Дигидрооротатдегидрогеназа и синтез пиримидинов¶

Дигидрооротатдегидрогеназа (DHODH, КФ 1.3.5.2) — фермент класса оксидоредуктаз, катализирующий четвёртую реакцию de novo биосинтеза пиримидиновых нуклеотидов: превращение дигидрооротата в оротат с сопряжённым восстановлением убихинона (коэнзима Q) в убихинол. У человека фермент кодируется геном DHODH, локализованным во внутренней мембране митохондрий.

¶Место в пути синтеза пиримидинов

Путь de novo синтеза уридинмонофосфата (UMP) включает шесть ферментативных стадий. Первые три протекают в цитозоле и приводят к образованию дигидрооротата:

1. Карбамоилфосфатсинтетаза II синтезирует карбамоилфосфат из глутамина, АТФ и бикарбоната.
2. Аспартаттранскарбамоилаза конденсирует карбамоилфосфат с аспартатом, образуя карбамоиласпартат.
3. Дигидрооротаза замыкает кольцо, давая дигидрооротат.

На этом этапе дигидрооротатдегидрогеназа, прикреплённая к внутренней мембране митохондрии, окисляет субстрат до оротата. Далее оротатфосфорибозилтрансфераза (UMPS) присоединяет рибозо-5-фосфат, а декарбоксилирование оротидинмонофосфата даёт UMP — предшественник всех пиримидиновых нуклеотидов (ЦТФ, дТМФ).

¶Структура и механизм

DHODH относится к семейству FMN-зависимых ферментов. В активном центре содержится флавинмононуклеотид (FMN), который в ходе катализа восстанавливается, а затем окисляется убихиноном. Реакция включает:

• перенос гидрид-иона от дигидрооротата к FMN;
• восстановление FMN до FMNH₂;
• реокисление FMN убихиноном, встроенным в мембрану.

У человека DHODH — мономерный белок массой около 43 кДа, заякоренный в мембране N-концевым гидрофобным доменом. У бактерий (например, Escherichia coli) встречается растворимая форма, использующая в качестве акцептора электронов фумарат или менахинон.

¶Классификация

Выделяют два семейства DHODH:

Класс 1 делится на подклассы 1A (димерные, FMN-содержащие) и 1B (используют НАД⁺ вместо FMN).

¶Клиническое значение

Нарушения работы фермента связаны с наследственной оротовой ацидурией — редким заболеванием, при котором оротат накапливается и выводится с мочой, вызывая кристаллурию и отставание в развитии. Заболевание обусловлено мутациями в гене DHODH или в гене UMPS.

DHODH — мишень для лекарственных препаратов:

• Терiflunomid (лефлуномид) — ингибитор DHODH, применяется при ревматоидном артрите и рассеянном склерозе; блокирует пролиферацию активированных лимфоцитов, зависимых от синтеза пиримидинов.
• Брекинарар — ингибитор DHODH, исследуется как противовирусное средство.
• Ингибиторы DHODH изучаются в онкологии, поскольку опухолевые клетки часто зависят от усиленного синтеза пиримидинов.

¶Регуляция

Экспрессия DHODH регулируется на уровне транскрипции факторами, контролирующими клеточный цикл (E2F). Активность фермента зависит от доступности убихинона в мембране и от концентрации субстрата. Ингибирование DHODH приводит к остановке клеточного цикла в S-фазе.

¶Эволюционные аспекты

DHODH — древний фермент, присутствующий у всех трёх доменов жизни. Различие между растворимыми и мембранными формами отражает адаптацию к разным условиям: анаэробные бактерии используют фумарат, аэробные эукариоты — убихинон, сопрягая синтез пиримидинов с дыхательной цепью.