji i akumulaciji ECM-a koji utiče na aktivnost TGF beta.[16]
Dijagnostika
Serologija za anti-tTG antitijela je zamijenila starije serološke testove (anti-endomizij, anti-gliadin i anti-retikulin) i ima jaku osetljivost ( 99%) i specifičnost (> 90%) za identifikaciju celijakije. Savremeni testovi za anti-tTG oslanjaju se na ljudski rekombinantni protein kao antigen.[42]
Terapeutika
Još se tTG eksperimentalno koristi kao oblik hirurškog ljepila. Takođe se proučava kao atenuator metastaza u određenim tumorima.[11] tTG pokazuje obećavajuće podatke kao potencijalni terapijski cilj za liječenje srčane fibroze, putem aktivnosti visoko selektivnOG tTG inhibitorA.[43] Pokazano je i da inhibitori tTG koče stvaranje toksičnih inkluzija, povezanih sa neurodegenerativnim bolestima.[44] To ukazuje da bi inhibitori tTG mogli poslužiti i kao alat za ublažavanje progresije bolesti povezanih s moždanim tTG.[44]
Remove ads
Interakcije
TG2 sudjeluje i u enzimima i u enzimskim interakcijama. Enzimske interakcije nastaju između TG2 i njegovih supstratnih proteina, koji sadrže glutaminski donor i lizin donorske grupe, u prisustvu kalcija. Poznato je da supstrati TG2 utjiču na aktivnost TG2, što mu omogućava da naknadno izvršava različite biološke funkcije u ćeliji. Međutim, značaj neenzimskih interakcija u regulaciji aktivnosti TG2 tek treba otkriti. Nedavna istraživanja pokazuju da neenzimske interakcije imaju fiziološke uloge i omogućavaju različite funkcije TG2 na način specifičan za kontekst.[45]
Wtsi.jpg)
Remove ads
Reference
Vanjski linkovi
Wikiwand - on
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Remove ads