Neuraminidase - Neuraminidase

Neuraminidase (GH34) Banddarstellung . Ein Analogon seines Neuraminsäuresubstrats, das als Inhibitor verwendet wird, ist das kleine weiße und rote Molekül im Zentrum.

Neuraminidase ( Sialidase ) Enzyme sind Glycosid - Hydrolase - Enzyme dass cleave (aufgeschnitten) die Glykosidbindungen von Neuraminsäuren . Neuraminidaseenzyme sind eine große Familie, die in einer Reihe von Organismen vorkommt. Die bekannteste Neuraminidase ist die virale Neuraminidase , ein Wirkstoffziel zur Verhinderung der Ausbreitung einer Influenza- Infektion. Die viralen Neuraminidasen werden häufig als antigene Determinanten verwendet, die sich auf der Oberfläche des Influenzavirus befinden. Einige Varianten der Influenza-Neuraminidase verleihen dem Virus mehr Virulenz als andere. Andere Homologe finden sich in Säugetierzellen, die eine Reihe von Funktionen haben. Im menschlichen Genom wurden mindestens vier Sialidase- Homologe von Säugetieren beschrieben (siehe NEU1 , NEU2 , NEU3 , NEU4 ). Sialidasen können als pathogene Faktoren bei mikrobiellen Infektionen wirken.

Reaktion

Es gibt zwei Hauptklassen von Neuraminidase, die exo- oder endo-Polysialinsäuren spalten:

  • Exo-Hydrolyse von α- (2 → 3) -, α- (2 → 6) -, α- (2 → 8) -glycosidischen Bindungen von terminalen Sialinsäureresten
  • Endohydrolyse von (2 → 8) -α-Sialosylbindungen in Oligo- oder Polysialinsäuren
Exo-α-Sialidase
Kennungen
EG-Nummer 3.2.1.18
CAS-Nummer 9001-67-6
Datenbanken
IntEnz IntEnz-Ansicht
BRENDA BRENDA Eintrag
EXPASy NiceZyme Ansicht
KEGG KEGG Eintrag
MetaCyc Stoffwechselweg
PRIAM Profil
PDB- Strukturen RCSB PDB PDBe PDBsum
Gen-Ontologie AmiGO / QuickGO
Endo-α-Sialidase
Kennungen
EG-Nummer 3.2.1.129
CAS-Nummer 91195-87-8
Datenbanken
IntEnz IntEnz-Ansicht
BRENDA BRENDA Eintrag
EXPASy NiceZyme Ansicht
KEGG KEGG Eintrag
MetaCyc Stoffwechselweg
PRIAM Profil
PDB- Strukturen RCSB PDB PDBe PDBsum
Gen-Ontologie AmiGO / QuickGO

Funktion

Neuraminidasen, auch Sialidasen genannt, katalysieren die Hydrolyse von terminalen Sialinsäureresten aus den neu gebildeten Virionen und aus den Rezeptoren der Wirtszellen. Zu den Sialidase-Aktivitäten gehört die Unterstützung der Mobilität von Viruspartikeln durch den Schleim der Atemwege und die Elution von Virion-Nachkommen aus der infizierten Zelle.

Untertypen

Swiss-Prot listet zum 18. Oktober 2006 137 Arten von Neuraminidase aus verschiedenen Arten auf. Neun Subtypen von Influenza-Neuraminidase sind bekannt; Viele kommen nur bei verschiedenen Enten- und Hühnerarten vor. Die Subtypen N1 und N2 wurden positiv mit Epidemien beim Menschen in Verbindung gebracht, und Stämme mit den Subtypen N3 oder N7 wurden bei einer Reihe von isolierten Todesfällen identifiziert.

CAZy definiert insgesamt 85 Glycosylhydrolase-Familien, von denen die Familien GH34 (viral), GH33 (zelluläre Organismen), GH58 (viral und bakteriell), GH83 (viral) Hauptfamilien sind, die dieses Enzym enthalten. GH58 ist die einzige endo-wirkende Familie.

Das Folgende ist eine Liste der Hauptklassen von Neuraminidaseenzymen:

Sialidase 1 (lysosomale Sialidase)
Kennungen
Symbol NEU1
NCBI-Gen 4758
HGNC 7758
OMIM 608272
RefSeq NM_000434
UniProt Q99519
Andere Daten
Ort Chr. 6 S. 21
Sialidase 2 (cytosolische Sialidase)
Kennungen
Symbol NEU2
NCBI-Gen 4759
HGNC 7759
OMIM 605528
RefSeq NM_005383
UniProt Q9Y3R4
Andere Daten
Ort Chr. 2 q37
Sialidase 3 (Membransialidase)
Kennungen
Symbol NEU3
NCBI-Gen 10825
HGNC 7760
OMIM 604617
RefSeq NM_006656
UniProt Q9UQ49
Andere Daten
Ort Chr. 11 q13.5
Sialidase 4
Kennungen
Symbol NEU4
NCBI-Gen 129807
HGNC 21328
OMIM 608527
RefSeq NM_080741
UniProt Q8WWR8
Andere Daten
Ort Chr. 2 q37.3

Struktur

Influenza- Neuraminidase ist eine pilzförmige Projektion auf die Oberfläche des Influenzavirus. Es hat einen Kopf, der aus vier koplanaren und ungefähr kugelförmigen Untereinheiten besteht, und eine hydrophobe Region, die in das Innere der Virusmembran eingebettet ist. Es umfasst eine einzelne Polypeptidkette, die in entgegengesetzter Richtung zum Hämagglutinin-Antigen ausgerichtet ist. Die Zusammensetzung des Polypeptids ist eine einzelne Kette von sechs konservierten polaren Aminosäuren, gefolgt von hydrophilen, variablen Aminosäuren. β-Faltblätter überwiegen als sekundäre Ebene der Proteinkonformation.

Die Struktur der Transsialidase umfasst eine katalytische Beta-Propeller- Domäne, eine N-terminale Lectin- ähnliche Domäne und eine unregelmäßige Beta-Strang-Domäne, die in die katalytische Domäne eingefügt ist.

Das jüngste Auftreten von Oseltamivir- und Zanamivir- resistenter menschlicher Influenza A ( H1N1 ) H274Y hat die Notwendigkeit geeigneter Expressionssysteme unterstrichen, um große Mengen hochreiner und stabiler rekombinanter Neuraminidase durch zwei getrennte künstliche Tetramerisierungsdomänen zu erhalten, die die Bildung katalytisch aktiver Neuraminidase-Homotetramere aus ermöglichen Hefe und Staphylothermus marinus, die die Sekretion von FLAG-markierten Proteinen und die weitere Reinigung ermöglichen.

Mechanismus

Vorgeschlagener Mechanismus der Katalyse der Influenzavirus-Sialidase 4 (Link zum Glycosidase-Mechanismus)
Vorgeschlagener Übergangszustand für den Sialidase-Mechanismus 7
Chemische Strukturen von 4-substituierten Neu5Ac2en-Derivaten 8

Der enzymatische Mechanismus der Influenzavirus-Sialidase wurde von Taylor et al. Untersucht (siehe Abbildung 1). Der Enzymkatalyseprozess besteht aus vier Schritten. Der erste Schritt beinhaltet die Verzerrung des α-Sialosids von einer 2 C 5 -Stuhlkonformation (der Form mit der niedrigsten Energie in Lösung) zu einer Pseudoboat-Konformation, wenn das Sialosid an die Sialidase bindet. Der zweite Schritt führt zu einem Oxocarbokationszwischenprodukt, dem Sialosylkation. Der dritte Schritt ist die Bildung von Neu5Ac zunächst als α-Anomer und dann die Mutarotation und Freisetzung als thermodynamisch stabileres β-Neu5Ac.

Inhibitoren

Neuraminidase-Inhibitoren sind nützlich zur Bekämpfung von Influenza- Infektionen: Zanamivir , verabreicht durch Inhalation; oral verabreichtes Oseltamivir ; Peramivir, das parenteral verabreicht wird , dh durch intravenöse oder intramuskuläre Injektion; und Laninamivir, das sich in klinischen Phase-III-Studien befindet.

Auf der Oberfläche von Influenzaviruspartikeln befinden sich zwei Hauptproteine. Eines ist das Lektin-Hämagglutinin-Protein mit drei relativ flachen Sialinsäure-Bindungsstellen und das andere ist das Enzym Sialidase mit dem aktiven Zentrum in einer Tasche. Aufgrund des relativ tiefen aktiven Zentrums, in dem niedermolekulare Inhibitoren mehrere günstige Wechselwirkungen und geeignete Methoden zur Entwicklung von Übergangszustandsanaloga bei der Hydrolyse von Sialosiden eingehen können, wird die Sialidase zu einem attraktiveren Anti-Influenza-Wirkstoffziel als das Hämagglutinin. Nachdem die Röntgenkristallstrukturen mehrerer Influenzavirus-Sialidasen verfügbar waren, wurde das strukturbasierte Inhibitor-Design angewendet, um wirksame Inhibitoren dieses Enzyms zu entdecken.

Das Derivat der ungesättigten Sialinsäure (N-Acetylneuraminsäure [Neu5ac]) 2-Desoxy-2,3-didehydro-DN-acetylneuraminsäure (Neu5Ac2en), ein Analogon für den Übergangszustand der Sialosylkationen (Abbildung 2), wird als der wirksamste Inhibitor angesehen Kernvorlage. Strukturell modifizierte Neu5Ac2en-Derivate können wirksamere Inhibitoren ergeben.

Viele Verbindungen auf Neu5Ac2en-Basis wurden synthetisiert und auf ihr Hemmpotential für Influenzavirus-Sialidase getestet. Zum Beispiel: Die 4-substituierten Neu5Ac2en-Derivate (3), 4-Amino-Neu5Ac2en (Verbindung 1), die eine um zwei Größenordnungen bessere Hemmung der Influenzavirus-Sialidase zeigten als Neu5Ac2en5 und 4-Guanidino-Neu5Ac2en (Verbindung 2), bekannt als Zanamivir, das jetzt zur Behandlung des Influenzavirus als Medikament vermarktet wird, wurden von Itzstein und Mitarbeitern entwickelt. Eine Reihe von amidgebundenen C9-modifizierten Neu5Ac2en wurde von Megesh und Kollegen als NEU1-Inhibitoren beschrieben.

Siehe auch

Verweise

Externe Links