PLD

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Einführung

Phospholipase D (PLD; KEGG-Enzymkomiteenummer 3.1.4.4) ist eine Phosphodiesterase, die von einer Superfamilie von Genen kodiert wird und eine Schlüsselrolle in einer Vielzahl von Signaltransduktions- und Stoffwechselwegen spielt. Diese Enzyme sind verantwortlich für die Katalyse der Entfernung von Kopfgruppen in Glycerophospholipiden, um Phosphatidsäure (PtdOH) für die Reaktion zu erzeugen, und das Ergebnis der Reaktion ist die stöchiometrische Freisetzung der freien Kopfgruppen. Eine der vier Untergruppen der PLD-Enzyme ist durch das konservierte H-X-K-X₄-D-X₆-G-(G/S)-katalytische Motiv, das als HKD-Motiv bezeichnet wird, gekennzeichnet. Mitglieder dieser Untergruppe können einen ähnlichen Reaktionsmechanismus verwenden, um die Phosphodiesterbindung durch das HKD-katalysierte Motiv zu hydrolysieren. Darüber hinaus können einige PLD-Enzyme, die kein HKD-Motiv aufweisen, ebenfalls PtdOH produzieren.

In Säugetierzellen sind die HKD-haltigen Isoenzyme PLD1 und PLD2 fast überall vorhanden, und sie fungieren oft als Knotenpunkte an der Zusammenführung von Signalwegen. Sie sind an vielen zellulären Prozessen beteiligt, die eine Membranumbildung oder Biogenese erfordern, einschließlich Vesikeltransport, Endozytose, Degranulation und Zellzyklusprogression. Das Substrat von PLD1 und PLD2 ist normalerweise Phosphatidylcholin, aber es kann auch andere aminhaltige Glycerophospholipide hydrolysieren, einschließlich Phosphatidylethanolamin und Phosphatidylserin. Viele PLD-Enzyme mit HKD-Motiv sind ebenfalls verantwortlich für die Katalyse der alternativen Reaktion der Hydrolyse (Transphosphatidylierung), bei der kurzkettige primäre Alkohole mit Wasser als Nucleophile konkurrieren, um ein Phosphatidylalkoholprodukt zu erzeugen.

Abbildung 1. Neueste Erkenntnisse haben Phospholipase D (PLD)-Enzyme als therapeutische Ziele bei einer Vielzahl von menschlichen Krankheiten identifiziert (Brown, H.A.; et al.2017)

PLD-Isoenzym-Inhibitoren

Bis 2009 gab es nur wenige chemische Werkzeuge, die uns helfen konnten, die Funktionen von PLD direkt zu untersuchen und zu klären, und keine kleinen Moleküle konnten in der Forschung zu den beiden Haupt-Isoenzymen von PLD bei Säugetieren (PLD1 und PLD2) oder anderen behandlungsbezogenen PLDs verwendet werden. Die Forschung auf diesem Gebiet beruht fast ausschließlich auf der Überexpression der katalytisch aktiven oder inaktiven Formen der Enzyme oder der Verwendung von RNA-vermittelter Interferenz (RNAi), um deren Expression zu blockieren. Diese biochemischen und genetischen Methoden haben jedoch kaum die Aufmerksamkeit der Pharmaindustrie auf sich gezogen. Um die PLD-Hemmung als praktikable Behandlung zu entwickeln, sind selektive kleine Moleküle für die Zielverifizierung erforderlich. Obwohl frühe Bemühungen bestimmte kleine Moleküle identifizierten, die die PLD-Funktion modulieren können, scheiterten diese Liganden letztendlich daran, die Entwicklung dieses Feldes zu beschleunigen, teilweise aufgrund ihrer offensichtlichen Unspezifität. Kürzlich ist die am häufigsten verwendete Klasse von Molekülen zur Untersuchung der Funktion von PLD-Enzymen primäre Alkohole. Wie oben erwähnt, blockieren Alkohole wie n-Butanol die Produktion von PtdOH, indem sie mit Wasser als Nucleophil konkurrieren. Unter experimentellen Bedingungen ist die Blockade der PtdOH-Produktion jedoch normalerweise unvollständig. Daher muss bei der Interpretation von Forschungsdaten, die primäre Alkohole (wie n-Butanol) verwenden, Vorsicht walten.

Nach vorne schauen und vorankommen

Lipid-Signalmetabolit-Intermediäre bieten potenzielle Ziele für die therapeutische Intervention bei vielen Krankheiten wie Krebs, Infektionskrankheiten und Störungen des zentralen Nervensystems. Aufgrund des schnellen Flusses dieser Lipide kann die Ansammlung von PtdOH sofort erfolgen, da PtdOH von Enzymen in DAG, Lyso-Phosphatidsäure (lysoPtdOH) und Bestandteile des Kennedy-Wegs umgewandelt wird (siehe Abbildung 2). Darüber hinaus sind die Rollen der PLD-Enzyme bei Krebs, Infektionen und neurodegenerativen Erkrankungen komplex und facettenreich, es ist jedoch leicht zu erkennen, dass dies die gemeinsame Rolle des intermediären Stoffwechsels in jeder dieser Krankheiten widerspiegelt.

Eine zentrale Frage ist derzeit, dass PtdOH hauptsächlich eine biophysikalische Rolle spielt oder nukleare Transkriptionsereignisse oder andere angeborene Immunprozesse beeinflusst, die auch von Bakterien und Parasiten ausgenutzt werden. Die strukturelle Rolle, die Lipide in der viralen Hülle spielen, muss noch weiter untersucht werden. Das über de novo Synthese im Kennedy-Weg, PLD-Weg und PLC-DGK-Weg produzierte tdOH erfordert weitere experimentelle Forschung in anderen pathogenen Mikroorganismen. Diese Ergebnisse werden unterstützen, ob Inhibitoren dieser Wege als Breitband-Antiinfektiva verwendet werden können, was jetzt entscheidend ist, da resistente Stämme weiterhin auftreten.

Abbildung 2. Stoffwechselwege, die zur Bildung von Phosphatidsäure (PtdOH) führen, umfassen de novo Biosynthese sowie die phospholipase D (PLD) und PLC-Diacylglycerol-Kinase (DGK)-vermittelten Signalwege (Brown, H.A.; et al.2017)