아스파라긴합성효소

Asparagine synthetase
아스파라긴합성효소
PDB 11as EBI.jpg
식별자
기호.ASNS
Alt.11A, AsnS
NCBI유전자440
HGNC753
옴108370
참조NM_001673
유니프로트P08243
기타 데이터
EC 번호6.3.5.4
궤적제7장 Q21-q31

아스파라긴 합성효소(또는 아스파라긴-암모니아 리가아제)[1]는 아스파라긴으로부터 아스파라긴을 생성하는 주로 세포질 효소이다.이러한 아미드화 반응은 글루타민 합성효소에 의해 촉진되는 반응과 유사하다.이 효소는 포유류의 장기에 분포되어 있지만, 기초 발현이 외분비 [2]췌장 이외의 조직에서는 상대적으로 낮다.

특정 백혈병 균주에서 아스파라긴 합성효소의 평균 이상의 존재는 화학요법 내성의 중요한 기여인자, 특히 화학요법 약물인 L-asparaginase와 [3]관련이 있다.

구조.

대장균 유래 아스파라긴 합성효소는 각 서브유닛이 두 개의 뚜렷한 [4]도메인으로 접힌 이합체 단백질이다.N-말단 영역은 [4]글루타민의 가수 분해를 담당하는 활성 부위인 6가닥 역평행 β-시트의 두 층으로 구성된다.C 말단 도메인은 양쪽 측면에 α-헬리쉬로 둘러싸인 5가닥 병렬 β-시트로 구성된다.이 도메인은 MgATP와 [4]aspartate의 양쪽 바인딩을 담당합니다.이 두 활성 부위는 주로 골격 원자와 소수성 비극성 아미노산 [4]잔류물로 이루어진 터널로 연결되어 있습니다.

포유류의 공급원으로부터 아스파라긴 합성효소의 구조적 특성은 정제 [5]과정 동안 효소의 풍부성과 불안정성이 낮기 때문에 어려웠다.

메커니즘

아스파라긴 합성효소에서 파생된 대장균의 정보를 사용하여 효소의 몇 가지 기본 메커니즘이 [5]이해되었습니다.N 말단 활성 부위는 글루타민 가수분해를 촉매하여 글루탐산염과 [5]암모니아를 생성한다.C 말단 활성 부위는 아스파르트산 측쇄 카르본산염의 활성화를 촉매하여 친전자성 중간체, β-아스파틸-AMP(βAspalyl-AMP) 1, 무기 피로인산염(Pi)[5]을 형성한다.두 활성 부위를 연결하는 터널은 암모니아 분자가 [5]효소의 독립적인 활성 부위에서 수행된 두 반작용을 결합하는 공통 중간체로 작용할 수 있도록 합니다.따라서, 글루타미나아제 사이트에 방출되고, 글루타미나아제 사이트에서 채널을 돌린 후, 암모니아 분자는 결합 βAsp를 공격한다.AMP 1은 사면체 [5]중간체를 통해 아스파라긴과 AMP를 제공한다.

기능.

식물에서 무기질소는 질산염이나 암모늄의 [6]형태로 환경으로부터 흡수된다.이 질소를 아스파라긴에 동화시켜 질소 재활용, 수송, 저장에 사용하는 것은 식물 발달을 위한 필수적인 과정이며, 아스파라긴 합성효소는 이러한 아스파라긴 [6]매장량을 유지하는 데 필수적입니다.아스파라긴 합성효소에 의존하는 발달의 특정 사건은 씨앗 발아에서의 질소 동원, 생물 및 비생물학적 스트레스에 대한 반응으로 식물 세포에서의 질소 재활용과 흐름, 그리고 소스로부터 싱크 [6]장기로의 질소 재빌리화이다.

포유동물에서 아스파라긴 합성효소 발현은 세포 성장과 관련이 있는 것으로 밝혀졌으며, 그 mRNA 함량은 세포 [5]주기의 변화와 관련이 있다.햄스터 BHK ts11 세포는 불활성 아스파라긴 합성효소를 생성하며, 이러한 아스파라긴 합성효소 활성의 상실은 세포 아스파라긴의 [5]고갈의 결과로 세포 내 세포 주기 정지로 직접 이어졌다.이러한 햄스터 [5]세포에서도 아스파라긴 합성효소 mRNA의 상향 조절이 관찰되었다.다른 실험에서는 갑상선 자극 호르몬 치료의 결과로 S 단계로 진입하는 대기 랫드 갑상선 세포가 아스파라긴 합성효소 mRNA [5]함량의 동시 증가와 일치함을 보여주었다.

반

아스파라긴 [7][6]합성효소에는 크게 두 가지 그룹이 있는 것으로 보인다.

  • 대부분의 원핵분리효소(asnA)는 암모니아를 유일한 [7][6]질소원으로 사용한다.
  • 진핵생물 분리 효소 및 일부 원핵생물 분리 효소(asnB)는 글루타민을 선호 질소원으로 [7][6]사용하지만, 이러한 효소들은 또한 암모니아를 대체 기질로 사용할 수 있다.인간 글루타민 의존성 AS는 염색체 [8]7의 영역 q21.3에 위치한 단일 유전자에 의해 암호화된다.진핵생물에서 암모니아 의존성 아스파라긴 합성효소의 부족은 아마도 암모니아 세포 농도를 매우 낮은 [7]수준으로 유지할 필요성 때문일 것이다.

임상적 의의

암

백혈병

암세포는 빠른 성장과 세포분열을 나타내며 그 결과 영양의 [5]필요성이 증가한다.1차 급성 림프아구성 백혈병(ALL) 및 다수의 ALL 세포주에서의 아스파라긴 합성효소의 특히 저준위 발현은 정상 세포와 비교하여 아스파라긴 고갈을 효과적인 치료 방법으로 만들며,[2][5] 이는 성장을 위한 필수 영양소로서의 혈청 순환에 대한 세포의 비정상적인 의존성 때문이다.그 결과 L-asparaginase는 ALL 치료에 이용되는 일반적인 화학요법제이며, 혈청 아스파라긴을 [9]고갈시키는 아스파라긴 분해효소 활성으로 인해 림프종 등 다른 아스파라긴 합성효소 음성암에 응용될 수 있다.혈청 아스파라긴의 이러한 고갈은 세포 아스파라긴의 빠른 유출로 이어지며,[5] 이는 L-asparaginase에 의해 즉시 작용하고 파괴된다.아스파라긴 고갈에 대한 반응으로 이러한 감수성 암으로부터의 일시적인 반응으로 인해 영양 [5][3]결핍으로 인해 종양 성장이 현저하게 억제된다.

대부분의 체세포는 이러한 아스파라긴 기아를 방지하고 L-asparaginase의 [2][3][5]효과에서 살아남기 위해 충분한 양의 아스파라긴 합성효소를 발현한다.또한 이들 정상세포는 아스파라긴 고갈에 반응하여 아스파라긴 합성효소의 발현을 상향조절할 수 있으며, 화학요법 [2][3][5]약물의 바람직한 특성인 정상세포 활성에 대한 약물의 독성 영향 중 일부를 더욱 상쇄할 수 있다.

그러나 아스파라기가나아제 내성 [3]암의 경우에는 반대의 효과가 나타난다.이러한 저항성 암에서 L-asparaginase를 통한 혈액 아스파라긴 고갈 효과는 대신 보상을 위한 상당한 아스파라긴 합성효소의 과발현으로 이어져 화학요법 약물의 [3]효과를 효과적으로 무효화한다.예를 들어 마우스 모델에서 L-asparaginase에 피폭된 지 24시간 후, 고갈에 내성이 있는 종양은 아스파라긴 합성효소 발현을 [10]5배에서 19배 증가시켰다.이러한 저항성 종양은 추가적인 [11]발현을 유도하기 위해 L-asparaginase를 적용하지 않아도 본질적으로 더 높은 수준의 아스파라긴 합성효소 활성을 발현한다.아스파라긴 합성효소 활성의 높은 수준은 민감한 [12]사례의 무시할 수 있는 활성과 비교하여 치료 사례에서 감지되는 것과 유사한 경향은 인간 연구에서도 종종 나타난다.내성 인간 백혈병 세포주에 대한 체외 연구에서 볼 수 있듯이 아스파라긴 감소 인자를 제거한 지 6주 후에도 아스파라긴 합성효소의 증가된 발현 수준은 기저 상태로 돌아가지 못하고 오히려 상승된 상태로 유지되며 약물 [13]내성이 지속되었다.

이러한 연구에서 ASNS의 지속적 과발현에 기초하는 메커니즘은 보고되지 않았지만, L-asparaginase 처리 후 재발한 두 T-ALL 환자에 대한 트랜스크립트 프로파일링은 ASNS 과발현과 L-asparaginase [14]내성으로 이어지는 KMT2E와의 반복 프로모터 교환을 보여주었다.L-asparaginase의 치사 농도에서 L-asparaginase 민감 종양 세포를 반복적으로 하위 배양하면 결국 내성을 갖게 할 수 있다는 것이 마우스 모델 시스템에서 더욱 입증되었으며, 이는 효과적으로 내성 세포 [15]발달을 촉진하는 저선량 화학 요법의 잠재적 우려이다.

난소암의 잠재적 바이오마커

L-asparaginase 효과와 아스파라긴 합성효소 단백질 수치 사이의 상관관계가 인간 난소 세포주 여러 개에서 [16]관찰되었다.위에서 언급한 바와 같이, 이 결과는 인간 백혈병 [16]세포주에서도 유사한 관찰을 확인했다.따라서 아스파라긴 합성효소는 난소암 검진 및 잠재적 [16]치료에서 바이오마커로 사용될 수 있다.

고형 종양 전이의 잠재적 역할

간엽전이에 대한 상피를 접착제에서 현탁배양으로 PC-3 전립선암세포를 적응시킴으로써 전이세포에서 모방한 후 [17]현탁에 대한 적응과 동시에 유전자 발현 변화를 조사하였다.아스파라긴 합성효소 발현은 부착세포에서보다 부유세포에서 [17]6배 더 큰 것으로 확인되었다.확립된 전이 마우스 [2][18]모델의 인간 유방암 세포주로부터의 이종 이식에서는 아스파라긴 합성효소가 부모 [2][18]세포주와 비교하여 마우스 혈액에서 분리된 순환 종양 세포에서 증가했다.이들 순환하는 종양세포가 체외 배양으로 돌아와 저산소증에 노출되었을 때, 그들은 부모 [2][18]세포주보다 더 높은 기초 발현과 더 큰 아스파라긴 합성효소의 유도를 보였다.이러한 순환 종양 세포는 또한 저산소 조건 하에서 부드러운 한천 분석에서 군집 형성 능력을 증가시키는 것으로 확인되었으며 이종 [2][18]이식물로 다시 이식했을 때 더 빠르게 성장하였다.전이 세포에서 아스파라기가나아제 합성효소의 유병률 증가는 그 활성이 순환 종양 세포 [2][18]생존에 유익할 수 있음을 시사한다.

트리비아

기니피그는 혈청이 본질적으로 검출 가능한 수준의 L-asparaginase를 포함하고 있다는 사실 때문에 자연적으로 발현되는 아스파라긴 합성효소의 [10]최고 수준을 가지고 있다.

레퍼런스

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