Гиалуронидаза
Гиалуронида́зы — семейство ферментов, расщепляющих гиалуроновую кислоту на моносахариды[1][2], относятся к эндогликозидазам[1]. Помимо гиалуроновой кислоты, они расщепляют другие мукополисахариды кислот[1].
| Гиалуронидаза | |
|---|---|
 | |
| Идентификаторы | |
| Шифр КФ | 3.2.1.35 |
| Номер CAS | 37326-33-3 |
| Базы ферментов | |
| IntEnz | IntEnz view |
| BRENDA | BRENDA entry |
| ExPASy | NiceZyme view |
| MetaCyc | metabolic pathway |
| KEGG | KEGG entry |
| PRIAM | profile |
| PDB structures | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum |
| Gene Ontology | AmiGO • EGO |
| Поиск | |
| PMC | статьи |
| PubMed | статьи |
| NCBI | NCBI proteins |
| CAS | 37326-33-3 |
 Медиафайлы на Викискладе | |
Гиалуронидазы делятся на три функциональных типа: эндо-β-N-ацетилгексозаминидазы (гиалуронидазы млекопитающих), эндо-β-D-глюкуронидазы (обнаружены у пиявок и нематод), гиалуронатлиазы (микробные гиалуронидазы)[3].
В организме человека гиалуронидазы присутствуют во многих органах и жидкостях тела. На 2020 год известны 6 человеческих гиалуронидаз[3].
Гиалуронидазы применяются в медицине с начала 1960-х годов[4].
Описание
правитьГиалуронидазы обнаружены в яичках, селезенке, коже, глазах, печени, почках, матке и плаценте[3]..
Гиалуронидазы разеделены на три группы в зависимости от продуктов ферментативной реакции с их участием[3]. Первый тип — гиалуронидазы млекопитающих, которые разрывают β-1,4 гликозидные связи с получением тетрасахаридов, называются гиалуроноглюкозидазами или эндо-β-N-ацетилгексозаминидазы. Второй тип — гиалуронидазы пиявок и нематод, они разрезают β-1,3 гликозидные связи, в результате чего получаются пентасахариды и гексасахариды, это эндо-β-D-глюкуронидазы. Третий тип — микробные гиалуронидазы — являются гиалуронатлиазами, они не катализируют гидролизные реакции, но с помощью реакции β-элиминации при β-1,4 гликозидных связях образуют ненасыщенные дисахариды[3].
На 2020 год известно шесть функциональных гиалуронидаз человека: Гиалуронидаза-1[англ.] (кодируется геном HYAL1), Гиалуронидаза-2[англ.] (кодируется геном HYAL2), Гиалуронидаза-3[англ.] (кодируется геном HYAL3), Гиалуронидаза-4[англ.] (HYAL4) и PH-20[англ.] (кодируется геном SPAM1[5]) и Гиалуронидаза-6 (кодируется геном HYALP1)[3]. Также псевдоген HYAL6[уточнить][5][6]. HYAL1 и HYAL2 являются основными гиалуронидазами и присутствуют в большинстве тканей. HYAL2 отвечает за расщепление высокомолекулярной гиалуроновой кислоты, которая в основном связана с рецептором CD44. Полученные фрагменты различного размера затем дополнительно гидролизуются HYAL1 после интернализации в эндолизосомы, в результате получаются олигосахариды гиалуроновой кислоты[7]
Гены HYAL1-3 сгруппированы в третьей хромосоме, а гены HYAL4-6 сгруппированы в седьмой хромосоме человека[5].
История открытия
правитьВпервые о способности экстракта из семенников быка увеличивать проницаемость тканей сообщил Ф. Дюран-Рейналь (F. Duran-Reynals) в 1928 году. Действующий агент был назван фактором распространения (англ. spreading factor), вследствие его способности увеличивать скорость распространения вирусных вакцин от места подкожной инъекции. В 1931 году аналогичный фактор был выделен из сперматозоидов. В 1936—37 годах Карл Мейер с сотр. доказали способность фактора распространения из семенников быка деградировать полисахаридные кислоты, выделенные из стекловидного тела глаза, пупочных канатиков и бактерий рода Streptococcus и показали, что его действие аналогично действию выделенного ими автолитического фермента бактерий рода Pneumococcus. У различных авторов того времени данный фермент имел различные названия: фактор диффузии (англ. diffusing factor), муколитический фермент, муциназа. В 1949 году К. Мейером с сотр. был введен термин гиалуронидаза для обозначения группы ферментов различного происхождения, способных расщеплять кислые мукополисахариды. С этого времени термин «гиалуронидаза» начал использоваться различными авторами как синоним «фактора распространения», что не совсем корректно, поскольку в то время как все гиалуронидазы действуют как фактор диффузии, не все факторы диффузии являются гиалуронидазами.[источник не указан 1127 дней]
В 1971 году Карл Мейер (англ. Karl Meyer) сгруппировал гиалуронидазы по продуктам ферментативной реакции[8].
Общая классификация и источники
правитьВ соответствии с классификацией, данной Карлом Мейером[9], гиалуронидазы можно разделить на типы с использованием таких признаков как источник фермента, используемые субстраты, условия и тип катализируемой реакции, образующиеся продукты.
- Тип I. Гиалуронидазы тестикулярного типа (гиалуронат-эндо-β-N-ацетилгексозаминидазы, КФ 3.2.1.35)
- Тип Ia. Собственно тестикулярная гиалуронидаза. Содержится в семенниках и в сперме млекопитающих, молоках рыб.
- Тип Ib. Лизосомальная гиалуронидаза. Содержится в лизосомах клеток различных тканей (печень, синовиальная ткань и др.), а также в некоторых физиологических жидкостях (сыворотка крови, синовиальная жидкость и др.)
- Тип Ic. Субмандибулярная гиалуронидаза. Содержится в слюне и слюнных железах млекопитающих, в пчелином и змеином ядах.
- Тип II. Гиалуронидаза слюны пиявок (гиалуронат-эндо-β-глюкуронидаза, КФ 3.2.1.36) Содержится в слюне и слюнных железах пиявок. Впервые была обнаружена в слюне медицинской пиявки.
- Тип III. Микробные гиалуронидазы (гиалуронат-лиазы; элиминирующие гиалуронат-эндо-β-N-ацетилгексозаминидазы, КФ 4.2.99.1)
- Тип IIIa. Выделяется из многих видов бактерий (Clostridium perfringens, Proteus vulgaris, пневмококка, родов Streptococcus, Staphylococcus, Flavobacterium и др.).
- Тип IIIb. Выделяется из бактерий рода Streptomyces. Содержится в почве.
Химические свойства
правитьВ разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
Субстраты и ингибиторы
правитьСубстратами гиалуронидаз могут являться следующие мукополисахариды: гиалуроновая кислота, хондроитин, хондроитин сульфаты, дерматан-сульфат, а также их олигосахаридные производные (от гексасахаридов и выше)[10].
Дерматан-сульфат подвергается гидролизу гиалуронидазами в меньшей степени, поскольку выступает в роли как субстрата, так и ингибитора данного фермента. Также действие гиалуронидаз ингибируется некоторыми полианионами, схожими по структуре с субстратами (напр. гепарин, кератан-сульфат), и солями тяжёлых металлов (в наибольшей степени меди и железа).
Ферментативная активность: реакции и условия
правитьТип I
правитьГидролизуют β-N-ацетилгексозаминидные связи субстрата. Конечными продуктами гидролиза являются тетрасахариды, имеющие аминосахар на восстанавливающем конце молекулы.
Кроме того, тестикулярная (Ia) и лизосомальная (Ib) Гиалуронидазы способны к трансгликозилазной активности, проявляющейся в перенесении дисахаридных фрагментов между молекулами субстрата.
Тестикулярная гиалуронидаза проявляет ферментативную активность в диапазоне рН 4,0 — 7,0. Для лизозомальной и субмандибулярной (Ic) гиалуронидаз такой диапазон более узок (3,5 — 4,5).
Собственно тестикулярная гиалуронидаза, в отличие от всех остальных гиалуронидаз, обладает высокой термической стабильностью и сохраняет ферментативную активность до 50 °C.
Тип II
правитьГидролизует β-глюкуронидные связи исключительно в гиалуроновой кислоте. Конечными продуктами гидролиза являются тетрасахариды, имеющие глюкуроновую кислоту на восстанавливающем конце молекулы.
Оптимальное значение рН для гиалуронидаз данного типа равно 6,0.
Тип III
правитьГидролизуют β-N-ацетилгексозаминидные связи субстрата, одновременно с этим дегидратируя по 4-й связи остаток уроновой кислоты на невосстанавливающем конце молекулы.
Конечными продуктами ферментативной реакции в случае гиалуронидазы типа IIIa являются дисахариды с аминосахаром на восстанавливающем конце молекулы.
В случае гиалуронидазы типа IIIb субстратом является исключительно гиалуроновая кислота, а конечными продуктами являются тетра- и гексасахариды с N-ацетилглюкозамином на восстанавливающем конце молекулы.
Оптимальные для проявления ферментативной активности микробных гиалуронидаз значения рН различаются в зависимости от природы субстрата: для сернокислых эфиров (хондроитин сульфаты, дерматан-сульфат) оптимальными являются значения рН 8,0 — 9,0, в то время как для гиалуроновой кислоты и хондроитина — значения в районе 6,8.
Биологические функции
правитьБольшинство функций, которые выполняют гиалуронидазы в живой природе, связаны с их способностью увеличивать проницаемость тканей за счёт снижения вязкости мукополисахаридов, входящих в их состав.
Тестикулярная гиалуронидаза, содержащаяся в акросомах сперматозоидов млекопитающих, способствует процессу оплодотворения яйцеклетки. Гиалуронидазы ядов змей и насекомых, а также слюны пиявок увеличивают проницаемость капилляров в месте укуса.
Также гиалуронидазы выступают в качестве пищеварительного фермента (гиалуронидазы бактерий, слюны млекопитающих).
Повышенная активность гиалуронидазы характерна для многих клеточных линий метастазирующих злокачественных опухолей; делаются попытки использовать препараты, подавляющие эту активность, в качестве противоопухолевых средств[11].
Применение
правитьВ медицине
правитьГиалуронидазы в США и Европейских странах разрешены к применению для рассасывания подкожной жидкости при гиподермоклизе, для ускорения всасывания и диспергирования лекарств в подкожной ткани (в качестве адъюванта), для борьбы с экстравазацией, для стимулирования всасывания контрастных сред при ангиографии мочевыводящих путей. Также применяются для ускорения рассасывания гематом[4].
Кроме того, они иногда применяются вне стандартных протоколов англ. off-label для растворения филлеров с гиалуроновой кислотой (которые используются в косметологии), для лечение гранулёматозных реакций на инородное тело и при лечении некроза кожи, вызванного инъекциями филлера[4].
В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
В качестве лекарственного средства в медицине используются главным образом препараты тестикулярной гиалуронидазы, синтезирумой в настоящее время искусственно, раннее добывавшейся из семенников крупного рогатого скота, также способствует увеличению объёма движений в суставах и предупреждению образования контрактур. Основное применение — при заболеваниях, сопровождающихся ростом соединительной ткани, в косметологии, а также для увеличения биодоступности лекарств и вакцин. Принятый ранее в фармакологической практике термин «лидаза» («lydase») в настоящее время не рекомендован к использованию в качестве синонима гиалуронидазы [источник не указан 4397 дней].
В процедурах экстракорпорального оплодотворения раствор тестикулярной гиалуронидазы применяют для удаления слоя фолликулярных клеток, окружающих яйцеклетку. Удаление слоя фолликулярных клеток необходимо для проведения микрохирургического оплодотворения — ИКСИ [источник не указан 4397 дней].
Стрептококковая гиалуронидаза используется при диагностике стрептококковых инфекций.
В последнее время разработаны препараты, в которых пролонгирование ферментативной активности гиалуронидазы достигается путём иммобилизации фермента на высокомолекулярных носителях.
Повышенное содержание гиалуронидазы в моче используется как один из биохимических маркеров рака мочевого пузыря.
Прочее применение
правитьЕсть сведения о применении гиалуронидаз в кожевенном производстве [источник не указан 5010 дней].
Примечания
править- ↑ 1 2 3 Jung, 2020, Action of Hyaluronidase.
- ↑ Meyer, K. Hyaluronidases : [англ.] / В. Boyer PD. — New York : Academic Press, 1971. — С. 307–320. — ISBN 978-0-12-122705-0.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 Jung, 2020, Types of Hyaluronidas.
- ↑ 1 2 3 Jung, 2020, Introduction.
- ↑ 1 2 3 Antonei Benjamin Csóka, Stephen W. Scherer, Robert Stern. Expression Analysis of Six Paralogous Human Hyaluronidase Genes Clustered on Chromosomes 3p21 and 7q31 (англ.) // Genomics. — 1999-09. — Vol. 60, iss. 3. — P. 356–361. — doi:10.1006/geno.1999.5876. Архивировано 9 ноября 2021 года.
- ↑ Antonei B. Csoka, Gregory I. Frost, Robert Stern. The six hyaluronidase-like genes in the human and mouse genomes (англ.) // Matrix Biology. — 2001-12. — Vol. 20, iss. 8. — P. 499–508. — doi:10.1016/S0945-053X(01)00172-X. Архивировано 9 марта 2021 года.
- ↑ Theerawut Chanmee, Pawared Ontong, Naoki Itano. Hyaluronan: A modulator of the tumor microenvironment (англ.) // Cancer Letters. — 2016-05. — Vol. 375, iss. 1. — P. 20–30. — doi:10.1016/j.canlet.2016.02.031. Архивировано 1 сентября 2020 года.
- ↑ Robert Stern, Grigorij Kogan, Mark J. Jedrzejas, Ladislav Šoltés. The many ways to cleave hyaluronan (англ.) // Biotechnology Advances. — 2007-11. — Vol. 25, iss. 6. — P. 537–557. — doi:10.1016/j.biotechadv.2007.07.001. Архивировано 8 марта 2021 года.
- ↑ Meyer K. Hyaluronidases // The Enzimes, Vol. 5 — NY: Academic Press, 1971 — pp. 307—320
- ↑ 284. docviewer.yandex.ru. Дата обращения: 14 января 2022. Архивировано 14 января 2022 года.
- ↑ Karin Zimmermann, Gundula Preinl, Horst Ludwig, Karl-Otto Greulich. Inhibition of hyaluronidase by dextransulfate and its possible application in anticancer treatment // Journal of Cancer Research and Clinical Oncology. — 1983-02. — Т. 105, вып. 2. — С. 189–190. — ISSN 1432-1335 0171-5216, 1432-1335. — doi:10.1007/bf00406931.