Neuraminidáza

Neuraminidáza, též exo-α-sialidáza, acetylneuraminidáza nebo sialidáza, systematickým názvem acetylneuraminyl hydrolasa, číselným označením EC 3.2.1.18, je enzym, který štěpí glykosidové vazby mezi terminální kyselinou sialovou a subterminální galaktózou v oligosacharidech, glykoproteinech, glykolipidech a dalších substrátech.

Nejznámější je virová neuraminidáza na povrchu chřipkového viru, ale enzym je vlastní i dalším virům, je faktorem virulence bakterií i parazitických prvoků a v neposlední řadě je přítomný v savčích buňkách, kde se vyskytuje v lysozomech, cytosolu i asociovaný s cytoplazmatickou membránou - podílí se na degradaci glykoproteinů a proto vrozený defekt neuraminidázy vede ke vzácné střádací chorobě, sialidóze.

Biochemický úvod

Glykoproteiny jsou bílkoviny, které mají na centrální bílkovinný řetězec kovalentně navázané řetězce oligosacharidů. V organismu plní mnohé funkce - jsou to bílkoviny plasmatické membrány, buněčné receptory, některé hormony a naprostá většina plasmatických proteinů jsou rovněž glykoproteiny. Tvoří také složku hlenu.

Neuraminidáza katalyzuje hydrolýzu α-(2 → 3), α-(2 → 6) a α-(2 → 8) glykosidových vazeb mezi kyselinou sialovou (nejč. kyselinou N-acetylneuraminovou) a subterminálním cukrem, v N-vázaných glykoproteinech tedy nejčastěji galaktózou.

Neuraminidáza a její funkce u různých organismů

Neuraminidáza u virů

Virus chřipky pod elektronovým mikroskopem – na povrchu je patrná neuraminidáza a hemaglutinin

Neuraminidáza se jako povrchový antigen vyskytuje u všech virů z čeledi Orthomyxoviridae (chřipkové viry) a dále u rodu Paramyxovirus (způsobuje např. parainfluenzu skotu nebo Newcastleskou nemoc) a Rubulavirus (virus příušnic).

Nejlépe je její funkce prozkoumána u chřipkového viru (virus influenzy typu A), který způsobuje onemocnění horních dýchacích cest u člověka i zvířat. Virus sám má afinitu právě ke sliznici respiračního traktu – ta je ale před infekcí chráněna vrstvou hlenu.

Při chřipce se neuraminidáza uplatní několika způsoby – na začátku infekce rozštěpí hlen a umožní virionům dostat se k buňkám. Virion vstupuje do buňky přes receptor (a receptor je glykoprotein, zakončený kyselinou sialovou) pomocí druhého povrchového antigenu, hemaglutininu. Ten se váže právě ke kyselině sialové.

Nově vzniklé virové částice unikají z buňky pučením přes cytoplasmatickou membránu a při tom získávají obal. Ten ale, stejně jako původní membrána, obsahuje glykoproteiny (s kyselinou sialovou) – hrozí tedy, že by se nově vzniklé viriony díky hemaglutininu „přilepily“ k sobě navzájem a k membráně mateřské buňky. Neuraminidáza proto kyselinu sialovou odštěpí, umožní uvolnění virionů z buňky a zabrání jejich agregaci.

Specifické protilátky proti neuraminidáze nejsou schopné zabránit infekci, ale snižují replikační aktivitu a zabraňují dalšímu šíření viru. Viry chřipky se imunitní odpovědi hostitele brání vytvářením různých antigenních variant povrchových antigenů, tedy i neuraminidázy. Na základě její antigenní struktury se viry influenzy A zařazují do 9 suptypů (N1-N9).

Inhibitory neuraminidázy

Podrobnější informace naleznete v článku Inhibitor neuraminidázy.

Inhibitory neuraminidázy blokují funkci virové neuraminidázy a působí tak jako účinná antivirotika. K těmto substancím patří oseltamivir („Tamiflu®“) a zanamivir („Relenza®“).

Neuraminidáza u bakterií

Neuraminidáza je tvořena bakteriálními patogeny dýchacích cest a zřejmě slouží jako faktor virulence, modifikuje receptory na apikálním povrchu buněk a umožňuje kolonizaci sliznic. Přesná úloha neuraminidázy v patogenezi onemocnění je však zatím neznámá[1]. Nicméně mutantní kmen bakterie P.aeruginosa, který neměl schopnost sysntetizovat neuraminidázu, ztratil také schopnost způsobit infekci in vivo a inhibitory bakteriální neuraminidázy by se tak v budoucnu mohly stát způsobem, jak zabránit vzplanutí bakteriálního zápalu plic[1].

Bakterie, které tvoří neuraminidázu

Neuraminidáza byla objevena u mnoha druhů bakterií, zvláště pak u patogenních kmenů.

B. fragilis (barvený dle Grama)
P. aeruginosa

Prvoci tvořící neuraminidázu

Neuraminidáza je syntetizována také parazitickými prvoky, jako je Trichomonas vaginalis [8] nebo trypanozomy.

Neuraminidáza v lidských buňkách

V savčích buňkách, tedy i v buňkách člověka, se také nachází neuraminidáza. Syntetizované glykoproteiny podléhají neustálé obměně a neuraminidáza tak společně s dalšími glykosidázami zajišťuje jejich degradaci.

  • lysosomální sialidáza, N-acetyl-α-neuraminidasa 1, NEU1
  • cytosolová neuraminidáza, N-acetyl-α-neuraminidasa 2, NEU2
  • membránová neuraminidáza, (gangliosidová sialidáza), N-acetyl-α-neuraminidasa 3, NEU3
  • sialidáza 4, N-acetyl-α-neuraminidasa 4

Nedostatečná aktivita NEU1 vede ke střádavé chorobě, při níž se v lysosomech postupně hromadí sializované glykopeptidy a oligosacharidy. Tato geneticky podmíněná nemoc, sialidóza, se projevuje mentální retardací, neurologickými abnormalitami, hrubými rysy v obličeji a deformacemi páteře. V moči nemocných se nacházejí abnormální degradační produkty a pod mikroskopem je patrná vakuolizace buněk. Závažnost choroby kolísá od mírného průběhu až po rychle progredující, který vede ke smrti pacienta brzy po narození.

Neuraminidáza ve výzkumu

Neuraminidáza je vysoce specifický enzym, který štěpí jen konkrétní glykosidickou vazbu. Jako takový je užitečný při strukturní analýze oligosacharidů, při odhalování vazeb kyseliny sialové a při desializaci glykoproteinů (což odhaluje vazebná místa).

Odkazy

Reference

  1. ↑ a b Bacterial neuraminidase facilitates mucosal infection by participating in biofilm production
  2. ↑ A. G. Fraser and R. Brown Neuraminidase production by Bacteroidaceae The Journal of Medical Microbiology, Vol 14, Issue 1 63-76. jmm.sgmjournals.org [online]. [cit. 2007-06-03]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2007-09-29. 
  3. ↑ Michael John Aldape, Amy Evelyn Bryant, Yongsheng Ma, and Dennis Leroy Stevens The Leukemoid Reaction in Clostridium sordellii Infection: Neuraminidase Induction of Promyelocytic Cell Proliferation The Journal of Infectious Diseases, volume 195 (2007), pages 1838–1845[nedostupný zdroj]
  4. ↑ A. G. Fraser and J. G. Collee The production of neuraminidase by food poisoning strains of Clostridium welchii (C. perfringens) The Journal of Medical Microbiology, Vol 8, Issue 2 251-263. jmm.sgmjournals.org [online]. [cit. 2007-06-03]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2007-09-29. 
  5. ↑ Yu. V. Ezepchuk, Yu. V. Vertiev and N. N. Kostyukova The neuraminidase of corynebacterium diphtheriae as pathogenicity factor with spreading function Bulletin of Experimental Biology and Medicine, Volume 75, Number 2 / February, 1973[nedostupný zdroj]
  6. ↑ Riley, T. V., Mee, B. J., Chang, B. J., Wang QinNing Neuraminidase production by Erysipelothrix rhusiopathiae Veterinary Microbiology, 2005 (Vol. 107) (No. 3/4) 265-272. www.cababstractsplus.org [online]. [cit. 2007-06-03]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2007-09-28. 
  7. ↑ Norman W. Barton and Abraham Rosenberg Action of Vibrio cholerae Neuraminidase (Sialidase) upon the Surface of Intact Cells and Their Isolated Sialolipid Components Department of Biological Chemistry, The Milton S. Hershey Medical Center of The Pennsylvania State University, Hershey, Pennsylvania 17033. www.jbc.org [online]. [cit. 2007-06-03]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2007-09-26. 
  8. ↑ Padilla-Vaca F.; Anaya-Velazquez F. Biochemical properties of a neuraminidase of Trichomonas vaginalis The Journal of parasitology, 1997, vol. 83, no6, pp. 1001-1006 (39 ref.). www.jbc.org [online]. [cit. 2007-06-03]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2007-09-26. 

Související články

Externí odkazy

Literatura

  • VAŘEJKA F., MRÁZ O., SMOLA J., Speciální veterinární mikrobiologie, Vydáno: Praha: Státní zemědělské nakladatelství (1989), ISBN 80-209-0042-X
  • MURRAY, Robert K., et al. Harperova biochemie. Z angl. 23. vyd. přel. Lenka Fialová et. al. 4. vyd. v ČR. Praha: H & H, 2002. ix, 872 s. ISBN 80-7319-013-3.
  • MURRAY, Robert K., et al. Harperova biochemie. Z angl. 23. vyd. přel. Lenka Fialová et. al. 3. vyd. v ČR. Praha: H & H, 2001. ix, 872 s. ISBN 80-7319-003-6.
  • MURRAY, Robert K., et al. Harperova biochemie. Z angl. 23. vyd. přel. Lenka Fialová et. al. 2. vyd. v ČR. Praha: H & H, 1996. ix, 872 s. ISBN 80-85787-38-5.

Média použitá na této stránce

Influenza virus particle 8430 lores.jpg
Virus chřipky pod elektronovým mikroskopem - na povrchu je patrná neuraminidáza a hemaglutinin.
Pseudomonas aeruginosa SEM.jpg
Scanning Electron Micrograph of Pseudomonas aeruginosa
BacteroidesFragilis Gram.jpg
This micrograph depicts Bacteroides fragilis ss. vulgatus bacteria cultured in blood agar medium for 48 hours. – Gram-negative B. fragilis, though a commensal bacteria that normally lives in the human gastrointestinal tract this organism can become pathogenic under circumstances involving disruption of the normal intestinal mucosa such as trauma, or surgery. (original description of the image provider)
Neuraminidase Ribbon Diagram.jpg
Neuraminidase Ribbon Diagram Ribbons is a program developed at UAB used worldwide to graphically depict complicated protein structures in a simplified format. The program uses sophisticated computer systems to understand the implications of protein structures. The Influenza virus remains a major causative agent for a large number of deaths among the elderly and young children and huge economic losses due to illness. Finding a cure will have a general impact both on the basic research of viral pathologists of fast evolving infectious agents and clinical treatment of influenza virus infection. The reproduction process of all strains of influenza are dependent on the same enzyme neuraminidase. Shown here is a segmented representation of the neuraminidase inhibitor compound sitting inside a cave-like contour of the neuraminidase enzyme surface. This cave-like formation present in every neuraminidase enzyme is the active site crucial to the flu's ability to infect. The space-grown crystals of neuraminidase have provided significant new details about the three-dimensional characteristics of this active site thus allowing researchers to design drugs that fit tighter into the site. Principal Investigator: Dr. Larry DeLucas
Neuraminidase.jpg
Autor: User Snowyowls on zh.wikipedia, Licence: CC BY-SA 3.0
Neuraminidase monomer