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.
1 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 <sup>His388</sup>, 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.
2 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.
2.1 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.
3 Функција
Овој ген припаѓа на семејството на GPI гени. 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.
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. Надвор од клетката, тој функционира како невротрофичен фактор за 'рбетните и сензорните неврони, наречен невролеукин. 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.
3.1 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.
3.2 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.
4 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.
5 Клиничко значење
Недостатокот на GPI генот е одговорен за 4% од хемолитичките анемии поради недостаток на гликолитичките ензими. 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. 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.
6 Поврзано
* Ензим фруктоза-1-фосфат-алдолаза, кој ја претвора фруктозата во гликоза
7 Интеракции
Познато е дека GPI комуницира со:
* AMFR, и
* HER2 .