Metalloproteinasi di matrice - Matrix metalloproteinase
Metalloproteinasi di matrice | |
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Identificatori | |
Simbolo | MMP |
Clan Pfam | CL0126 |
InterPro | IPR021190 |
membrana | 317 |
Le metalloproteinasi di matrice ( MMP ), note anche come metallopeptidasi di matrice o matrixine , sono metalloproteinasi che sono endopeptidasi calcio- dipendenti contenenti zinco ; altri membri della famiglia sono adamalysins , serralysins e astacins . Le MMP appartengono a una famiglia più ampia di proteasi nota come superfamiglia della metzincina .
Collettivamente, questi enzimi sono in grado di degradare tutti i tipi di proteine della matrice extracellulare , ma possono anche elaborare un certo numero di molecole bioattive . Sono noti per essere coinvolti nella scissione dei recettori della superficie cellulare , nel rilascio di ligandi apoptotici (come il ligando FAS ) e nell'inattivazione di chemochine / citochine . Si ritiene inoltre che le MMP svolgano un ruolo importante nei comportamenti cellulari come la proliferazione cellulare , la migrazione ( adesione /dispersione), la differenziazione , l' angiogenesi , l' apoptosi e la difesa dell'ospite .
Sono stati descritti per la prima volta nei vertebrati (1962), inclusi gli esseri umani, ma da allora sono stati trovati negli invertebrati e nelle piante. Si distinguono dalle altre endopeptidasi per la loro dipendenza dagli ioni metallici come cofattori , la loro capacità di degradare la matrice extracellulare e la loro specifica sequenza di DNA evolutivo .
Storia
Le MMP sono state inizialmente descritte da Jerome Gross e Charles Lapiere (1962), che hanno osservato l'attività enzimatica ( degradazione della tripla elica del collagene ) durante la metamorfosi della coda di girino (posizionando una coda di girino in una piastra di matrice di collagene). Pertanto, l'enzima è stato chiamato collagenasi interstiziale ( MMP-1 ).
Successivamente, è stato purificato dalla pelle umana (1968) ed è stato riconosciuto come sintetizzato come zimogeno .
L'"interruttore della cisteina" è stato descritto nel 1990.
Struttura
Gli MMP hanno una struttura di dominio comune . I tre domini comuni sono il pro-peptide, il dominio catalitico e il dominio C-terminale simile all'emopessina , che è collegato al dominio catalitico da una regione cerniera flessibile.
Il pro-peptide
Le MMP sono inizialmente sintetizzate come zimogeni inattivi con un dominio pro-peptidico che deve essere rimosso prima che l' enzima sia attivo. Il dominio pro-peptide fa parte dell'"interruttore della cisteina". Questo contiene un residuo di cisteina conservato che interagisce con lo zinco nel sito attivo e previene il legame e la scissione del substrato , mantenendo l'enzima in una forma inattiva. Nella maggior parte delle MMP, il residuo di cisteina è nella sequenza conservata PRCGxPD. Alcune MMP hanno un sito di clivaggio del proormone convertasi (simile al furin) come parte di questo dominio, che, quando viene scisso, attiva l'enzima. MMP-23A e MMP-23B includono un segmento transmembrana in questo dominio.
Il dominio catalitico
X-ray cristallografiche strutture di diversi domini catalitici MMP hanno dimostrato che questo dominio è una sfera oblato misura 35 x 30 x 30 Å (3,5 × 3 x 3 nm ). Il sito attivo è un solco di 20 (2 nm) che attraversa il dominio catalitico. Nella parte del dominio catalitico che costituisce il sito attivo è presente uno ione Zn 2+ cataliticamente importante , che è legato da tre residui di istidina presenti nella sequenza conservata HExxHxxGxxH. Quindi, questa sequenza è un motivo che lega lo zinco.
Le gelatinasi , come MMP-2 , incorporano moduli di fibronectina di tipo II inseriti immediatamente prima nel motivo legante lo zinco nel dominio catalitico.
La regione cerniera
Il dominio catalitico è connesso al dominio C-terminale da una cerniera flessibile o regione di collegamento. Questo è lungo fino a 75 amminoacidi e non ha una struttura determinabile.
Il dominio C-terminale simile all'emopessina
Il dominio C-terminale ha somiglianze strutturali con la proteina sierica emopessina . Ha una struttura a quattro pale -elica. Le strutture -elica forniscono una grande superficie piana che si pensa sia coinvolta nelle interazioni proteina-proteina . Questo determina la specificità del substrato ed è il sito per l'interazione con i TIMP ( inibitore tissutale delle metalloproteinasi ). Il dominio simile all'emopessina è assente in MMP-7 , MMP-23, MMP-26 e nella pianta e nel nematode . Le MMP legate alla membrana (MT-MMP) sono ancorate alla membrana plasmatica tramite una transmembrana o un dominio di ancoraggio GPI.
Meccanismo catalitico
Ci sono tre meccanismi catalitici pubblicati.
- Nel primo meccanismo, Browner MF e colleghi hanno proposto il meccanismo di catalisi di base, effettuato dal residuo di glutammato conservato e dallo ione Zn 2+ .
- Nel secondo meccanismo, il meccanismo di Matthews, Kester e Matthews hanno suggerito un'interazione tra una molecola d'acqua e lo ione Zn 2+ durante la catalisi acido-base .
- Nel terzo meccanismo, il meccanismo Manzetti, Manzetti Sergio e colleghi hanno fornito prove che un coordinamento tra acqua e zinco durante la catalisi era improbabile e hanno suggerito un terzo meccanismo in cui un'istidina dal motivo HExxHxxGxxH partecipa alla catalisi consentendo allo Zn 2+ ione ad assumere uno stato coordinato quasi penta, attraverso la sua dissociazione da esso. In questo stato, lo ione Zn 2+ è coordinato con i due atomi di ossigeno dell'acido glutammico catalitico, l'atomo di ossigeno carbonilico del substrato e i due residui di istidina e può polarizzare l'atomo di ossigeno dell'acido glutammico, avvicinare il legame scissile e indurre ad agire come donatore di elettroni reversibile. Questo forma uno stato di transizione ossianionico. In questa fase, una molecola d'acqua agisce sul legame scissile dissociato e completa l'idrolizzazione del substrato.
Classificazione
Le MMP possono essere suddivise in diversi modi.
Evolutivo
L'uso di metodi bioinformatici per confrontare le sequenze primarie delle MMP suggerisce i seguenti raggruppamenti evolutivi delle MMP:
L'analisi dei domini catalitici isolatamente suggerisce che i domini catalitici si sono evoluti ulteriormente una volta che i gruppi principali si erano differenziati, come indicato anche dalle specificità di substrato degli enzimi .
Funzionale
I raggruppamenti più comunemente utilizzati (dai ricercatori in biologia delle MMP) si basano in parte sulla valutazione storica della specificità di substrato dell'MMP e in parte sulla localizzazione cellulare dell'MMP. Questi gruppi sono le collagenasi, le gelatinasi, le stromelysine e le MMP di tipo a membrana (MT-MMP).
- Le collagenasi sono in grado di degradare i collageni fibrillari a tripla elica in frammenti distintivi di 3/4 e 1/4. Questi collageni sono i principali componenti dell'osso , della cartilagine e della dentina , e le MMP sono gli unici enzimi conosciuti nei mammiferi in grado di degradarli. Le collagenasi sono n. 1, n. 8, n. 13 e n. 18. Inoltre, è stato anche dimostrato che la n. 14 scinde il collagene fibrillare e vi sono prove che la n. 2 è in grado di collagenolisi. In MeSH , l'attuale elenco di collagenasi include n. 1, n. 2, n. 8, n. 9 e n. 13. La collagenasi n. 14 è presente in MeSH ma non è elencata come collagenasi, mentre la n. 18 è assente da MeSH.
- I principali substrati delle gelatinasi sono il collagene di tipo IV e la gelatina , e questi enzimi si distinguono per la presenza di un dominio aggiuntivo inserito nel dominio catalitico. Questa regione legante la gelatina è posizionata immediatamente prima del motivo legante lo zinco e forma un'unità di piegatura separata che non interrompe la struttura del dominio catalitico. Le gelatinasi sono n. 2 e n. 9.
- Le stromelysine mostrano un'ampia capacità di scindere le proteine della matrice extracellulare ma non sono in grado di scindere i collageni fibrillari a tripla elica. I tre membri canonici di questo gruppo sono il n. 3, il n. 10 e il n. 11.
- Tutte e sei le MMP di tipo a membrana ( n. 14 , n. 15, n. 16, n. 17, n. 24 e n. 25) hanno un sito di scissione della furina nel pro-peptide, che è una caratteristica condivisa anche da n. 11.
Tuttavia, sta diventando sempre più chiaro che queste divisioni sono in qualche modo artificiali in quanto vi sono un certo numero di MMP che non rientrano in nessuno dei gruppi tradizionali.
geni
Gene | Nome | Alias | Posizione | Descrizione |
MMP1 | Interstiziale collagenasi | CLG, CLGN | secreto | I substrati includono Col I, II, III, VII, VIII, X, gelatina |
MMP2 | Gelatinasi-A, gelatinasi 72 kDa | secreto | I substrati includono gelatina, Col I, II, III, IV, Vii, X | |
MMP3 | Stromelisina 1 | CHDS6, MMP-3, SL-1, STMY, STMY1, STR1 | secreto | I substrati includono Col II, IV, IX, X, XI, gelatina |
MMP7 | Matrilisina, POMPA 1 | MMP-7, MPSL1, POMPA-1 | secreto | membrana associata attraverso il legame al solfato di colesterolo nelle membrane cellulari, i substrati includono: fibronectina, laminina, Col IV, gelatina |
MMP8 | Collagenasi neutrofila | CLG1, HNC, MMP-8, PMNL-CL | secreto | I substrati includono Col I, II, III, VII, VIII, X, aggrecan, gelatina |
MMP9 | Gelatinasi-B, 92 kDa gelatinasi | CLG4B, GELB, MANDP2, MMP-9 | secreto | I substrati includono gelatina, Col IV, V |
MMP10 | Stromelisina 2 | SL-2, STMY2 | secreto | I substrati includono Col IV, laminina, fibronectina, elastina |
MMP11 | Stromelisina 3 | SL-3, ST3, STMY3 | secreto | MMP-11 mostra più somiglianza con gli MT-MMP, è attivabile da convertasi ed è secreto quindi solitamente associato a MMP attivabili da convertasi. I substrati includono Col IV, fibronectina, laminina, aggrecan |
MMP12 | Metalloelastasi dei macrofagi | HME, ME, MME, MMP-12 | secreto | I substrati includono elastina, fibronectina, Col IV |
MMP13 | Collagenasi 3 | CLG3, MANDP1, MMP-13 | secreto | I substrati includono Col I, II, III, IV, IX, X, XIV, gelatina |
MMP14 | MT1-MMP | MMP-14, MMP-X1, MT-MMP, MT-MMP 1, MT1-MMP, MT1MMP, MTMMP1, WNCHRS | associati alla membrana | MMP transmembrana di tipo I; i substrati includono gelatina, fibronectina, laminina |
MMP15 | MT2-MMP | MT2-MMP, MTMMP2, SMCP-2, MMP-15, MT2MMP | associati alla membrana | MMP transmembrana di tipo I; i substrati includono gelatina, fibronectina, laminina |
MMP16 | MT3-MMP | C8orf57, MMP-X2, MT-MMP2, MT-MMP3, MT3-MMP | associati alla membrana | MMP transmembrana di tipo I; i substrati includono gelatina, fibronectina, laminina |
MMP17 | MT4-MMP | MT4-MMP, MMP-17, MT4MMP, MTMMP4 | associati alla membrana | glicosil fosfatidilinositolo - attaccato; i substrati includono fibrinogeno, fibrina |
MMP18 | Collagenasi 4, xcol4, xenopus collagenasi | – | Nessun ortologo umano conosciuto | |
MMP19 | RASI-1, a volte indicato come stromelysin-4 | MMP18, RASI-1, CODA | – | |
MMP20 | smalto | AI2A2, MMP-20 | secreto | |
MMP21 | X-MMP | MMP-21, HTX7 | secreto | |
MMP23A | CA-MMP | associati alla membrana | array di cisteina transmembrana di tipo II | |
MMP23B | – | MIFR, MIFR-1, MMP22, MMP23A | associati alla membrana | array di cisteina transmembrana di tipo II |
MMP24 | MT5-MMP | MMP-24, MMP25, MT-MMP 5, MT-MMP5, MT5-MMP, MT5MMP, MTMMP5 | associati alla membrana | MMP transmembrana di tipo I |
MMP25 | MT6-MMP | MMP-25, MMP20, MMP20A, MMPL1, MT-MMP 6, MT-MMP6, MT6-MMP, MT6MMP, MTMMP6 | associati alla membrana | glicosil fosfatidilinositolo -attaccato |
MMP26 | Matrilysin-2, endometasi | – | ||
MMP27 | MMP-22, C-MMP | MMP-27 | – | |
MMP28 | epilisina | EPILYSIN, MM28, MMP-25, MMP-28, MMP25 | secreto | Scoperto nel 2001 e chiamato così perché scoperto nei cheratinociti umani . A differenza di altri MMP questo enzima è costitutivamente espresso in molti tessuti (altamente espresso nei testicoli ea livelli più bassi in polmone , cuore , cervello, colon , intestino , placenta , ghiandole salivari , utero , pelle). Una treonina sostituisce la prolina nel suo interruttore della cisteina (PRCGVTD). |
Le metalloproteinasi della matrice si combinano con la proteina legante i metalli, la metallotionina; aiutando così nel meccanismo di legame del metallo.
Funzione
Le MMP svolgono un ruolo importante nel rimodellamento tissutale associato a vari processi fisiologici o patologici come la morfogenesi , l' angiogenesi , la riparazione dei tessuti , la cirrosi , l' artrite e le metastasi . Si ritiene che MMP-2 e MMP-9 siano importanti nelle metastasi. Si ritiene che l' MMP-1 sia importante nell'artrite reumatoide e nell'osteoartrite. Dati recenti suggeriscono un ruolo attivo delle MMP nella patogenesi dell'aneurisma aortico. Le MMP in eccesso degradano le proteine strutturali della parete aortica. La disregolazione dell'equilibrio tra MMP e TIMP è anche una caratteristica delle malattie cardiovascolari acute e croniche.
Attivazione
Tutti gli MMP sono sintetizzati in forma latente (Zymogen). Sono secreti come proenzimi e richiedono l'attivazione extracellulare. Possono essere attivati in vitro da molti meccanismi inclusi organomercuriali, agenti caotropici e altre proteasi.
Inibitori
Le MMP sono inibite da specifici inibitori tissutali endogeni delle metalloproteinasi (TIMP), che comprendono una famiglia di quattro inibitori della proteasi : TIMP-1, TIMP-2, TIMP-3 e TIMP-4.
Gli inibitori sintetici generalmente contengono un gruppo chelante che lega strettamente l' atomo di zinco catalitico al sito attivo dell'MMP. I comuni gruppi chelanti includono idrossammati , carbossilati , tioli e fosfinili . Gli idrossimati sono inibitori particolarmente potenti delle MMP e di altri enzimi zinco-dipendenti, a causa della loro chelazione bidentata dell'atomo di zinco. Altri sostituenti di questi inibitori sono generalmente progettati per interagire con varie tasche di legame sulla MMP di interesse, rendendo l'inibitore più o meno specifico per determinate MMP.
Farmacologia
La doxiciclina , a dosi subantimicrobiche, inibisce l'attività di MMP, ed è stata utilizzata in vari sistemi sperimentali per questo scopo, come per erosioni corneali ricorrenti recalcitranti. Viene utilizzato clinicamente per il trattamento della malattia parodontale ed è l'unico inibitore di MMP ampiamente disponibile clinicamente. È venduto con il nome commerciale Periostat dalla società CollaGenex . Anche la minociclina, un altro antibiotico tetraciclina, ha dimostrato di inibire l'attività delle MMP.
Un certo numero di inibitori di MMP progettati razionalmente hanno mostrato qualche promessa nel trattamento di patologie in cui si sospetta che le MMP siano coinvolte (vedi sopra). Tuttavia, la maggior parte di questi, come marimastat (BB-2516), un inibitore di MMP ad ampio spettro, e cipemastat (Ro 32-3555), un inibitore selettivo di MMP-1 , hanno avuto scarsi risultati negli studi clinici . Il fallimento di Marimastat fu in parte responsabile del ripiegamento di British Biotech , che lo sviluppò. Il fallimento di questi farmaci è dovuto in gran parte alla tossicità (in particolare, la tossicità muscolo-scheletrica nel caso degli inibitori ad ampio spettro) e all'incapacità di mostrare i risultati attesi (nel caso del trocade, i risultati promettenti nei modelli di artrite del coniglio non sono stati replicati in prove umane). Le ragioni alla base dei risultati clinici ampiamente deludenti degli inibitori delle MMP non sono chiare, soprattutto alla luce della loro attività in modelli animali .
Guarda anche
- Proteasi nell'angiogenesi
- Scoperta di farmaci e sviluppo di inibitori delle MMP
- Peptide ibridante del collagene , un peptide che può legare e colorare il collagene scisso da MMP
Riferimenti
Effetto sinergico del polimorfismo del promotore della stromelisina-1 (metalloproteinasi-3) (-1171 5A->6A) nella fibrosi sottomucosa orale e nelle lesioni della testa e del collo. Chaudhary AK, Singh M, Bharti AC, Singh M, Shukla S, Singh AK, Mehrotra R. BMC Cancro. 14 luglio 2010;10:369.
link esterno
- MBInfo – Le metalloproteinasi della matrice (MMP) facilitano lo smontaggio della matrice extracellulare
- La proteina della matrice metalloproteinasi
- Proteolisi extracellulare su fibrinolysis.org
- Substrati attualmente identificati per MMP di mammifero su clip.ubc.ca
- Matrice+metalloproteinasi presso la National Library of Medicine degli Stati Uniti Medical Subject Headings (MeSH)