Глукоза-6-фосфат изомераза

Глукоза-6-фосфат изомеразата (GPI), исто така позната и како фосфоглукоза изомераза/фосфоглукоизомераза (PGI) или фосфохексоза изомераза (PHI), е ензим (EC 5.3.1.9) кој кај луѓето е кодиран од генот GPI на деветнаестиот хромозом. Овој ген кодира член на семејството на глукозо шест фосфат изомеразни ензими. Кодираниот протеин е идентификуван како таканаречен  "moonlighting protein" врз основа на неговата способност да извршува механистички различни функции. Во цитоплазмата, генскиот производ функционира како гликолитички ензим (глукоза-6-фосфат изомераза) кој интерконвертира глукоза-6-фосфат (G6P) во фруктоза-6-фосфат (F6P). Екстрацелуларно, кодираниот протеин (исто така познат како невролеукин) функционира како невротрофичен фактор кој го промовира преживувањето на скелетните моторни неврони и сензорните неврони и како лимфокин кој индуцира секреција на антитело. Кодираниот протеин е исто така познат како автокрин фактор на подвижност (AMF) врз основа на дополнителна функција како цитокин секретиран од тумор и ангиоген фактор. Дефектите во овој ген се причина за несфероцитна хемолитичка анемија, а тежок ензимски дефицит може да биде поврзан со фетален хидропс, непосредна неонатална смрт и невролошко оштетување. Алтернативното сплајсирање резултира со повеќекратни варијанти на транскриптот.

 Структура 
GPI мономерите се составени од два домени, едниот составен од два одделни сегменти наречени голем домен, а другиот составен од сегментот кој што сместен помеѓу нив наречен мал домен. Двата домени се секој αβα сендвич, при што малиот домен содржи β-плоча составена од пет нишки опкружена со α-хеликси, додека големиот домен има β-плоча од шест нишки. Големиот домен, сместен на N-терминалниот крај, и C-терминалниот крај на секоја мономерна единица, исто така, содржат „испакнатини слични на рака“.  Неколку остатоци во малиот домен служат за врзување на фосфат, додека други остатоци, особено His388, од големиот и C-терминалниот домен се клучни за чекорот на отворање на јаглехидратниот прстен катализиран од овој ензим. Бидејќи активноста на изомеризација се случува на димерната интерфејсна површина, димерната структура на овој ензим е критична за неговата каталитичка функција.

Се претпоставува дека серинската фосфорилација на овој ензим предизвикува конформациска промена во неговата форма.

 Механизам 
Механизмот кој што го користи GPI за интерконверзија на гликоза 6-фосфат и фруктоза 6-фосфат (алдоза во кетоза) е составен од три главни чекори: отворање на глукозниот шесточлен прстен, изомеризација на гликозата во фруктоза преку енедиолски интермедиер и затворање на фруктозниот прстен.

 Изомеризација на гликоза 
Глукоза 6-фосфатот се врзува за GPI во неговата пиранозна форма. Прстенот се отвора со механизам на „притискање-влечење“ од His388, кој го протонира C5 кислородот, и Lys518, кој ја депротонира хидроксилната група на  C1. Ова создава алдоза со отворен синџир. Потоа, супстратот се ротира околу врската C3-C4 за да се намести за изомеризација. Тогаш, Glu357 го депротонира C2 за да создаде цис-енедиолатен меѓупроизвод стабилизиран од Arg272. За да се заврши изомеризацијата, Glu357 го донира својот протон на C1 атомот, C2 хидроксилната група понатаму го губи својот протон и се формира кетоза фруктоза 6-фосфат со отворен синџир. На крај, прстенот повторно се формира со уште едно ротирање на супстратот околу врската C3-C4 и депротонирање на C5 хидроксилот со Lys518.

 Функција 
Овој ген припаѓа на семејството на GPI гени."Entrez Gene: GPI glucose phosphate isomerase". Протеинот кодиран од овој ген е димерен ензим кој катализира реверзибилна изомеризација на G6P и F6P.  Бидејќи реакцијата е реверзибилна, нејзината насока е одредена од концентрациите на G6P и F6P соодветно.Cordeiro AT, Godoi PH, Silva CH, Garratt RC, Oliva G, Thiemann OH (February 2003). "Crystal structure of human phosphoglucose isomerase and analysis of the initial catalytic steps". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics. 1645 (2): 117–122. doi:10.1016/s1570-9639(02)00464-8. PMID 12573240.

глукоза 6-фосфат ⇌ фруктоза 6-фосфат

Протеинот има различни функции во клетката и надвор од неа. Во цитоплазмата, протеинот е вклучен во гликолизата и глуконеогенезата, како и во пентозо-фосфатниот циклус.Cordeiro AT, Godoi PH, Silva CH, Garratt RC, Oliva G, Thiemann OH (February 2003). "Crystal structure of human phosphoglucose isomerase and analysis of the initial catalytic steps". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics. 1645 (2): 117–122. doi:10.1016/s1570-9639(02)00464-8. PMID 12573240. Надвор од клетката, тој функционира како невротрофичен фактор за 'рбетните и сензорните неврони, наречен невролеукин.Somarowthu S, Brodkin HR, D'Aquino JA, Ringe D, Ondrechen MJ, Beuning PJ (November 2011). "A tale of two isomerases: compact versus extended active sites in ketosteroid isomerase and phosphoglucose isomerase". Biochemistry. 50 (43): 9283–9295. doi:10.1021/bi201089v. PMID 21970785. Истиот протеин се лачи и од  канцерогените клетки, каде што се нарекува автокрин фактор на подвижност и стимулира метастази. Познато е дека екстрацелуларниот GPI функционира и како фактор на созревање.

 Неуролеукин 
Иако првично се третирале како одделни протеини, технологијата на клонирање покажала дека GPI е речиси идентичен со протеинот невролеукин. Неуролеукинот е невротрофичен фактор за 'рбетните и сензорните нерви. Се наоѓа во обилни количини во мускулите, мозокот, срцето и бубрезите. Неуролеукинот делува и како лимфокин што се лачи од Т-клетките стимулирани од страна на лектин. Тој индуцира лачење на имуноглобулин во Б-клетките како дел од одговор што ги активира клетките да лачат антитела.

 Автокрин фактор на подвижност 
Експериментите со клонирање, исто така, покажаа дека GPI е идентичен со протеинот познат како автокрин фактор на подвижност (AMF). AMF се произведува и лачи од клетките на ракот и го стимулира растот и подвижноста на клетките како фактор на раст. Се смета дека AMF игра клучна улога во метастазите на ракот со активирање на патеките MAPK/ERK или PI3K/AKT.   Во патеката PI3K/AKT, AMF комуницира со gp78/ AMFR за да го регулира ослободувањето на калциум во ER, а со тоа и да заштити од апоптоза како одговор на стресот во ER.

 Прокариотски ортолози 
Кај некои археи и бактерии, активноста на глукоза-6-фосфат изомеразата се јавува преку двојнофункционален ензим кој исто така покажува активност на фосфоманоза изомеразата (PMI). Иако не е тесно поврзан со еукариотските GPI гени, двојнофункционалниот ензим е доволно близок што секвенцата го поседува кластерот на треонини и серини што го сочинува местото за врзување на глукозниот фосфат кај конвенционалниот GPI. Се смета дека ензимот ги користи истите каталитички механизми и за отворање на глукозниот шесточлен прстен и за изомеризација и интерконверзија на глукоза 6-фосфат во фруктоза 6-фосфат.

 Клиничко значење 
Недостатокот на GPI генот е одговорен за 4% од хемолитичките анемии поради недостаток на гликолитичките ензими.Kugler W, Lakomek M (March 2000). "Glucose-6-phosphate isomerase deficiency". Baillière's Best Practice & Research. Clinical Haematology. 13 (1): 89–101. doi:10.1053/beha.1999.0059. PMID 10916680.Somarowthu S, Brodkin HR, D'Aquino JA, Ringe D, Ondrechen MJ, Beuning PJ (November 2011). "A tale of two isomerases: compact versus extended active sites in ketosteroid isomerase and phosphoglucose isomerase". Biochemistry. 50 (43): 9283–9295. doi:10.1021/bi201089v. PMID 21970785. Неодамна се идентификувани неколку случаи на недостаток на GPI.

Покачените нивоа на GPI ензими во серумот се користат како прогностички биомаркер за колоректален, рак на дојка, бели дробови, бубрези, гастроинтестинален и други видови на рак.Haga A, Niinaka Y, Raz A (July 2000). "Phosphohexose isomerase/autocrine motility factor/neuroleukin/maturation factor is a multifunctional phosphoprotein". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Protein Structure and Molecular Enzymology. 1480 (1–2): 235–244. doi:10.1016/s0167-4838(00)00075-3. PMID 11004567. Somarowthu S, Brodkin HR, D'Aquino JA, Ringe D, Ondrechen MJ, Beuning PJ (November 2011). "A tale of two isomerases: compact versus extended active sites in ketosteroid isomerase and phosphoglucose isomerase". Biochemistry. 50 (43): 9283–9295. doi:10.1021/bi201089v. PMID 21970785. Како AMF, GPI се припишува на регулирање на клеточната миграција за време на инвазијата и метастазата. Едно истражување покажало дека надворешните слоеви на сфероидите на туморот на дојка (BTS) лачат GPI, што индуцира епително-мезенхимална транзиција (EMT), инвазија и метастаза кај BTS. Било откриено дека инхибиторите на GPI ERI4P и 6PG ги блокираат и метастазите на BTS, но не и гликолизата на BTS или одржливоста на фибробластите. Покрај тоа, глукоза 6-фосфат изомераза се лачи исклучиво од туморските клетки, а не од нормалните клетки. Поради тоа, инхибиторите на GPI може да бидат побезбеден, потаргетен пристап за терапија против канцер. Глукоза 6-фосфат изомеразата исто така учествува во позитивна повратна врска со HER2, главна терапевтска цел против рак на дојка, бидејќи GPI ја зголемува експресијата на HER2 генот, а прекумерната експресија на HER2 ја зголемува експресијата на GPI. Како резултат на тоа, дејството на GPI веројатно дава отпорност во клетките на ракот на дојка кон терапиите базирани на HER2 со употреба на Трастузумаб, и треба да се смета како дополнителна цел при лекување на пациенти заболени од рак.Kho DH, Nangia-Makker P, Balan V, Hogan V, Tait L, Wang Y, Raz A (February 2013). "Autocrine motility factor promotes HER2 cleavage and signaling in breast cancer cells". Cancer Research. 73 (4): 1411–1419. doi:10.1158/0008-5472.can-12-2149. PMC 3577983. PMID 23248119.

 Поврзано 

 Ензим фруктоза-1-фосфат-алдолаза, кој ја претвора фруктозата во гликоза

 Интеракции 
Познато е дека GPI комуницира со:

 AMFR, Fu M, Li L, Albrecht T, Johnson JD, Kojic LD, Nabi IR (June 2011). "Autocrine motility factor/phosphoglucose isomerase regulates ER stress and cell death through control of ER calcium release". Cell Death and Differentiation. 18 (6): 1057–1070. doi:10.1038/cdd.2010.181. PMC 3131941. PMID 21252914. Kho DH, Nangia-Makker P, Balan V, Hogan V, Tait L, Wang Y, Raz A (February 2013). "Autocrine motility factor promotes HER2 cleavage and signaling in breast cancer cells". Cancer Research. 73 (4): 1411–1419. doi:10.1158/0008-5472.can-12-2149. PMC 3577983. PMID 23248119. и
 HER2 . 

 Наводи 

 Надворешни врски 

 Глукоза-6-фосфат изомераза во PROSITE
 Фосфоглукоза изомераза
 Дефицит на глукоза фосфат изомераза   
Категорија:Гликолиза
Категорија:Белковински домени
Категорија:Гени на хромозомот 19
Категорија:Биохемија
Категорија:Ензими
Категорија:Ензим
Категорија:Глукоза
Категорија:Метаболизам