The Human UDP-Glucuronosyltransferases: Studies on Substrate Binding and Catalytic Mechanism

PDF

Elimistömme altistuu jatkuvasti lukemattomille vierasaineille, mm. lääkkeille, ympäristökemikaaleille ja ruoan lisäaineille. Nämä vierasaineet ovat usein hyvin rasvaliukoisia eikä niitä voida poistaa elimistöstä ilman rakennemuokkausta. Vierasainemetaboliassa nämä elimistön ulkopuolelta tulevat yhdisteet muokataan entsymaattisesti vesiliukoisempaan ja vähemmän haitalliseen muotoon ja siten niiden erittymisen elimistöstä mahdollistuu. UDP-glukuronosyltransferaasi-entsyymit (UGTt) katalysoivat glukuronihappo-tähteen siirtoa UDP-glukuronihapolta (UDPGA) vierasainemolekyylille (aglykoni), muodostaen aglykonista riippuen yleensä joko O- tai N-glukuronideja. Lääkeaineiden ja ympäristökemikaalien lisäksi UGT-entsyymit katalysoivat joidenkin elimistön omien molekyylien metaboliaa. Nykyään tunnetaan 19 ihmisen UGT-entsyymiä, jotka aminohapposekvenssin ja geenijärjestyksen perusteella jaetaan kolmeen alaperheeseen: UGT1A, UGT2A, ja UGT2B. Useimmat UGTt kykenevät katalysoimaan monen eri aglykonin glukuronidaatiota; toisaalta sama aglykoni voi toimia substraattina monelle eri UGT:lle. UGTt sijaitsevat endoplasmisessa kalvostossa ja niiden toiminnallinen yksikkö koostuu oletettavasti kahdesta monomeeristä. UGT1A1-entsyymi katalysoi bilirubiinin, hemoglobiinin hajoamistuotteen, glukuronidaatiota. Alentuneet entsyymiaktiivisuudet voivat johtaa patologiseen tilaan, jossa elimistön bilirubiinitasot ovat kohonneet, kuten tapahtuu esimerkiksi UGT1A1:n Y486D mutaation seurauksena. Jaetuista eksoneista johtuen tämän mutaation suhteen homotsygooteilla yksilöillä Y486D mutaatio esiintyy UGT1A1:n lisäksi kaikissa muissakin UGT1A alaperheen entsyymeissä. Tutkimuksessamme todettiin, että jos kaksi keskenään erilaista UGT-monomeeriä muodostaa toiminnallisen entsyymin, mutaation haittavaikutukset elimistössä voivat lieventyä. UGT-entsyymien tuottaminen sekä puhdistaminen aktiivisena on hankalaa, eikä niiden kolmiuloitteista rakennetta toistaiseksi tunneta. Tämän johdosta olen tutkinut UDPGA:n sitoutumiskohtaa sekä katalyyttistä mekanismia eri UGT-entsyymeissä mutageneesin, aktiivisuus- ja kinetiikkamittausten sekä homologiamallituksen avulla. Olemme havainneet, että aminohappotähteet H371, E379, D395 and Q396 (numerointi UGT1A6:n mukaan) osallistuvat UDPGA:n sitomiseen. Lisäksi olemme osoittaneet, että ihmisen UGT-entsyymeissä aspartaatti ja histidiini muodostavat katalyyttisen parin. Katalyyttisen histidiinin (H37 UGT1A9-entsyymissä) tehtävä on erilainen O- ja N-glukuronidaatiossa. Tutkimus lisää tietoa UGT-entsyymeistä ja siitä voi olla hyötyä esimerkiksi lääkeaineiden metaboliatutkimuksissa.