Neuraminidase ( EC 3.2.1.18 ) er et enzym, der tilhører glycosylhydrolaser . Nomenklaturnavnet er exo-α-sialidase. Også almindeligt anvendte navne: α-neuraminidase, N-acylneuraminidat glycohydrolase, sialidase. Katalyserede reaktioner: hydrolyse af α-2→3-, α-2→6-, α-2→8-ketosidbindinger af terminale sialinsyrerester i oligosaccharider , glycoproteiner , glycolipider og syntetiske forbindelser.
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Neuraminidase er vidt udbredt i naturen, det er en del af skallerne af nogle vira . Findes i en række patogene mikroorganismer (det blev først opdaget i kulturen af gaskoldbrandspatogener Clostridium perfringens ), såvel som i hvirveldyr og hvirvelløse dyr . Neuraminidase blev ikke fundet i planter.
Enzymet er strengt specifikt med hensyn til konfigurationen af ketosidbindingen og relativt specifikt med hensyn til positionen af denne binding i molekylet. Vibrio cholerae og gasgangren neuraminidase, almindeligvis anvendt i laboratoriepraksis, kan spalte α-2→3- og α-2→6-ketosidbindinger. Virale neuraminidaser har tendens til at have mere stringent specificitet for positionen af α-ketosidbindingen. Enzymet kræver ikke cofaktorer , men noget af neuraminidasen aktiveres af Ca2 +-ioner .
Til dato er enzymer med sialidaseaktivitet en del af 3 familier af glycosylhydrolaser : GH33, GH34, GH83. [1] Alle tre familier er karakteriseret ved strukturen af en 6-bladet β-propel. GH33-familien inkluderer enzymer, der findes i bakterier, forskellige eukaryoter og vira. De er også karakteriseret ved tilstedeværelsen af transsialidaseaktivitet EC 2.4.1.- . [2] Molekyler af viral oprindelse tilhører GH34-familien. [3] GH83-familien inkluderer viral hæmagglutinin-neuraminidase. [fire]
Det er et af influenzavirussens to vigtigste overfladeantigener . En indikation af typen af neuraminidase bruges til at udpege virusets undertype: for eksempel H5 N1 (bogstavet H for " hæmagglutinin ").
Eksistensen af enzymatisk aktivitet på overfladen af influenzavirusvirion blev opdaget af den amerikanske virolog George Keble Hirst (03/02/1909-01/22/1994 ) i 1942 . Han inkuberede erytrocytter med virussen og observerede hæmagglutinationsreaktionen og bemærkede, at agglutinationen ikke var stabil [5] .
Som det er kendt i dag, binder et af influenzavirions overfladeglycoproteiner, hæmagglutinin , til polysaccharidkæder på overfladen af erytrocytter , der indeholder sialinsyrerester. Et andet overfladeglycoprotein, neuraminidase , spalter specifikt en sialinsyrerest (N-acetylneuraminsyre) fra erytrocytmembranpolysaccharider og ødelægger derved virusreceptorer på værtsceller. Neuraminidase bryder α-keto-bindingen mellem den terminale N-acetylneuraminsyre og en tilstødende kulhydratrest, normalt galactose . Det virale enzym viser en vis "præference" for α-2→3-bindinger [6] .
Rollen af enzymet, der ødelægger receptorer for virussen, er ikke helt klar. Det antages, at aktiviteten af neuraminidase hjælper virale partikler med at trænge ind i slimhindesekreter , der er rige på sialinsyre, for at nå målceller i luftvejsepitelet [7] . Enzymets rolle i at lette frigivelsen af nydannede virale partikler fra overfladen af inficerede celler, hvor de kan aggregere som et resultat af interaktionen af viralt hæmagglutinin med sialinsyre på cellemembranen, er også blevet eksperimentelt bekræftet [8] .
Ligesom hæmagglutinin er neuraminidase et meget vigtigt overfladeantigen af virussen. For influenza type A-virus er der fundet to antigene variationer. Ændringer i antigeners aminosyresekvens er i gang på grund af presset ved at udvælge antistoffer fra den immuniserede population . Som et resultat af genetisk rekombination opstår vira med en antigensekvens, der adskiller sig væsentligt (op til 50%) fra cirkulerende stammer . Sådanne undertypeændringer i både hæmagglutinin og neuraminidase forekom i human influenza i 1957 (da H1N1-virussen konverterede til H2N2), 1968 (H2N2 til H3N2) og 1977 (H3N2 til H1N1, selvom H3N2-virussen fortsatte med at cirkulere) [9] . Sådanne mutationer er ansvarlige for de seneste pandemier . Forskelle mellem undertyper identificeres ved en negativ serumkrydsreaktivitet til hver af dem. Influenza type B-virus viser ikke en sådan ændring i antigenspecificitet, selvom der også forekommer ændringer i antigeners struktur.
Anti-neuraminidase- antistoffer reducerer sværhedsgraden af sygdommen [10] , men helbreder ikke infektionen , i overensstemmelse med neuraminidases rolle i virussens livscyklus.
Neuraminidase er en tetramer forankret til den virale membran af en enkelt hydrofob sekvens på 29 aminosyrer placeret nær proteinets N-terminale ende. Et protein med en molekylvægt på 200 kDa frigives fra den ødelagte virale membran, indeholdende 4 identiske glycosylerede underenheder, som har alle de antigene og enzymatiske egenskaber af membranbundet neuraminidase [11] . Dette protein blev krystalliseret og dets struktur undersøgt ved UV-diffraktion .
Skematisk kan strukturen af neuraminidase repræsenteres som 6 4-strenget antiparallelle β-lag arrangeret som propelblade. [12] Den centrale (første) kæde i hvert lag er parallel med propelaksen, mens resten er placeret næsten vinkelret på den. Den yderste kæde af det første lag er forbundet med den centrale kæde af det efterfølgende lag. Denne forbindelse er placeret på overfladen af enzymmolekylet og bærer mange antigenisk og enzymatisk vigtige aminosyrer. [13] [14] [15]
Fire identiske underenheder er arrangeret radialt. Det aktive sted for enzymet er placeret i midten af hver af underenhederne. Det er en dyb lomme omgivet af vægge, hvis aminosyresekvens er invariabel for alle kendte stammer af virussen. Disse aminosyrer i det aktive center kan opdeles i 2 typer: nogle er involveret i direkte kontakt med substratet, mens andre kun udfører funktionen til at opretholde strukturen. [16]
Ved anvendelse af krystallografi blev tilstedeværelsen af oligosaccharidkæder bundet til proteinet og i form af antenner bestemt. [9]
Søgningen efter influenza neuraminidasehæmmere begyndte i 1966 [17] . Årsagen til dette var antagelsen om, at sådanne stoffer ville udvise antiviral aktivitet.
Den første inhibitor, α-sialinsyredien ( Neu5Ac2en ), blev syntetiseret i 1969 [18] . Adskillige analoger af stoffet Neu5Ac2en blev syntetiseret i 1970'erne; den mest potente inhibitor var trifluoracetylderivatet Neu5Ac2en. Dette stof blev brugt til at studere neuraminidases rolle i virussens livscyklus, men dets antivirale aktivitet blev ikke fundet. [19]
Neuraminidasehæmmeren er det velkendte antivirale lægemiddel Oseltamivir .
| Hydrolaser ( EC 3): glycosylhydrolaser ( EC 3.2.1) | |
|---|---|
| |