Neuraminidáza

Neuraminidáza, též exo-α-sialidáza, acetylneuraminidáza nebo sialidáza, systematickým názvem acetylneuraminyl hydrolasa, číselným označením EC 3.2.1.18, je enzym, který štěpí glykosidové vazby mezi terminální kyselinou sialovou a subterminální galaktózou v oligosacharidech, glykoproteinech, glykolipidech a dalších substrátech.

Nejznámější je virová neuraminidáza na povrchu chřipkového viru, ale enzym je vlastní i dalším virům, je faktorem virulence bakterií i parazitických prvoků a v neposlední řadě je přítomný v savčích buňkách, kde se vyskytuje v lysozomech, cytosolu i asociovaný s cytoplazmatickou membránou - podílí se na degradaci glykoproteinů a proto vrozený defekt neuraminidázy vede ke vzácné střádací chorobě, sialidóze.

Biochemický úvod

Glykoproteiny jsou bílkoviny, které mají na centrální bílkovinný řetězec kovalentně navázané řetězce oligosacharidů. V organismu plní mnohé funkce - jsou to bílkoviny plasmatické membrány, buněčné receptory, některé hormony a naprostá většina plasmatických proteinů jsou rovněž glykoproteiny. Tvoří také složku hlenu.

Neuraminidáza katalyzuje hydrolýzu α-(2 → 3), α-(2 → 6) a α-(2 → 8) glykosidových vazeb mezi kyselinou sialovou (nejč. kyselinou N-acetylneuraminovou) a subterminálním cukrem, v N-vázaných glykoproteinech tedy nejčastěji galaktózou.

Neuraminidáza a její funkce u různých organismů

Neuraminidáza u virů

Virus chřipky pod elektronovým mikroskopem – na povrchu je patrná neuraminidáza a hemaglutinin

Neuraminidáza se jako povrchový antigen vyskytuje u všech virů z čeledi Orthomyxoviridae (chřipkové viry) a dále u rodu Paramyxovirus (způsobuje např. parainfluenzu skotu nebo Newcastleskou nemoc) a Rubulavirus (virus příušnic).

Nejlépe je její funkce prozkoumána u chřipkového viru (virus influenzy typu A), který způsobuje onemocnění horních dýchacích cest u člověka i zvířat. Virus sám má afinitu právě ke sliznici respiračního traktu – ta je ale před infekcí chráněna vrstvou hlenu.

Při chřipce se neuraminidáza uplatní několika způsoby – na začátku infekce rozštěpí hlen a umožní virionům dostat se k buňkám. Virion vstupuje do buňky přes receptor (a receptor je glykoprotein, zakončený kyselinou sialovou) pomocí druhého povrchového antigenu, hemaglutininu. Ten se váže právě ke kyselině sialové.

Nově vzniklé virové částice unikají z buňky pučením přes cytoplasmatickou membránu a při tom získávají obal. Ten ale, stejně jako původní membrána, obsahuje glykoproteiny (s kyselinou sialovou) – hrozí tedy, že by se nově vzniklé viriony díky hemaglutininu „přilepily“ k sobě navzájem a k membráně mateřské buňky. Neuraminidáza proto kyselinu sialovou odštěpí, umožní uvolnění virionů z buňky a zabrání jejich agregaci.

Specifické protilátky proti neuraminidáze nejsou schopné zabránit infekci, ale snižují replikační aktivitu a zabraňují dalšímu šíření viru. Viry chřipky se imunitní odpovědi hostitele brání vytvářením různých antigenních variant povrchových antigenů, tedy i neuraminidázy. Na základě její antigenní struktury se viry influenzy A zařazují do 9 suptypů (N1-N9).

Inhibitory neuraminidázy

Inhibitory neuraminidázy blokují funkci virové neuraminidázy a působí tak jako účinná antivirotika. K těmto substancím patří oseltamivir („Tamiflu®“) a zanamivir („Relenza®“).

Neuraminidáza u bakterií

Neuraminidáza je tvořena bakteriálními patogeny dýchacích cest a zřejmě slouží jako faktor virulence, modifikuje receptory na apikálním povrchu buněk a umožňuje kolonizaci sliznic. Přesná úloha neuraminidázy v patogenezi onemocnění je však zatím neznámá^[1]. Nicméně mutantní kmen bakterie P.aeruginosa, který neměl schopnost sysntetizovat neuraminidázu, ztratil také schopnost způsobit infekci in vivo a inhibitory bakteriální neuraminidázy by se tak v budoucnu mohly stát způsobem, jak zabránit vzplanutí bakteriálního zápalu plic^[1].

Bakterie, které tvoří neuraminidázu

Neuraminidáza byla objevena u mnoha druhů bakterií, zvláště pak u patogenních kmenů.

B. fragilis (barvený dle Grama)

P. aeruginosa

Prvoci tvořící neuraminidázu

Neuraminidáza je syntetizována také parazitickými prvoky, jako je Trichomonas vaginalis^[8] nebo trypanozomy.

Neuraminidáza v lidských buňkách

V savčích buňkách, tedy i v buňkách člověka, se také nachází neuraminidáza. Syntetizované glykoproteiny podléhají neustálé obměně a neuraminidáza tak společně s dalšími glykosidázami zajišťuje jejich degradaci.

lysosomální sialidáza, N-acetyl-α-neuraminidasa 1, NEU1
cytosolová neuraminidáza, N-acetyl-α-neuraminidasa 2, NEU2
membránová neuraminidáza, (gangliosidová sialidáza), N-acetyl-α-neuraminidasa 3, NEU3
sialidáza 4, N-acetyl-α-neuraminidasa 4

Nedostatečná aktivita NEU1 vede ke střádavé chorobě, při níž se v lysosomech postupně hromadí sializované glykopeptidy a oligosacharidy. Tato geneticky podmíněná nemoc, sialidóza, se projevuje mentální retardací, neurologickými abnormalitami, hrubými rysy v obličeji a deformacemi páteře. V moči nemocných se nacházejí abnormální degradační produkty a pod mikroskopem je patrná vakuolizace buněk. Závažnost choroby kolísá od mírného průběhu až po rychle progredující, který vede ke smrti pacienta brzy po narození.

Neuraminidáza ve výzkumu

Neuraminidáza je vysoce specifický enzym, který štěpí jen konkrétní glykosidickou vazbu. Jako takový je užitečný při strukturní analýze oligosacharidů, při odhalování vazeb kyseliny sialové a při desializaci glykoproteinů (což odhaluje vazebná místa).

Odkazy

Reference

↑ ^a ^b SOONG, G. Bacterial neuraminidase facilitates mucosal infection by participating in biofilm production. Journal of Clinical Investigation. 2006-08-01, roč. 116, čís. 8, s. 2297–2305. Dostupné online [cit. 2025-01-13]. ISSN 0021-9738. doi:10.1172/JCI27920. PMID 16862214. (anglicky)
↑ FRASER, A. G.; BROWN, R. Neuraminidase production by Bacteroidaceae. Journal of Medical Microbiology. 1981-02-01, roč. 14, čís. 1, s. 63–76. Dostupné online [cit. 2025-01-13]. ISSN 0022-2615. doi:10.1099/00222615-14-1-63. (anglicky)
↑ ALDAPE, Michael John; BRYANT, Amy Evelyn; MA, Yongsheng. The Leukemoid Reaction in Clostridium sordellii Infection: Neuraminidase Induction of Promyelocytic Cell Proliferation. The Journal of Infectious Diseases. 2007-06-15, roč. 195, čís. 12, s. 1838–1845. Dostupné online [cit. 2025-01-13]. ISSN 0022-1899. doi:10.1086/518004. PMID 17492600. (anglicky)
↑ FRASER, A. G.; COLLEE, J. G. The production of neuraminidase by food poisoning strains of Clostridium welchii (C. perfringens). Journal of Medical Microbiology. 1975-05-01, roč. 8, čís. 2, s. 251–263. Dostupné online [cit. 2025-01-13]. ISSN 0022-2615. doi:10.1099/00222615-8-2-251. PMID 167169. (anglicky)
↑ EZEPCHUK, Yu. V.; VERTIEV, Yu. V.; KOSTYUKOVA, N. N. The neuraminidase of corynebacterium diphtheriae as pathogenicity factor with spreading function. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 1973-02, roč. 75, čís. 2, s. 155–157. Dostupné online [cit. 2025-01-13]. ISSN 0007-4888. doi:10.1007/BF00805390. (anglicky)
↑ WANG, Qinning; CHANG, Barbara J.; MEE, Brian J. Neuraminidase production by Erysipelothrix rhusiopathiae. Veterinary Microbiology. 2005-05, roč. 107, čís. 3-4, s. 265–272. Dostupné online [cit. 2025-01-13]. doi:10.1016/j.vetmic.2005.01.022. (anglicky)
↑ BARTON, N. W.; ROSENBERG, A. Action of Vibrio cholerae neuraminidase (sialidase) upon the surface of intact cells and their isolated sialolipid components. The Journal of Biological Chemistry. 1973-11-10, roč. 248, čís. 21, s. 7353–7358. PMID: 4355577. Dostupné online [cit. 2025-01-13]. ISSN 0021-9258. PMID 4355577.
↑ PADILLA-VACA, F.; ANAYA-VELÁZQUEZ, F. Biochemical properties of a neuraminidase of Trichomonas vaginalis. The Journal of Parasitology. 1997-12, roč. 83, čís. 6, s. 1001–1006. PMID: 9406769. Dostupné online [cit. 2025-01-13]. ISSN 0022-3395. PMID 9406769.

Související články

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu Neuraminidáza na Wikimedia Commons

Literatura

VAŘEJKA F., MRÁZ O., SMOLA J., Speciální veterinární mikrobiologie, Vydáno: Praha: Státní zemědělské nakladatelství (1989), ISBN 80-209-0042-X
MURRAY, Robert K., et al. Harperova biochemie. Z angl. 23. vyd. přel. Lenka Fialová et. al. 4. vyd. v ČR. Praha: H & H, 2002. ix, 872 s. ISBN 80-7319-013-3.
MURRAY, Robert K., et al. Harperova biochemie. Z angl. 23. vyd. přel. Lenka Fialová et. al. 3. vyd. v ČR. Praha: H & H, 2001. ix, 872 s. ISBN 80-7319-003-6.
MURRAY, Robert K., et al. Harperova biochemie. Z angl. 23. vyd. přel. Lenka Fialová et. al. 2. vyd. v ČR. Praha: H & H, 1996. ix, 872 s. ISBN 80-85787-38-5.

[rfr1-1] SOONG, G. Bacterial neuraminidase facilitates mucosal infection by participating in biofilm production. Journal of Clinical Investigation. 2006-08-01, roč. 116, čís. 8, s. 2297–2305. Dostupné online [cit. 2025-01-13]. ISSN 0021-9738. doi:10.1172/JCI27920. PMID 16862214. (anglicky)

[2] FRASER, A. G.; BROWN, R. Neuraminidase production by Bacteroidaceae. Journal of Medical Microbiology. 1981-02-01, roč. 14, čís. 1, s. 63–76. Dostupné online [cit. 2025-01-13]. ISSN 0022-2615. doi:10.1099/00222615-14-1-63. (anglicky)

[3] ALDAPE, Michael John; BRYANT, Amy Evelyn; MA, Yongsheng. The Leukemoid Reaction in Clostridium sordellii Infection: Neuraminidase Induction of Promyelocytic Cell Proliferation. The Journal of Infectious Diseases. 2007-06-15, roč. 195, čís. 12, s. 1838–1845. Dostupné online [cit. 2025-01-13]. ISSN 0022-1899. doi:10.1086/518004. PMID 17492600. (anglicky)

[4] FRASER, A. G.; COLLEE, J. G. The production of neuraminidase by food poisoning strains of Clostridium welchii (C. perfringens). Journal of Medical Microbiology. 1975-05-01, roč. 8, čís. 2, s. 251–263. Dostupné online [cit. 2025-01-13]. ISSN 0022-2615. doi:10.1099/00222615-8-2-251. PMID 167169. (anglicky)

[5] EZEPCHUK, Yu. V.; VERTIEV, Yu. V.; KOSTYUKOVA, N. N. The neuraminidase of corynebacterium diphtheriae as pathogenicity factor with spreading function. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 1973-02, roč. 75, čís. 2, s. 155–157. Dostupné online [cit. 2025-01-13]. ISSN 0007-4888. doi:10.1007/BF00805390. (anglicky)

[6] WANG, Qinning; CHANG, Barbara J.; MEE, Brian J. Neuraminidase production by Erysipelothrix rhusiopathiae. Veterinary Microbiology. 2005-05, roč. 107, čís. 3-4, s. 265–272. Dostupné online [cit. 2025-01-13]. doi:10.1016/j.vetmic.2005.01.022. (anglicky)

[7] BARTON, N. W.; ROSENBERG, A. Action of Vibrio cholerae neuraminidase (sialidase) upon the surface of intact cells and their isolated sialolipid components. The Journal of Biological Chemistry. 1973-11-10, roč. 248, čís. 21, s. 7353–7358. PMID: 4355577. Dostupné online [cit. 2025-01-13]. ISSN 0021-9258. PMID 4355577.

[8] PADILLA-VACA, F.; ANAYA-VELÁZQUEZ, F. Biochemical properties of a neuraminidase of Trichomonas vaginalis. The Journal of Parasitology. 1997-12, roč. 83, čís. 6, s. 1001–1006. PMID: 9406769. Dostupné online [cit. 2025-01-13]. ISSN 0022-3395. PMID 9406769.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]