Matriksna metalolproteinaza

**Matriksne metaloproteinaze** (**MMP**), također poznate kao **matriksne metalopeptidaze** ili **matriksini**, su metaloproteinaze koje su kalcij-zavisne i sadrže cinkne endopeptidaze; ostali članovi porodice su adamalizin, seralizin i astacin. MMP pripadaju većoj porodici proteaza poznatoj kao metzincinska superfamilija.

Zajedno, ovi enzimi  su sposobni razgraditi sve vrste proteina vanćelijskog matriksa, ali također mogu obraditi brojne bioaktivne molekule. Poznato je da su uključeni u cijepanje receptora na površini ćelija, oslobađanje liganada (kao što je ligand  FAS) i inaktivaciju hemokina/citokina. Smatra se da MMP-i također igraju glavnu ulogu u ponašanju ćelija kao što su proliferacija ćelija, migracija (adhezija/disperzija), diferencijacija, angiogeneza, apoptoza i odbrana domaćina.

Prvi put su opisani kod kičmenjaka u 1962, uključujući ljude, ali su od tada pronađeni kod beskičmenjaka i biljaka. Razlikuju se od drugih endopeptidaza po svojoj zavisnosti od metalnih iona kao kofaktora, po svojoj sposobnosti da razgrade vanćelijski matriks i po svojoj specifičnoj evolucijskoj sekvenci DNK.

## Historija
MMP-ove su prvi opisali Jerome Gross i Charles Lapiere 1962. godine, koji su posmatrali enzimsku aktivnost (degradaciju kolagena trostruke spirale) tokom metamorfoze repa punoglavca (stavljanjem repa punoglavca u ploču kolagene matrice)). Stoga je enzim nazvan intersticijska kolagenaza (MMP-1).

Kasnije je pročišćen iz ljudske kože (1968.), i prepoznato je da je sintetiziran kao zimogen.

"Cisteinski prekidač" je opisan 1990. godine.

## Struktura
MMP-ovi imaju zajedničku domenu struktura. Tri zajednička domena su pro-peptid, katalitički domen i hemopeksinu-sličan C-terminalni domen, koji je povezan s katalitskom domenom fleksibilnom šarnirskom regijom.

### Katalitski domen
Rendgenska kristalografija strukture nekoliko MMP katalitskih domena pokazale su da je ovaj domen spljoštena sfera dimenzija 35 x 30 x 30 Å (3,5&nbsp;×&nbsp;3 x 3 nm). aktivno mjesto je žlijeb od 20 Å (2&nbsp;nm) koji se proteže preko katalitskog doma. U dijelu katalitskog doma koji formira aktivno mjesto nalazi se katalitski važan Zn2+ ion, koji je vezan s tri histidinska ostatka koja se nalaze u konzerviranoj sekvenci HExxHxxGxxH. Dakle, ova sekvenca je motiv koji veže cink.
Želatinaze, kao što je MMP2, uključuju module fibronektina tipa II umetnute neposredno prije u motiv vezivanja cinka u katalitskom domenu.

### Zglobna regija
Katalitski domen je povezan sa C-terminalnim domenom fleksibilnim zglobnim ili linkerskim regionom. Dug je do 75 aminokiselina i nema odredivu strukturu.

### C-terminalni domen sličan hemopeksinu
thumb|C-terminalni domen sličan hemopeksinu u MMP9 PDB 1itv
C-terminalni domen ima strukturne sličnosti sa serumom proteinom hemopeksinom. Ima strukturu β-propelera sa četiri lopatice. β-propelerske strukture pružaju veliku ravnu površinu za koju se smatra da je uključena u interakcije protein-protein. Ovo određuje specifičnost supstrata i mjesto je interakcije sa TIMP-ovima (tkivni inhibitor metaloproteinaza). Domen sličan hemopeksinu je odsutan u MMP-7, MMP-23, MMP-26, te biljkama i nematodama. MMP-ovi vezani za membranu (MT-MMP) su usidreni za plazmamembranu putem transmembrane ili GPI-usidrenog domena.

## Katalitski mehanizam
Objavljena su tri katalitska mehanizma.

* U prvom mehanizmu, Browner M.F. i kolege predložili su mehanizam bazne katalize, koji se provodi konzerviranim ostatkom glutamata i Zn2+ ionom.
* U drugom mehanizmu, Matthewsovom mehanizmu, Kester i Matthews  sugerirali su interakciju između molekule vode i Zn2+ iona tokom kiselo-bazne katalize.
*U trećem mehanizmu, Manzettijevom mehanizmu, Manzetti Sergio i kolegepružili su dokaze da je koordinacija između vode i cinka tokom katalize malo vjerovatna i predložio treći mehanizam u kojem histidin iz HExxHxxGxxH-motiva učestvuje u katalizi tako što omogućava Zn2+ ionu da preuzme kvazi-penta koordinirano stanje, putem disocijacije od njega. U ovom stanju, Zn2+ ion je koordiniran sa dva atoma kisika iz katalitske glutaminske kiseline, karbonilnim atomom kisika supstrata i dva histidinska ostatka, te može polarizovati atom kisika glutaminske kiseline, približiti se cijepljivoj vezi i indukovati je da djeluje kao reverzibilni donor elektrona. Ovo formira oksianion prelazno stanje. U ovoj fazi, molekula vode djeluje na disociranu cijepljivu vezu i dovršava hidrolizu supstrata.

## Klasifikacija
thumb|400px| Funkcionalna klasifikacija matričnih metaloproteinaza.
MMP-ovi se mogu podijeliti na različite načine.

### Evolucijski
Korištenje bioinformatičkih metoda za poređenje primarnih sekvenci MMP-ova sugerira sljedeće evolucijske grupe MMP-ova:

* MMP-19
* MMP-ovi 11, 14, 15, 16 i 17
* MMP-2 i MMP-9
* Svi ostali MMP-ovi

Analiza katalitičkih domena u izolaciji sugerira da su se katalitički domeni dalje razvijali nakon što su se glavne grupe diferencirale, što je također naznačeno specifičnosti supstrata enzima.

### Funkcionalno
Najčešće korištene grupe (od strane istraživača u biologiji MMP) zasnivaju se dijelom na historijskoj procjeni specifičnosti supstrata MMP-a, a dijelom na ćelijskoj lokalizaciji MMP-a. Ove grupe su kolagenaze, želatinaze, stromelizini i MMP-ovi membranskog tipa (MT-MMP).

* Kolagenaze su sposobne da razgrade trostruko-spiralni fibrilarni kolagen u karakteristične 3/4 i 1/4 fragmente. Ovi kolageni su glavne komponente kostiju, hrskavice i dentina, a MMP-ovi su jedini poznati enzimi kod sisara koji ih mogu razgraditi. Kolagenaze su br. 1, br. 8, br. 13 i br. 18. Osim toga, pokazano je da br. 14 također cijepa fibrilarni kolagen, a postoje dokazi da je br. 2 sposoban za kolagenolizu. U MeSH, trenutna lista kolagenaza uključuje br. 1, br. 2, br. 8, br. 9 i br. 13. Kolagenaza br. 14 je prisutna u MeSH, ali nije navedena kao kolagenaza, dok br. 18 nije navedena u MeSH.

* Glavni supstrati želatinaza su kolagen tipa IV i želatin, a ovi enzimi se razlikuju po prisustvu dodatnog domena umetnutog u katalitičku domenu. Ova regija koja veže želatin nalazi se neposredno prije motiva koji veže cink i formira zasebnu jedinicu savijanja koja ne remeti strukturu katalitičke domene. Želatinaze su br. 2 i br. 9.

* Stromelizini pokazuju široku sposobnost cijepanja proteina  vanćelijskog matriksa, ali nisu u stanju cijepati trostruko-spiralne fibrilarne kolagene. Tri kanonska člana ove grupe su br. 3, br. 10 i br. 11.
* Svih šest MMP membranskog tipa (br. 14, br. 15, br. 16, br. 17, br. 24 i br. 25) imaju mjesto cijepanja furin u propeptidu, što je karakteristika koju dijeli i br. 11.
Međutim, sve je jasnije da su ove podjele donekle vještačke jer postoji niz MMP-ova koji se ne uklapaju ni u jednu od tradicionalnih grupa.

### Geni
[Matriksne metaloproteinaze se kombiniraju s proteinom koji veže [metal, metalotioninom; na taj način pomažući u mehanizmu vezivanja metala.

## Funkcija
MMP-ovi igraju važnu ulogu u remodeliranju tkiva povezanom s različitim fiziološkim ili patološkim procesima kao što su morfogeneza, angiogeneza, popravak tkiva, ciroza, artritis i metastaze. Smatra se da su MMP-2 i MMP-9 važni u metastazama.  Vjeruje se i da je MMP-1 važan kod reumatoidnog artritisa i  osteoartritisa. Nedavni podaci ukazuju na aktivnu ulogu MMP-ova u patogenezi aortnih aneurizmi; višak MMP-ova degradira strukturne proteine zida aorte. Disregulacija ravnoteže između MMP-ova i TIMP-ova također je karakteristična za akutne i kronične kardiovaskularne bolesti.

### MMP-ovi u zacjeljivanju rana 
Tokom zacjeljivanja rana, matriksne metaloproteinaze služe kao tim za čišćenje, razgrađujući stara tkiva kako bi napravile mjesta za nova. MMP-8 iz neutrofila se rano uključuje kako bi uklonio ostatke i ubrzao cjelokupno zacjeljivanje kože, dok MMP-1 iz kolagenaza poboljšava kretanje  keratinocita kroz kolagenska vlakna, pomažući u početku popravka nakon povrede. MMP-13 zatim preuzima funkciju smanjenja veličine rane i pokretanja reepitelizacije. Brže zatvaranje se postiže spajanjem rubova rane. U međuvremenu, aktiviranjem MMP-9 i usmjeravanjem keratinocita da migriraju u prazninu, želatinaze MMP-2 ubrzavaju proces zacjeljivanja, dok sam MMP-9 potiče migraciju ćelija svugdje unutar rane.

Na osnovu toga, stromelizini i drugi MMP-ovi fino podešavaju završne faze. đMMP-3 dodatno aktivira MMP-9 i pomaže u kontrakciji rane, sprječavajući ožiljke ili deformaciju tkiva, dok MMP-10 luče keratinociti na rubovima rane kako bi podržali remodeliranje. Glavna uloga MMP-7 je reepitelizacija, prolazak kroz barijere poput elastina i laminina omogućavajući novim ćelijama kože da se šire, a MMP-12 upravlja angiogenezom stvaranjem angiostatina, koji kontroliše rast novih krvnih sudova sprečavajući njihov prekomjerni rast. Ovi MMP-ovi rade zajedno kako bi uravnotežili razgradnju i obnovu, transformišući oštećeno tkivo u zdravo tkivo.

### Uloga MMP-a u bolestima 
Kada su MMP-i disregulisani, mogu učiniti bolesti agresivnijim i pogoršati ih umjesto da ih izliječe. Naprimjer, povišeni nivoi MMP-1 oslobađaju faktore rasta koji pojačavaju metastaze raka, a kod dijabetesnih čireva na stopalu usporava zacjeljivanje prekomjernom razgradnjom tkiva. Nivoi MMP-8 rastu kod astme, a kod dijabetesa povećavaju hroničnu upalu. MMP-13 uzrokuje oštećenje zglobova kod osteoartritisa, dok nivoi MMP-2 i MMP-9 rastu kod kolorektumskog karcinoma i srčanih bolesti, uzrokujući abnormalne promjene u zidovima krvnih sudova i uzrokujući fibrozu. MMP-3 pomaže kod reumatoidnog artritisa i problema s kičmom, MMP-10 utiče na rast kostiju, MMP-7 se povećava kod ateroskleroze koja začepljuje arterije, a MMP-12 uzrokuje pretjeranu reakciju imunskih ćelija, uzrokujući tešku upalu. U osnovi, nekontrolisana aktivnost MMP-a pretvara korisne alate u one koji stvaraju probleme.

## Aktivacija
thumb|Međusobna aktivacija MMP-ova|desno Svi MMP-ovi se sintetiziraju u latentnom obliku (Zymogen). Izlučuju se kao proenzimi i zahtijevaju ekstracelularnu aktivaciju. Mogu se aktivirati *in vitro* mnogim mehanizmima, uključujući organomerkurije, haotropne agense i druge proteaze.

## Inhibitori
MMP-ove inhibiraju specifični endogeni tkivni inhibitor metaloproteinaza (TIMP-ovi), koji čine porodicu od četiri inhibitor proteaze: TIMP-1, TIMP-2, TIMP-3 i TIMP-4.

TIMP-ovi su mali proteini sastavljeni od dva dijela koji imaju N-terminalni domen (ovo je glavni inhibitorni dio) i C-terminalni domen. Osim zaustavljanja MMP-ova, TIMP-ovi mogu obavljati i druge poslove, poput direktnog vezivanja za receptore na površini ćelije, radi signalizacije.

;Postoje četiri glavna TIMP-a:

* TIMP-1 proizvodi gotovo svaka ćelija u tijelu. Ima veći afinitet prema MMP-9 i pro-MMP-9, ali ne inhibira neke od MMP-a membranskog tipa (kao što su MMP-14, MMP-16, MMP-18, MMP-19, MT1-MMP, MT2-MMP, MT3-MMP i MT5-MMP).

* TIMP-2 je uvijek prisutan u većini tkiva; ćelije ga proizvode cijelo vrijeme, a faktori rasta ne mijenjaju mnogo njegove nivoe.

* TIMP-3 ostaje u vanćelijskom matriksu i nalazi se posebno u bazalnim membranama očiju i bubrega.

* TIMP-4 se uglavnom proizvodi u srcu jajnicima, bubrezima, pankreasu, debelom crijevu, testisima, mozgu i masnom tkivu.

Sintetski inhibitori uglavnom sadrže helirajuću grupu koja čvrsto veže katalitički atom cinka na aktivnom mjestu MMP-a. Uobičajene helirajuće grupe uključuju hidroksamate, karboksilne kiseline, tiole i fosfinile. Hidroksimati su posebno potentni inhibitori MMP-a i drugih enzima zavisnih od cinka, zbog njihove bidentatne helacije atoma  [[cink]a. ]Drugi supstituenti ovih inhibitora obično su dizajnirani da interaguju sa različitim džepovima za vezivanje na MMP-u od interesa, čineći inhibitor manje ili više specifičnim za date MMP-ove.

### Farmakologija
Doksiciklin, u subantimikrobnim dozama, inhibira aktivnost MMP-a i korišten je u raznim eksperimentalnim sistemima u tu svrhu, kao što je za rekalcitrantne rekurentne erozije rožnjača. Klinički se koristi za liječenje parodontalne bolesti i jedini je inhibitor MMP-a koji je široko dostupan klinički. Prodaje ga pod trgovačkim nazivom Periostat od strane kompanije CollaGenex. Pokazalo se da minociklin, još jedan tetraciklinski antibiotik, također inhibira aktivnost MMP-a.

Brojni racionalno dizajnirani inhibitori MMP-a pokazali su obećanje u liječenju patologija za koje se sumnja da su uključeni MMP-i (vidi gore). Međutim, većina njih, kao što su marimastat (BB-2516), inhibitor MMP-a širokog spektra, i cipemastat (Ro 32-3555), selektivni inhibitor MMP-1, slabo su se pokazali u kliničkim ispitivanjima. Neuspjeh Marimastata bio je djelimično odgovoran za propast kompanije British Biotech, koja ga je razvila. Neuspjeh ovih lijekova uglavnom je posljedica toksičnosti (posebno mišićno-skeletne toksičnosti u slučaju inhibitora širokog spektra) i neuspjeha u pokazivanju očekivanih rezultata (u slučaju trocadea, obećavajući rezultati na modelima artritisa kod zečeva nisu ponovljeni u ispitivanjima na ljudima). Razlozi za uglavnom razočaravajuće kliničke rezultate MMP inhibitora nisu jasni, posebno s obzirom na njihovu aktivnost u životinjskim modelima.

## Također pogledajte
* Kolagen hibridizirajući peptid, peptid koji se može vezati i obojiti kolagen koji MMP cijepa
* Otkriće lijekova i razvoj MMP inhibitora
* Proteaze u angiogenezi

## Reference
Synergistic effect of stromelysin-1 (matrix metalloproteinase-3) promoter (-1171 5A->6A) polymorphism in oral submucous fibrosis and head and neck lesions.Chaudhary AK, Singh M, Bharti AC, Singh M, Shukla S, Singh AK, Mehrotra R.
BMC Cancer. 2010 Jul 14;10:369.

## Vanjski linkovi 
* 
* 
* Extracellular proteolysis at fibrinolysis.org
* Currently identified substrates for mammalian MMPs at clip.ubc.ca
* 


Kategorija: Enzimi
*
Kategorija: Metaloproteini
Kategorija: Cinkovi enzimi