Prosessivitet i familie 18 kitinaser

Abstract

Astma er en kronisk betennelsessykdom som er et resultat av inflammasjon i luftveiene og det er anslått at 300 millioner mennesker lider av denne sykdommen. Antallet stiger ettersom flere land blir urbanisert og det er anslått at tallet vil nå 400 millioner innen 2025. Astmatikere krever kontinuerlig medisinsk pleie og en nedgang i antall tilfeller vil ha stor effekt på verdensøkonomien.

Kitin er en biopolymer som finnes i rikelige mengder i naturen, og årlig produseres det opp mot 100 milliarder tonn. Det er en lineær polymer bestående av repeterende β-(1,4)-N-acetylglukosamin [(GlcNc)n] som finnes som en strukturell polymer i cellevegger hos sopp, eksoskjelett hos insekter og skalldyr og hos helminter og artropoder. Kitin produseres og brytes ned av henholdsvis kitin syntaser og kitinaser. Kitinaser har vist å ha en rolle i antiparasittresponser i lavere livsformer, og mennesker produserer kitinaser som en del av immunforsvaret.

Acidic mammalian chitinase (AMCase) er en av kitinasene i glykosyl hydrolase familie 18, og anses som en komponent i astma og allergiske sykdommer. Proteinet er oppregulert i lungevev og makrofager hos astmapasienter, noe som indikerer at medfødte og arvelige defekter i AMCase kan ligge bak luftveisbetennelse og allergisk respons. AMCase har 57 % sekvenslikhet med chitotriosidase (HCHT), den andre kitinasen som er funnet hos mennesker. De har begge flere aromatiske residuer i direkte kontakt med substratet, og disse antas å påvirke enzymenes prosessivitet. HCHT er en del av det medfødte immunforsvar og er assosiert med flere sykdommer, blant annet Gaucher sykdom og sarkoidose, og forskning på de mekaniske egenskaper til HCHT er svært interessant. Det antas at ettersom de fleste substitusjonene av residuer fra HCHT til AMCase befinner seg på proteinoverflaten, vil dette være tegn på tilpassing av enzymet og ikke en forandring som påvirker proteinets reaksjonsmekanisme. Hemming av HCHT og AMCase er av medisinsk interesse og innsikt i enzymenes preferanser er viktig. Spesielt hemming av AMCase har vist å ha en positiv effekt på sykdomsforløpet hos astmatikere. De bakterielle kitinasene kitinase A (ChiA) og kitinase B (ChiB) har store likheter med de humane kitinasene og forskning på ChiA og ChiB kan avdekke kunnskaper som også er relevante for de humane kitinasene. ChiA og ChiB er raskere å dyrke og isolere, noe som gjør forskning på disse mer tidseffektivt. De bakterielle kitinasene deler flere strukturelementer med de humane, blant annet har de aromatiske residuer i det aktive setet som bidrar til å øke prosessiviteten, evnen til å holde på substratet. Polare residuer nær det aktive setet bidrar til å forstyrre den krystallinske strukturen og øke tilgjengeligheten til substratet. Ved å mutere residuer i og nær det aktive setet, antas det at prosessivitet og transglykosyleringsaktivitet kan påvirkes. Dette er svært interessant og vil gi mye kunnskap og muligheter innen kitinaseforskning.