Достижения в области изучения глутатионтрансферазы млекопитающих

 1 Открытие глутатионтрансферазы

Исследования глутатионтрансферазы восходят к 1961 году, когда Бут и др.[1] обнаружили фермент, катализирующий реакцию между GSH и 2-хлор-4-нитробензолом в экстрактах клеток печени мыши; в 1978 году Лоуренс и др.[2] выявили существование не содержащей селена глутатионпероксидазы в тканях печени мыши, которая была названа глутатионтрансферазой, и это ознаменовало первое открытие гена глутатионтрансферазы млекопитающих, открыв путь для молекулярной биологии глутатионтрансферазы. В 1978 году Лоуренс и другие[2] идентифицировали не содержащую селена глутатионпероксидазу в ткани печени мыши и назвали ее глутатионтрансферазой, что ознаменовало открытие первого гена глутатионтрансферазы млекопитающих и положило начало первому молекулярно-биологическому исследованию глутатионтрансферазы.

 

2 Классификация и номенклатура глутатионтрансфераз

Глутатионтрансферазы млекопитающих в настоящее время классифицируются на три группы: растворимые цитозольные, митохондриальные и микросомальные. Растворимая цитоплазматическая глутатионтрансфераза представляет собой гомо- или гетеродимер, состоящий из двух субъединиц, каждая из которых имеет молекулярную массу около 23 кДа 30 кДа и состоит из 199 - 244 аминокислот. Различные комбинации субъединиц образуют множество изоферментов, что значительно увеличивает разнообразие глутатионтрансфераз у млекопитающих; согласно существующим исследованиям, у млекопитающих имеется 15 ~ 20 растворимых цитоплазматических глутатионтрансфераз[3] . Несмотря на отсутствие единого стандарта для классификации глутатионтрансфераз, растворимые цитоплазматические глутатионтрансферазы млекопитающих были разделены на семь категорий, включая альфа(α), мю(μ), пи(π), тета(θ), сигма(σ), омега(ω) и дзета(ζ), на основании хромосомного расположения, структуры субъединиц, сходства аминокислотной последовательности и ферментативных свойств. Сходство последовательностей одного класса составляет более 40 %, а сходство последовательностей между классами - менее 25 %.

 

Каждая субъединица растворимой цитоплазматической глутатионтрансферазы кодируется отдельным геном. Например, α, μ, π, θ, σ, ω и ζ кодируются глутатионтрансферазой A, глутатионтрансферазой M, глутатионтрансферазой P, глутатионтрансферазой T, глутатионтрансферазой S и глутатионтрансферазой Z, каждая из которых состоит из 7, 8, 7, 5, 5, 5, 5 и 8 экзонов, соответственно.  С развитием технологии секвенирования генома и инструментов биоинформатики было построено все больше аннотаций генов и хромосомных карт, что позволило выявить геномное распределение генов глутатионтрансферазы в организмах.

 

Например, у человека изоформа α-глутатионтрансферазы кодируется пятью функциональными генами (глутатионтрансфераза A1-5) и семью псевдогенами (глутатионтрансфераза AP1-7), сгруппированными на хромосоме 6. Она кодируется 1 (глутатионтрансфераза P1), 3 (глутатионтрансфераза T1, глутатионтрансфераза T2, глутатионтрансфераза T2B), 1 (глутатионтрансфераза S1), 2 (глутатионтрансфераза O1-2) и 1 (глутатионтрансфераза Z1) мотивами [4]. С открытием все большего числа изоферментов глутатионтрансферазы, чтобы избежать путаницы, была принята единая система наименования глутатионтрансфераз млекопитающих[5], включающая префикс видового названия, тип глутатионтрансферазы, тип субъединицы и т.д., например: Hsa глутатионтрансфераза M1 означает, что ген кодирует 1-субъединицу μ-глутатионтрансферазы человека.

 

Митохондриальная глутатионтрансфераза содержит только каппа-подобные изоферменты и представляет собой димерный белок, состоящий из 226 аминокислот, кодируемый геном глутатионтрансферазы K1 с восемью экзонами, расположенным на хромосоме 7 человека и имеющим единственную копию у млекопитающих[6] .

 

Микросомальная глутатионтрансфераза - это особое подсемейство семейства суперпротеинов глутатионтрансферазы, имеющее низкое сходство (<10%) с растворимой глутатионтрансферазой, около 150 аминокислот, содержащее четыре класса членов: I, II, III и IV, из которых изоферменты классов I, II и IV встречаются у млекопитающих и тесно связаны с образованием арахидоноидов, поэтому также известны как мембраносвязанные белки в метаболизме эйкозаноидов и глутатиона (MAPEG). Мембранные ассоциированные белки в метаболизме эйкозаноидов и глутатиона (MAPEG). У человека существует шесть генов MAPEG, и на основании сходства последовательностей M глутатионтрансфераза 2, лейкотриен C4 синтаза (LTC4S) и 5-липоксигеназа-активирующий белок (FLAP) относятся к классу I; M глутатионтрансфераза 1 и простагландин E2 относятся к классу II; MAPEG - к классу III, а MAPEG - к классу IV. М глутатионтрансфераза 1 и простагландин Е2 синтаза 1 (PGES1) включены в класс IV; класс II содержит только М глутатионтрансферазу 3. Субъединичный состав микросомальной глутатионтрансферазы относительно разнообразен, например: М глутатионтрансфераза 1, LTC4S и PGES1 в основном находятся в форме гомотримеров[7-9] , тогда как FLAP может образовывать мономеры, мономеры и гомодимеры[7-9] , тогда как FLAP может образовывать мономеры, мономеры и мономеры. М-глутатионтрансфераза 1, LTC4S и PGES1 существуют в основном в виде гомотримеров[7-9], в то время как FLAP может образовывать мономеры, димеры и тримеры[10] .

 

3 Глутатионтрансфераза Структурная характеристика и ферментативные реакции

Хотя различные типы глутатионтрансфераз сильно различаются по последовательности, их вторичные и высшие структуры очень похожи. Напротив, митохондриальная глутатионтрансфераза добавляет спиральный домен к мотиву βα β для связывания электрофильных субстратов, что свидетельствует о параллельной эволюции кристаллических структур растворимой цитоплазматической и митохондриальной глутатионтрансфераз[11] . Считается, что весь N-концевой домен растворимой глутатионтрансферазы произошел от складчатых структур белков суперсемейства тиоредоксина, таких как тиоредоксин и глутаредоксин.

 

Каждая субъединица глутатионтрансферазы имеет свой собственный каталитический сайт глутатионтрансферазы: структурный домен I в основном обеспечивает сайт связывания GSH, называемый G-сайтом, который высоко консервативен у млекопитающих, например, тирозин (Tyr) в положении 7 и серин (Ser) в положении 17 в альфа/mu/pi-глутатионтрансферазе; структурный домен II отвечает за связывание гидрофобных субстратов, то есть H-сайт, который структурно более изменчив[12-13] . Домен II отвечает за связывание гидрофобного субстрата, т.е. Н-сайта, и обладает высокой степенью структурной вариабельности[12-13] . В каталитической реакции связывание глутатионтрансферазы с GSH происходит по "механизму подгонки" фермента и субстрата, т.е. связывание субстрата с ферментом вызывает соответствующее изменение конформации белка фермента, что приводит к образованию фермент-субстратного комплекса за счет связывания фермента с субстратом и вызывает реакцию субстрата; после завершения реакции и отщепления продукта от фермента фермент не способен реагировать с субстратом. Когда реакция завершается и продукт отщепляется от фермента, активный центр фермента возвращается в свою исходную конформацию. Консервированный G-сайт способствует ионизации гидроксильной группы тирозина/серина за счет водородной связи с тиоловой группой GSH, что приводит к образованию тиолат-анионов, а вариабельный H-сайт при связывании с гидрофобным субстратом (электрофильным соединением) участвует в серии реакций, протекающих под действием тиолат-анионов[14] . Митохондриальная глутатионтрансфераза и растворимая глутатионтрансфераза обладают сходными каталитическими функциями.

 

Исследования показали, что микросомальная глутатионтрансфераза имеет 3~4 трансмембранных домена, амино- и карбоксильные концы белка выступают в просвет мембраны, а сайт связывания GSH-субстрата может располагаться в цитоплазматической петле, обращенной к растворителю[15- 17] . Приведенные выше результаты являются лишь структурными предсказаниями для микросомальной глутатионтрансферазы, и детальная кристаллическая структура белка микросомальной глутатионтрансферазы еще нуждается в дальнейшем исследовании.

 

4 Экспрессия и функциональное значение глутатионтрансфераз

С развитием наук о жизни и расширением областей исследований постепенно обнаруживается все больше новых генов, и определение функции и генетической информации новых генов становится чрезвычайно важным, поэтому исследование функции глутатионтрансферазы млекопитающих также стало актуальным для ученых. Глутатионтрансфераза, являясь важным компонентом системы детоксикации организма, отвечает за каталитическое связывание GSH с различными электрофильными экзогенными соединениями (например, лекарствами, промышленными полупродуктами, пестицидами, гербицидами, загрязнителями окружающей среды, канцерогенами и т.д.) и перенос глутатиона в организм под действием ассоциированных с множественной лекарственной устойчивостью белков (MRPs). Под действием белков с множественной лекарственной устойчивостью (MRPs) конъюгаты глутатиона выводятся из организма, предотвращая ковалентное связывание электрофильных реагентов с клеточными биомолекулами в процессе биотрансформации и выполняя детоксикационную роль[3] .

 

Хотя члены семейства глутатионтрансфераз произошли от одного предка, в результате дупликации генов, рекомбинации и мутаций различные классы глутатионтрансфераз проявляют субстратную специфичность и функциональное разнообразие в своей каталитической активности. Например, альфа-члены глутатионтрансферазы A1-4, которые экспрессируются в печени и почках человека, обладают различными свойствами связывания субстрата, несмотря на высокую гомологичность последовательностей и структуры белков. Глутатионтрансфераза A1, глутатионтрансфераза A2 и глутатионтрансфераза A3 склонны связывать 2,4-динитрохлорбензол (CDNB), и их каталитическая активность значительно выше, чем для аллиловых альдегидов. Напротив, глутатионтрансфераза A4 предпочитает аллиловые альдегиды, и ее каталитическая активность для аллиловых альдегидов почти в 200 раз выше, чем у глутатионтрансферазы A1[18] . Было показано, что глутатионтрансфераза A1 и глутатионтрансфераза A4 имеют специфические карманы связывания субстрата, расположенные в петле α1-β1 и в С-концевой области спирали α4, и сборка и расположение аминокислот в этой области определяют форму и характеристики карманов связывания субстрата, а значит, и специфичность их распознавания субстрата[18] . Кроме того, Björnestedt et al. сообщили, что сайты Arg15 и Tyr9 глутатионтрансферазы A1 важны для связывания и активации GSH для поддержания активности фермента [19]. Дальнейшие исследования также выявили ряд ключевых сайтов, влияющих на каталитическую активность глутатионтрансферазы A4 в отношении аллиловых альдегидов, включая Gly12 в петле α1-β1, Ile107 (Leu), Met108 (Leu) и Phe111 (Val) в области спирали α4, а также Pro208 (Met), Tyr212 (Ser), Val213 (Leu) и Phe111 (Val) в С-концевой области [19]. (Leu), Val 216 (Ala) и Pro222 (Phe) на С-конце[18-19], что способствовало пониманию их каталитических механизмов.

 

Кроме того, глутатионтрансфераза выполняет некаталитические функции, например, глутатионтрансфераза O1 регулирует рецептор ланниона, белок ионизации кальция эндоплазматического ретикулума, подавляя его активность, тем самым предотвращая апоптоз[20] . pi-глутатионтрансфераза в основном экспрессируется в плаценте, эритроцитах, молочной железе, легких и простате. pi-глутатионтрансфераза является ингибитором C-Jun аминотерминальной киназы 1 (JNK1), которая регулирует апоптоз, стресс и пролиферацию клеток путем подавления активности JNK, подкласса сигнального пути MAP-киназ. Член мю-глутатионтрансферазы глутатионтрансфераза М1 является эндогенным ингибитором апоптозной сигнал-регулирующей киназы 1 (ASK1), которая регулирует апоптоз, индуцированный стрессом или цитокинами, путем ингибирования активности ASK1 и предотвращения ее олигомеризации[21] .

 

Хотя большинство растворимых изоферментов цитоплазматической глутатионтрансферазы находятся в цитоплазме, некоторые из них также расположены в митохондриях, клеточной мембране или ядре. Например, митохондриальная глутатионтрансфераза А4 обнаружена у людей и мышей. Было показано, что митохондриальная глутатионтрансфераза A4 сильно фосфорилируется, транслируется и локализуется в митохондриях с помощью молекулярного партнера Hsp70; дальнейшие исследования показали, что этот сигнал митохондриальной локализации расположен в С-концевой области в 20 аминокислотной позиции и требует активации углеродно-концевого сайта фосфорилирования протеинкиназы А (Ser-189) или протеинкиназы С (Thr-193) [22-23]. ] . Аналогично, в микросомах печени человека был обнаружен изофермент, высоко гомологичный человеческой глутатионтрансферазе А1, названный М-глутатионтрансферазой А, которая тесно связана с антиоксидантным повреждением клеточных мембран[24] . Также сообщалось об экспрессии мышиного глутатиона O1[25] и глутатиона T2[26] в ядре.

 

В отличие от тканеспецифичной экспрессии растворимой глутатионтрансферазы, каппа-подобные изоферменты широко экспрессируются в различных тканях, включая печень, почки, желудок и сердце, и, как было показано, связаны с митохондриями печени и почек[27], что позволяет предположить, что митохондриальная глутатионтрансфераза является основой клеточного метаболизма[28]. Глутатионтрансфераза K1 обнаружена не только в митохондриях, но и в пероксисомах, что позволяет предположить, что глутатионтрансфераза K1 может быть вовлечена в β-окислительную активацию/перенос жирных кислот, а также в детоксикацию перекисей липидов, учитывая важность этих двух органелл в метаболизме липидов[6] . Кроме того, Морел и др. обнаружили, что С-концевая последовательность Ala-Arg-Leu глутатионтрансферазы K1 является сигналом для нацеливания на пероксисомы, что позволяет предположить, что С-концевая часть играет важную роль в нацеливании на пероксисомы[6] . Хотя было высказано предположение, что глутатионтрансфераза K1 может проникать в митохондрии с помощью молекулярного шаперона, белка теплового шока (Hsp60)[11], или через сайт расщепления на N-конце пептида митохондриального проводника[6], конкретный процесс локализации глутатионтрансферазы K1 в митохондриях нуждается в дальнейшем изучении.

 

Митохондриальная глутатионтрансфераза - сложное семейство ферментов с разнообразными функциями, включающими не только GSH-зависимые трансферазные функции, но и ряд гидрофобных соединений, синтез и транспорт. Например, М-глутатионтрансфераза 1 в основном отвечает за связанные с GSH трансферазные и изозимные каталитические реакции, а ее функция сходна с функцией растворимой глутатионтрансферазы. Было установлено, что М-глутатионтрансфераза 1 не только играет важную роль в катализе соединения GSH с галогенированными аренами и полигалогенированными ненасыщенными углеводородами[29], но и участвует в метаболизме гидроперекисей липидов. Она также участвует в метаболизме гидроперекисей липидов (например, перекисей жирных кислот, перекисей фосфолипидов и т. д.) [30-31], что позволяет предположить, что глутатионтрансфераза 1 является важным ферментом детоксикации организма, особенно для детоксикации экзогенных токсичных соединений и продуктов окислительного стресса. Кроме того, лейкотриен С4 синтаза (LTC4S), 5-липоксигеназа-активирующий белок (FLAP) и простагландин Е2 синтаза (PGES1) участвуют в образовании эйкозаноидов, эйкозаноидов и других химических веществ. Они участвуют в синтезе эйкозаноидов, лейкотриенов и простагландинов, соответственно, и играют роль в арахидоноидном пути, в то время как гены M глутатионтрансферазы 2 и M глутатионтрансферазы 3 отвечают за снижение уровня (S)-5-пероксо-8,11,14-6-транс-дидекатетраеновой кислоты[32] .

 

5 Полиморфизмы глутатионтрансферазы и заболевания

В последние годы обширные исследования полиморфизмов генов глутатионтрансферазы и заболеваний способствовали пониманию их важной роли в метаболизме канцерогенов, антимутагенности, противоопухолевой регуляции и регуляции апоптоза, что важно для разработки новых средств защиты от болезней и повышения общего терапевтического уровня. Еще в 1988 году Seidegård et al. путем обычного молекулярного клонирования идентифицировали три аллеля глутатионтрансферазы М1: глутатионтрансферазу М1 ∗0, глутатионтрансферазу М1 ∗A, глутатионтрансферазу М1 ∗B в тканях печени человека. Глутатионтрансфераза М1 экспрессируется в основном в печени, тогда как другие члены фермента экспрессируются за ее пределами. Дальнейший анализ показал, что 40-60 % населения имеют гомозиготную делецию аллеля глутатионтрансферазы M1 ∗0[33], что повышает риск развития рака легких и толстой кишки[34-35].

 

Впоследствии были идентифицированы два аллеля глутатиона M3: глутатион M3 ∗A и глутатион M3 ∗B[36] , а в глутатионе M4 были обнаружены два интронных SNP[37] . Глутатионтрансфераза P высоко экспрессируется в основном во внепеченочных тканях и опухолевых клетках[38] , имеет два SNP-локуса (I105V и A114V) и четыре аллеля в популяции: глутатионтрансфераза P ∗A (I105/A114), глутатионтрансфераза P ∗B (V105/A114), глутатионтрансфераза P ∗C (V105/V114) и глутатионтрансфераза M3 ∗B[39] . ) и глутатионтрансферазы P ∗D (I105/V114) [39-40] . Вариант Val-105 повышает каталитическую активность по отношению к ароматическим эпоксидам [41] и связан с повышенным риском рака яичек и мочевого пузыря [42]. В популяции зарегистрированы два аллеля глутатионтрансферазы Т: глутатионтрансфераза Т1 ∗ 0 и глутатионтрансфераза Т1 ∗ 1[43] , причем первый полностью утрачен в популяции. Кроме того, у 20 % европеоидов наблюдается потеря аллельной чистоты[44], что делает их более восприимчивыми к раку толстой кишки, астроцитоме и миелодиспластическим синдромам[45-47] . Глутатионтрансфераза Z имеет три аллеля в популяции и содержит два SNP-сайта: глутатионтрансфераза Z1 ∗ A (A94A124), глутатионтрансфераза Z1 ∗ B (A94 ~ G124) и глутатионтрансфераза Z1 ∗ C (G94 ~ G124), причем разные мутантные белки обладают различными свойствами связывания субстрата[48] . Глутатионтрансфераза 1 имеет четыре полиморфных участка, два из которых расположены в интронах, один - в 3′ некодирующей области, а другой - в промоторной области; люди с генотипом GG/GG (102G>A/16416G>A) имеют более высокий риск развития рака толстой кишки[49] .

 

6 Генная инженерия глутатионтрансферазы у животных

Исследования показали, что мышиная глутатионтрансфераза A4 обладает сильной каталитической активностью в отношении 4-гидроксинонена (4-HNE). 4-HNE - сильный электрофил, продукт перекисного окисления липидов на рецепторе Михаэлиса, образующий ковалентные аддукты с белками, нуклеиновыми кислотами и фосфолипидами. Engle et al. сообщили, что мыши с чистой мутацией в глутатионтрансферазе A4 были более восприимчивы к бактериальным инфекциям и повышенной чувствительности к параквату, гербициду, и что у нокаутных мышей была значительно снижена конъюгация GSH с 4-гидроксиноненалем (4-HNE) в тканях мозга и сердца, что позволяет предположить, что нокаут гена фермента глутатионтрансферазы A4 снижает детоксикационную функцию мышей[50] . Нокаут глутатионтрансферазы А4 снижал детоксикационную функцию у мышей[50] . Однако повышение регуляции генов, связанных с элементом антиоксидантного ответа (ARE), может быть другим компенсаторным механизмом для нокдауна глутатионтрансферазы A4[51] . Дальнейший биоинформационный анализ показал, что 5′-верхний участок гена глутатиона A4 имеет ARE, сходный с геном хиноновой оксидоредуктазы 1 (NADPH) мыши, и эта структура способствует метаболизму 4-HNE и повышению уровня глутатиона A4 в организме, что указывает на важную роль гена глутатиона A4 мыши в борьбе с перекисным окислением липидов[52-53] .

 

Ген глутатионтрансферазы M5 в основном кодирует трансферазу мозга/тестиса, но неясно, как нокаут влияет на фенотип мышей[54] .

 

Пи-глутатионтрансфераза имеет два кодирующих гена у мышей - глутатионтрансфераза P1 и глутатионтрансфераза P2, которые играют важную роль в детоксикации канцерогенов, особенно полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Печень мышей, мутировавших в глутатион P1 и глутатион P2, потеряла трансферазную активность по отношению к мочегонной кислоте. В другом исследовании количество папиллом, индуцированных дигидроксиметилбутировой кислотой и п-бензодикарбоновой кислотой, у мышей с глутатионом P1/P2-/- было почти в три раза больше, чем у нормальных мышей, что позволяет предположить, что глутатион P играет важную роль в устойчивости к экзогенным соединениям в канцерогенезе[55] . Удивительно, но мыши с глутатионтрансферазой P1/P2/- были более устойчивы к гепатотоксичности, вызванной анальгетиком ацетаминофеном, что может быть связано с более быстрой регенерацией GSH в печени мышей с двойным нокаутом [56]. Кроме того, учитывая роль π-глутатионтрансферазы в содействии окислительно-восстановительному циклированию метаболита ацетаминофена - бензохинон-имина (NAPQI), можно предположить, что отсутствие π-глутатионтрансферазы нарушает окислительно-восстановительный цикл NAPQI, что приводит к снижению GSH[56] .

 

Сигма-глутатион трансфераза кодирует гематопоэтическую или GSH-зависимую простагландин D2 синтазу (HPGDS), отвечающую за катализ синтеза арахидонатоподобного простагландина D2, который играет важную роль в иммунном ответе; нокаутные мыши демонстрируют относительно более слабую аллергическую реакцию, чем мыши дикого типа[57] .

 

Ген глутатионтрансферазы Z1 кодирует изомеразу малеилацетоацетата (MAAI), которая участвует в изомеризации MAAI в метаболическом пути фенилаланин/тирозин и является предпоследним каталитическим шагом в метаболизме тирозина. Биохимические исследования показали, что у мышей с глутатионтрансферазой Z1-/- снижена ферментативная реакция и нарушено распознавание субстратов - малеилацетона и хлорфторуксусной кислоты[58] . Патофизиологические исследования также показали, что у мышей с глутатионтрансферазой Z1-/- снижена способность метаболизировать как сукцинилацетон, так и другие метаболиты, получаемые из малеилацетона[59] . Интересно, что хотя у мышей с дефицитом изоформы глутатионтрансферазы Z1 (мышей BALB/c, которых кормили 3% пропиланиловой кислотой) наблюдался ряд патологических реакций, таких как некроз печени, стеатоз и периферическая лейкемия, они также вызывали увеличение экспрессии глутатионтрансфераз альфа-, мю- и pi-классов, а также хиноновой оксидоредуктазы (NQO1), что может быть результатом накопления продуктов расщепления тирозина. Увеличение экспрессии этих ферментов может быть связано с накоплением продуктов, снижающих уровень тирозина. Примечательно, что все эти гены с повышенной экспрессией имеют либо ARE (элемент антиоксидантного ответа), либо EpRE (элемент электрофильного ответа), поэтому предполагается, что зета-глутатионтрансфераза также обладает антиоксидантной и электрофильной защитой. В целом, дисфункция метаболизма тирозина является основной причиной снижения печеночной детоксикации и антиоксидантной способности глутатионтрансферазы Z1-/-мышей[59] .

 

Митохондриальная глутатионтрансфераза также выполняет множество функций у млекопитающих, например, М глутатионтрансфераза 1, М глутатионтрансфераза 2 и М глутатионтрансфераза 3 выполняют функции детоксикации, а FLAP, LTC4S и PGES1 играют роль в синтезе липоксигеназы, лейкотриена С4 и простагландина Е2; кроме того, М глутатионтрансфераза 2 и М глутатионтрансфераза 3 также выполняют функцию синтеза лейкотриена С4[60] . Кроме того, М-глутатионтрансфераза 2 и М-глутатионтрансфераза 3 также участвуют в синтезе лейкотриена С4[60] . В настоящее время продолжают поступать сообщения об исследованиях микросомальной глутатионтрансферазы I и IV классов у генно-инженерных мышей, что свидетельствует о важной роли гена MAPEG в аллергических и воспалительных реакциях, однако о его функции в окислительном стрессе пока не сообщалось. При перитоните, вызванном дрожжевым гликаном А, лейкотриен С4 не синтезировался в перитонеальной лаважной жидкости мутантных мышей, но значительно увеличивался у мышей дикого типа, что свидетельствует о потере синтеза лейкотриена у нокаутных мышей FLAP. Важно отметить, что метаболиты пути 5-алифатической оксигеназы, такие как 5-гидроксиэйкозатетраеновая кислота (5-HETE) и лейкотриен A4, не были обнаружены у нокаутных мышей FLAP [61].

 

Поскольку 5-липоксигеназа превращает арахидоновую кислоту в лейкотриен А4 и далее преобразует его в 5-HETE или связывает с GSH для получения цистеиниловых лейкотриенов, полученные выше результаты позволяют предположить, что FLAP играет важнейшую роль во всем процессе синтеза лейкотриенов[61] . Нокаут LTC4S снижает способность связывания LTA4 и GSH, что также влияет на синтез лейкотриенов[62] . Макрофаги у нокаутных мышей класса IV PTGES лишены синтеза простагландина E2 по сравнению с мышами дикого типа; было показано, что мутантные мыши PTGES обладают некоторой защитой от фибропролиферации, воспаления, повреждения протеогликанов, клеточной инфильтрации и заболеваний, связанных с повреждением хряща, в иммуноанализе куриного артрита, вызванного коллагеном II типа[63] . Исследование лихорадочного ответа нейронов нокаутных мышей PTGES показало, что хотя мыши обладали прекрасной лихорадочной способностью, они не проявляли лихорадочного ответа после заражения бактериальным липополисахаридом и не синтезировали простагландин Е2, что позволяет предположить, что PTGES является центральным переключателем иммунно-индуцированной лихорадки и, как ожидается, станет мишенью для лечения лихорадки[64] .

 

7 Заключение

Глутатионтрансферазы - это суперсемейство протеаз, кодируемых несколькими генами, которые выполняют множество функций в биотрансформации, иммунитете и других защитных системах организма, включая детоксикацию и антиоксидацию. Глутатионтрансферазы обнаружены в широком спектре тканей и клеток различных организмов и были вовлечены в ряд болезненных процессов, включая повреждение клеток, гипоксию, токсичность и старение. Однако из-за существования различных изоформ, тканеспецифической и субстратно-специфической экспрессии, а также взаимодействия с другими антиоксидантными ферментами исследования глутатионтрансфераз шли медленно. Благодаря постоянному развитию и применению молекулярной биологии и биоинформатики, последовательность, эволюционное разнообразие, молекулярная структура и антиоксидантный механизм глутатионтрансферазы млекопитающих могут быть лучше выяснены и реализованы.

 

Ссылки:

[1] BOOTH J,BOYLAND E,SIMS P. Фермент из печени крысы, катализирующий конъюгацию с глутатионом[J] . Биохимический журнал, 1961, 79(3) :516.

[2] LAWRENCE R A , PARKHILL L K , BURK R F. Гепатическая цитозольная не селен-зависимая активность глутатион пероксидазы: ее природа и влияние селенового дефицита. дефицита селена[J] . Журнал питания, 1978, 108(6) :981-987.

[3] HAYES J D ,FLANAGAN J U ,JOWSEY I R. Glutathione transferases[ J] . Ежегодный обзор фармакологии и токсикологии , 2005(45) :51- 88.

[4] WHALE N R ,BOYER T D. Human glutathione S-transferases[J] . На семинарах по заболеваниям печени, 1998, 18(4) :345-358.

[5] MANNERVIK B , AWASTHI Y C , BOARD P G , et al. Номенклатура для человеческих глутатионтрансфераз [ J] .  Биохимический журнал, 1992, 282(1) :305-306.

[6] MOREL F, RAUCH C, PETIT E, et al. Характеристика генов и белков глутатион S-трансферазы каппа человека и доказательства пероксисомальной локализации[J] . Журнал биологической химии, 2004, 279(16) :16246- 16253.

[7] THORÉN S, WEINANDER R, SAHA S. Очистка, функциональная характеристика и определение проекционной структуры микросомальной простагландин Е синтазы-1 человека. определение проекционной структуры[J] . Журнал биологической химии, 2003, 278(25) :22199-22209.

[8] SCHMIDT K I ,MITSUOKA K ,HIRAI T ,et al. Трехмерная карта микросомальной глутатионтрансферазы 1 с разрешением 6 Å[J] . EMBO journal, 2000, 19(23) :6311-6316.

[ 9] SCHMIDT K I , KANAOKA Y , MILLS D J , et al. Человеческая лейкотриен C4 синтаза с разрешением 4.5 A° в проекции[J] . Struc-

ture, 2004, 12(11) :2009-2014.

[10] MANDAL A K ,SKOCH J ,BACSKAI B J ,et al. The membrane organisation of leukotriene synthesis[ J] . Труды национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, 2004, 101(17) :6587-6592.

[11] ROBINSON A, HUTTLEY G A, BOOTH H S, et al. Моделирование и биоинформатические исследования человеческой глутатионтрансферазы класса Каппа предсказывают новое третье семейства трансфераз с гомологией с прокариотическими 2-гидроксихромен-2-карбоксилат изо-меразами[J] . Биохимический журнал, 2004, 379(3) :541-52.

[12] ARMSTRONG R N. Structure , catalytic mechanism , and evolution of the glutathione transferases [ J] .  Химические исследования в токсикологии, 1997, 10(1) :2- 18.

[13] ARMSTRONG R N. Mechanistic imperatives for the evolution of glu-tathione transferases [ J] .  Current opinion in chemical biology, 1998 ,2(5) :618-623.

[14] DIRR H, REINEMER P, HUBER R. X-ray crystal structures of cytosolic glutathione S-transferases. Implications for protein architecture, substrate Implications for protein architecture, substrate recognition and catalytic function [J] . European journal of biochemistry, 1994, 220(3) :645-661.

[15] LAM B K , PENROSE J F , XU K , et al. Site-directed mutagenesis of human leukotriene C4 synthase[ J] . Журнал биологической химии, 1997, 272(21) :13923- 13928.

[16] BUSENLEHNER L S , CODREANU S G , HOLM P J , et al. Stress sensor triggers conformational response of the integral membrane protein microsomal глутатион-транс-феразы 1[J] . Биохимия, 2004, 43(35) :11145- 11152.

[17] BRESELL A,WEINANDER R,LUNDQVIST G,et al. Bioinformatic and enzymatic characterization of the MAPEG superfamily[J] . FEBS journal, 2005, 272(7) :1688- 1703.

[18] BURNS C M , HUBATSCH I , RIDDERSTRO M M M , et al. Кристаллические структуры и мутагенез глутатионтрансферазы A4-4 человека раскрывают основу высокой каталитической эффективности в отношении токсичных продуктов перекисного окисления липидов [ J] . Журнал молекулярной биологии, 1999, 288(3) :427-439.

[19] BJÖRNESTEDT R,STENBERG G,WIDERSTEN M,et al. Функциональное значение аргинина 15 в активном сайте человеческой глутатионтрансферазы класса альфа. трансферазы A1- 1[J] . Журнал молекулярной биологии, 1995, 247(4) :765-773.

[20] DULHUNTY A, GAGE P, CURTIS S, et al. Структурное семейство глутатионтрансфераз включает ядерный хлоридный канал и рианодиновый рецептор. модулятор канала высвобождения кальция[J] . Журнал биологической химии, 2001, 276(5) :3319-3323.

[21] CHO S G , LEE Y H , PARK H S , et al. Глутатион S-трансфераза mu модулирует стресс-активируемые сигналы, подавляя сигнал-регулятор апоптоза киназы 1[J] . Журнал биологической химии, 2001, 276(16) :12749- 12755.

[22] GARDNER J L ,GALLAGHER E P. Разработка пептидного антитела, специфичного к человеческой глутатион S-трансферазе Альфа 4-4 (h-глутатион трансфераза A4-4), выявляет преимущественную локализацию в митохондриях печени человека[ J]. Archives of biochemistry and biophysics , 2001 , 390 :19-27.

[23] ROBIN M A , PRABU S K , RAZA H , et al. Фосфорилирование усиливает митохондриальное нацеливание глутатионтрансферазы A4-4 за счет увеличения сродства к связыванию с цитоплазматическим Hsp70[J] . Журнал биологической химии, 2003, 278(21) :18960- 18970.

[24] PRABHU K S , REDDY P V , JONES E C , et al. Характеристика глутатион S-трансферазы класса альфа с глутатион перокси-дазной активностью в микросомах печени человека. микросомах печени человека[J] . Archives of biochemistry and biophysics ,2004 ,424(1) :72- 80.

[25] KODYM R , CALKINS P , STORY M. The cloning and characterization of a new stress response protein. a mam-malian member of a family of the class glutathione S- трансферазоподобных белков[J] . Журнал биологической химии, 1999, 274 (8) :5131- 5137.

[26] HAYES J D , MCLELLAN L I. Глутатион и глутатион-зависимые ферменты представляют собой координально регулируемую защиту от окислительного стресса [J] . Free radical research, 1999, 31(4) :273-300.

[27] THOMSON R E , BIGLEY A L , FOSTER J R , et al. Тканеспецифическая экспрессия и субклеточное распределение мышиной глутатион S-трансферазы класса Kappa [J] . Журнал гистохимии и цитохимии, 2004, 52(5) :653-62.

[ 28] JOWSEY I R, THOMSON R E, ORTON T C, et al. Биохимическая и генетическая характеристика мышиной глутатион S-трансферазы класса Kappa[J] . Биохимический журнал, 2003, 373(2) :559-569.

[ 29] ANDERSSON C E , MOSIALOU E , WEINANDER R , et al. Enzy-mology of microsomal glutathione S-transferase [J] . Успехи фармакологии, 1994, 27 :19-35.

[30] MORGENSTERN R,DEPIERRE J. Microsomal glutathione transferase: purification in unactivated form and further characteriza- tion of activa- tion process, substrate specificity and aminoacid composition[J] . Процесс активации, субстратная специфичность и аминокислотный состав[J] . European journal of biochemistry, 1983, 134 : 591-597.

[31] MOSIALOU E,PIEMONTE F,ANDERSSON C,et al. Микросомальная глутатионтрансфераза:липидные субстраты и липидная зависимость[J] . Archives of biochemistry and biophysics ,1995 ,320(2) :210-216.

[32] JAKOBSSON P J , MANCINI J A , RIENDEAU D , et al. Идентификация и характеристика нового микросомального фермента с глутатион-зависимой трансферазной и пероксидазной активностью [ J ] .  Журнал биологической химии, 1997, 272 (36): 22934 - 22939.

[ 33] SEIDEGÅRD J,VORACHEK W R,PERO R W,et al. Наследственные различия в экспрессии человеческой глутатион-транс-феразы, активной в отношении транс-стильбена оксида обусловлены делецией гена[ J] . Proceedings of the national academy of sciences, 1988, 85(19) :7293-7297.

[ 34] MCWILLIAMS J E , SANDERSON B J , HARRIS E L , et al. Дефицит глутатион S-трансферазы M1 и риск рака легких[J] . Cancer epidemiology and prevention biomarkers ,1995 ,4(6) :589-594.

[35] ZHONG S, WYLLIE A H, BARNES D, et al. Связь между генетическим полиморфизмом глутатионтрансферазы M1 и предрасположенностью к раку мочевого пузыря, молочной железы и толстой кишки [J] . Carcinogenesis, 1993, 14(9) :1821- 1824.

[36] INSKIP A, ELEXPERU C J, BUXTON N, et al. Identification of polymorphism at the glutathione S-transferase, glutathione transferase M3 locus: evidence for linkage с глутатионтрансферазой M1 ∗A[J]. Biochemical journal, 1995, 312(3) :713-716.

[37] EMAHAZION T,JOBS M,HOWELL W M,et al. Идентификация 167 полиморфизмов в 88 генах, представляющих кандидатные пути развития нейродегенерации[J]. Gene, 1999, 238(2) :315-324.

[38] HAYES J D, PULFORD D J. The glut athione S-transferase supergene family: regulation of glutathione transferase and the contribution of the lsoenzymes to cancer химиопротекции и лекарственной устойчивости часть I[J]. Critical reviews in biochemistry and molecular biology, 1995,30(6) :445-520.

[39] AHMAD H,WILSON D E,FRITZ R R,et al. Первичный и вторичный структурный анализ глутатион S-трансферазы π из плаценты человека[J]. Archives of biochemistry and biophysics, 1990, 278(2) :398-408.

[40] ALI-OSMAN F, AKANDE O, ANTOUN G, et al. Molecular cloning, characterisation, and expression in escherichia coli of full length cDNAs of three human Молекулярное клонирование, характеристика и экспрессия в escherichia coli полноразмерных кДНК трех вариантов гена глутатион S-трансферазы Pi человека свидетельствуют о различной каталитической активности кодируемых белков[J]. Journal of biological chemistry, 1997, 272(15) :10004-10012.

[41] SUNDBERG K, JOHANSSON A S, STENBERG G, et al. Различия в каталитической эффективности аллельных вариантов глутатионтрансферазы P1- 1 по отношению к канцерогенных диоловых эпоксидов полициклических ароматических углеводородов [J]. Carcinogenesis, 1998, 19 (3) : 433-436.

[42] HARRIES L W, STUBBINS M J, FORMAN D, et al. Identification of genetic polymorphisms at the glutathione S-transferase Pi locus and association with восприимчивостью к раку мочевого пузыря, яичек и простаты[J]. Carcinogenesis,1997,18(4) :641-644.

[43] SPRENGER R, SCHLAGENHAUFER R, KERB R, et al. Характеристика делеции глутатион S-трансферазы глутатионтрансферазы T1: дискриминация всех дискриминация всех генотипов с помощью полимеразной цепной реакции указывает на тримодулярную корреляцию генотип-фенотип[J]. Pharma- cogenetics and genomics, 2000, 10(6) :557-565.

[44] EL-MASRI H A,BELL D A,PORTIER C J. Влияние полиморфизма глутатионтрансферазы тета на оценку риска дихлорметана для человека[J]. Токсикология и прикладная фармакология, 1999, 158(3) :221-230.

[45] CHENEVIXTRENCH G,YOUNG J,COGGAN M,et al. Glutathione s-transferase m1 and t1 polymorphisms:susceptibility to colon cancer and age of onset[J]. Carcinogenesis,1995,16(7) :1655-1657.

[46] ELEXPURU C J, BUXTON N, KANDULA V, et al. Восприимчивость к астроцитоме и менингиоме: влияние аллелизма по локусам глута-тион S-трансферазы (глутатионтрансферазы (глутатион T1 и глутатионтрансферазы M1) и цитохрома P50 (CYP2D6) [J]. трансферазы (глутатион Т1 и глутатион трансфераза М1) и локуса цитохрома Р-450 (CYP2D6) [J]. Cancer research, 1995, 55 (19) :4237- 4239.

[47] CHEN H W, SANDLER D P, TAYLOR J A, et al. Повышенный риск развития миелодиспластических синдромов у лиц с дефектом гена глутатионтрансферазы тета 1 (глутатионтрансфераза Т1)[J. ) генный дефект[J]. The lancet, 1996, 347(8997) :295-297.

[48] BLACKBURN A C, TZENG H F, ANDERS M W, et al. Discovery of the functional polymorphism in human glutathione transferase zeta by expressed sequence tag database analysis [J. анализа базы данных выраженных последовательностей [J]. Фармакогенетика и геномика, 2000, 10(1) :49-57.

[49] ZHANG H, LIAO L H, LIU S M, et al. Полиморфизмы гена микросомальной глутатион S-трансферазы и риск развития колоректального рака в ханьской популяции[J]. Международный журнал колоректальных заболеваний, 2007, 22(10) :1185-1194.

[50] ENGLE M R,SINGH S P,CZERNIK P J, et al. Физиологическая роль м глутатионтрансферазы A4-4, глутатион S-трансферазы, метаболизирующей 4-гидроксиноненаль: создание и анализ м глутатионтрансферазы A4 null mouse [J]. поколение и анализ м глутатионтрансферазы а4 нулевой мыши [J]. Toxicol appl pharmacol, 2004, 194(3) :296-308.

[51] TJALKENS R B, LUCKEY S W, KROLL D J, et al. α, β-Ненасыщенные альдегиды опосредуют индуцибельную экспрессию глутатион S-трансферазы в клетках гепатомы через активацию элемента антиокси-дантного ответа (ARE) [J]. Advances in experimental medicine and biology, 1999, 463:123-131.

[52] RUSHMORE T H,MORTON M R,PICKETT C B. The antioxidant responsive ele-ment. активация при окислительном стрессе и идентификация консенсусной последовательности ДНК, требующей функциональной активности [J. -последовательности, необходимой для функциональной активности [J]. Журнал биологической химии, 1991, 266(18) :11632-11639.

[53] NIOI P,MCMAHON M,ITOH K,et al. Identification of a novel Nrf2-regulated antioxidant response element (ARE) in the mouse NAD(P) H:quinone oxidore- ductase 1 gene:reassessment of the ARE consensus sequence [J]. ductase 1 gene:reassessment of the ARE consensus sequence [J]. Биологический журнал, 2003, 374(2) :337-348.

[54] TCHAIKOVSKAYA T,FRAIFELD V,ASRAF I,et al. m Глутатионтрансфераза M5 KO мышей как потенциальная модель для изучения мозга[J]. Neural plastticity, 2002, 9:119.

[55] HENDERSON C J,SMITH A G,URE J,et al. Increased skin tumourigenesis in mice lacking pi class glutathione S-transferases[J]. Proceedings of the national academy of sciences of the United States of America, 1998, 95(9) :5275-5280.

[56] HENDERSON C J, WOLF C R, KITTERINGHAM N, et al. Повышенная устойчивость к гепатотоксичности ацетаминофена у мышей, лишенных глю-татион S-трансферазы Pi [ J] .  Труды национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, 2000, 97(23) :12741- 12745.

[ 57] URADE Y,EGUCHI N,ARITAKE K,et al. Функциональный анализ липокалинового типа и гемопоэтических простагландин-синтаз[J] . Folia pharmacologica japonica, 2004, 123(1) :5- 13.

[58] FERNANDEZ C J M , BAETSCHER M W , FINEGOLD M , et al. Maleylacetoacetate isomerase (MAAI/glutathione transferase Z) -deficient mice reveal a glutathione-dependent неферментативный обходной путь в катаболизме тирозина [ J] .  Молекулярная и клеточная биология, 2002, 22: 4943-4951.

[59] LIM C E L , MATTHAEI K I , BLACKBURN A C , et al. У мышей, дефицитных по глутатионтрансферазе дзета/малеилацетоацетат изомеразе, наблюдается ряд патологических изменений и повышенную экспрессию глутатионтрансфераз альфа, мю и пи классов[J] . Американский журнал патологии, 2004, 165(2) :379-393.

[60] JAKOBSSON P J , MORGENSTERN R , MANCINI J , et al. Common structural features of MAPEG-a widespread superfamily of membrane associated Общие структурные особенности MAPEG - широко распространенного суперсемейства мембраносвязанных белков с сильно различающимися функциями в метаболизме эйкозаноидов и глутатиона [ J ] .  Protein science, 1999, 8(3) :689-692.

[61] BYRUM R S , GOULET J L , GRIFFITHS R J , et al. Роль 5-липоксигеназа-активирующего белка ( FLAP ) в острой воспалительной реакции у мышей[J] . Журнал экспериментальной медицины, 1997, 185(6) :1065- 1075.

[62] KANAOKA Y, MAEKAWA A, PENROSE J F, et al. Attenuated zymosan-induced peritoneal vascular permeability and IgE- dependent passive cutaneous анафилаксии у мышей, лишенных синтазы лейкотриена C4[J] . Журнал биологической химии, 2001, 276(25) :22608-22613.

[63] TREBINO C E , STOCK J L , GIBBONS C P , et al. Impaired inflammatory and pain responses in mice lacking an inducible prostaglandin E synthase [ J ] .  Труды национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, 2003, 100(15) :9044-9049.

[64] ENGBLOM D, SAHA S, EN glutathione transferase ROM L, et al. Microsomal prostaglandin E synthase-1 is the central switch during immune- induced pyresis [J] . Nature neuroscience, 2003, 6(11) :1137- 1138.