Протеїн-тирозин-фосфатаза нерецепторного типу 1 (англ.Protein tyrosine phosphatase, non-receptor type 1) також відома як протеїн-тирозин-фосфатаза 1B (PTP1B) – білок, який кодується геном PTPN1, розташованим у людей на довгому плечі 20-ї хромосоми.[3][4] Довжина поліпептидного ланцюга білка становить 435 амінокислот, а молекулярна маса — 49 967[5]. Фермент, який є першим відкритим членом родини протеїн-тирозин-фосфатаз (PTP). PTP1B є негативним регулятором сигнального шляху інсуліну і вважається перспективною потенційною терапевтичною мішеню, зокрема, для лікування цукрового діабету 2 типу[6]. Вона також бере участь у розвитку раку молочної залози і досліджувалася як потенційна терапевтична мішень в цьому виді раку[7][8][9].
Перша кристалічна структура каталітичного домену PTP1B показала, що каталітичний сайт розташований в глибокій ущелині білка, утворену трьома петлями, включаючи петлю WPD із залишком Asp181, петлю pTyr із залишком Tyr46 і петлею Q із залишком Gln262[28][29]. Петля pTyr і залишок Tyr46 розташовані на поверхні білка і, таким чином, допомагають детерміновати глибину субстрату, яку можна розмістити в щілині. Це механізм керування селективністю, субстрати, що містять більш дрібні фосфозалишки не можуть досягти ділянки каталітичної активності біля основи ущелини[28]. Після зв'язування субстрату, PTP1B зазнає структурних змін, при яких петля WPD закривається навколо субстрату, введення стабілізуючої pi стекінг-взаємодії між ароматичними кільцями залишку фосфотирозину (pTyr) субстрату і залишку Phe182 на петлі WPD[29].
Механізм
Фосфатазна активність PTP1B відбувається за двоступеневим механізмом[28]. Дефосфорилювання субстрату pTyr відбувається на першій стадії, в той час як проміжні продукти ферменту розщеплюються на другій стадії. На першому етапі, здійснюється нуклеофільна атака на фосфоцентр відновленого Cys215 залишку, з подальшим подальшим протонуванням по Asp181 з отриманням нейтрального тирозинового фенолу. Активний фермент відновлюється після гідролізу тіофосфатного проміжного продукту, який полегшується за допомогою водневих зв'язків Gln262 і Asp181, які допомагають позиціонувати в молекулі води потрібний сайт нуклеофільної атаки.
Двостадійний механізм активності фосфатази PTP1B.
Регулювання
Залишок Cys215 має важливе значення для ферментативної активності PTP1B і аналогічні залишки цистеїну, необхідні для діяльності інших членів класу I PTP родини[30]. Тіолат-аніонна форма необхідна для нуклеофільної активності, але вона сприйнятлива до окиснення активних форм кисню (ROS) в клітині, що може зробити фермент нефункціональним. Цей залишок цистеїну, як було показано, окислюється при підвищеній клітинній концентрації перекису водню (H2O2), що продукується у відповідь на стимулювання епідермальним фактором росту та інсуліном[31][32][33]. Тіолат окислюється до сульфенової кислоти, яка перетворюється в сульфаніламід після реакції з сусіднім залишком Ser216[34]. Ця модифікація залишку Cys215 запобігає його подальшому окисленню, що буде незворотним, а також індукує структурні зміни в щілині активної ділянки таким чином, що субстрати не зможуть зв'язуватися[34][35]. Це окислення може бути скасовано шляхом відновлення глутатіоном і є одним із способів регулювання активності PTP1B[35]. Фосфорилювання залишку Ser50 також є способом алостеричного регулювання PTP1B, а саме фосфорильований стан ферменту є неактивним[36].
PTP1B має клінічне значення в лікуванні цукрового діабету 2 типу, а також раку. Дослідження проведені на мишачих моделях з нокаутом гена виявили докази важливої ролі PTP1B в регуляції передачі сигналів інсуліну і розвитку ожиріння[16][17]. Миші, нокаутні за геном PTPN1, яких тримали на дієти з високим вмістом жирів показували стійкість до ожиріння і підвищений рівень чутливості до інсуліну в порівнянні з мишами дикого типу[16][17]. Таким чином, конструювання і розробка інгібіторів PTP1B є галуззю досліджень для лікування цукрового діабету 2 типу та ожиріння, що стрімко розвивається[40].
Хоча PTP1B, як правило, вивчається як регулятор обміну речовин, деякі дослідження припускають, що вона може грати певну роль в розвитку пухлини, хоча чи є вона онкогенною або онкосупресорною невідомо, оскільки є дані на підтримку обох версій. Високі концентрації АФК всередині ракових клітин, забезпечують умови для потенційної конститутивної інактивації PTP1B і це було показано на двох лініях ракових клітин людини HepG2 і А431, що до залишків Cys215 в PTP1B, то вони можуть селективно необоротно окислюватися в цих клітинних умовах, наслідком чого є втрата функціональності PTP1B[41]. Крім того, генетична абляція PTPN1 в р53 дефіцитних мишей призвела до збільшення числа випадків лімфом і зниженням загального виживання[42]. На противагу цьому було показано, що ген PTPN1 надлишково експресується в поєднанні з HER2 у випадках раку молочної залози[8]. В мишачих модельних об'єктах з надекспресією HER2 в поєднанні з нокаутом PTPN1 було виявлено затримку росту пухлини і меншу кількість спостережуваних метастазів в легені припускаючи, що PTPN1 може мати онкогенну роль при раку молочної залози[8][9].
↑Combs AP (March 2010). Recent advances in the discovery of competitive protein tyrosine phosphatase 1B inhibitors for the treatment of diabetes, obesity, and cancer. J. Med. Chem. 53 (6): 2333—44. doi:10.1021/jm901090b. PMID20000419.
↑ абвBentires-Alj M, Neel BG (2007). Protein-tyrosine phosphatase 1B is required for HER2/Neu-induced breast cancer. Cancer Res. 67 (6): 2420—4. doi:10.1158/0008-5472.CAN-06-4610. PMID17347513.
↑ абJulien SG, Dubé N, Read M, Penney J, Paquet M, Han Y, Kennedy BP, Muller WJ, Tremblay ML (2007). Protein tyrosine phosphatase 1B deficiency or inhibition delays ErbB2-induced mammary tumorigenesis and protects from lung metastasis. Nat. Genet. 39 (3): 338—46. doi:10.1038/ng1963. PMID17259984.
↑Zhu S, Bjorge JD, Fujita DJ (November 2007). PTP1B contributes to the oncogenic properties of colon cancer cells through Src activation. Cancer Res. 67 (21): 10129—37. doi:10.1158/0008-5472.CAN-06-4338. PMID17974954.
↑ абMyers MP, Andersen JN, Cheng A, Tremblay ML, Horvath CM, Parisien JP, Salmeen A, Barford D, Tonks NK (December 2001). TYK2 and JAK2 are substrates of protein-tyrosine phosphatase 1B. J. Biol. Chem. 276 (51): 47771—4. doi:10.1074/jbc.C100583200 (неактивний 2017-01-15). PMID11694501.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із неактивним DOI станом на січень 2017 (посилання) Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
↑Zhang Z, Lin SY, Neel BG, Haimovich B (January 2006). Phosphorylated alpha-actinin and protein-tyrosine phosphatase 1B coregulate the disassembly of the focal adhesion kinase x Src complex and promote cell migration. J. Biol. Chem. 281 (3): 1746—54. doi:10.1074/jbc.M509590200. PMID16291744.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
↑ абвLiu F, Hill DE, Chernoff J (December 1996). Direct binding of the proline-rich region of protein tyrosine phosphatase 1B to the Src homology 3 domain of p130(Cas). J. Biol. Chem. 271 (49): 31290—5. doi:10.1074/jbc.271.49.31290. PMID8940134.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
↑Alonso A, Sasin J, Bottini N, Friedberg I, Friedberg I, Osterman A, Godzik A, Hunter T, Dixon J, Mustelin T (2004). Protein tyrosine phosphatases in the human genome. Cell. 117 (6): 699—711. doi:10.1016/j.cell.2004.05.018. PMID15186772.
↑Mahadev K, Zilbering A, Zhu L, Goldstein BJ (2001). Insulin-stimulated hydrogen peroxide reversibly inhibits protein-tyrosine phosphatase 1b in vivo and enhances the early insulin action cascade. J. Biol. Chem. 276 (24): 21938—42. doi:10.1074/jbc.C100109200. PMID11297536.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
↑Lee SR, Kwon KS, Kim SR, Rhee SG (June 1998). Reversible inactivation of protein-tyrosine phosphatase 1B in A431 cells stimulated with epidermal growth factor. J. Biol. Chem. 273 (25): 15366—72. doi:10.1074/jbc.273.25.15366. PMID9624118.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
↑ абRavichandran LV, Chen H, Li Y, Quon MJ (October 2001). Phosphorylation of PTP1B at Ser(50) by Akt impairs its ability to dephosphorylate the insulin receptor. Mol. Endocrinol. 15 (10): 1768—80. doi:10.1210/mend.15.10.0711. PMID11579209.
↑Sarmiento M, Puius YA, Vetter SW, Keng YF, Wu L, Zhao Y, Lawrence DS, Almo SC, Zhang ZY (July 2000). Structural basis of plasticity in protein tyrosine phosphatase 1B substrate recognition. Biochemistry. 39 (28): 8171—9. doi:10.1021/bi000319w. PMID10889023.
↑Zhang ZY, Walsh AB, Wu L, McNamara DJ, Dobrusin EM, Miller WT (March 1996). Determinants of substrate recognition in the protein-tyrosine phosphatase, PTP1. J. Biol. Chem. 271 (10): 5386—92. doi:10.1074/jbc.271.10.5386. PMID8621392.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
↑ абGoldstein BJ, Bittner-Kowalczyk A, White MF, Harbeck M (February 2000). Tyrosine dephosphorylation and deactivation of insulin receptor substrate-1 by protein-tyrosine phosphatase 1B. Possible facilitation by the formation of a ternary complex with the Grb2 adaptor protein. J. Biol. Chem. 275 (6): 4283—9. doi:10.1074/jbc.275.6.4283. PMID10660596.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
↑Thareja S, Aggarwal S, Bhardwaj TR, Kumar M (2012). Protein tyrosine phosphatase 1B inhibitors: a molecular level legitimate approach for the management of diabetes mellitus. Med Res Rev. 32 (3): 459—517. doi:10.1002/med.20219. PMID20814956.
↑Dubé N, Bourdeau A, Heinonen KM, Cheng A, Loy AL, Tremblay ML (2005). Genetic ablation of protein tyrosine phosphatase 1B accelerates lymphomagenesis of p53-null mice through the regulation of B-cell development. Cancer Res. 65 (21): 10088—95. doi:10.1158/0008-5472.CAN-05-1353. PMID16267035.
Література
Chernoff J., Schievella A.R., Jost C.A., Erikson R.L., Neel B.G. (1990). Cloning of a cDNA for a major human protein-tyrosine-phosphatase. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 87: 2735—2739. PMID2157211doi:10.1073/pnas.87.7.2735
Frangioni J.V., Beahm P.H., Shifrin V., Jost C.A., Neel B.G. (1992). The nontransmembrane tyrosine phosphatase PTP-1B localizes to the endoplasmic reticulum via its 35 amino acid C-terminal sequence. Cell. 68: 545—560. PMID1739967doi:10.1016/0092-8674(92)90190-N
Liu F., Chernoff J. (1997). Protein tyrosine phosphatase 1B interacts with and is tyrosine phosphorylated by the epidermal growth factor receptor. Biochem. J. 327: 139—145. PMID9355745doi:10.1042/bj3270139
Moeslein F.M., Myers M.P., Landreth G.E. (1999). The CLK family kinases, CLK1 and CLK2, phosphorylate and activate the tyrosine phosphatase, PTP-1B. J. Biol. Chem. 274: 26697—26704. PMID10480872doi:10.1074/jbc.274.38.26697
Ravichandran L.V., Chen H., Li Y., Quon M.J. (2001). Phosphorylation of PTP1B at Ser(50) by Akt impairs its ability to dephosphorylate the insulin receptor. Mol. Endocrinol. 15: 1768—1780. PMID11579209doi:10.1210/mend.15.10.0711
