Metaloproteinase de matriz - Matrix metalloproteinase

Metaloproteinase de matriz
Identificadores
Símbolo MMP
Clã Pfam CL0126
InterPro IPR021190
Membranome 317

As metaloproteinases de matriz ( MMPs ), também conhecidas como metalopeptidases de matriz ou matrixinas , são metaloproteinases que são endopeptidases contendo zinco dependentes de cálcio ; outros membros da família são adamalysins , serralysins e astacins . As MMPs pertencem a uma família maior de proteases conhecida como superfamília da metzincina .

Coletivamente, essas enzimas são capazes de degradar todos os tipos de proteínas da matriz extracelular , mas também podem processar várias moléculas bioativas . Eles são conhecidos por estarem envolvidos na clivagem dos receptores da superfície celular , na liberação de ligantes apoptóticos (como o ligante FAS ) e na inativação de quimiocinas / citocinas . As MMPs também desempenham um papel importante no comportamento celular, como proliferação celular , migração ( adesão / dispersão), diferenciação , angiogênese , apoptose e defesa do hospedeiro .

Eles foram descritos pela primeira vez em vertebrados (1962), incluindo humanos, mas desde então foram encontrados em invertebrados e plantas. Eles se distinguem de outras endopeptidases por sua dependência de íons metálicos como cofatores , sua capacidade de degradar a matriz extracelular e sua sequência evolutiva de DNA específica .

História

As MMPs foram descritas inicialmente por Jerome Gross e Charles Lapiere (1962), que observaram a atividade enzimática ( degradação da hélice tripla do colágeno ) durante a metamorfose da cauda do girino (colocando a cauda do girino em uma placa de matriz de colágeno). Portanto, a enzima foi denominada colagenase intersticial ( MMP-1 ).

Mais tarde, foi purificado da pele humana (1968) e foi reconhecido como sintetizado como um zimogênio .

A "troca de cisteína" foi descrita em 1990.

Estrutura

Os MMPs têm uma estrutura de domínio comum . Os três domínios comuns são o pró-peptídeo, o domínio catalítico e o domínio C-terminal semelhante à hemopexina , que está ligado ao domínio catalítico por uma região de dobradiça flexível.

O pró-peptídeo

Os MMPs são inicialmente sintetizados como zimogênios inativos com um domínio pró-peptídeo que deve ser removido antes que a enzima seja ativa. O domínio pró-peptídeo é parte da "troca de cisteína". Este contém um resíduo de cisteína conservado que interage com o zinco no sítio ativo e evita a ligação e clivagem do substrato , mantendo a enzima em uma forma inativa. Na maioria dos MMPs, o resíduo de cisteína está na sequência conservada PRCGxPD. Algumas MMPs têm um local de clivagem da pró-hormônio convertase (semelhante à Furina) como parte desse domínio, que, quando clivado, ativa a enzima. MMP-23A e MMP-23B incluem um segmento transmembranar neste domínio.

O domínio catalítico

Estruturas cristalográficas de raios-X de vários domínios catalíticos de MMP mostraram que esse domínio é uma esfera oblata medindo 35 x 30 x 30 Å (3,5 x 3 x 3 nm ). O sítio ativo é um sulco de 20 Å (2 nm) que atravessa o domínio catalítico. Na parte do domínio catalítico que forma o sítio ativo, há um íon Zn 2+ cataliticamente importante , que é ligado por três resíduos de histidina encontrados na sequência conservada HExxHxxGxxH. Portanto, esta sequência é um motivo de ligação de zinco.

As gelatinases , como a MMP-2 , incorporam módulos de Fibronectina tipo II inseridos imediatamente antes no motivo de ligação de zinco no domínio catalítico.

A região da dobradiça

O domínio catalítico é conectado ao domínio C-terminal por uma dobradiça flexível ou região de ligação. Tem até 75 aminoácidos de comprimento e não tem estrutura determinável.

O domínio C-terminal semelhante a hemopexina

O domínio C-terminal semelhante a hemopexina de MMP9 PDB 1itv

O domínio C-terminal tem semelhanças estruturais com a proteína sérica hemopexina . Possui uma estrutura de hélice β de quatro pás. As estruturas da hélice β fornecem uma grande superfície plana que se acredita estar envolvida nas interações proteína-proteína . Isso determina a especificidade do substrato e é o local de interação com os TIMP's ( inibidor de tecido de metaloproteinases ). O domínio semelhante à hemopexina está ausente em MMP-7 , MMP-23, MMP-26 e na planta e no nematóide . As MMPs ligadas à membrana (MT-MMPs) são ancoradas à membrana plasmática por meio de uma transmembrana ou de um domínio de ancoragem GPI.

Mecanismo catalítico

Existem três mecanismos catalíticos publicados.

  • No primeiro mecanismo, Browner MF e colegas propuseram o mecanismo de catálise de base, realizado pelo resíduo de glutamato conservado e o íon Zn 2+ .
  • No segundo mecanismo, o mecanismo de Matthews, Kester e Matthews sugeriram uma interação entre uma molécula de água e o íon Zn 2+ durante a catálise ácido-base .
  • No terceiro mecanismo, o mecanismo de Manzetti, Manzetti Sergio e colegas forneceram evidências de que uma coordenação entre água e zinco durante a catálise era improvável e sugeriram um terceiro mecanismo em que uma histidina do motivo HExxHxxGxxH participa da catálise , permitindo o Zn 2+ ião para assumir um estado coordenado quase-penta, por meio de sua dissociação dele. Neste estado, o íon Zn 2+ é coordenado com os dois átomos de oxigênio do ácido glutâmico catalítico, o átomo de oxigênio carbonil do substrato e os dois resíduos de histidina e pode polarizar o átomo de oxigênio do ácido glutâmico, próximo à ligação cindível e induzir para atuar como doador reversível de elétrons. Isso forma um estado de transição oxiânion. Nesse estágio, uma molécula de água atua na ligação cindível dissociada e completa a hidrólise do substrato.

Classificação

Classificação funcional das metaloproteinases da matriz.

Os MMPs podem ser subdivididos de diferentes maneiras.

Evolucionário

O uso de métodos bioinformáticos para comparar as sequências primárias das MMPs sugere os seguintes agrupamentos evolutivos das MMPs:

  • MMP-19
  • MMPs 11, 14 , 15, 16 e 17
  • MMP-2 e MMP-9
  • Todos os outros MMPs

A análise dos domínios catalíticos isoladamente sugere que os domínios catalíticos evoluíram ainda mais uma vez que os grupos principais se diferenciaram, como também é indicado pelas especificidades de substrato das enzimas .

Funcional

Os agrupamentos mais comumente usados ​​(por pesquisadores em biologia de MMP) baseiam-se parcialmente na avaliação histórica da especificidade do substrato do MMP e parcialmente na localização celular do MMP. Esses grupos são as colagenases, as gelatinases, as estromelisinas e as MMPs do tipo membrana (MT-MMPs).

  • As colagenases são capazes de degradar os colágenos fibrilares em hélice tripla em fragmentos distintos de 3/4 e 1/4. Esses colágenos são os principais componentes do osso , cartilagem e dentina , e as MMPs são as únicas enzimas conhecidas de mamíferos capazes de degradá-los. As colagenases são No. 1, No. 8, No. 13 e No. 18. Além disso, No. 14 também foi mostrado para clivar o colágeno fibrilar , e há evidências de que No. 2 é capaz de colagenólise. Em MeSH , a lista atual de colagenases inclui No. 1, No. 2, No. 8, No. 9 e No. 13. A colagenase No. 14 está presente em MeSH, mas não listada como uma colagenase, enquanto No. 18 é ausente do MeSH.
  • Os principais substratos das gelatinases são o colágeno tipo IV e a gelatina , e essas enzimas se distinguem pela presença de um domínio adicional inserido no domínio catalítico. Esta região de ligação à gelatina é posicionada imediatamente antes do motivo de ligação de zinco e forma uma unidade de dobramento separada que não perturba a estrutura do domínio catalítico. As gelatinases são No. 2 e No. 9.
  • As estromelisinas exibem uma ampla capacidade de clivar proteínas da matriz extracelular , mas são incapazes de clivar os colágenos fibrilares de hélice tripla. Os três membros canônicos deste grupo são No. 3, No. 10 e No. 11.
  • Todas as seis MMPs do tipo membrana ( No. 14 , No. 15, No. 16, No. 17, No. 24 e No. 25) têm um local de clivagem de furina no pró-peptídeo, que é uma característica também compartilhada por No. 11.

No entanto, está se tornando cada vez mais claro que essas divisões são um tanto artificiais, pois há uma série de MMPs que não se encaixam em nenhum dos grupos tradicionais.

Genes

Gene Nome Apelido Localização Descrição
MMP1 Colagenase intersticial CLG, CLGN secretado Os substratos incluem Col I, II, III, VII, VIII, X, gelatina
MMP2 Gelatinase-A, gelatinase de 72 kDa secretado Os substratos incluem Gelatina, Col I, II, III, IV, Vii, X
MMP3 Estromelisina 1 CHDS6, MMP-3, SL-1, STMY, STMY1, STR1 secretado Os substratos incluem Col II, IV, IX, X, XI, gelatina
MMP7 Matrilisina, BOMBA 1 MMP-7, MPSL1, PUMP-1 secretado membrana associada através da ligação ao sulfato de colesterol nas membranas celulares, os substratos incluem: fibronectina, laminina, Col IV, gelatina
MMP8 Colagenase de neutrófilos CLG1, HNC, MMP-8, PMNL-CL secretado Os substratos incluem Col I, II, III, VII, VIII, X, agrecan, gelatina
MMP9 Gelatinase-B, gelatinase 92 kDa CLG4B, GELB, MANDP2, MMP-9 secretado Os substratos incluem Gelatina, Col IV, V
MMP10 Estromelisina 2 SL-2, STMY2 secretado Os substratos incluem Col IV, laminina, fibronectina, elastina
MMP11 Estromelisina 3 SL-3, ST3, STMY3 secretado A MMP-11 apresenta maior semelhança com as MT-MMPs, é ativável por convertase e é secretada, portanto, geralmente associada a MMPs ativáveis ​​por convertase. Os substratos incluem Col IV, fibronectina, laminina, agrecan
MMP12 Macrófago metaloelastase HME, ME, MME, MMP-12 secretado Os substratos incluem elastina, fibronectina, Col IV
MMP13 Colagenase 3 CLG3, MANDP1, MMP-13 secretado Os substratos incluem Col I, II, III, IV, IX, X, XIV, gelatina
MMP14 MT1-MMP MMP-14, MMP-X1, MT-MMP, MT-MMP 1, MT1-MMP, MT1MMP, MTMMP1, WNCHRS associado à membrana MMP transmembranar tipo I; substratos incluem gelatina, fibronectina, laminina
MMP15 MT2-MMP MT2-MMP, MTMMP2, SMCP-2, MMP-15, MT2MMP associado à membrana MMP transmembranar tipo I; substratos incluem gelatina, fibronectina, laminina
MMP16 MT3-MMP C8orf57, MMP-X2, MT-MMP2, MT-MMP3, MT3-MMP associado à membrana MMP transmembranar tipo I; substratos incluem gelatina, fibronectina, laminina
MMP17 MT4-MMP MT4-MMP, MMP-17, MT4MMP, MTMMP4 associado à membrana glicosilfosfatidilinositol ligado; substratos incluem fibrinogênio, fibrina
MMP18 Colagenase 4, xcol4, xenopus colagenase - Nenhum ortólogo humano conhecido
MMP19 RASI-1, ocasionalmente referido como estromelisina-4 MMP18, RASI-1, CODA -
MMP20 Esmalte AI2A2, MMP-20 secretado
MMP21 X-MMP MMP-21, HTX7 secretado
MMP23A CA-MMP associado à membrana array de cisteína transmembranar tipo II
MMP23B - MIFR, MIFR-1, MMP22, MMP23A associado à membrana array de cisteína transmembranar tipo II
MMP24 MT5-MMP MMP-24, MMP25, MT-MMP 5, MT-MMP5, MT5-MMP, MT5MMP, MTMMP5 associado à membrana MMP transmembrana tipo I
MMP25 MT6-MMP MMP-25, MMP20, MMP20A, MMPL1, MT-MMP 6, MT-MMP6, MT6-MMP, MT6MMP, MTMMP6 associado à membrana glicosil fosfatidilinositol ligado
MMP26 Matrilisina-2, endometase -
MMP27 MMP-22, C-MMP MMP-27 -
MMP28 Epilisina EPILISINA, MM28, MMP-25, MMP-28, MMP25 secretado Descoberto em 2001 e recebeu seu nome por ter sido descoberto em queratinócitos humanos . Ao contrário de outras MMPs, esta enzima é expressa de forma constitutiva em muitos tecidos (altamente expressa nos testículos e em níveis mais baixos no pulmão , coração , cérebro, cólon , intestino , placenta , glândulas salivares , útero , pele). Uma treonina substitui a prolina em seu switch de cisteína (PRCGVTD).

As metaloproteinases da matriz combinam-se com a proteína de ligação ao metal, metalotionina; ajudando assim no mecanismo de ligação de metal.

Função

As MMPs desempenham um papel importante na remodelação tecidual associada a vários processos fisiológicos ou patológicos, como morfogênese , angiogênese , reparo tecidual , cirrose , artrite e metástase . Acredita - se que a MMP-2 e a MMP-9 sejam importantes na metástase. A MMP-1 é considerada importante na artrite reumatóide e na osteoartrite. Dados recentes sugerem papel ativo das MMPs na patogênese do aneurisma da aorta. O excesso de MMPs degradam as proteínas estruturais da parede aórtica. A desregulação do equilíbrio entre MMPs e TIMPs também é uma característica das doenças cardiovasculares agudas e crônicas.

Ativação

ativação mútua de MMPs

Todas as MMPs são sintetizadas na forma latente (Zymogen). Eles são secretados como pró-enzimas e requerem ativação extracelular. Eles podem ser ativados in vitro por vários mecanismos, incluindo organomercuriais, agentes caotrópicos e outras proteases.

Inibidores

As MMPs são inibidas por inibidores específicos de tecido endógeno de metaloproteinases (TIMPs), que compreendem uma família de quatro inibidores de protease : TIMP-1, TIMP-2, TIMP-3 e TIMP-4.

Os inibidores sintéticos geralmente contêm um grupo quelante que se liga fortemente ao átomo de zinco catalítico no sítio ativo de MMP . Os grupos quelantes comuns incluem hidroxamatos , carboxilatos , tióis e fosfinilos . Os hidroxiamatos são inibidores particularmente potentes de MMPs e outras enzimas dependentes de zinco, devido à sua quelação bidentada do átomo de zinco. Outros substituintes destes inibidores são normalmente concebidos para interagir com vários bolsos de ligação no MMP de interesse, tornando o inibidor mais ou menos específico para determinados MMPs.

Farmacologia

A doxiciclina , em doses subantimicrobianas, inibe a atividade de MMP, e tem sido utilizada em vários sistemas experimentais para esse fim, como para erosões recorrentes recalcitrantes da córnea. É usado clinicamente para o tratamento da doença periodontal e é o único inibidor de MMP amplamente disponível clinicamente. É vendido com o nome comercial Periostat pela empresa CollaGenex . A minociclina, outro antibiótico de tetraciclina, também demonstrou inibir a atividade de MMP.

Uma série de inibidores de MMP concebidos de forma racional mostraram-se promissores no tratamento de patologias nas quais se suspeita que as MMPs estejam envolvidas (ver acima). No entanto, a maioria deles, como o marimastat (BB-2516), um inibidor de MMP de amplo espectro, e o cipemastat (Ro 32-3555), um inibidor seletivo de MMP-1 , tiveram um desempenho fraco em ensaios clínicos . O fracasso da Marimastat foi parcialmente responsável pelo dobramento da British Biotech , que a desenvolveu. O fracasso dessas drogas deve-se em grande parte à toxicidade (em particular, toxicidade músculo-esquelética no caso de inibidores de amplo espectro) e falha em mostrar os resultados esperados (no caso de trocade, resultados promissores em modelos de artrite de coelho não foram replicados em ensaios em humanos). As razões por trás dos resultados clínicos amplamente decepcionantes dos inibidores de MMP não são claras, especialmente à luz de sua atividade em modelos animais .

Veja também

Referências

Efeito sinérgico do polimorfismo do promotor da estromelisina-1 (matriz metaloproteinase-3) (-1171 5A-> 6A) na fibrose submucosa oral e lesões de cabeça e pescoço. Shaudhary AK, Singh M, Bharti AC, Singh M, Shukla S, Singh AK, Mehrotra R. BMC Cancer. 14 de julho de 2010; 10: 369.

links externos