Cyklaza guanylanowa. Katarzyna Osytek. Warszawski Uniwersytet Medyczny

Transkrypt

1 Cyklaza guanylanowa Katarzyna Osytek Warszawski Uniwersytet Medyczny

2 Przekaźniki I-ego rzędu hormony czynniki wzrostu neurotransmitery NO Efektory enzymatyczne cyklazy nukleotydowe fosfodiesterazy fosfolipazy (PL) PLC (PLC-β; PLC-γ) PLA kinazy Przekaźniki wtórne produkty rozpadu PIP2 DAG (aktywuje PKC) IP 3 (mobilizuje zasoby Ca 2+ ) cykliczne nukleotydy cgmp camp Ca 2+ Wewnątrzkomórkowy system sygnalizacji

3 Cyklazy nukleotydowe cyklaza adenylanowa ATP camp cyklaza guanylanowa GTP cgmp

4 Rodzina cyklaz guanylanowych 1. Cyklazy rozpuszczalne (sgc) brak domeny transbłonowej i zewnątrzkomórkowej aktywowane przez gazy o aktywności naczyniowej NO 2. Cyklazy błonowe (pgc) GC-A aktywowana przez ANP, BNP GC-B aktywowana przez CNP GC-C (jelitowa) wiąże ANP,BNP,CNP, guanilina, uroguanilina, ST Cyklazy siatkówki (GC-E, GC-F)

5 sgc rozpuszczalna cyklaza guanylanowa

6 sgc - budowa heterodimer zawierający hem dwie homologiczne podjedostki α (73-82kDa) i β (70-76kDa) izoformy α 1, α 2, β 1, β 2 najczęściej występuje heterodimer α 1 /β 1, rzadziej α 2 /β 1 brak heterodimeru zawierającego β 2

7 sgc budowa monomeru N-końcowa Regulatorowa, wiążąca hem Centralna Region odpowiedzialny za dimeryzację C-końcowa Katalityczna, odpowiedzialna za rozpoznanie substratu

8 Domena regulatorowa mała homologia miedzy gatunkami wiąże hem, będący receptorem dla ligandów: CO i NO osiowe wiązanie koordynacyjne z żelazem hemowym przez His 105 (β 1 ) motyw YxSxR (Tyr 131, Ser 133, Arg 135) oddziaływania z grupami propionowymi hemu przez wiązania wodorowe rola Cys 78 i Cys 214

9 Domena centralna tworzenie heterodimerów region NBS (aa ) oraz CBS (aa ) uczestniczy w wiązaniu podjednostek

10 Domena katalityczna najbardziej konserwowana duże podobieństwo do domeny z cyklazy adenylanowej aktywność katalityczna wymaga obecności dwóch podjednostek Monomer Heterodimer region wiązania GTP Arg 592 Glu 473 Cys 541 Winger et al., BMC Structural Biology 2008, 8:42

11 Regulacja sgc - NO NO* - wolny rodnik - okres półtrwania-kilka sekund - aktywność biologiczna-bardzo niskie stężenia (10-12 M) - aktywuje enzym zawierający hem-sgc - efektor wazodilatacyjny (dawniej EDRF)

12 Endogenna synteza NO L - argninina NOS NO + cytrulina 3 izoformy syntazy NO (NOS) nnos (neurony, kom. nabłonka) inos (makrofagi, miocyty) enos (kom. śródbłonka)

13 Molekularne punkty uchwytu działania NO NO jony metali (Fe) modyfikacja aktywności enzymów grupy sulfhydrylowe modyfikacja aktywności enzymów wolne rodniki (O2-*, ONOO-*)

14 Biologiczne efekty NO ośrodkowy ukł.nerwowy procesy uczenia się i zapamiętywnia neurotoksyczności i neurodegeneracji degeneracja fotoreceptorów siatkówki prowokacja napadów padaczkowych ukł.immunologiczny działanie prozapalne m.in. aktywacja COX-2 działanie przeciwbakteryjne potencjalizacja odpowiedzi immunologicznej ukł.sercowo-naczyniowy regulacja ciśnienia krwi działanie przeciwmiażdzycowe działanie przeciwkrzepliwe ochrona przed odczynem zapalnym ukł.oddechowy rozkurcz dróg oddechowych zmniejszenie oporu łożyska płucnego obwodowy ukł.nerwowy inicjacja erekcji regulacja wydzielania i napięcia mięsni gładkich w przewodzie pokarmowym i ukł.oddechowym

15 Wybrane skutki zaburzeń poziomu endogennego NO miażdżyca Niedobór NO Nadmiar NO wstrząs endotoksyczny cukrzyca nadciśnienie w rzucawce okołoporodowej nadciśnienie tętnicze, nadciśnienie płucne stany nadkrzepliwości krwi odległy odrzut transplantowanych organów zaburzenia erekcji pourazowe uszkodzenie OUN padaczka degeneracja siatkówki reumatoidalne zapalenie stawów natychmiastowy odrzut transplantowanych organów

16 Leki i substancje działające za pośrednictwem NO L-arginina aminoguanidyna błękit metylenowy nitrogliceryna azotany i azotyny molsidomina wziewny NO sildenafil tadalafil vardenafil zwiększa syntezę endogennego NO stosowana m.in. w leczeniu chromiania przestankowego i objawów rzucawki okołoporodowe selektywny inhibitor inos próby zastosowania w leczeniu wstrząsu endotoksycznego inhibitor sgc stosowany głównie w pracach badawczych leki uwalniające pośrednio lub bezpośrednio NO stosowane w leczeniu choroby niedokrwiennej serca stosowany w leczeniu nadciśnienia płucnego (dzieci) swoiste inhibitory fosfodiesterazy V, potęgują działanie NO stosowane w zaburzeniach erekcji

17 Działanie nitrogliceryny prolek stosownany w ChNS - w wyniku metabolizmu uwalnia NO powoduje szybkie rozszerzenie naczyń wieńcowych i spadek obciążenia wstępnego serca wady: tolerancja działanie wielokierunkowe

18 Aktywacja sgc przez NO 1. wiązanie koordynacyjne NO z Fe zerwanie wiązania z His105 (hem nitrozylowy) 3. powstanie struktury przypominającej protoporfirynę IX 4. aktywcja enzymu (400x wzrost aktywności)

19 Inne regulatory sgc CO wiąże się z grupą hemową tworząc kompleks sześcio-ligandowy, ale aktywacja enzymu jest dużo mniejsza (ok. 4x wzrost) PPIX wiąże się z sgc w niskim stężeniu aktywując enzym; udział grup winylowych w pozycjach 2 i 4 (hydrofobowe interakcje pierścienia porfirynowego z enzymem) oraz grup karboksylowych kw. propionowego w pozycjach 6 i 7 (oddziaływania elektrostatyczne z aminokwasami sgc np.argininą), aktywacja niezależna od NO i hemu. Me 2+ (Mg 2+, Mn 2+, Ca 2+ ) Lucas et al. Pharmacol Rev. 2000, 52:375.

20 Szlak wazodilatacyjny sgc kinazy białkowe fosforylacja PKG (PKA) GTP cgmp fosfodiesterazy (regulacja cgmp) kanały bramkowane cyklicznymi nukleotydami Rozszerzenie naczyń krwionośnych

21 Molekularny mechanizm relaksacji mięśni gładkich Lucas et al. Pharmacol Rev. 2000, 52:375.

22 Działanie NO na naczynia krwionośne Evgenov et al. Nature Reviews Drug Discovery, 5:755

23 Literatura K. l. Lucas i wsp. Guanylyl cyclases ans sygnaling by cyclic CMP, Pharmacological reviews, 2000 A. Pyriochou, A. Papapetropoulos, Soluble guanylyl cyclase: more secrets revealed, Cellular signalling, 2004 N. S. Bryan, K. Bian, F. Murad, Discovery of nitric oxide signaling pathway and targets for drug development, 2009, Frontiers in Bioscience P. Pellicena i wsp. Crystal structure of an oxygen-binding heme domaain related to soluble guanylate cyclases, PNAS, 2004 A. J. Hobbs, Soluble guanylate cyclase:the forgotten sibling, TiPS,1997 R. Korbuda, Farmakologia po prostu, 2007 R. J. Epstein, Biologia molekularna człowieka, 2005

24 Dziękuję