Dihydrofolat-Reduktase

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Dihydrofolat-Reduktase verwendet NADPH, um Dihydrofolat zu reduzieren und Tetrahydrofolat-Oxidoreduktase zu produzieren. Dihydrofolat-Reduktase, die in Mikroorganismen und der Leber vorkommt, wurde detailliert untersucht. Das Molekulargewicht beträgt etwa 20.000. Es scheint auch die Wirkung zu haben, die Reduktion von Folsäure zu Dihydrofolat zu katalysieren, sodass Folsäure in eine aktive Form von Tetrahydrofolat für das Enzym Coenzym umgewandelt werden kann.

Abbildung 1. Proteinstruktur der Dihydrofolat-Reduktase.

Einführungen

Dihydrofolat-Reduktase (DHFR) katalysiert die NADPH-abhängige Reduktion von Dihydrofolat zu Tetrahydrofolat, einem wesentlichen Schritt in der de novo-Synthese sowohl von Glycin als auch von Purinen und Desoxythymidinphosphat (den Vorläufern der DNA-Synthese) und ist auch wichtig für die Umwandlung von Desoxyuridinmonophosphat zu Desoxythymidinmonophosphat. Obwohl DHFR ubiquitär in Prokaryoten und Eukaryoten vorkommt und in allen sich teilenden Zellen zu finden ist, sind die katabolen Schritte noch nicht gut verstanden. Bakterielle Arten besitzen unterschiedliche DHFR-Enzyme (basierend auf ihrem Bindungsmuster an diaminoheterocyclische Moleküle), aber die DHFRs von Säugetieren sind sehr ähnlich. Die aktive Stelle befindet sich in der N-terminalen Hälfte der Sequenz, die ein konserviertes Pro-Trp-Dipeptid umfasst; es wurde gezeigt, dass Tryptophan an der Substratbindung des Enzyms beteiligt ist. Ihre zentrale Rolle in der Synthese von DNA-Vorläufern, gekoppelt mit ihrer Hemmung durch Antagonisten wie Trimethoprim und Methotrexat, die als antibakterielle oder antikrebsartige Mittel eingesetzt werden, hat DHFR zu einem Ziel der Chemotherapie gegen Krebs gemacht. Allerdings hat sich eine Resistenz gegen einige Medikamente entwickelt, als Folge von Veränderungen in DHFR selbst.

Struktur

Das zentrale achtsträngige Beta-Faltblatt stellt das Hauptmerkmal der Faltung des DHFR-Polypeptidrückgrats dar. Sieben dieser Ketten sind parallel und die achte ist antiparallel. Vier Alpha-Helices verbinden die kontinuierliche Beta-Kette. Die Reste 9-24 werden als "Met20" oder "Schleife 1" bezeichnet und sind zusammen mit anderen Schleifen Teil des Hauptsubdomänen, die die aktive Stelle umgeben. Die aktive Stelle befindet sich in der N-terminalen Hälfte der Sequenz und umfasst ein konservatives Pro-Trp-Dipeptid; es wurde gezeigt, dass Tryptophan an der Substratbindung des Enzyms beteiligt ist.

Klinische Bedeutung

Eine Dihydrofolat-Reduktase-Defizienz ist mit megaloblastärer Anämie verbunden und kann durch die Reduzierung der Form von Folsäure behandelt werden. Da Tetrahydrofolat, das Produkt dieser Reaktion, die aktive Form der menschlichen Folsäure ist, kann die Hemmung von DHFR zu einem funktionellen Folsäuremangel führen. Da DHFR eine Schlüsselrolle bei der Synthese von DNA-Vorläufern spielt, ist es ein attraktives hemmendes Medikament. Trimethoprim ist ein Antibiotikum, das die bakterielle DHFR hemmt, während Methotrexat (ein Chemotherapeutikum) die DHFR von Säugetieren hemmen kann. Aufgrund von Mutationen in DHFR selbst hat sich jedoch eine Resistenz gegen bestimmte Medikamente entwickelt. Mutationen in DHFR führen zu seltenen autosomal-rezessiven angeborenen Folsäurestoffwechselstörungen, die zu megaloblastärer Anämie, Pancytopenie und schwerem Folsäuremangel führen können. Kann durch Leucovorin korrigiert und ergänzt werden.

Funktionen

Dihydrofolat-Reduktase wandelt Dihydrofolat in Tetrahydrofolat um, das ein Methyl-Shuttle ist, das für die de novo-Synthese von Purinen, Thymidylat und bestimmten Aminosäuren erforderlich ist. Obwohl das funktionelle Dihydrofolat-Reduktase-Gen auf Chromosom 5 kartiert wurde, wurden mehrere Pseudogene oder Dihydrofolat-Reduktase-ähnliche Gene ohne Intronverarbeitung auf verschiedenen Chromosomen identifiziert. DHFR, das in allen Organismen vorkommt, spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Menge an Tetrahydrofolat in Zellen. Tetrahydrofolat und seine Derivate sind für die Synthese von Purin und Thymidylsäure unerlässlich und wichtig für die Zellproliferation und das Zellwachstum. DHFR spielt eine zentrale Rolle bei der Synthese von Nukleinsäurevorläufern, und es wurde gezeigt, dass mutierte Zellen, die vollständig ohne DHFR sind, Glycin, Aminosäuren und Thymidin benötigen, um zu wachsen. Es wurde auch gezeigt, dass DHFR ein Enzym ist, das an der Rettung von Tetrahydrobiopterin aus Dihydrobiopterin beteiligt ist.