In silico аналіз дії вільного гему на димеризацію та активність редокс-сенсора PARK7 людини

Анотація

Білок PARK7 (білок хвороби Паркінсона 7) має кілька ферментативних активностей, а також функціонує як редокс-сенсор, мідний шаперон і регулятор транскрипції. В умовах оксидативного стресу PARK7 сприяє виживанню клітин шляхом активації ERK1/2 і PIK3 сигналінга. Інактивація PARK7 викликає накопичення активних форм кисню та прогресування оксидативного стресу. Порушення пов’язані з PARK7 виявлені при нейродегенеративних захворюваннях, діабеті та інших патологіях. Функціонування PARK7 базується на окисно-відновних змінах консервативного Cys106 вактивному центрі. При деяких нейродегенеративних захворюваннях, таких як хвороба Паркінсона, суперокислення редокс-активного Cys106 є основою розладу. Видалення 15 амінокислотних залишків з С-кінця є обов'язковим етапом формування протеолітичного активного центру. Модифікації, що відбуваються під час оксидативного стресу, впливають на димеризацію PARK7, необхідну для максимальної активації білка.

Відомо, що лізис еритроцитів призводить до значного накопичення гему, але вплив гему на активність PARK7 на цей момент не досліджено. Отже, у роботі були проаналізовані потенційні сайти зв'язування гема в PARK7 і ефект зв'язування гема з амінокислотними залишками.

Структурне вирівнювання мутантних формPARK7 із замінами Cys53 і Cys106 з білком дикого типу не показалозначущих відмінностей (RMSD<0,2Å). За результатами молекулярного докінгу дві області є ймовірними мішенями для зв’язування гему уPARK7: поблизу С-кінцевої ділянки (175-189), яка видаляється для активації білка, і в редокс-центрі з Cys106 і His126. Зв'язування гему з білком PARK7 потенційно може впливати на його активність за допомогою кількох механізмів. Зв'язування гема на С-кінці може запобігти видаленню пептида, що необхідно для каталітичної активності. Окислювальна модифікація Cys106 до сульфінової кислоти може відбуватися за низького рівня вільного гему та активувати PARK7, який буде діяти як цитопротектор. Значне накопичення гему може призвести до суперокислення цистеїну до сульфонової кислоти та порушити функціональність PARK7. Вільні іони заліза як продукти деградації гему можуть конкурувати з іонами міді за залишки Cys106 і Glu18, і таким чином інгібувати активність PARK7 як шаперона SOD1. Приєднання гему до сайтів окислення (Cys46, 53 і 106) або сумоїлювання (Lys130) може порушити регуляцію PARK7 під час стресу. Деякі з потенційних сайтів зв’язування гема білком PARK7 беруть участь у димеризації, тому гем може блокувати утворення функціональних димерів PARK7.

Отже накопичення вільного гему може мати множинний негативний вплив на функціонування PARK7 і бути одним із механізмів PARK7-залежних неврологічних розладів.