Glucocérébrosidase - Glucocerebrosidase
La -glucocérébrosidase (également appelée β-glucosidase acide , D-glucosyl-N-acylsphingosine glucohydrolase , ou GCase ) est une enzyme à activité glucosylcéramidase ( EC 3.2.1.1.45 ) qui est nécessaire pour cliver, par hydrolyse , la liaison bêta-glucosidique de le glucocérébroside chimique , un intermédiaire du métabolisme des glycolipides abondant dans les membranes cellulaires (en particulier les cellules de la peau). Il est localisé dans le lysosome , où il reste associé à la membrane lysosomale. La -glucocérébrosidase a une longueur de 497 acides aminés et un poids moléculaire de 59 700 Daltons .
Structure
La -glucocérébrosidase est un membre de la famille des glycosides hydrolases 30 et se compose de trois domaines distincts (I-III).
Rendu PyMol tridimensionnel de la glucocérébrosidase avec trois domaines mis en évidence.
Rendu PyMol tridimensionnel de la glucocérébrosidase avec des résidus catalytiques mis en évidence.
Le domaine I (résidus 1-27 et 383-414) forme un feuillet β antiparallèle à trois brins. Ce domaine contient deux ponts disulfure qui sont nécessaires pour un repliement correct, ainsi qu'un résidu glycosylé (Asn19) qui est nécessaire pour l'activité catalytique in vivo. Le domaine II (résidus 30-75 et 431-497) se compose de deux feuillets qui ressemblent à un pli d'immunoglobuline . Le domaine III (résidus 76–381 et 416–430) est homologue à un tonneau TIM et est un domaine hautement conservé parmi les glycoside hydrolases . Le domaine III abrite le site actif, qui lie le substrat glucocérébroside à proximité immédiate des résidus catalytiques E340 et E235. Les domaines I et III sont étroitement associés, tandis que les domaines II et III sont joints par un lieur désordonné.
Mécanisme
Les structures cristallines indiquent que la -glucocérébrosidase se lie à la fraction glucose et à la liaison O-glycosydique adjacente du glucocérébroside . Les deux chaînes aliphatiques du glucocérébroside peuvent rester associées à la bicouche lysosomale ou interagir avec la protéine activatrice Saposine C.
Comme avec d'autres glycoside hydrolases, le mécanisme d' hydrolyse des glucocérébrosides par la -glucocérébrosidase implique une catalyse acide/base par deux résidus d' acide glutamique (E340 et E235) et passe par un mécanisme en deux étapes. Dans la première étape, E340 effectue une attaque nucléophile sur le carbone de la liaison O-glycosidique pour déplacer la fraction sphingosine , qui est simultanément protonée par E235 lorsqu'elle est libérée du site actif. Dans la deuxième étape, le glucose est hydrolysé à partir du résidu E340 pour régénérer l'enzyme active.
Propriétés
La -glucocérébrosidase est active au maximum à pH 5,5, le pH du compartiment lysosomal. Au sein du lysosome, la GCase reste associée à la membrane, où elle se lie et dégrade son substrat glucocérébroside (GluCer). La GCase nécessite la protéine activatrice Saposine C ainsi que des lipides chargés négativement pour une activité catalytique maximale. Le rôle de la saposine C n'est pas connu ; cependant, il est démontré qu'il se lie à la fois à la membrane lysosomale et aux fragments lipidiques de GluCer, et peut donc recruter GluCer sur le site actif de l'enzyme.
La -glucocérébrosidase est inhibée de manière spécifique et irréversible par l'analogue du glucose Conduritol B époxyde. L'époxyde de Conduritol B se lie au site actif de la GCase, où l'enzyme clive son cycle époxyde , formant une liaison covalente permanente entre l'enzyme et l'inhibiteur.
Initialement, la GCase était considérée comme l'une des rares enzymes lysosomales à ne pas suivre la voie du mannose-6-phosphate pour se diriger vers le lysosome . Une étude sur les fibroblastes de la maladie des cellules I (dans laquelle la phosphotransférase qui place le mannose 6-phosphate sur les protéines pour les cibler vers le lysosome est défectueuse) a montré le ciblage de la GCase vers le lysosome indépendamment de la voie M6P. Le transporteur lysosomal et la protéine membranaire intégrale LIMP-2 (Lysosomal Integral Membrane Protein 2) se sont avérés se lier à la GCase et faciliter le transport vers le lysosome, démontrant un mécanisme de trafic lysosomal indépendant de M6P. Cette conclusion a été remise en question lorsqu'une structure cristalline de la GCase en complexe avec LIMP-2 a montré une fraction Mannose 6-phosphate sur LIMP-2, suggérant que le complexe peut également suivre la voie traditionnelle du mannose-6-phosphate .
Signification clinique
Des mutations du gène de la glucocérébrosidase provoquent la maladie de Gaucher , une maladie de surcharge lysosomale caractérisée par une accumulation de glucocérébrosides dans les macrophages qui infiltrent de nombreux organes vitaux.
Des mutations du gène de la glucocérébrosidase sont également associées à la maladie de Parkinson .
Un pseudogène apparenté se trouve à environ 12 kb en aval de ce gène sur le chromosome 1 . L'épissage alternatif donne lieu à plusieurs variantes de transcrits codant pour la même protéine.
Médicaments
L'alglucérase (Ceredase) était une version de la glucocérébrosidase qui a été récoltée à partir de tissu placentaire humain puis modifiée avec des enzymes. Il a été approuvé par la FDA en 1991 et a été retiré du marché en raison de l'approbation de médicaments similaires fabriqués avec la technologie de l' ADN recombinant au lieu d'être récoltés à partir de tissus. Les médicaments fabriqués par recombinaison ne présentent aucun risque de transmission de maladies à partir des tissus utilisés pour la récolte et sont moins coûteux à fabriquer.
Les glucocérébrosidases recombinantes utilisées comme médicaments comprennent :
- Imiglucérase ( Cérézyme )
- Vélaglucérase (Vpriv)
- Taliglucérase alfa (Elelyso)
Voir également
- Enzymes étroitement liées
Les références
Lectures complémentaires
- Horowitz M, Zimran A (1994). « Mutations causant la maladie de Gaucher ». Mutation humaine . 3 (1) : 1–11. doi : 10.1002/humu.1380030102 . PMID 8118460 . S2CID 30605941 .
- Tayebi N, Stone DL, Sidransky E (octobre 1999). "Maladie de gaucher de type 2 : un phénotype en expansion" . Génétique moléculaire et métabolisme (manuscrit soumis). 68 (2) : 209-19. doi : 10.1006/mgme.1999.2918 . PMID 10527671 .
- Stone DL, Tayebi N, Orvisky E, Stubblefield B, Madike V, Sidransky E (2000). « Mutations du gène de la glucocérébrosidase chez les patients atteints de la maladie de Gaucher de type 2 » . Mutation humaine (manuscrit soumis). 15 (2) : 181-8. doi : 10.1002/(SICI)1098-1004(200002)15:2<181::AID-HUMU7>3.0.CO;2-S . PMID 10649495 .
- Caillaud C, Poenaru L (2002). « [Maladies de Gaucher et de Fabry : aspects biochimiques et génétiques] ». Journal de la Société de Biologie . 196 (2) : 135-40. doi : 10.1051/jbio/2002196020135 . PMID 12360742 .
- Fabrega S, Durand P, Mornon JP, Lehn P (2002). « [Le site actif de la glucocérébrosidase humaine : prédictions structurelles et validations expérimentales] ». Journal de la Société de Biologie . 196 (2) : 151-60. doi : 10.1051/jbio/2002196020151 . PMID 12360744 .
- Alfonso P, Aznarez S, Giralt M, Pocovi M, Giraldo P (2007). "Analyse des mutations et relations génotype/phénotype des patients atteints de la maladie de Gaucher en Espagne" . Journal de génétique humaine . 52 (5) : 391-6. doi : 10.1007/s10038-007-0135-4 . PMID 17427031 .
Liens externes
- Entrée GeneReviews/NCBI/UW/NIH sur la maladie de Gaucher
- Glucocérébrosidase à la National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH) des États-Unis
- Proteopedia Acide-bêta-glucosidase
