Глутаматцистеїнлігаза

Глютаматцистеїнлігаза (γ-глутамілцистеїнсинтетаза) - фермент, класу лігаз, який каталізує синтез гаммаглутамілцистеїну із глутамату та цистеїну. Ця реакція є першою стадією біосинтезу глутатіону^[1].

Будова

Ген

Глютамат-цистеїнова лігаза кодується геном GCLC, що розташований в короткому плечі 6 хромосоми (локус 6p12.1) та геном GCLM, розташованому в 1 хромосомі (локус 1p22.1).^[2]

Білок

Глютаматцистеїнлігаза тварин - це гетеродимерний фермент, належить до класу лігаз та підкласу лігаз, що формують зв'язок карбон-нітроген (вуглець-азот). Складається з двох білкових субодиниць, кодованих незалежними генами, розташованими на окремих хромосомах.^[3]

• Каталітична субодиниця (GCLC, ~ 73 кДа) має місця зв'язування субстрату та кофактори і відповідає за каталіз.^[4]
• Субодиниця модифікатор (GCLM, ~ 31 кДа) не володіє ферментативною активністю, але збільшує каталітичну ефективність GCLC при утворенні комплексу.^[5]

У більшості клітин і тканин експресія білка GCLM нижча, ніж GCLC, тому утворення комплексу є обмеженим. Таким чином, загальна сума клітинної активності GCL дорівнює активності комплексу + активності решти мономерних GCLC. Каталітична субодиниця є необхідною всієї ферментативної активності GCL, без неї каталіз не можливий. Тоді як модулююча субодиниця лише підвищує каталітичну ефективність ферменту, без неї каталіз можливий.^[6] Миші, нокаутовані по гену GCLC, не здатні синтезувати глутатіон і гинуть до народження. Миші, нокаутовані по гену GCLM, виявляють лише помітне зниження рівня глутатіону та підвищену чутливість до токсичних речовин.^[5]

Функція

Глутаматцистеїнлігаза каталізує першу стадію синтезу антиоксиданта глутатіону (GSH), з'єднуючи цистеїну та глутамат. Процес є залежний від АТФ. При цьому утворюється дипептид гаммаглутамілцистеїну (γ-GC). Зв'язок утворюється між аміногрупою цистеїну та кінцевою карбоновою кислотою бічного ланцюга глутамату (звідси назва гамма-глутаміл цистеїн). Цей пептидний зв'язок стійкий до розщеплення клітинними пептидазами і потребує спеціалізованого ферменту, гаммаглутамілтранспептидази (γGT) для розщеплення γ-GC та GSH на відповідні амінокислоти^[7][8].

Ферментативна активність GCL, визначає рівень GSH. На ферментативну активність GCL впливають численні фактори, включаючи експресію білків субодиниці GCL, наявність субстратів (рівень цистеїну, є обмежуючим фактором вироблення γ-GC), рівень GSH, що пригнічує синтез за негативним зворотнім зв’язком.^[9] Враховуючи що активність ферменту обмежується рівнем GSH, зміни активності GCL пропорційно змін у рівні клітинного GSH. Тому терапевтичні стратегії для зміни продукції GSH були зосереджені на цьому ферменті^[2][10].

Література

• MacKinnon, Charlotte M.; Carter, Philip E.; Smyth, S. Jane; Dunbar, Bryan; Fothergill, John E. (1987). "Molecular cloning of cDNA for human complement component C1s. The complete amino acid sequence". European Journal of Biochemistry. 169 (3): 547–553. doi:10.1111/j.1432-1033.1987.tb13644.x. PMID 3500856.
• Snoke, JE; Yanari, S; Bloch, K (1953). "Synthesis of glutathione from gamma-glutamylcysteine". The Journal of Biological Chemistry. 201 (2): 573–586. PMID 13061393.
• Mandeles, S; Block, K (1955). "Enzymatic synthesis of gamma-glutamylcysteine". The Journal of Biological Chemistry. 214 (2): 639–646. PMID 14381401.

Джерела

1. Dalton TP, et al. (2004). "Genetically altered mice to evaluate glutathione homeostasis in health and disease". Free Radic Biol Med. 37 (10): 1511–26. doi:10.1016/j.freeradbiomed.2004.06.040. PMID 15477003.
2. Franklin CC, et al. (2009). "Structure, function, and post-translational regulation of the catalytic and modifier subunits of glutamate cysteine ligase". Mol Aspects Med. 30 (1–2): 86–98. doi:10.1016/j.mam.2008.08.009. PMC 2714364. PMID 18812186.
3. Yang Y, Dieter MZ, Chen Y, Shertzer HG, Nebert DW, Dalton TP (December 2002). "Initial characterization of the glutamate-cysteine ligase modifier subunit Gclm(-/-) knockout mouse. Novel model system for a severely compromised oxidative stress response". The Journal of Biological Chemistry. 277 (51): 49446–52. doi:10.1074/jbc.M209372200. PMID 12384496.
4. Giordano G, Afsharinejad Z, Guizzetti M, Vitalone A, Kavanagh TJ, Costa LG (March 2007). "Organophosphorus insecticides chlorpyrifos and diazinon and oxidative stress in neuronal cells in a genetic model of glutathione deficiency". Toxicology and Applied Pharmacology. 219 (2–3): 181–9. doi:10.1016/j.taap.2006.09.016. PMID 17084875.
5. McConnachie LA, Mohar I, Hudson FN, Ware CB, Ladiges WC, Fernandez C, Chatterton-Kirchmeier S, White CC, Pierce RH, Kavanagh TJ (October 2007). "Glutamate cysteine ligase modifier subunit deficiency and gender as determinants of acetaminophen-induced hepatotoxicity in mice". Toxicological Sciences. 99 (2): 628–36. doi:10.1093/toxsci/kfm165. PMID 17584759.
6. Dalton TP, Dieter MZ, Yang Y, Shertzer HG, Nebert DW (December 2000). "Knockout of the mouse glutamate cysteine ligase catalytic subunit (Gclc) gene: embryonic lethal when homozygous, and proposed model for moderate glutathione deficiency when heterozygous". Biochemical and Biophysical Research Communications. 279 (2): 324–9. doi:10.1006/bbrc.2000.3930. PMID 11118286.
7. Lu SC (2009). "Regulation of glutathione synthesis". Mol Aspects Med. 30 (1–2): 42–59. doi:10.1016/j.mam.2008.05.005. PMC 2704241. PMID 18601945.
8. Backos DS, et al. (2010). "Manipulation of cellular GSH biosynthetic capacity via TAT-mediated protein transduction of wild-type or a dominant-negative mutant of glutamate cysteine ligase alters cell sensitivity to oxidant-induced cytotoxicity". Toxicol Appl Pharmacol. 243 (1): 35–45. doi:10.1016/j.taap.2009.11.010. PMC 2819613. PMID 19914271.
9. Backos DS, et al. (2013). "Glycation of glutamate cysteine ligase by 2-deoxy-d-ribose and its potential impact on chemoresistance in glioblastoma". Neurochem Res. 38 (9): 1838–49. doi:10.1007/s11064-013-1090-4. PMID 23743623.
10. Griffith OW, Meister A (1979). "Potent and specific inhibition of glutathione synthesis by buthionine sulfoximine (S-n-butyl homocysteine sulfoximine)". J Biol Chem. 254 (16): 7558–60. PMID 38242.