Ученые впервые ясно увидели «фермент-привратник» на поверхности клетки
Китайские исследователи раскрыли структуру и механизм UGCG — ключевого фермента синтеза гликосфинголипидов, а также показали, как его блокируют лекарства
Короткое резюме
Команда исследователя Сюй Хуацяна из Shanghai Institute of Pharmacology, Chinese Academy of Sciences совместно с коллегами из Ruijin Hospital при Shanghai Jiao Tong University и Lingang Laboratory опубликовала в Nature работу, в которой системно раскрыла общую архитектуру, распознавание субстратов, механизм катализа и ингибирования лекарствами фермента UGCG. Этот фермент назван «общим шлюзом» синтеза гликосфинголипидов: он присоединяет глюкозу к церамиду, создавая глюкозилцерамид — исходный материал для большинства таких липидов.
UGCG мал, глубоко погружен в мембрану аппарата Гольджи и работает на стыке водной и липидной фаз, поэтому его трудно очищать и наблюдать. Он принимает гидрофильную UDP-глюкозу из цитоплазмы и гидрофобный церамид из мембраны; нарушения метаболизма гликосфинголипидов связаны с болезнями Гоше, Фабри и Тея—Сакса, а также с болезнью Паркинсона, метаболическими заболеваниями и опухолями. С помощью криоэлектронной микроскопии, количественной энзимологии, точечных мутаций, фармакологического анализа и молекулярной динамики авторы получили высокоразрешенные структуры человеческого UGCG в восьми рабочих состояниях. Они показали, что у фермента есть два «входных канала» к каталитическому центру на границе цитоплазмы и мембраны; катализ не требует металлов, а опирается на сеть из трех положительно заряженных аргининов и Asp236; фосфатидилсерин может занимать гидрофобный канал и тормозить фермент; обнаружен видоспецифичный «засов» Y196, тонко регулирующий скорость реакции.
На основе этих структур команда также разобрала связывание UGCG с несколькими ингибиторами. Eliglustat в основном перекрывает гидрофобный канал для церамида, тогда как miglustat связывается ближе к карману UDP-глюкозы и нарушает работу со стороны донора сахара. Это дает основу для рационального дизайна новых ингибиторов UGCG с разной фармакокинетикой, распределением в тканях и показаниями, а также помогает понять, как состав мембранных липидов связан со скоростью синтеза гликосфинголипидов и с заболеваниями — от лизосомных болезней накопления до нейродегенерации, метаболических нарушений и рака.
UGCG — ключевой «общий шлюз»
Фермент присоединяет UDP-глюкозу к церамиду, образуя GlcCer — общий предшественник большинства из более чем 400 гликосфинголипидов; его активность влияет на состав и сигналы клеточной мембраны
Структуры в 8 состояниях
Криоэлектронная микроскопия и комплекс методов впервые позволили увидеть полный рабочий цикл человеческого UGCG, включая два канала для гидрофильного и гидрофобного субстратов
Катализ без металлов и регуляция мембранными липидами
UGCG не нуждается в Mg2+ или Mn2+; за катализ отвечают аргининовая сеть и Asp236, а фосфатидилсерин может занимать гидрофобный канал и тормозить реакцию
Механизмы лекарств и остаток Y196
Eliglustat и miglustat ингибируют UGCG по-разному — через гидрофобный канал или карман UDP-глюкозы; Y196 работает как видоспецифичный регуляторный «засов», настраивающий скорость реакции у приматов
Текст сгенерирован с использованием ИИ
