Metalopeptidase de matriz
As metalopeptidases de matriz (MMPs), tamén chamadas metaloproteinases de matriz ou matrixinas, son metaloproteinases endopeptidases que son dependentes do calcio e conteñen zinc;[1] outros membros da familia son as adamalisinas, serralisinas e astacinas. As MMPs pertencen a unha gran superfamilia de proteases coñecida como a superfamilia da metzincina.[2]
| Metaloproteinase de matriz | |
|---|---|
| Identificadores | |
| Símbolo | MMP |
| Pfam clan | CL0126 |
| InterPro | IPR021190 |
| Membranome | 317 |
En conxunto, estes encimas poden degradar todos os tipos de proteínas da matriz extracelular, pero tamén poden procesar outras moléculas bioactivas. están implicadas na clivaxe de receptores da superficie celular, a liberación de ligandos apoptóticos (como o ligando FAS), e a inactivación de quimiocinas/citocinas.[3] As MMPs tamén se cre que exercen importantes funcións en comportamentos celulares como a proliferación celular, migración celular (adhesión/dispersión), diferenciación, anxioxénese, apoptose e defensa do hóspede.
Foron descritas primeiramente en vertebrados (1962),[4] incluíndo os humanos, pero despois atopáronse en invertebrados e plantas. Distínguense doutras endopeptidases pola súa dependencia de ións metálicos como cofactores, a súa capacidade de degradar a matriz extracelular e as súas secuencias de ADN evolutivas específicas.
Recentemente as metaloproteinases de matriz propuxéronse como marcadores de moitas condicións patolóxicas pola súa capacidade de degradar compoñentes da matriz extracelular e remodelar tecidos. Por tanto, informouse de que as MMPs son un dos principais factores da progresión do cancro e a formación de metástases. Isto conduciu a un emerxente campo de investigación sobre o desenvolvemento de biosensores para a detecc ión de ditos encimas.[5]
Historia
editarAs MMPs foron descritas inicialmente por Jerome Gross e Charles Lapiere (1962), que observaron a actividade encimática (degradación da hélice tripla do coláxeno) durante a metamorfose dos cágados, situando unha cola de cágado nunha placa d matriz de coláxeno.[6] Por tanto, o encima recibiu o nome de colaxenase intersticial (MMP-1).
Posteriormente, foi purificado da pel humana (1968),[7] e recoñeceuse que se sintetizaba como un cimóxeno.[8]
O "interruptor de cisteína" foi descrito en 1990.[9]
Estrutura
editarAs MMPs teñen uns dominios estruturais comúns. Os tres dominios comúns son o propéptido, o dominio catalítico e o dominio C-terminal similar á hemopexina, que está ligado ao dominio catalítico por unha rexión bisagra flexible.[2]
O propéptido
editarAs MMPs son sintetizadas inicialmente como cimóxenos inactivos cun dominio propéptido que debe ser eliminado para que o encima estea activo. O dominio propéptido forma parte do "interruptor de cisteína". Este contén un residuo de cisteína conservado que interacciona co zinc no sitio activo e prevén a unión e a clivaxe do substrato, mantendo o encima na súa forma activa. Na maioría das MMPs, o residuo de cisteína está na secuencia conservada PRCGxPD. Algunhas MMPs teñen un sitio de clivaxe de convertase prohormona (similar á furina) que forma parte do seu dominio, que, cando se cliva, activa o encima. A MMP-23A e a MMP-23B inclúen un segmento transmembrana neste dominio.[10]
O dominio catlítico
editarAs estruturas de cristalografía de raios X de varios dominios catalíticos de MMP mostraron que este dominioo é unha esfera achatada que mide 35 x 30 x 30 Å (3.5 × 3 x 3 nm). O sitio activo é unha fenda de 20 Å (2 nm) que discorre a través do dominio catalítico. Na parte do dominio catalítico que forma o sitio activo hai un ión Zn2+ importante cataliticamente, que está ligado a tres residuos de histidina que se encontran na secuencia conservada HExxHxxGxxH. Por tanto, esta secuencia é o motivo de unión ao zinc.
As xelatinases, como MMP-2, incorporan módulos de fibronectina tipo II inseridos inmediatamente antes no motivo de unión ao zinc no dominio catalítico.[11]
A rexión bisagra
editarO dominio catalítico está conectado ao dominio C-terminal por unha bisagra flexible ou rexión de ligazón. Ten ata 75 aminoácidos de longo, e non ten estrutura determinable.
O dominio C-terminal similar á hemopexina
editar
O dominio C-terminal ten semellanzas estruturais coa proteína do soro sanguíneo hemopexina. Ten unha estrutura de propulsor β de catro pas. As estruturas de propulsor β proprocionan unha gran superficie plana que se pensa está implicada en interaccións proteína-proteína. Isto determina a especificidade de substrato e é o sitio para a interacción co TIMP (inhibidor tisular de metaloproteinases, do inglés tissue inhibitor of metalloproteinases). O dominio similar á hemopexina está ausente en MMP-7, MMP-23, MMP-26 e nas plantas e nematodos. As MMPs unidas a membrana (MT-MMPs) están ancoradas á membrana plasmática por medio dun dominio transmembrana ou dominio de ancoraxe GPI.
Mecanismo catalítico
editarPublicáronse tres mecanismos catalíticos para estes encimas:
- No primeiro mecanismo, Browner M.F. e colegas[12] propuxeron o mecanismo de catálise básico, levado a cabo polo residuo de glutamato conservado e o ión Zn2+.
- No segundo mecanismo, chamado mecanismo de Matthews, Kester e Matthews[13] suxeriron unha interacción entre unha molécula de auga e o Zn2+ durante ae catálise ácido-básica.
- No terceiro mecanismo, chamado mecanismo de Manzetti, Sergio Manzetti e colegas[14] proporcionaron evidencias de que era improbable unha coordinación entre a auga e o zinc durante a catálise e suxeriron un terceiro mecanismo no que participa na catalise unha histidina do motivo HExxHxxGxxH ao permitir que o Zn2+ adopte un estado case penta-coordinado, pola súa disociación del. Neste estado, o Zn2+ está coordinado cos dous átomos de oxíxeno do ácido glutámico catalítico, o átomo do oxixeno do carbonilo do substrato e os dous residuos de histidina, e pode polarizar o átomo de oxíxeno do ácido glutámico, próximo ao enlace escindible e indúceo a actuar como doante de electróns reversible. Isto forma un estado de transición oxianión. Neste estado, unha molécula de auga actúa no enlace disociado escindible e completa a hidrolización do substrato.
Clasificación
editar
As MMPs poden subdividirse de varias maneiras.
Clasificación evolutiva
editarUtilizáronse métodos bioinformáticos para comparar as secuencias primarias das MMPs que suxiren os seguintes agrupamentos evolutivos das MMPs:
A análise de dominios catalíticos illados suxire que os dominios catalíticos evolucionaron adicionalmente despois de que estaban xa diferenciados os principais grupos, como tamén indican as especificidades de substrato dos encimas.
Clasificación funcional
editarOs agrupamentos utilizados máis habitualmente para as MMPs están baseados parcialmente na avaliación histórica da especificidade de substrato das MMPs e en parte na súa localización celular. Estes grupos son: colaxenases, elatinases, estromalisinas e MMPs de tipo membrana (MT-MMPs).
- As colaxenases poden degradar o coláxeno fibrilar de tripla hélice en distintivos fragmentos de 3/4 e 1/4. Estes coláxenos son os principais compoñentes do óso, cartilaxe e dentina, e, de feito, as MMPs son os únicos encimas de mamíferos coñecidos que poden degradalos. As colaxenases son as número 1, 8, 13 e 18. Ademais, a número 14 tamén pode clivar o coláxeno fibrilar e hai probas de que a número 2 pode realizar a colaxenólise. En MeSH, a lista actualizada de colaxenases inclúe a 1, 2, 8, 9 e 13. A colaxenase 14 figura no MeSH, pero non está listada como encima colaxenase, e a 18 está ausente de dita lista.
- Os principais substratos das xelatinases son o coláxeno tipo IV e a xelatina, e estes encimas distínguense pola presenza dun dominio adicional inserido no dominio catalítico. Esta rexión para a unión á xelatina está situada inmediatamente antes do motivo de unión ao zinc e forma unha unidade de pregamento separada que non altera a estrutura do dominio catalítico. As xelatinases son as número 2 e 9.
- As estromalisinas mostran unha ampla capacidade de clivar proteínsas da matriz extracelular, mais non poden clivar o coláxeno fibrilar de tripla hélice. Os tres membros canónicos deste grupo denomínanse cos números 3, 10 e 11.
- Hai seis MMPs de tipo membrana (o número 14, o 15, o 16, o 17, o 24 e o 25) que teñen un sitio de clivaxe de furina no propéptido, que é unha característica tamén compartida pola número 11.
Non obstante, está cada vez máis claro que estas divisións son un tanto artificiais, xa que hai varias MMPs que non se axeitan ben a ningún dos grupos tradicionais.
Xenes
editar| Xene | Nome | Alias | Localización | Descrición |
| MMP1 | Colaxenase intersticial | CLG, CLGN | segregada | Entre os seus substratos están: Col I, II, III, VII, VIII, X, xelatina. |
| MMP2 | Xelatinase-A, 72 kDa xelatinase | segregada | Entre os seus substratos están: xelatina, Col I, II, III, IV, Vii, X. | |
| MMP3 | Estromalisina 1 | CHDS6, MMP-3, SL-1, STMY, STMY1, STR1 | segregada | Entre os seus substratos están: Col II, IV, IX, X, XI, xelatina. |
| MMP7 | Matrilisina, PUMP 1 | MMP-7, MPSL1, PUMP-1 | segregada | Asociada a membrana por unión ao colesterol sulfato de membranas celulares, entre os seus substratos están: fibronectina, laminina, Col IV, xelatina. |
| MMP8 | Colaxenase de neutrófilo | CLG1, HNC, MMP-8, PMNL-CL | segregada | Entre os seus substratos están: Col I, II, III, VII, VIII, X, agrecán, xelatina. |
| MMP9 | Xelatinase-B, 92 kDa xelatinase | CLG4B, GELB, MANDP2, MMP-9 | segregada | Entre os seus substratos están: xelatina, Col IV, V. |
| MMP10 | Estromalisina 2 | SL-2, STMY2 | segregada | Entre os seus substratos están: Col IV, laminina, fibronectina, elastina. |
| MMP11 | Estromalisina 3 | SL-3, ST3, STMY3 | segregada | A MMP-11 mostra máis semellanza coas MT-MMPs, é activable pola convertase e é segregada xeralmente asociada a MMMPs activables por convertase. Entre os seus substratos están: Col IV, fibronectina, laminina, agrecán. |
| MMP12 | Metaloelastase de macrófago | HME, ME, MME, MMP-12 | segregada | Entre os seus substratos están: elastina, fibronectina, Col IV. |
| MMP13 | Colaxenase 3 | CLG3, MANDP1, MMP-13 | segregada | Entre os seus substratos están: Col I, II, III, IV, IX, X, XIV, xelatina. |
| MMP14 | MT1-MMP | MMP-14, MMP-X1, MT-MMP, MT-MMP 1, MT1-MMP, MT1MMP, MTMMP1, WNCHRS | asociada á membrana | MMMP transmembrana tipo-I; entre os seus substratos están: xelatina, fibronectina, laminina |
| MMP15 | MT2-MMP | MT2-MMP, MTMMP2, SMCP-2, MMP-15, MT2MMP | asociada á membrana | MMP transmembrana tipo-I; entre os seus substratos están: xelatina, fibronectina, laminina. |
| MMP16 | MT3-MMP | C8orf57, MMP-X2, MT-MMP2, MT-MMP3, MT3-MMP | asociada á membrana | MMP transmembrana tipo-I; entre os seus substratos están: xelatina, fibronectina, laminina. |
| MMP17 | MT4-MMP | MT4-MMP, MMP-17, MT4MMP, MTMMP4 | asociada á membrana | Unida ao glicosil fosfatidilinositol; entre os seus substratos están: fibrinóxeno, fibrina. |
| MMP18 | Colaxenase 4, xcol4, colaxenase de Xenopus | – | Non se coñece ningún ortólogo humano. | |
| MMP19 | RASI-1, ocasionalmente denominada estromolisina-4 | MMP18, RASI-1, CODA | – | |
| MMP20 | Enamelisina (do esmalte) | AI2A2, MMP-20 | segregada | |
| MMP21 | X-MMP | MMP-21, HTX7 | segregada | |
| MMP23A | CA-MMP | asociada á membrana | De cisteina transmembrana tipo-II. | |
| MMP23B | – | MIFR, MIFR-1, MMP22, MMP23A | asociada á membrana | De cisteina transmembrana tipo-II. |
| MMP24 | MT5-MMP | MMP-24, MMP25, MT-MMP 5, MT-MMP5, MT5-MMP, MT5MMP, MTMMP5 | asociada á membrana | MMP transmembrana tipo-I. |
| MMP25 | MT6-MMP | MMP-25, MMP20, MMP20A, MMPL1, MT-MMP 6, MT-MMP6, MT6-MMP, MT6MMP, MTMMP6 | asociada á membrana | Unida ao glicosil fosfatidilinositol. |
| MMP26 | Matrilisina-2, endometase | – | ||
| MMP27 | MMP-22, C-MMP | MMP-27 | – | |
| MMP28 | Epilisina | EPILYSIN, MM28, MMP-25, MMP-28, MMP25 | segregada | Descuberta en 2001 e debe o seu nome a que foi descuberta en queratinocitos humanos. A diferenza doutras MMPs, este encima exprésase constitutivamente en moitos tecidos (moi expresado nos testículos e a baixo nivel nos pulmón, corazón, cerebro, colon, intestino, placenta, glándulas salivares, útero e pel). Unha treonina substitúe a prolina no seu interruptor de cisteína (PRCGVTD).[15] |
As metaloproteinases de matriz combínanse coa proteína de unión ao metal, metalotionina; o que axuda ao mecanismo de unión ao metal.
Función
editarAs MMPs xogan un importante papel na remodelación de tecidos asociada con varios procesos fisiolóxicos ou patolóxicos como a morfoxénese, anxioxénese, reparación de tecidos, cirrose, artrite e metástase. A MMP-2 e a MMP-9 pénsase que son importantes na metástase. A MMP-1 crese que é importante na artrite reumatoide e osteoartrite. Datos recentes indican un papel activo das MMPs na patoxénese do aneurisma aórtico. O exceso de MMPs degrada as proteínas estruturais da parede da aorta. A desregulación do equilibrio entre MMPs e TIMPs é tamén unha característica das doenzas cardiovasculares agudas ou crónicas.[16]
Activación
editar
Todas as MMPs son sintetizadas en forma latente como cimóxenos. Son segregadas como proencimas e necesitan unha activación extracelular. Poden ser activados in vitro por moitos mecanismos, incluídos compostos organomercúricos, axentes caotrópicos e outras porteases.
Inhibidores
editarAs MMPs son inhibidas por inhibidores tisulares de metaloproteinases (TIMPs) endóxenos específicos, que comprenden unha familia de catro inhibidores de proteases: TIMP-1, TIMP-2, TIMP-3 e TIMP-4.
Os inhibidores sintéticos xeralmente conteñen un grupo quelante que se une estreitamente ao átomo de zinc catalítico no sitio activo da MMP. Grupos quelantes comúns son os hidroxamatos, carboxilatos, tioles e fosfinilos. Os hidroximatos son inhibidores especialmente potentes das MMPs e outros encimas dependentes do zinc, debido á súa quelación bidentada do átomo de zinc. Outros substituíntes destes inhibidores son deseñados xeralmente para interaccionar con varios petos de unión na MMP de interese, facendo que o inhibidor sexa máis ou menos específico para unha MMP dada.[2]
Farmacoloxía
editarA doxiciclina, a doses subantimicrobianas, inhibe a actividade das MMPs, e foi utilizada en varios sistemas experimentais con este propósito, como en erosións de córnea recorrentes recalcitrantes. Utilízase clinicamente para o tratamento da periodontite e é o único inhibidor de MMPs que está amplamente dispoñible clinicamente. A compañía CollaGenex véndeo co nome comercial Periostat. A Minociclina, outro antibiótico tetraciclina, tamén inhibe a actividade das MMPs.
Varios inhibidores de MMPs deseñados racionalmente mostraron ser prometedores no tratamento de patoloxías nas que se sospeita que están implicadas as MMPs (ver arriba). Porén, a maioría delas, como o marimastat (BB-2516), un inhibidor de MMPs de amplo espectro, e o cipemastat (Ro 32-3555), un inhibidor selectivo da MMP-1, tiveron un comportamento deficiente en ensaios clínicos. O fracaso do Marimastat foi parcialmente responsable do peche de British Biotech, que o desenvolveu. O fracaso destes fármacos debeuse principalmente á súa toxicidade (en especial, toxicidade músculo-esquelética no caso dos inhibidores de amplo espectro) e o fracaso en mostrar os resultados esperados (no caso do medicamento Trocade, os resultados prometedores atopados en modelos de artrite en coellos non puideron ser replicados nos ensaios en humanos). As razóns que subxacen nestes bastante desalentadores resultados clínicos dos inhibidores de MMPs non está claro, especialmente á luz da súa actividade en modelos animais.
Notas
editar- ↑ Verma RP, Hansch C (March 2007). "Matrix metalloproteinases (MMPs): chemical-biological functions and (Q)SARs" (PDF). Bioorg. Med. Chem. 15 (6): 2223–68. PMID 17275314. doi:10.1016/j.bmc.2007.01.011. Arquivado dende o orixinal (PDF) o 13 de maio de 2015. Consultado o 21 October 2015.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 Matrix Metalloproteinases: Its implications in cardiovascular disorders
- ↑ Van Lint P, Libert C (December 2007). "Chemokine and cytokine processing by matrix metalloproteinases and its effect on leukocyte migration and inflammation". J. Leukoc. Biol. 82 (6): 1375–81. PMID 17709402. doi:10.1189/jlb.0607338. Arquivado dende o orixinal o 20 de marzo de 2020. Consultado o 16 de xullo de 2020.
- ↑ "Collagenolytic activity in amphibian tissues: a tissue culture assay". Proceedings of the National Academy of Sciences 48 (6): 1014–22. June 1962. PMC 220898. PMID 13902219. doi:10.1073/pnas.48.6.1014.
- ↑ Kirchhain, A.; Poma, N.; Salvo, P.; Tedeschi, L.; Melai, B.; Vivaldi, F.; Bonini, A.; Franzini, M.; Caponi, L.; Tavanti, A.; Di Francesco, F. (January 2019). "Biosensors for measuring matrix metalloproteinases: An emerging research field". Trends in Analytical Chemistry 110: 35–50. doi:10.1016/j.trac.2018.10.027.
- ↑ Gross J, Lapiere C (1962). "COLLAGENOLYTIC ACTIVITY IN AMPHIBIAN TISSUES: A TISSUE CULTURE ASSAY". Proc Natl Acad Sci USA 48 (6): 1014–22. PMC 220898. PMID 13902219. doi:10.1073/pnas.48.6.1014.
- ↑ Eisen A, Jeffrey J, Gross J (1968). "Human skin collagenase. Isolation and mechanism of attack on the collagen molecule". Biochim Biophys Acta 151 (3): 637–45. PMID 4967132. doi:10.1016/0005-2744(68)90010-7.
- ↑ Harper E, Bloch K, Gross J (1971). "The zymogen of tadpole collagenase". Biochemistry 10 (16): 3035–41. PMID 4331330. doi:10.1021/bi00792a008.
- ↑ Van Wart H, Birkedal-Hansen H (1990). "The cysteine switch: a principle of regulation of metalloproteinase activity with potential applicability to the entire matrix metalloproteinase gene family". Proc Natl Acad Sci USA 87 (14): 5578–82. PMC 54368. PMID 2164689. doi:10.1073/pnas.87.14.5578.
- ↑ Pei D, Kang T, Qi H (2000). "Cysteine array matrix metalloproteinase (CA-MMP)/MMP-23 is a type II transmembrane matrix metalloproteinase regulated by a single cleavage for both secretion and activation". J Biol Chem 275 (43): 33988–97. PMID 10945999. doi:10.1074/jbc.M006493200.
- ↑ Trexler M, Briknarová K, Gehrmann M, Llinás M, Patthy L (2003). "Peptide ligands for the fibronectin type II modules of matrix metalloproteinase 2 (MMP-2)". J Biol Chem 278 (14): 12241–6. PMID 12486137. doi:10.1074/jbc.M210116200.
- ↑ Browner MF, Smith WW, Castelhano AL (1995). "Matrilysin-inhibitor complexes: common themes among metalloproteases". Biochemistry 34 (20): 6602–10. PMID 7756291. doi:10.1021/bi00020a004.
- ↑ Kester WR, Matthews BW (1977). "Crystallographic study of the binding of dipeptide inhibitors to thermolysin: implications for the mechanism of catalysis". Biochemistry 16 (11): 2506–16. PMID 861218. doi:10.1021/bi00630a030.
- ↑ Manzetti S, McCulloch DR, Herington AC, van der Spoel D (2003). "Modeling of enzyme-substrate complexes for the metalloproteases MMP-3, ADAM-9 and ADAM-10". J. Comput.-Aided Mol. Des. 17 (9): 551–65. PMID 14713188. doi:10.1023/B:JCAM.0000005765.13637.38.
- ↑ Lohi J, Wilson CL, Roby JD, Parks WC (2001). "Epilysin, a novel human matrix metalloproteinase (MMP-28) expressed in testis and keratinocytes and in response to injury". J Biol Chem 276 (13): 10134–10144. PMID 11121398. doi:10.1074/jbc.M001599200.
- ↑ Snoek-van Beurden PAM; Von den Hoff JW (2005). "Zymographic techniques for the analysis of matrix metalloproteinases and their inhibitors". BioTechniques 38 (1): 73–83. PMID 15679089. doi:10.2144/05381RV01.
Véxase tamén
editarBibliografía
editar- Chaudhary AK, Singh M, Bharti AC, Singh M, Shukla S, Singh AK, Mehrotra R. Synergistic effect of stromelysin-1 (matrix metalloproteinase-3) promoter (-1171 5A->6A) polymorphism in oral submucous fibrosis and head and neck lesions. BMC Cancer. 2010 Jul 14;10:369.
Ligazóns externas
editar- MBInfo – Matrix metalloproteinases (MMPs) facilitate extracellular matrix disassembly
- The Matrix Metalloproteinase Protein
- Extracellular proteolysis at fibrinolysis.org
- Currently identified substrates for mammalian MMPs at clip.ubc.ca
- Matrix metalloproteinases Medical Subject Headings (MeSH) na Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA.