Cała zawartość iLive jest sprawdzana medycznie lub sprawdzana pod względem faktycznym, aby zapewnić jak największą dokładność faktyczną.
Mamy ścisłe wytyczne dotyczące pozyskiwania i tylko linki do renomowanych serwisów medialnych, akademickich instytucji badawczych i, o ile to możliwe, recenzowanych badań medycznych. Zauważ, że liczby w nawiasach ([1], [2] itd.) Są linkami do tych badań, które można kliknąć.
Jeśli uważasz, że któraś z naszych treści jest niedokładna, nieaktualna lub w inny sposób wątpliwa, wybierz ją i naciśnij Ctrl + Enter.
Badanie potwierdza rolę genu DJ-1 w chorobie Parkinsona
Last reviewed: 03.08.2025
Zmutowany gen o nazwie DJ-1 powoduje recesywną postać choroby Parkinsona, ale mechanizm molekularny jest nadal słabo poznany. Aby zrozumieć, w jaki sposób DJ-1 hydrolizuje cykliczny bezwodnik 3-fosfoglicerynowy, wysoce reaktywny, toksyczny metabolit komórkowy, naukowcy z Japonii przeprowadzili symulacje molekularne i analizy biochemiczne, w tym analizę mutacji, potwierdzając rolę DJ-1 w patogenezie dziedzicznej choroby Parkinsona.
Ujawniając aminokwasy zaangażowane w jego aktywność katalityczną, niniejsza praca kładzie podwaliny pod przyszłe badania funkcjonalne DJ-1. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Journal of Cell Biology”.
Gen DJ-1/PARK7, związany z recesywną, rodzinną postacią choroby Parkinsona, koduje białko DJ-1, które ma potencjalną aktywność antyoksydacyjną i chroni komórki przed uszkodzeniem mitochondriów. Przypisuje mu się szeroki zakres funkcji biochemicznych – od białka opiekuńczego regulowanego redoks i regulatora transkrypcji, po glioksylazę, proteazę cysteinową i hydrolazę cyklicznego bezwodnika 3-fosfoglicerynowego (cPGA) – ale jego dokładna funkcja pozostaje niejasna.
Jednak kilka faktów dotyczących DJ-1 wskazuje, że jego główną rolą może być hydroliza cPGA. Ta funkcja enzymatyczna jest zgodna ze strukturą molekularną DJ-1, a wcześniej opisywana aktywność estrowa może odzwierciedlać jego rolę w hydrolizie cPGA. Niestabilność cPGA utrudnia eksperymentalne wykorzystanie tego substratu, co ograniczyło naszą wiedzę na temat roli DJ-1 w przekształcaniu tego reaktywnego produktu ubocznego glikolizy w detoksykowany 3-fosfoglicerynian (3PG).
Aby rozwiązać tę zagadkę, zespół badaczy pod przewodnictwem profesora Noriyukiego Matsudy i adiunkta Yoshitaki Moriwakiego z Instytutu Studiów Zintegrowanych w Science Tokyo połączył symulacje molekularne z analizami biochemicznymi i odkrył mechanizm katalityczny hydrolizy cPGA przez białko DJ-1.
„Analiza mutacji mająca na celu identyfikację reszt aminokwasowych krytycznych dla aktywności hydrolazy cPGA była dotychczas ograniczona do reszty C106 i nie zaproponowano żadnego modelu strukturalnego kompleksu cPGA–DJ-1 ani mechanizmu hydrolizy” – wyjaśnia Matsuda, opisując motywy swoich badań.
Aby zademonstrować molekularny mechanizm hydrolizy cPGA, zespół zbadał strukturę kompleksu DJ-1 z cPGA. Symulacje dynamiki molekularnej tego kompleksu ujawniły kluczowe aminokwasy, które tworzą „miejsce wiązania” DJ-1 i są odpowiedzialne za rozpoznawanie i wiązanie cPGA.
Następnie zmutowali te reszty aminokwasowe, aby wyjaśnić szczegóły mechanizmu hydrolizy cPGA. Eksperymenty te wykazały, że reszty E15 i E18 były istotne dla tworzenia kieszeni katalitycznej i tworzenia wiązań wodorowych z cząsteczką cPGA. Reszty G74, G75 i C106 brały udział w stabilizacji i tworzeniu tetraedrycznego produktu pośredniego w szlaku reakcji, podczas gdy reszty A107 i P158 determinowały odpowiednio tworzenie wiązań wodorowych z grupami funkcyjnymi cPGA oraz tworzenie miejsca wiązania cPGA.
Co istotne, naukowcy wykazali, że delecja P158 i mutacja typu missense w genie A107 (występująca również w rodzinnej chorobie Parkinsona) całkowicie zniosły aktywność hydrolazy DJ-1 w kierunku cPGA in vitro, co potwierdza patofizjologiczne konsekwencje mutacji DJ-1. Na podstawie tych wyników zespół zaproponował nowy, sześcioetapowy model molekularny reakcji hydrolazy DJ-1.
Aby ocenić fizjologiczne znaczenie DJ-1, naukowcy porównali aktywność hydrolazy cPGA w komórkach typu dzikiego i komórkach z wyłączonym genem DJ-1. W komórkach z wyłączonym genem DJ-1 aktywność hydrolazy cPGA była istotnie zmniejszona, co prowadziło do akumulacji metabolitów modyfikowanych cPGA. Wskazuje to, że cPGA jest głównym fizjologicznym celem znanych substratów DJ-1, a obserwowane mutacje prowadzą do całkowitej utraty funkcji hydrolizy cPGA.
Podsumowując swoje ustalenia, Moriwaki i Matsuda stwierdzają:
„Jesteśmy przekonani, że przedstawiony przez nas mechanizm molekularny zapewni solidną podstawę do przyszłych badań funkcjonalnych DJ-1 i pogłębi naszą wiedzę na temat patogenezy dziedzicznej choroby Parkinsona”.