Cisztationin-β-szintáz

cystathionine beta-synthase
Cisztationin-β-szintáz-homodimer, humán
Azonosítók
Jel	CBS
Entrez	875
OMIM	613381
UniProt	P35520
PDB	1JBQ
Egyéb adatok
EC-szám	4.2.1.22
Lokusz	21. krom. q22.3

A cisztationin-β-szintáz, röviden CBS (EC 4.2.1.22) a CBS gén által kódolt enzim. A transzszulfurációs útvonal első lépését, a cisztationin homociszteinből való előállítását katalizálja:^[1]

l-Ser + l-Hcy ⇌ l-cisztationin + H₂O

A CBS a piridoxál-foszfát (PLP) kofaktort használja, és allosztérikusan szabályozhatják effektorok, például az S-adenozil-l-metionin (adoMet). Ez az enzim liáz, egész pontosan C–O kötéseket bontó hidroliáz.

A CBS többdoménes enzim, részei egy N-terminális enzimatikus és két CBS domén. A CBS gén a homocisztinuriát okozó mutációk leggyakoribb lokusza.^[2]

Az enzimosztály szabályos neve l-szerin-hidroliáz (homocisztein-hozzáadó, l-cisztationin-képző). További gyakori nevek:

• β-tionáz,
• cisztein-szintáz,
• l-szerin-hidroliáz (homocisztein-hozzáadó),
• metilcisztein-szintáz,
• szerin-szulfhidráz,
• szerin-szulfhidriláz.

A metilcisztein-szintáz EC-száma EC 4.2.1.23 lett 1961-ben. Ennek oka a CBS mellékreakciója. A 4.2.1.23 számot 1972-ben törölték.^[3]

A humán cisztationin-β-szintáz 551 aminosavas, 61 kDa-os alegységekből álló tetramer. Szerkezete 3 modulos, az N-terminális hemdomént a PLP kofaktort tartalmazó mag követi.^[4] A kofaktor a hemdoménben van, Schiff-bázis köti meg.^[5] A Schiff-bázis C=N kötést tartalmazó funkciós csoport, ahol a nitrogén aril- vagy alkilcsoporthoz kötődik. A hemdomén 70 aminosavas, feltehetően csak emlősök CBS-ében van jelen, élesztőkében- és protozoonokéban nem. A CBS C-terminális szabályzódoménjében két β-α-β-β-α CBS-domén ismétlődik, ez más fehérjékben is jelenlévő másodlagos szerkezeti jellemző.^[4] A CBS C-terminális gátló domént tartalmaz. Ez intra- és allosztérikusan szabályozza az aktivitást, és a fehérje tetramer helyzetének fenntartásában fontos.^[4] A gátlást az adoMet allosztérikus effektor vagy a szabályzó domén deléciója szüntetheti meg, azonban a hatások nagysága eltérhet.^[4] Ezek mutációi összefüggnek örökletes betegségekkel.^[6]

A hemdomén N-terminális kört tartalmaz, mely a hemet köti, és a C52 és H65 axiális ligandumokat adja. A hem PLP-kötőhelytől való távolsága alapján az nem játszik szerepet a katalízisben, azonban a hemdomén deléciója a redoxiszenzitivitás csökkenésével jár, így feltehetően a hem redoxiszenzor.^[5] A protoporfirin IX jelenléte a CBS-ban egyedi PLP-dependens enzimmé teszi, és csak az emlős-CBS-ben található meg. A D. melanogaster és a D. discoides rövidebb N-terminális kiterjesztéssel rendelkezik, így a hisztidin és a cisztein akadályozva vanna. Azonban az Anopheles gambiae N-terminális kiterjesztése hosszabb a humán enziménél, és tartalmazza a hisztidint és a ciszteint. Így feltehetően a nyálkagomba- és rovar-CBS hemoprotein, így a hemdomén feltehetően korán jelent meg, az állatok és a nyálkagombák elválása előtt.^[4] A PLP K119-et aktív helyén tartalmazó Schiff-bázist alkotó belső aldimin. A katalitikus és a szabályzó domének közt hiperérzékeny hely található, mely proteolitikus bontást okoz, és rövidebb, az eredetinél aktívabb dimer enzimet tartalmaz. Az élesztőben talált egyik enzimváltozatot se szabályozza az adoMet. Az élesztőenzimet a dimert adó C-terminális deléció is aktiválja.^[4]

2007 végéig 2 harmadlagos szerkezete ismert a CBS enzimeknek, ezek kódja PDB: 1JBQ és PDB: 1M54.

A CBS katalizálta transzszulfuráció a homociszteint cisztationinná alakítja, ezt a cisztationin-γ-liáz ciszteinné bontja.^[7]

A CBS az emlősök kénmetabolizmusában fontos, mert a metioninmegtartás és a ciszteinné alakítás kérdését dönti el. Továbbá a transzszulfurációs útvonal az egyetlen felesleges kéntartalmú aminosavak eltávolítására képes út.^[4]

Más β-helyettesítő enzimekhez hasonlóan a CBS katalizálta reakció feltehetően adoMet-kötött köztitermékeket tartalmaz. A szerin hozzáadása külső aldimint adó transzschiffizációs reakciót ad. Ez protont von el az α-szénatomnál, majd elmináció útján aminoakrilát köztiterméket ad. A homocisztein és a nukleofil homocisztein-tiolát reakciója az aminoakriláton és a Cα reprotonációja adják a cisztationin külső aldiminjét. Transzaldiminációval jön létre a l-cisztationin végtermék.^[4] Ez aminoakrilát intermediert is alkothat, ez alapján a CBS reakciója visszafordítható.^[8]

Az enzimkatalizált reakció mért V₀-ja általában az állandó állapotnak felel meg, ahol [ES] konstans, bár ez a reakció korai részére korlátozódik, e kezdeti sebességek elemzése az állandó állapotú kinetika. Az élesztő-CBS állandó állapotú elemzése párhuzamos vonalakat ad. Ezen eredmények a feltételezett pingpongmechanizmusnak felelnek meg, ahol a szerinkötést és a vízfelszabadítást követik a homocisztein-kötés és a cisztationin-felszabadítás. Azonban a patkány-CBS enzimkinetikai elemzése egymást metsző vonalakat ad: a szerinen lévő β-szubsztituens a homocisztein kötése előtt nem válik le az enzimtől.^[4]

Egy CBS-t tartalmazó alternatív reakció a cisztein homociszteinnel való, cisztationint és kén-hidrogént (H₂S) adó kondenzációja.^[8] A CBS az agyban H₂S-t termel l-ciszteinből. Ez az út is adoMet-függő.^[9]

A CBS enzimaktivitása nincs jelen minden szövetben és sejtben: a patkányszívben, -tüdőben, -herékben, -mellékvesékben és -lépben nem aktív. Az emberi szívizomban és humán aortaendotélsejt-kultúrákban inaktív. E szövetek CBS-hiánya alapján e szövetek nem képesek ciszteinszintézisre, így külső ciszteinforrást igényelnek. Továbbá e szöveteknek nagyobb lehet a homocisztein-szenzitivitásuk, mivel a homocisztein-többlet transzszulfurációs katabolizmusára nem képesek.^[8]

A CBS adoMet általi allosztérikus aktiválása határozza meg a homocisztein sorsát. Az emlős-CBS-t az adoMet 2,5-5-szörösen aktiválja 15 μM disszociációs állandó mellett.^[2] Az adoMet allosztérikus aktivátor, mely növeli a CBS-reakció V_max-át, de nem befolyásolja a szubsztrátok K_m-ét. Vagyis az adoMet szubsztrátkötés helyett az enzimműködés gyorsításával növeli a CBS aktivitását.^[4] A fehérje feltehetően az allosztérikus szabályzás morfiinmodelljét használja.^[10]

A humán CBS fontos lépést hajt végre a cisztein-bioszintézisben az adoMet szabályzó irányítópontjának biztosításával. A homocisztein a metioninná metiláció után számos anyagot, például neurotranszmittereket, fehérjéket és nukleinsavakat metiláló adoMet-ná alakítható. Az adoMet saját bioszintézisét irányító allosztérikus CBS-aktivátor: az alacsony adoMet-koncentráció alacsony CBS-aktivitást okoz, a homocisztein az adoMet-szintézissel járó transzmetilációs ciklusba kerül, a magas adoMet-koncentráció a homociszteint a cisztein-bioszintézist okozó transzszulfurációs útvonalba irányítja.^[11]

Az emlősökben a CBS erősen szabályzott enzim, redoxiszenzorként működő hemkofaktorral,^[6] mely az aktivitását a redoxipotenciál változásainak megfelelően modulálhatja. Ha a nyugalomban lévő CBS Fe²⁺-hemet tartlmaz, lehetséges az enzim aktivációja oxidatív körülmények közt Fe³⁺-hemmé való oxidációval.^[4] A Fe²⁺-enzim CO- vagy NO-kötéssel gátolható, az enzim aktivitása kétszer akkora a Fe²⁺ Fe³⁺-má való oxidációjával. A hem redoxiállapota pH-dependens: a Fe²⁺-CBS Fe³⁺-CBS-sé való oxidációja alacsony pH mellett kedvezőbb.^[12]

Mivel míg az emlős CBS-ben van, az élesztők és a Trypanosoma cruzi CBS-ében nincs hemkofaktor, Ruma et al. szerint a hem nem szükséges a CBS-aktivitáshoz.^[4]

A CBS-transzkripciót szabályozzák az NF-Y, az SP-1 és az SP-3. Erősítik a transzkripciót továbbá a glükokortikoidok és a glikogén, gyengíti az inzulin. A metionin a CBS-t poszttranszkripciósan erősíti.

• A Down-szindrómára jellemző a cisztationin-β-szintáz túlexpressziója és a vér alacsony homociszteinszintje. Feltehetően a cisztationin-β-szintáz túlexpressziója a fő felelős a betegségért a GabaA és a Dyrk1a diszfunkciója mellett. A Down-szindróma fenotípusa az alább leírt hiperhomociszteinémiával ellentétes. CBS-gátló gyógyszereket szabadalmaztatott a Jérôme Lejeune Alapítvány 2011 novemberében, és állat- és emberkísérleteket terveznek.
• A hiperhomociszteinémia a vér különösen magas homociszteinszintjét jelenti. A CBS-mutációk az öröklött hiperhomociszteinémia leggyakoribb okai. Az MTHFR-, MTR- és MTRR/MS-útvonalakat érintő genetikai hibák is közrejátszhatnak a magas homociszteinszintekben. A veleszületett CBS-hibák hiperhomociszteinémiát okozhatnak, ahol a szív- és érrendszeri komplikációk korai agresszív artériabetegséget okozhatnak. A hiperhomociszteinémia 3 másik szervrendszert, a látórendszert, a központi idegrendszert és a vázrendszert is érintik.
• A CBS-elégtelenség okozta homocisztinuria speciális hiperhomociszteinémia-típus. Ritka, öröklött autoszomális recesszív, általában gyermekkorban diagnosztizált betegség. 131 homocisztinuriát okozó mutáció ismert. A CBS-domén-mutációk közös funkciós jellemzője az adoMet általi aktiváció megszűnte vagy nagymértékű csökkenése.^[11] Nem ismert a homocisztinuriára specifikus gyógyszer, de sokakat kezelnek nagy mennyiségű B₆-vitaminnal, a CBS kofaktorával.

A CBS részt vesz a petesejtfejlődésben. Azonban kevés ismeret van a CBS regionális és sejtbeli expressziójáról a petefészekben, és a petefészekben lévő tüszőfejlődés alatti helye és expressziója ismeretlen.^[13]

A CBS-hiány egerekben terméketlenséget okoz a méhbeli fehérjeexpresszió csökkenése miatt.^[14]

A CBS-expressziót irányító gének nem feltétlenül működnek teljesen SNP (egypontos nukleotid-polimorfizmus) esetén. Ismert változatok például az A360A, a C699T, az I278T, az N212N és a T42N. Ezek, melyek a hatékonyságot befolyásolhatják, DNS-teszttel azonosíthatók.

• Ez a szócikk részben vagy egészben a Cystathionine beta synthase című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

• Kraus JP (1994). „Komrower Lecture. Molecular basis of phenotype expression in homocystinuria”. J. Inherit. Metab. Dis. 17 (4), 383–90. o. DOI:10.1007/BF00711354. PMID 7967489. 
• Kraus JP, Janosík M, Kozich V (1999). „Cystathionine beta-synthase mutations in homocystinuria”. Hum. Mutat. 13 (5), 362–75. o. DOI:<362::AID-HUMU4>3.0.CO;2-K 10.1002/(SICI)1098-1004(1999)13:5<362::AID-HUMU4>3.0.CO;2-K. PMID 10338090. 
• Jones AL (1999). „The localization and interactions of huntingtin”. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 354 (1386), 1021–7. o. DOI:10.1098/rstb.1999.0454. PMID 10434301. PMC 1692601. 
• Griffiths R, Tudball N (1977). „The molecular defect in a case of (cystathionine beta-synthase)-deficient homocystinuria”. Eur. J. Biochem. 74 (2), 269–73. o. DOI:10.1111/j.1432-1033.1977.tb11390.x. PMID 404147. 
• Kraus J, Packman S, Fowler B, Rosenberg LE (1978). „Purification and properties of cystathionine beta-synthase from human liver. Evidence for identical subunits”. J. Biol. Chem. 253 (18), 6523–8. o. DOI:10.1016/S0021-9258(19)46963-9. PMID 681363. 
• Longhi RC, Fleisher LD, Tallan HH, Gaull GE (1977). „Cystathionine beta-synthase deficiency: a qualitative abnormality of the deficient enzyme modified by vitamin B₆ therapy”. Pediatr. Res. 11 (2), 100–3. o. DOI:10.1203/00006450-197702000-00003. PMID 840498. 
• Kozich V, Kraus JP (1993). „Screening for mutations by expressing patient cDNA segments in E. coli: homocystinuria due to cystathionine beta-synthase deficiency”. Hum. Mutat. 1 (2), 113–23. o. DOI:10.1002/humu.1380010206. PMID 1301198. 
• Münke M, Kraus JP, Ohura T, Francke U (1988). „The gene for cystathionine beta-synthase (CBS) maps to the subtelomeric region on human chromosome 21q and to proximal mouse chromosome 17”. Am. J. Hum. Genet. 42 (4), 550–9. o. PMID 2894761. PMC 1715237. 
• Hu FL, Gu Z, Kozich V (1994). „Molecular basis of cystathionine beta-synthase deficiency in pyridoxine responsive and nonresponsive homocystinuria”. Hum. Mol. Genet. 2 (11), 1857–60. o. DOI:10.1093/hmg/2.11.1857. PMID 7506602. 
• Sperandeo MP, Panico M, Pepe A (1995). „Molecular analysis of patients affected by homocystinuria due to cystathionine beta-synthase deficiency: report of a new mutation in exon 8 and a deletion in intron 11”. J. Inherit. Metab. Dis. 18 (2), 211–4. o. DOI:10.1007/BF00711769. PMID 7564249. 
• Chassé JF, Paly E, Paris D (1995). „Genomic organization of the human cystathionine beta-synthase gene: evidence for various cDNAs”. Biochem. Biophys. Res. Commun. 211 (3), 826–32. o. DOI:10.1006/bbrc.1995.1886. PMID 7598711. 
• Shih VE, Fringer JM, Mandell R (1995). „A missense mutation (I278T) in the cystathionine beta-synthase gene prevalent in pyridoxine-responsive homocystinuria and associated with mild clinical phenotype”. Am. J. Hum. Genet. 57 (1), 34–9. o. PMID 7611293. PMC 1801250. 
• Kluijtmans LA, Blom HJ, Boers GH (1995). „Two novel missense mutations in the cystathionine beta-synthase gene in homocystinuric patients”. Hum. Genet. 96 (2), 249–50. o. DOI:10.1007/BF00207394. PMID 7635485. 
• Sebastio G, Sperandeo MP, Panico M (1995). „The molecular basis of homocystinuria due to cystathionine beta-synthase deficiency in Italian families, and report of four novel mutations”. Am. J. Hum. Genet. 56 (6), 1324–33. o. PMID 7762555. PMC 1801112. 
• Marble M, Geraghty MT, de Franchis R (1995). „Characterization of a cystathionine beta-synthase allele with three mutations in cis in a patient with B₆ nonresponsive homocystinuria”. Hum. Mol. Genet. 3 (10), 1883–6. o. DOI:10.1093/hmg/3.10.1883. PMID 7849717. 
• Kraus JP, Le K, Swaroop M (1994). „Human cystathionine beta-synthase cDNA: sequence, alternative splicing and expression in cultured cells”. Hum. Mol. Genet. 2 (10), 1633–8. o. DOI:10.1093/hmg/2.10.1633. PMID 7903580. 
• de Franchis R, Kozich V, McInnes RR, Kraus JP (1995). „Identical genotypes in siblings with different homocystinuric phenotypes: identification of three mutations in cystathionine beta-synthase using an improved bacterial expression system”. Hum. Mol. Genet. 3 (7), 1103–8. o. DOI:10.1093/hmg/3.7.1103. PMID 7981678. 
• Kruger WD, Cox DR (1994). „A yeast system for expression of human cystathionine beta-synthase: structural and functional conservation of the human and yeast genes”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 91 (14), 6614–8. o. DOI:10.1073/pnas.91.14.6614. PMID 8022826. PMC 44253. 
• Kozich V, de Franchis R, Kraus JP (1993). „Molecular defect in a patient with pyridoxine-responsive homocystinuria”. Hum. Mol. Genet. 2 (6), 815–6. o. DOI:10.1093/hmg/2.6.815. PMID 8353501. 

• CBS Main Page at University of Colorado Health Sciences Center
• Cystathionine beta-synthase in BRENDA: The Comprehensive Enzyme Information System^{[halott link]}
• Cystathionine beta-Synthase: Protein Data Bank Entry