甲硫氨酸亞還原酶b基因的研究進(jìn)展

甲硫氨酸亞還原酶b基因的研究進(jìn)展

0發(fā)揮好作用翻譯蛋白質(zhì)后，如糖基化、甲基化、磷酸化、adp-had化和雙硫醇形成，對(duì)于闡明蛋白質(zhì)的正常功能非常重要。這些翻譯后修飾中研究最多、且在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中被廣泛認(rèn)可的有磷酸化/脫磷酸化,典型的事件包括各個(gè)蛋白激酶及磷酸水解酶家族在蛋白質(zhì)底物的絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸、賴氨酸殘基上加上或去掉一個(gè)磷酸基團(tuán)。蛋白質(zhì)分子被活性氧(如過氧化氫、超氧陰離子、羥基自由基)的氧化也非常常見1甲硫氨酸亞的代謝甲硫氨酸(Met)是疏水氨基酸,甲硫氨酸殘基一般深埋于蛋白質(zhì)內(nèi)部甲硫氨酸是必需氨基酸,為蛋白質(zhì)甲基化和轉(zhuǎn)硫化所必需水溶性環(huán)境對(duì)甲硫氨酸亞砜的形成非常重要。水溶液中的氫鍵有利于甲硫氨酸亞砜中S-O鍵的形成和水分子O-O鍵的斷裂2gc型msraa的結(jié)構(gòu)及酶活性甲硫氨酸亞砜還原酶(Msr)催化游離及多肽鏈中Met-(S)-SO殘基的還原基因msrA廣泛存在于所有原核和真核生物中,如梭狀芽孢菌(Clostridiumsp.Ohilas)牛msrA基因含1370個(gè)堿基對(duì)梭狀芽孢菌MsrA酶是一個(gè)酶活增加的含硒蛋白MsrA在大鼠多種組織中表達(dá),如肝臟、大腦、睪丸、心臟和肺臟在人成纖維細(xì)胞WI-38SV40超表達(dá)的MsrA,定位于線粒體MsrA在N-端存在一個(gè)保守序列GCFWGMsrA對(duì)Met-(S)-SO的還原需要3個(gè)Cys殘基的參與,其中一個(gè)在保守序列,兩個(gè)在C末端(見圖1)DTT或硫氧還蛋白重生系統(tǒng)的作用下回復(fù)到其還原狀態(tài)腦膜炎奈瑟氏球菌(Neisseriamengingitidis)PILB蛋白MsrA段含兩個(gè)半胱氨酸殘基(Cys除了催化Cys和緩解Cys之外,其它氨基酸殘基也參與酶與底物的結(jié)合,如腦膜炎奈瑟球菌(Neisseriamengingitidis)PilB蛋白MsrA結(jié)構(gòu)域中的CysMsrA催化的限速步驟與硫氧還蛋白(Trx)的再循環(huán)有關(guān)其它因素也可影響MsrA活性,如MsrA在高離子強(qiáng)度下酶活增加通過X-光晶體衍射的方法,已經(jīng)獲得了幾種MsrA的高分辨率三維結(jié)構(gòu):牛MsrA3超表達(dá)msra的基因表達(dá)對(duì)果蠅抗氧化活性的影響敲除msrA基因的小鼠表現(xiàn)出與神經(jīng)退行性疾病相似的癥狀,其神經(jīng)元多巴胺水平及其信號(hào)通路發(fā)生與老化相關(guān)的改變?cè)诮湍负腿薚細(xì)胞高表達(dá)酵母多肽甲硫氨酸亞砜還原酶(PMsr),導(dǎo)致MsrA活性的增加和Met-SO含量的減少,增加細(xì)胞針對(duì)過氧化氫的抵抗能力沉默msrA基因增加視網(wǎng)膜色素上皮(RPE)細(xì)胞對(duì)過氧化氫所引發(fā)細(xì)胞死亡的易感性,也導(dǎo)致caspase3活性的增加通過同源重組使恥垢分枝桿菌(Mycobacteriumsmegmatis)msrA基因失活后,msrA基因突變株在小鼠巨噬細(xì)胞J774A.1中的成活大幅降低;而且在含有突變株桿菌的吞噬小體中,獲得氧化酶NOX亞基p67(phox)和可誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的時(shí)間大幅提前;突變株對(duì)過氧化物更敏感;說明桿菌MsrA在其胞內(nèi)和胞外存活中都具有重要作用在果蠅神經(jīng)系統(tǒng)超表達(dá)msrA基因可顯著增加果蠅壽命;超表達(dá)MsrA果蠅對(duì)百草枯(paraquat)誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激抵抗力增加,各種體征(包括生殖能力)出現(xiàn)老化的時(shí)間延遲,說明msrA是果蠅甚至其他生物決定其壽命長(zhǎng)短的重要因素多種電壓依賴性離子通道的有序開關(guān),組成完整的神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢弧ｋ妷阂蕾囆遭涬x子通道的開放和失活動(dòng)力學(xué),調(diào)節(jié)神經(jīng)元的可興奮性。Hoshi實(shí)驗(yàn)室的一系列試驗(yàn)證明,MsrA可調(diào)節(jié)鉀離子通道的失活過程。將鉀離子通道ShC/B在非洲爪蟾卵細(xì)胞表達(dá),通道失活動(dòng)力學(xué)曲線在不同的通道(細(xì)胞)間有較大差異,加入chloramine-T(Ch-T)后失活變慢,表達(dá)MsrA后ShC/B失活變快且通道失活動(dòng)力學(xué)曲線更加均一;在N-端第三位不含Met的ShC/B,對(duì)Ch-T處理或MsrA表達(dá)沒有反應(yīng)百日咳博德特氏菌所分泌的腺苷酸環(huán)化酶(AC)通過與巨嗜細(xì)胞或中性白細(xì)胞表面的整合素結(jié)合進(jìn)入細(xì)胞胞漿后,與胞漿鈣調(diào)素結(jié)合,刺激生成cAMP而發(fā)揮其致病作用。當(dāng)鈣調(diào)素C端的Met4鋅離子msrb的催化過程MsrB最初從大腸桿菌中發(fā)現(xiàn),既可還原游離甲硫氨酸-(R)-亞砜,也可還原多肽鏈中甲硫氨酸-(R)-亞砜殘基哺乳類動(dòng)物有3個(gè)msrB基因。人msrB1和msrB2基因都含5個(gè)外顯子,分別位于第16和第10號(hào)染色體;而人msrB3基因含8個(gè)外顯子,位于第十二號(hào)染色體MsrB在果蠅頭部和身體表達(dá)MsrB與MsrA功能相似,如SelR增加酵母抗過氧化氫能力如圖4所示,多種MsrB在其GCGWP保守序列含一個(gè)保守的半胱氨酸殘基酵母MsrB(SelR)、野油菜黃單孢菌(Xanthomonascampestris)MsrB都含鋅離子MsrB的催化過程分為3個(gè)步驟。野油菜黃單孢菌(Xanthomonascampestris)MsrB中的Cys117殘基是催化亞基,Cys31殘基循環(huán)性與Cys117殘基形成二硫鍵,二硫鍵被硫氧還蛋白(Trx)還原;氧化型硫氧還蛋白Trx(ox)的再還原是限速步驟不同MsrB亞型對(duì)還原系統(tǒng)的要求不同,如硫氧還蛋白(Trx)可還原小鼠MsrB2和MsrB3(與哺乳動(dòng)物MsrA類似),通過MsrB2或MsrB3保守活性中心的Cys在低等生物,如原菌、細(xì)菌、真菌(酵母),存在一種只作用于游離Met-(R)-O的Msr(fRMsr)淋病奈瑟氏菌(Neisseriagonorrhoeae)的pilB蛋白由N-端氧化還原酶、中部MsrA和C端MsrB組成;其MsrB核心由兩個(gè)反向平行的β折疊組成,外圍環(huán)繞著3個(gè)α螺旋和5個(gè)3通過X-光晶體衍射的方法,已獲得了幾種生物MsrB的高分辨率三維結(jié)構(gòu):腦膜炎奈瑟球菌(Neisseriamengingitidis)和野油菜黃單孢菌(Xanthomonascampestris)的MsrB5甲硫氨酸亞還原酶活性近年來,有關(guān)甲硫氨酸亞砜還原酶的研究工作揭示,甲硫氨酸亞砜還原酶廣泛存在于多種生物,分布于機(jī)體的各種組織和細(xì)胞,在胞漿、線粒體、胞核都有表達(dá)。有關(guān)甲硫氨酸亞砜還原酶的結(jié)構(gòu)及催化機(jī)制,已逐漸明晰。甲硫氨酸亞砜還原酶在抗衰老和抗氧化中發(fā)揮作用,或可減緩神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生和發(fā)展。事實(shí)上,甲硫氨酸亞砜還原酶活性,可能還不止上述已經(jīng)討論過的幾種Msr(MsrA、MsrB、fRMsr)從目前的研究來看,蛋白質(zhì)分子表面或結(jié)合界面的甲硫氨酸殘基易被氧化。鈣調(diào)素分子蛋白結(jié)合界面的甲硫氨酸殘基被氧化后,抑制鈣調(diào)素與鈣調(diào)素結(jié)合蛋白的結(jié)合。活性氧也可通過直接氧化重要信號(hào)蛋白表面暴露的甲硫氨酸殘基,導(dǎo)致信號(hào)蛋白分子的抑制或激活。而這種變化可在亞細(xì)胞局部,通過甲硫氨酸亞砜還原酶所催化的還原作用被逆轉(zhuǎn)。是否完全逆轉(zhuǎn),決定了甲硫氨酸殘基氧化所觸發(fā)的細(xì)胞或生命過程是否可逆。當(dāng)某種蛋白的甲硫氨酸殘基被氧化后,因?yàn)榫植考琢虬彼醽嗧窟€原酶活性不足,蛋白活性變化成為不可逆