Το σύνδρομο Lesch-Nyhan

Transcript

1 1 Lesch-yhan

2 Το σύνδρομο Lesch-yhan Αυτοκαταστροφική συμπεριφορά, νοητική καθυστέρηση, σπαστικότητα. Mutilation of the lips, tongue and nose. Scars on his left arm following self-biting. 2

3 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΩΝ 1. Γονιδίωμα και γονιδιακή έκφραση: Είναι οι δομικές μονάδες νουκλεινικών οξέων (DA, RA) 2. Ενέργεια: Αποθηκεύουν ενέργεια ΑΤΡ : Το ενεργειακό νόμισμα 6. Η Αδενοσίνη λειτουργεί ως ορμόνη και σε ορισμένα εγκεφαλικά κύτταρα ως νευροδιαβιβαστής Η καφφείνη δεσμέυεται ανταγωνιστικά στον υποδοχέα αδενοσίνης 3. Μεταγωγή σήματος: Τα camp, cgmp είναι μόρια μεταγωγής σήματος. Το ΑΤΡ είναι δότης -ΡΟ4 για φωσφορυλιώσεις πρωτεϊνών 4. Ενεργοποίηση μεταβολιτών-βιοσυνθέσεις: Πχ Aμινοακυλ-AMP και σύνθεση αμινοακυλtra, UDP- γλυκόζη και σχηματισμός γλυκογόνου. 5. Συστατικά συμπαραγόντων: Είναι μέρος της δομής οξειδοαναγωγικών και άλλων συνενζύμων (AD, ADP, FAD), (Sαδενοσυλο μεθειονίνη, Co-A). Στόχος επιλογής για την ανάπτυξη κυτταροστατικών?? Με εξαίρεση το ΑΤΡ, οι ενδοκυττάριες συγκεντρώσεις νουκλεοτιδίων υπολείπονται κατά πολύ των αναγκαίων για τον αναδιπλασιασμό του DA Πυριμιδίνες και Πoυρίνες 3

4 4 Πoυρίνες Αδενίνη Γουανίνη Αδενοσίνη Γουανοσίνη Αδενυλικό (AMP) Γουανυλικό (GMP) Βάσεις Νουκλεοζίτες Νουκλεοτίδια H H 2 H H H 2 H H H 2 H H H H H 2 H H H H P H 2 H H H H P H H 2 H H H H H H H H H H P H H Ουρακίλη Ουριδίνη Ουριδυλικό (UMP) H H 2 H H H 2 H H H H P H 2 H Κυτοσίνη Κυτιδίνη Κυτιδυλικό (CMP) Πυριμιδίνες H H H H CH3 T H H H ριβόζη δεοξυ-ριβόζη De novo and salvage αποικοδομηση

5 1. Πορείες βιοσύνθεσης νουκλεοτιδίων α) Πορεία σύνθεσης εξ αρχής (de novo) Σύνθεση νουκλεοτιδίων από πρόδρομα μόρια, με διαδοχικές αντιδράσεις Αμινοξέα + C2 + ATP + ενεργοπ. Ριβόζη (PRPP) Νουκλεοτίδια β) Πορεία περίσωσης (salvage) των υπαρχόντων βάσεων Σύνθεση νουκλεοτιδίων από νουκλεοζίτες ή από βάσεις που διατίθενται στη δίαιτα ή προκύπτουν από αποικοδόμηση (υδρόλυση) νουκλεινικών οξέων Βάσεις + ενεργοπ. Ριβόζη (PRPP) Νουκλεοτίδια 2. Αποικοδόμηση νουκλεοτιδίων Η αποικοδόμηση πουρινών παράγει προϊόντα με ενδεχόμενη τοξικότητα, τα οποία απεκκρίνονται. Η αποικοδόμηση πυριμιδινών παράγει αξιοποιήσιμους μεταβολίτες 5 PRPP

6 Η PRPP (5-φωσφο-1-πυροφωσφορική ριβόζη) είναι ενεργοποιημένος μεταβολίτης που, τόσο η de novo σύνθεση, όσο και η περίσωση χρησιμοποιεί για να συνδέσει βάσεις ή πρόδρομα βάσεων στη ριβόζη H 5 Ρ-ριβόζη προέρχεται από την πορεία των φωσφ. πεντοζών ΑΤΡ + H P H H H P H P H P H H + ΑΜΡ H H H H 5-φωσφορική ριβόζη 5-φωσφο-1-πυροφωσφορική ριβόζη (PRPP) Πυροφωσφο κινάση της 5-Ρ ριβόζης (μεταφορά PPj στην θέση 1 της 5-Ρ-ριβόζης) Το ένζυμο (πυροφωσφο κινάση της 5-Ρ ριβόζης) αναστέλλεται από AMP και GMP. 6 Π.χ.

7 Παράδειγματα περίσωσης: 1. Η φωσφωριβοσυλ-μεταφοράση υποξανθίνης-γουανίνης μεταφέρει ελεύθερη γουανίνη (G) ή υποξανθίνη στην PRPP καταλύοντας το σχηματισμό γουανυλικού (GMP) και ινοσινικού (IMP) H P H P H P H H Γουανυλικό (GMP) + PPj H H Ινοσινικό (IMP) + PPj 2. Η φωσφωριβοσυλ-μεταφοράση αδενίνης καταλύει το αχηματισμό αδενυλικού (μεταφέρει ελεύθερη αδενίνη στην PRPP) Αδενίνη + PRPP Αδενυλικό + PPj 3. Πρόμοιες αντιδράσεις συντελούνται για πυριμιδίνες, (πυριμιδινική φωσφωριβοσυλ-μεταφοράση) 7 Πορεία φωσφ. πεντοζών

8 H 5 Ρ- ριβόζη προκύπτει από την πορεία των φωσφορικών πεντοζών 1-Ρ γλυκόζη Γλυκογόνο (in) Γλυκόζη (out) 6-Ρ γλυκόζη Γλυκόλυση 2 ATP Οδός Ρ-πεντοζών* Πυροσταφυλικό Ριβόζη + ΝΑDPH Γαλακτικό C2+H20 36 ATP Κrebs Οξειδ. φωσφορυλίωση Aξιοποίηση στη σύνθεση νουκλεοτιδίων, ΟΧΙ στη παραγωγή ενέργειας *G6PD!!! 8 σύνθεση πυριμιδινικού δακτυλίου

9 Γενικό σχήμα σύνθεσης πυριμιδινικών νουκλεοτιδίων 1. Σύνθεση φωσφορικού καρβαμοϋλίου από όξινο ανθρακικό και ΝΗ3 (γλουταμίνη) 2. Προσθήκη ασπαραγινικού, σύνθεση πυριμιδινικού δακτυλίου 3. Μεταφορά σε PRPP, σύνθεση UMP και μετατροπή σε UTP 4. Σύνθεση CTP από UTP 5. Αναγωγή του UTP σε ΤΜΡ και του CTP σε dctp 9 CPS

10 Συνθετάση του φωσφορικού καρβαμοϋλίου (CPS) α) To όξινο ανθρακικό ενεργοποιείται με φωσφορυλίωση, σύνθεση καρβοξυ-φωσφορικού β) Ακολουθεί εκτόπιση από την ΝΗ 3 της γλουταμίνης (Q) με σύνθεση καρβαμικού γ) Ομοίως, τo καρβαμικό ενεργοποιείται και πάλι με φωσφορυλίωση (φωσφορικό καρβαμούλιο) Gln 1. Πτυχές δέσμευσης ATP προσανατολίζουν το ΑΤΡ σε θέση πρόσφορη για πυρηνόφιλη προσβολή στη γ-φωσφ. ομάδα 2. Η διαδοχική διοχέτευση υποστρώματος προστατεύει από υδρόλυση τα ασταθή ενδιάμεσα (καρβοξυφωσφορικο, καρβαμιδικό) 10 Σύνθεση Ουριδιλικού (UMP) Ασπαραγινική τρανσκαρβομοϋλάση

11 Σύνθεση Ουριδιλικού (UMP) To οροτικό εγκαθίσταται σε έναν δακτύλιο PRPP από την πυριμιδινική φωσφοριβοσυλ-μεταφοράση Η Ασπαραγινική τρανσκαρβομοϋλάση είναι αλλοστερικά ελεγχόμενο ένζύμο (βλ. Κ10), που αναστέλλεται από CTP και ενεργοποιείται από ΑΤΡ -C2 UMP UTP (UMP) 11

12 Η UMP πρέπει πρώτα να φωσφορυλιωθεί σε UΤP (σε δυο διαδοχικά βήματα) ώστε να μετατραπεί στη συνέχεια σε τριφωσφορική κυτιδίνη (CTP) 1. Ειδικές κινάσες μονο-φωσφο-νουκλεοζιτών καταλύουν τη μεταφορά Ρi στο UMP με αποτέλεσμα UDP UΜP +ΑΤΡ UDP +ΑDP 2. Ευρείας εξειδίκευσης κινάσες δι-φωσφο-νουκλεοζιτών καταλύουν τη μεταφορά Ρi από οποιοδήποτε ΝTP στο UDP για σχηματισμό UTP UDΡ +TP UTP + DP 12 UTP CTP

13 Η CTP σχηματίζεται με αμίνωση της UTP. Η αντίδραση καταλύεται από την CTP συνθετάση μέσω υδρόλυσης ATP και μεταφοράς του αμιδικού αζώτου από γλουταμίνη Gln Glu H3 H2 Gln Glu CTP συνθετάση Kατ αναλογία της σύνθεσης Ρ-καρβαμοϋλίου το Ο4 φωσφορυλιώνεται και στη συνέχεια το Ρ εκτοπίζεται από ΝΗ3 που ελευθερώνεται από την υδρόλυση της Gln H αζασερίνη, δομικό ανάλογο γλουταμίνης, αναστέλλει την αντίδραση αμιδομεταφοράσης 13 SS

14 SS!!! CTP συνθετάση 14 Πουρίνες

15 de novo σύνθεση πουρινών Πουρινικά ριβονουκλεοτίδια αρχίζουν να οικοδομούνται πάνω στη 5-Ρ-ριβόζη με διαδοχικά βήματα ενεργοποίησης με φωσφορυλίωση και εκτόπισης φωσφοριβοσυλο αμιδο μεταφοράσης γλουταμίνης Το πρώτο βήμα είναι η σύνθεση 5-φωσφοριβοσυλο-1-αμίνης (από PRPP και Gln) AMP και GMP συνεργειακά αναστέλλουν το ένζυμο φωσφοριβοσυλο- αμιδο- μεταφοράση γλουταμίνης To πρώτο πουρινικό πρόδρομο νουκλεοτίδιο που συντίθεται είναι η μονοφωσφορική ινοσίνη (IMP), με πουρινική βάση την υποξανθίνη. Στη συνέχεια από IMP σχηματίζεται AMP και GMP ΙΜΡ ΑΜP, GMP AMP GMP 15

16 Η AMP και GMP σχηματίζονται από IMP α) Προσφορά αμινικής ομάδας με προσθήκη ασπαραγινικού και αποχώρηση φουμαρικού. Ενεργοποίηση από GTP (μεταφορά φωσφορυλικής ομάδας) β) Οξείδωση και προσφορά αμινικής ομάδας από γλουταμίνη. Ενεργοποίηση από ΑΤΡ με μεταφορά ΑΜΡ και όχι φωσφορυλικής ομάδας Ο ρυθμός παραγωγής AMP αυξάνεται σε αυξανόμενες συγκεντρώσεις GTPκαι αντίστροφα, η σύνθεση GMP αυξάνεται με υψηλές συγκεντρώσεις ATP 16

17 Ρυθμιστικός έλεγχος βιοσύνθεσης Τα επίπεδα AΜP/GΜP αναστέλλουν την πυροφωσφο-κινάση της 5-Ρ ριβόζης 2. AMP ή/και GMP αναστέλλουν την φωσφοριβοσυλο αμιδο μεταφοράση γλουταμίνης, ενώ η PRPP την ενεργοποιεί 3. Η ασπαραγινική τρανσκαρβαμοϋλάση αναστέλλεται από CTP και ενεργοποιείται από ATP 4. GTP απαιτείται στη σύνθεση AMP, και το ATP απαιτείται στη σύνθεση GMP (reciprocal control of production) 17 αναγωγή

18 Τα δεοξυ-ριβονουκλεοτίδια συντίθενται με αναγωγή δι- και τρι-φωσφο ριβο-νουκλεοτιδίων από την αναγωγάση ριβονουκλεοτιδίων με τελικό αναγωγικόμόριο το ADPH: TP + ADPH dtp + ADP Η αναγωγάση ριβονουκλεοτιδίων οξειδώνεται (δισουλφ. δεσμός) και πρέπει να αναχθεί για να επανακτήσει τη δραστικότητά της. Η αναγωγή γίνεται μέσω θειορεδοξίνης: S S HS HS H S H S RR ξειδ. RR Ανηγμ. S S Ανηγμένη Trx Οξειδωμένη Trx ADP + αναγωγάση Θειορεδοξίνης ADPH Θυμηθείτε!! Στα δεοξυ-ριβονουκλεοτίδια (δομικά συστατικά του DA) ο 2 C της ριβόζης στερείται ΟΗ. Η θειορεδοξίνη οξειδώνεται (δισουλφίδιο), αλλά αναγεννάται από την αναγωγάση θειορεδοξίνης με οξείδωση ADPH 18 ρύθμιση

19 Ρύθμιση της RR Δύο αλλοστερικά κέντρα: Το πρώτο ελέγχει τη συνολική δραστικότητα της αναγωγάσης, το δεύτερο την εξειδίκευση για το υπόστρωμα Η συνολική δραστικότητα μειώνεται με την δέσμευση datp στο κέντρο ελέγχου δραστικότητας, ενώ η αναστολή αντιστρέφεται με δέσμευση ATP Δέσμευση του datp ή ATP στο κέντρο ελέγχου εξειδίκευσης ενισχύει την αναγωγή πυριμιδινικών νουκλεοτιδίων (UDP, CDP) Δέσμευση της ΤΤΡ προάγει την αναγωγή GDP Δέσμευση του dgtp ενισχύει την αναγωγή ATP σε datp Αποτέλεσμα: Ισορροπία μεταξύ των τεσσάρων dtps που χρειάζονται στη Σύνθεση του DA 19 dump->tmp

20 Σύνθεση θυμιδυλικού και αντικαρκινικά φάρμακα Αναστολείς αυτοκτονίας και αναστολείς αναγέννησης τετραυδροφυλικού F-dUMP αντίδραση 20

21 Το θυμιδυλικό σχηματίζεται από τη μεθυλίωση του δεοξυ-ουριδυλικού Η συνθάση του θυμιδυλικού μεθυλιώνει το δεοξυ-ουριδυλικό με δότη Me το μεθυλενοτετραυδρο-φυλλικό (Me-THF) που μετατρέπεται σε διυδρο-φυλικό (DHF) dump + Me-THF -> TMP +DHF Το φθορο-δεοξυ-ουριδυλικό είναι αναστολέας αυτοκτονίας Δημιουργεί σταθερό ομοιοπολικό ενδιάμεσο σύμπλοκο με αποτέλεσμα μη αναστρέψιμη ενζυμική απενεργοποίηση Μεθοτρξάτηαμινοπτερίνη 21

22 Η αναγωγάση του διυδροφυλικού αναγεννά τετραυδρο-φυλλικό και αναστέλλεται ανταγωνιστικά απο αμινοπτερίνη, μεθοτρεξάτη, τριμεθοπρίμη 22 σύνοψη

23 Αντικαρκινικά φάρμακα στοχεύουν στη σύνθεση θυμιδυλικού Αναστολείς αυτοκτονίας και αναστολείς αναγέννησης τετραυδροφυλικού Τα καρκινικά κύτταρα ξοδεύουν μεγάλες ποσότητες dtps (που δεν περιέχονται σε επαρκείς ποσότητες) για την αντιγραφή του DA Το φθορο δεοξυ ουριδυλικό είναι μη αντιστρεπτός αναστολέας της συνθάσης θυμιδυλικού και τα «αντιφυλικά» αminopterin, methotrexate, trimethoprim δρούν με ανταγωνιστική αναστολή της αναγωγάσης του διυδροφυλικού 23 AD

24 25.5 Το AD+, αλλά και άλλα συνένζυμα, σχηματίζονται από ATP H + Η - AD+ ADH + H+ Π.χ. R- CH2 H + AD+ R CH -- + ADH + H + 24 Σύνθεση AD+

25 Σύνθεση AD+ Σύνθεση AD+ τρυπτοφάνη Έλλειψη Νικοτινικού (Νιασίνη/Β3) ευθύνεται για πελλάγρα (δερματίτιδα, διάρροια, σχιζοφρένεια). To Νικοτινικό παράγεται από τρυπτοφάνη και ενδοκρινείς όγκοι που συνθέτουν σεροτονίνη (5-υδρόξυ τρυπταμίνη) προκαλούν συμπτώματα παρόμοια της πελλάγρας. 25 ADP+

26 Σύνθεση ADP+ AD+ ADP+ ATP Kινάση AD+ FAD 26 Co-A

27 FAD Συνένζυμο Α ATP ATP 5-Ρ Β2 Β5 (Παντοθενικό οξύ) B2 (Ριβοφλαβίνη) 27 Περίσωση και απέκκριση

28 Καταβολισμός πουρινών: Περίσωση και απέκκριση Τα ουκλεινικά οξέα της δίαιτας υδρολύονται σε νουκλεοτίδια από πανγκρεατικές/εντερικές νουκλεάσες Τα Νουκλεοτίδια μπορεί να αποικοδομούνται υδρολυτικά σε νουκλεοζίτες από νουκλεοτιδάσες Οι Νουκλεοζίτες υδρολύονται περαιτέρω φωσφορολυτικά από φωσφορυλάσες νουκλεοζιτών σε ελεύθερες βάσεις και 1-Ρ ριβόζη (ή 1-Ρ δεοξυ-ριβόζη) η οποία ισομεριώνεται σε 5-Ρ ριβόζη από την φωσφοριβομουτάση. Ποιά η τύχη της 5-Ρ ριβόζης??? Μέρος των βάσεων επαναχρησιμοποιείται και σχηματίζει νουκλεοτίδια με πορείες περίσωσης, οι υπόλοιπες οξειδώνονται σε ουρικό και απεκκρίνονται Οι πορείες αποικοδόμησης είναι ίδιες τόσο για δεοξυ- όσο και για ριβο- νουκλεοτίδια 28 Περίσωση

29 Περίσωση πουρινών Αδενίνη H P H H + H 2 P H P H H H P H H H H 2 ΑΜP + PPj PRPP H H + H P H H GMP H 2 + PPj Γουανίνη (ή Υποξανθίνη) H H H 2 H H ουρικό 29

30 Οι πουρίνες αποικοδομούνται προς ουρικό μέσω της οξειδάσης της ξανθίνης Οξειδωτική απαμίνωση Οξειδωτική απαμίνωση Υδρολυτική διάσπαση 30 αντιοξειδωτικό

31 Το ουρικό είναι αποτελεσματικό ως αντι-οξειδωτικό, γεγονός που μπορεί να συμβάλλει στη μεγαλύτερη διάρκεια ζωής To ασκορβικό (βιταμίνη C) είναι επίσης αποτελεσματικό αντι-οξειδωτικό -2Η + To ασκορβικό είναι συνένζυμο προλυλ- και λυσιλ-υδροξυλασών υπεύθυνων για τη σταθερότητα του κολλαγόνου (σκορβούτο) 31 ουρική αρθρίτιδα

32 Διαταραχές στο μεταβολισμό νουκλεοτιδίων Αύξηση της συγκέντρωσης ουρικού οξέος προκαλεί κρυστάλλωση και ουρική αρθρίτιδα (ποδάγρα) 32 Αλλοπουρινόλη

33 Η Αλλοπουρινόλη, δομικό ανάλογο του υποστρώματος, είναι αναστολέας της οξειδάσης της ξανθίνης Χορηγείται σε ουρική αρθρίτιδα Υποξανθίνη Ξανθίνη Aναστολλέας της οξειδάσης ξανθίνης Ουρικό 33 Lesch-yhan

34 Το σύνδρομο Lesch-yhan Αυτοκαταστροφική συμπεριφορά, νοητική καθυστέρηση, σπαστικότητα Οφείλεται σε παντελή απουσία φωσφορυβοσυλμεταφοράσης υποξανθίνης-γουανίνης. Mutilation of the lips, tongue and nose. Προκαλεί αυξημένα επίπεδα Υποξανθίνης και Γουανίνης και κατά συνέπεια αυξημένα επίπεδα ουρικού και ουρική αρθρίτιδα. Scars on his left arm following self-biting. 34

35 Ασκήσεις Stryer σελ , 5, 7, 9, 17. Lehninger Kεφ. 8. 1, 2, 7. 35

36 Ο πυριμιδινικός δακτύλιος συναρμολογείται de novo από ασπαραγινικό, όξινο ανθρακικό και γλουταμίνη H H 2 C H H 2 H H 2 H HC H H Ασπαραγινικό καρβαμικό οροτικό H H Το όξινο ανθρακικό και η γλουταμίνη προσέρχονται στην αντίδραση με τη μορφή καρβαμικού, ή ακριβέστερα με τη μορφή φωσφορικού καρβαμοϋλίου ασπαραγινικό, όξινο ανθρακικό και γλουταμίνη 36 CPS

37 Η διαδοχική διοχέτευση υποστρώματος στην συνθετάση του φωσφορικού καρβαμουλίου προστατεύει από υδρόλυση τα ασταθή ενδιάμεσα (καρβοξυφωσφορικο, καρβαμιδικό) H H H P H H Η ΝΗ3 της Gln εκτοπίζει την P3 ομάδα του ακυλο-φωσφορικού ενδιάμεσου H H 2 H 2 H P Σύνθεση Ουριδιλικού (UMP) Ασπαραγινική τρανσκαρβομοϋλάση H 37

38 Αναγωγάση ριβονουκλεοτιδίων Συνίσταται από δύο διμερή των υπομονάδων R1 και R2 Η R1 περιέχει τρείς Cys και ένα Glu που συμμετέχουν στη αναγωγή. Η R2 περιέχει μια σταθερή τυροσυλική ρίζα με ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο στον αρωματικό δακτύλιο Το ένζυμο οξειδώνεται, καταλήγει με ένα δισουλφιδικό δεσμό, που πρέπει να αναχθεί* στην αρχική του διαμόρφωση για να επανακτήσει τη δραστικότητά του. *η αναγωγή γίνεται μέσω θειορεδοξίνης 38 ΤΡΧ