Kinukumpirma ng Pag-aaral ang Papel ng DJ-1 Gene sa Parkinson's Disease

Ang isang mutant gene na tinatawag na DJ-1 ay nagdudulot ng recessive na anyo ng Parkinson's disease, ngunit ang mekanismo ng molekular ay hindi pa rin gaanong nauunawaan. Upang maunawaan kung paano na-hydrolyze ng DJ-1 ang cyclic 3-phosphoglyceric anhydride, isang napaka-reaktibo, nakakalason na cellular metabolite, ang mga mananaliksik sa Japan ay nagsagawa ng mga molecular simulation at biochemical analysis, kabilang ang pagsusuri ng mutation, na nagpapatunay ng papel ng DJ-1 sa pathogenesis ng minanang sakit na Parkinson.

Sa pamamagitan ng pagbubunyag ng mga amino acid na kasangkot sa catalytic na aktibidad nito, ang gawaing ito ay naglalatag ng pundasyon para sa hinaharap na pag-aaral sa pagganap ng DJ-1. Ang pag-aaral ay inilathala sa Journal of Cell Biology.

Ang DJ-1/PARK7 gene, na nauugnay sa isang recessive familial form ng Parkinson's disease, ay nag-encode sa DJ-1 na protina, na may potensyal na aktibidad ng antioxidant at pinoprotektahan ang mga cell mula sa mitochondrial damage. Na-attribute ito ng malawak na hanay ng mga biochemical function - mula sa redox-regulated chaperone at transcriptional regulator hanggang sa glyoxylase, cysteine protease, at cyclic 3-phosphoglyceric anhydride (cPGA) hydrolase - ngunit ang eksaktong function nito ay nananatiling hindi malinaw.

Gayunpaman, ang ilang mga katotohanan tungkol sa DJ-1 ay nagpapahiwatig na ang pangunahing papel nito ay maaaring nasa hydrolysis ng cPGA. Ang enzymatic function na ito ay naaayon sa molekular na istraktura ng DJ-1, at ang naunang naiulat na aktibidad ng ester ay maaaring magpakita ng papel nito sa cPGA hydrolysis. Ang kawalang-tatag ng cPGA ay nagpapahirap sa substrate na ito na gamitin sa eksperimento, na limitado ang aming pag-unawa sa papel ng DJ-1 sa pag-convert ng reaktibong byproduct na ito ng glycolysis sa detoxified 3-phosphoglycerate (3PG).

Upang malutas ang misteryong ito, pinagsama ng isang pangkat ng mga mananaliksik na pinamumunuan ni Propesor Noriyuki Matsuda at Associate Professor Yoshitaka Moriwaki mula sa Institute for Integrated Studies, Science Tokyo, ang mga molecular simulation na may mga biochemical analysis at inihayag ang catalytic mechanism ng cPGA hydrolysis ng protina na DJ-1.

"Mutational analysis na naglalayong tukuyin ang mga residue ng amino acid na kritikal para sa aktibidad ng cPGA hydrolase ay hanggang ngayon ay limitado sa residue C106, at walang structural model ng cPGA-DJ-1 complex o mekanismo ng hydrolysis ang iminungkahi," paliwanag ni Matsuda, na naglalarawan ng motibasyon para sa kanyang pag-aaral.

Upang ipakita ang molekular na mekanismo ng cPGA hydrolysis, pinag-aralan ng koponan ang istraktura ng DJ-1 complex na may cPGA. Ang mga simulation ng molecular dynamics ng complex na ito ay nagsiwalat ng mga pangunahing amino acid na bumubuo sa DJ-1 na "binding site" at responsable para sa pagkilala at pagbubuklod ng cPGA.

Pagkatapos ay binago nila ang mga residue ng amino acid na ito upang maipaliwanag ang mga detalye ng mekanismo ng cPGA hydrolysis. Ang mga eksperimentong ito ay nagsiwalat na ang mga nalalabi na E15 at E18 ay mahalaga para sa pagbuo ng catalytic pocket at ang pagtatatag ng mga hydrogen bond na may molekula ng cPGA. Ang mga nalalabi na G74, G75, at C106 ay kasangkot sa pagpapapanatag at pagbuo ng intermediate ng tetrahedral sa landas ng reaksyon, habang tinutukoy ng A107 at P158 ang pagbuo ng mga hydrogen bond na may mga functional na grupo ng cPGA at ang pagbuo ng cPGA binding site, ayon sa pagkakabanggit.

Mahalaga, ipinakita ng mga mananaliksik na ang pagtanggal ng P158 at isang missense mutation sa A107 (na matatagpuan din sa familial Parkinson's disease) ay ganap na tinanggal ang aktibidad ng DJ-1 hydrolase patungo sa cPGA in vitro, na nagpapatunay sa mga pathophysiological na kahihinatnan ng DJ-1 mutations. Batay sa mga resultang ito, iminungkahi ng koponan ang isang bagong anim na hakbang na molecular model ng DJ-1 hydrolase reaction.

Upang masuri ang pisyolohikal na kahalagahan ng DJ-1, inihambing ng mga mananaliksik ang aktibidad ng hydrolase ng cPGA sa wild-type at DJ-1 na mga knockout na selula. Sa DJ-1 knockout cells, ang aktibidad ng cPGA hydrolase ay makabuluhang nabawasan, na humahantong sa akumulasyon ng mga metabolite na binago ng cPGA. Ipinapahiwatig nito na ang cPGA ay ang pangunahing pisyolohikal na target ng kilalang DJ-1 na mga substrate, at ang naobserbahang mga mutasyon ay nagreresulta sa kumpletong pagkawala ng cPGA hydrolysis function.

Sa pagbubuod ng kanilang mga natuklasan, sina Moriwaki at Matsuda ay nagtapos:

"Naniniwala kami na ang mekanismo ng molekular na ipinakita namin ay magbibigay ng matibay na batayan para sa hinaharap na pag-aaral ng DJ-1 at magpapalalim sa aming pag-unawa sa pathogenesis ng minanang sakit na Parkinson."