Έκφραση πολυπεπτιδίων των καταλυτικών τομέων του μετατρεπτικού ένζυμου της αγγειοτενσίνης-Ι και μελέτη της δομής αυτών σε διάλυμα
Authors: Βαμβακάς Σωτήριος-Σπυρίδων 
Published: August 2021

Το μετατρεπτικό ένζυμο της αγγειοτενσίνης (ACE) είναι μία διπεπτιδυλκαρβοξυπεπτιδάση ψευδαργύρου που ανήκει στην οικογένεια των gluzincin πεπτιδασών της οποίας η θερμολυσίνη θεωρείται ως πρωτότυπο μέλος. Το ένζυμο πήρε το όνομά του από τη δυνατότητά του να μετατρέπει το βιολο- γικώς ανενεργό δεκαπεπτίδιο αγγειοτενσίνη-Ι στο οκταπεπτίδιο αγγειοτεν- σίνη-ΙΙ, το οποίο εμφανίζει ισχυρή αγγειοσυσπαστική δράση. Μία άλλη βασική δυνατότητα του ACE είναι η αδρανοποιήση του εννεαπεπτιδίου βραδυκινίνη που έχει αγγειοδιασταλτική δράση. Αυτές οι δύο σημαντικές ιδιότητες του ACE το καθιστούν ένα από τα σημαντικότερα συστατικά του συστήματος ρενίνης-αγγειοτενσίνης-αλδοστερόνης. Υπάρχουν δύο ισομορφές του ACE που μεταγράφονται από το ίδιο γονίδιο κατά τρόπο ιστοειδικό. Η σωματική ισομορφή του ACE, η οποία εμφανίζεται στην επιφάνεια των ενδοθηλιακών κυττάρων, είναι μία γλυκοπρωτεΐνη η οποία αποτελείται από μία ενιαία, πολυπεπτιδική αλυσίδα 1306 αμινοξέων. Η σπερματική ισομορφή που εμφανίζεται στους όρχεις και στα κύτταρα σπέρματος είναι μία χαμηλότερης-μοριακής μάζας γλυκοπρωτεΐνη 732 αμινοξέων. Η σωματική ισομορφή αποτελείται από δύο ομόλογες περιοχές (περιοχή Ν και C). Κάθε περιοχή περιέχει ένα ενεργό κέντρο με ένα συντηρημένο δεσμευτικό μοτίβο ψευδαργύρου HEXXH, όπου οι δύο ιστιδίνες είναι οι δύο πρώτοι υποκαταστάτες του ιόντος ψευδαργύρου. Μετά από 24 αμινοξέα στην αλληλουχία του μορίου, βρίσκεται ένα γλουταμινικό οξύ που είναι ο τρίτος υποκαταστάτης του ιόντος ψευδαργύρου. Η ύπαρξη αυτών των Ν- και C- περιοχών είναι πιθανότατα το αποτέλεσμα ενός αρχέγονου γεγονότος διπλασιασμού γονιδίων το οποίο έλαβε χώρα κατά την διάρκεια της εξέλιξης των σπονδυλωτών. Οι δύο περιοχές εμφανίζουν εκλεκτικότητα έναντι διαφόρων υποστρωμάτων, αναστολέων και διαφορές στην απαιτούμενη συγκέντρωση ιόντων χλωρίου προκειμένου να έχουν καταλυτική δραστικότητα. Υπάρχουν δύο υποστρώματα τα οποία εμφανίζουν εκλεκτικότητα έναντι του Ν-ενεργού κέντρου: το Ν-ακετυλ-σερυλασπαραγυλο-λυσυλ-προλυλ πεπτίδιο, το οποίο ρυθμίζει τη διαφοροποίηση και τον πολλαπλασιασμό των πολυδύναμων αιμοποιητικών κυττάρων και το πεπτίδιο αγγειοτενσίνη-(1-7) που είναι το αποτέλεσμα της δράσης της βραδυκινίνης. Αφ' ετέρου, τα ενεργά κέντρα και των δύο περιοχών καταλύουν την υδρόλυση της αγγειοτενσίνης-Ι και τη βραδυκινίνης με παρόμοια αποτελασματικότητα. Εντούτοις, η αναστολή του Ν-ενεργού κέντρου με το φωσφινικό πεπτίδιο RXP407 δεν έχει καμία επίδραση στην ρύθμιση της αρτηριακής πίεσης. Διαγονιδιακά ποντίκια τα οποία εκφράζουν μόνο το Ν-ενεργό κέντρο εμφανίζουν φαινότυπο παρόμοιο με αυτόν που εμφανίζεται σε ποντίκια στα οποία το γονιδίο του ACE έχει απαλειφθεί πλήρως. Κατά συνέπεια, το C-ενεργό κέντρο φαίνεται να είναι απαραίτητο και σημαντικό για τον έλεγχο της αρτηριακής πίεσης και της καρδιαγγειακής λειτουργίας. Η σπερματική ισομορφή του ACE είναι πανομοιότυπη με την C-περιοχή της σωματικής εκτός από μία μοναδική ακολουθία 36 αμινοξέων που βρίσκεται στο Ν-τελικό άκρο του. Επίσης έχει αποδειχθεί ότι η σπερματική ισομορφή του ACE διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην ωρίμανση του σπέρματος και στη δέσμευση αυτού στο επιθήλιο του ωαγωγού των ωοθηκών. Ο στόχος αυτής της διατριβής ήταν α) η υπερέκφραση, σε βακτηριακά κύτταρα, ο καθαρισμός και η λήψη σε διαλυτή μορφή δύο πεπτιδίων του ACE μεγέθους 108 αμινοξέων(Ala361-Gly468 (ACE_N), Ala959-Ser1066 (ACE_C)). Αυτή η πειραματική προσέγγιση επελέγη λόγω της ευκολίας χειρισμού και καλλιέργειας που εμφανίζουν τα βακτηριακά κύτταρα και λόγω της δυνατότητας της χρήση επισημασμένων με 15Ν ή/και 13C θρεπτικών μέσων. β) Η κατοχή ενός τόσο μεγάλου πεπτιδίου σε διάλυμα, επισημασμένο ή μη, δίνει τη δυνατότητα μελέτης του ως προς τα δομικά χαρακτηριστικά του χρησιμοποιώντας τη φασματοσκοπία κυκλικού διχροϊσμού ή/και πυρηνικού μαγνητικού συντονισμου (NMR). Τα προαναφερθέντα πρωτεϊνικά τμήματα υπερεκφράστηκαν σε βακτηριακά κύτταρα και ελήφθησαν σε καθαρή μορφή. Η καθαρότητά τους ήταν μεγαλύτερη από 99%. Η απόδοση για το πρωτεϊνικό τμήμα ACE_N ήταν 9mg και για το πρωτεϊνικό τμήμα ACE_C ήταν 6mg από 1L καλλιέργειας βακτηριακών κυττάρων. Τα τμήματα αυτά μελετήθηκαν ως προς την δευτεροταγή τους διαμόρφωση με φασματοσκοπία κυκλικού διχρωϊσμού. Τα αποτελέσματα της μελέτης αυτής έδειξαν ότι παρουσία 1,1,1-τριφθοροαιθανόλης, σε συγκέντρωση μεγαλύτερη από 60% και τα δύο τμήματα λαμβάνουν διαμόρφωση η οποία βρίσκεται σε συμφωνία με τη θεωρητικώς υπολογιζόμενη και με αυτή που έχει βρεθεί από κρυσταλλογραφικές μελέτες του ενζύμου. Το αποτέλεσμα αυτό μερικώς επιβεβαιώθηκε για το πρωτεϊνικό τμήμα ACE_N με τη μελέτη αυτού με φασματοσκοπία Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμόυ. Η πλήρης επιβεβαίωση δεν κατέστει δυνατή λόγω της αδυναμίας λήψης καλής ποιότητας φάσματος 2D-NOESY. Συμπερασματικά, η περιγραφόμενη σε αυτή τη Διατριβή μεθοδολογία εμφανίζει πλεονεκτήματα όσον αφορά την ταχύτητα παραγωγής, τη δυνατότητα καθαρισμού των παραγομένων πεπτιδίων, καθώς και καλή επαναληψιμότητα. Οι in vitro επαναδιατεταγμένες ανασυνδυασμένες πρωτεΐνες εμφάνισαν χαρακτηριστικά δευτεροταγούς δομής, όμοια σχεδόν με αυτά που έχουν αποκαλυφθεί από την κρυσταλλογραφική μελέτη του ACE, έχοντας υψηλό ποσοστό σε α-έλικα. Κατά συνέπεια, αυτή η μελέτη περιγράφει ένα αποτελεσματικό σύστημα για την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων καθαρών πεπτιδίων του ACE που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για διάφορες μελέτες.