Подавление яблочного фермента 2 человека изменяет энергетический обмен и подавляет клеточное дыхание.

Биология связи, том 6, Номер статьи: 548 (2023) Цитировать эту статью

596 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Митохондриальный NAD(P)+-зависимый яблочный фермент (ME2) человека хорошо известен своей ролью в клеточном метаболизме, который может быть вовлечен в рак или эпилепсию. Мы представляем мощные ингибиторы ME2 на основе структур Cyro-EM, которые нацелены на активность фермента ME2. Две структуры комплексов ME2-ингибитор демонстрируют, что 5,5'-метилендисалициловая кислота (MDSA) и эмбоновая кислота (EA) аллостерически связываются с сайтом связывания фумарата ME2. Исследования мутагенеза показывают, что Asn35 и сеть Gln64-Tyr562 необходимы для связывания обоих ингибиторов. Сверхэкспрессия ME2 увеличивает выработку пирувата и НАДН, одновременно уменьшая соотношение НАД+/НАДН в клетке; однако нокдаун ME2 имеет противоположный эффект. MDSA и EA ингибируют синтез пирувата и, таким образом, увеличивают соотношение НАД+/НАДН, подразумевая, что эти два ингибитора мешают метаболическим изменениям, ингибируя клеточную активность ME2. Молчание ME2 или ингибирование активности ME2 с помощью MDSA или EA снижает клеточное дыхание и синтез АТФ. Наши результаты показывают, что ME2 имеет решающее значение для митохондриального пирувата и энергетического метаболизма, а также клеточного дыхания, и что ингибиторы ME2 могут быть полезны при лечении рака или других заболеваний, в которых участвуют эти процессы.

Яблочный фермент ME представляет собой новый класс окислительных декарбоксилаз, которые катализируют превращение L-малата в пируват и одновременно восстанавливают НАД(Ф)+ до НАД(Ф)H1,2,3,4. Вредоносные ферменты у млекопитающих подразделяются на три изоформы: ME1, ME2 и ME3, в зависимости от их субклеточной локализации и специфичности кофактора, каждая из которых выполняет определенную физиологическую функцию. ME1 представляет собой цитозольный NADP+-зависимый ME, участвующий в генерации цитоплазматического NADPH для восстановительного биосинтеза и пополнения промежуточного продукта цикла трикарбоновых кислот (TCA) путем обратной трансформации пирувата в L-малат5,6. ME3 представляет собой незначительно экспрессируемый митохондриальный NADP+-зависимый ME, который может участвовать в циклическом перемещении НАДФН в митохондрии5. ME2 представляет собой НАД+ или НАДФ+-зависимый МЭ, обнаруженный в митохондриях и участвующий в генерации митохондриального НАДН и НАДФН4,7,8,9. ME2 отличается от двух других изоформ млекопитающих своей двойной кофакторной специфичностью и сложной аллостерической регуляторной системой. Кроме того, только изоформа ME2 взаимодействует с субстратом L-малатом, а фумарат может аллостерически активировать фермент, в то время как АТФ ингибирует его ферментативную активность10,11,12,13,14,15,16,17,18,19.

ME2 был первоначально идентифицирован в митохондриях гепатомы8 и с тех пор был идентифицирован при лейкемии, меланоме, глиоме и раке молочной железы9,20,21,22, где он тесно связан с прогрессированием рака и выживаемостью. В результате он был определен как многообещающая мишень для терапии рака23. Он также присутствует в островках поджелудочной железы клеток инсулиномы человека, крысы и мыши и может способствовать стимулируемой аминокислотами секреции инсулина и обеспечивать достаточное количество пирувата для увеличения потока цикла Кребса при ограничении глюкозы24,25. ME2 также необходим для пролиферации и дифференцировки остеобластов26. Активность ME2 чрезвычайно высока в синаптических митохондриях головного мозга, что указывает на то, что он играет роль в пути рециркуляции пирувата и в поддержании внутримитохондриального восстановленного глутатиона в синаптических окончаниях27. Ген ME2 связан с синдромами эпилепсии. Используя методы «случай-контроль» и «семейные ассоциации», в одном исследовании было обнаружено, что это связано с идиопатической генерализованной эпилепсией (ИГЭ).

ME2 был идентифицирован с геном, связанным с синдромами эпилепсии. Он был идентифицирован с геном, связанным с идиопатической генерализованной эпилепсией (ИГЭ), в одном исследовании с использованием методов «случай-контроль» и «семейная ассоциация»28. Гаплотип однонуклеотидного полиморфизма ME2 (SNP) связан с повышенным риском ИГЭ и предрасполагает к развитию генетической генерализованной эпилепсии в подростковом возрасте29.