Alfa 1-antitripsin

Alfa-1 antitripsin ili α₁-antitripsin (A1AT, α₁AT, A1A ili AAT) jest protein serpinske superporodice. Kod ljudi kodiran je genom SERPINA1. Kao inhibitor proteaza, znan je kao alfa₁–proteinazni inhibitor (A1PI) ili alfa₁-antiproteinaza (A1AP) jer inhibira razne proteaze (ne samo tripsin). U starijoj biomedicinskoj literaturi ponekad se nazivao ""serumski inhibitor tripsina"" (STI, datirana terminologija), jer je njegova sposobnost inhibicije tripsina bila istaknuta karakteristika njegovog ranog proučavanja. Kao tip inhibitora enzima, štiti tkiva od enzimskih upalnih ćelija, posebno neutrofilna elastaza i ima referentni raspon za krvne pretrage od 0,9–2,3 g/L (u SAD-u je referentni raspon izražen u mg/dL ili mikromolima), ali koncentracija se može višestruko povećati nakon akutne upale.

SERPINA1
Dostupne strukture PDB Pretraga ortologa: PDBe RCSB Spisak PDB ID kodova 1ATU, 1D5S, 1EZX, 1HP7, 1IZ2, 1KCT, 1OO8, 1OPH, 1PSI, 1QLP, 1QMB, 2D26, 2QUG, 3CWL, 3CWM, 3DRM, 3DRU, 3NDD, 3NDF, 3NE4, 3T1P, 7API, 8API, 9API, 4PYW, 5IO1
Identifikatori
Aliasi	SERPINA1
Vanjski ID-jevi	OMIM: 107400 MGI: 891968 HomoloGene: 20103 GeneCards: SERPINA1
Lokacija gena (čovjek) Hrom. Hromosom 14 (čovjek) Bend 14q32.13 Početak 94,376,747 bp Kraj 94,390,693 bp
Lokacija gena (miš) Hrom. Hromosom 12 (miš) Bend 12 E|12 52.98 cM Početak 103,729,853 bp Kraj 103,739,851 bp
Obrazac RNK ekspresije Više referentnih podataka o ekspresiji
Ontologija gena Molekularna funkcija • peptidase inhibitor activity • protease binding • GO:0001948, GO:0016582 vezivanje za proteine • vezivanje identičnih proteina • serine-type endopeptidase inhibitor activity Ćelijska komponenta • Golđijev aparat • endoplasmic reticulum lumen • COPII-coated ER to Golgi transport vesicle • Egzosom • endoplasmic reticulum-Golgi intermediate compartment membrane • platelet alpha granule lumen • extracellular region • Endoplazmatski retikulum • Golđijeva membrana • Vanćelijsko • intracellular membrane-bounded organelle • ficolin-1-rich granule lumen • collagen-containing extracellular matrix Biološki proces • Hemostaza • negative regulation of peptidase activity • platelet degranulation • endoplasmic reticulum to Golgi vesicle-mediated transport • COPII vesicle coating • acute-phase response • negative regulation of endopeptidase activity • Koagulacija (krv) • neutrophil degranulation • Posttranslacione modifikacije Izvori:Amigo / QuickGO
Ortolozi
Vrste	Čovjek	Miš
Entrez	5265	20703
Ensembl	ENSG00000197249 ENSG00000277377	ENSMUSG00000071177
UniProt	P01009	Q00897 P07758
RefSeq (mRNK)	NM_001127707 NM_000295 NM_001002235 NM_001002236 NM_001127700 NM_001127701 NM_001127702 NM_001127703 NM_001127704 NM_001127705 NM_001127706	NM_009246
RefSeq (bjelančevina)	NP_000286 NP_001002235 NP_001002236 NP_001121172 NP_001121173 NP_001121174 NP_001121175 NP_001121176 NP_001121177 NP_001121178 NP_001121179	NP_033272 NP_001239498 NP_033269
Lokacija (UCSC)	Chr 14: 94.38 – 94.39 Mb	Chr 12: 103.73 – 103.74 Mb
PubMed pretraga
Wikipodaci
Pogledaj/uredi – čovjek Pogledaj/uredi – miš

Kada krv sadrži neadekvatne količine A1AT ili funkcionalno oštećene A1AT (kao što je nedostatak alfa-1-antitripsina), neutrofilna elastaza se pretjerano slobodno razgrađuje elastin , degradirajući elastičnost pluća, što dovodi do respiratorne komplikacije, kao što je hronična opstruktivna plućna bolest, kod odraslih. Normalno, A1AT napušta mjesto porijekla, jetru i pridružuje se u sistemsku cirkulaciju; neispravan A1AT to ne može učiniti, nakupljajući se u jetri, što rezultira cirozom bilo kod odraslih ili djece.

Osim što se veže na neutrofilnu elastazu koju oslobađaju upalne ćelije, A1AT se također veže na elastazu lokaliziranu na površini ćelije, u kojem slučaju elastaza ne djeluje kao enzim, već djeluje tako da signalizira ćelijama da se kreću. Osim ćelija jetre, A1PI se proizvodi u koštanoj srži, limfocitnim i monocitnim ćelijama u limfoidnom tkivu i Panethovim ćelijama crijeva.

Inaktivacija A1AT drugim enzimima osim elastaze zbog upale/infekcije uzrokuje zaustavljanje migracije T-ćelija upravo na mjestu gdje postoji patološka uvreda. Ovo ukazuje na ulogu α1PI ne samo u kretanju limfocita kroz tkivo, već kao posljedicu infekcije, primarnu ulogu kao čuvara u imunskoj budnosti.

A1AT je i endogeni inhibitor proteaza i egzogeni oblik, koji se koristi kao lijek. Farmaceutski oblik je prečišćen iz krvi dobrovoljnih davatelja i prodaje se pod nezaštićenim nazivom alfa₁inhibitor proteinaze (ljudski) i pod različitim trgovačkim nazivima (uključujući Aralast NP, Glassia, Prolastin, Prolastin-C i Zemaira). Rekombinantne verzije su također dostupne, ali se trenutno koriste u medicinskim istraživanjima više nego kao lijekovi.

Aminokiselinska sekvenca

Dužina polipeptidnog lanca je 418 aminokiselina, a molekulska težina 46.737 Da..

10		20		30		40		50
MPSSVSWGIL		LLAGLCCLVP		VSLAEDPQGD		AAQKTDTSHH		DQDHPTFNKI
TPNLAEFAFS		LYRQLAHQSN		STNIFFSPVS		IATAFAMLSL		GTKADTHDEI
LEGLNFNLTE		IPEAQIHEGF		QELLRTLNQP		DSQLQLTTGN		GLFLSEGLKL
VDKFLEDVKK		LYHSEAFTVN		FGDTEEAKKQ		INDYVEKGTQ		GKIVDLVKEL
DRDTVFALVN		YIFFKGKWER		PFEVKDTEEE		DFHVDQVTTV		KVPMMKRLGM
FNIQHCKKLS		SWVLLMKYLG		NATAIFFLPD		EGKLQHLENE		LTHDIITKFL
ENEDRRSASL		HLPKLSITGT		YDLKSVLGQL		GITKVFSNGA		DLSGVTEEAP
LKLSKAVHKA		VLTIDEKGTE		AAGAMFLEAI		PMSIPPEVKF		NKPFVFLMIE
QNTKSPLFMG		KVVNPTQK

Simboli

C: Cistein
D: Asparaginska kiselina
E: Glutaminska kiselina
F: Fenilalanin
G: Glicin
H: Histidin
I: Izoleucin
K: Lizin
L: Leucin
M: Metionin
N: Asparagin
P: Prolin
Q: Glutamin
R: Arginin
S: Serin
T: Treonin
V: Valin
W: Triptofan
Y: Tirozin

Funkcija

U medicini, A1AT je 52-kDa serpin i smatra se najistaknutijim serpinom; termini α1-antitripsin i inhibitor proteaze (P_i) često se koriste naizmjenično.

Većina serpina inaktivira enzim vezujući se za njih kovalentno. Ovi enzimi se lokalno oslobađaju u relativno niskim koncentracijama, gdje ih odmah uklanjaju proteini poput A1AT. U reakciji akutne faze potrebno je dodatno povišenje, kako bi se "ograničilo" oštećenje uzrokovano aktiviranim neutrofilnim granulocitima i njihovim enzimom elastaza, koji razgrađuje vlakno elastin.

Osim što ograničava aktivnost elastaze, kako bi ograničio razgradnju tkiva, A1PI također djeluje inducirajući kretanje limfocita kroz tkivo, uključujući nezrele T-ćelije kroz timus, gdje nezrele T-ćelije sazrijevaju da postanu imunokompetentne T-ćelije, koje se oslobađaju u tkivo kako bi podigle imunsku reakciju.

Kao i svi serinski proteazni inhibitori, A1AT ima karakteristike strukture od beta-listova i alfa-heliksa. Mutacije u ovim područjima mogu dovesti do nefunkcionalnih proteina koji mogu polimerizirati i akumulirati seu jetri (infantilna jetrena ciroza).

Uloga u bolesti

Alfa-1 antitripsin (bijeli) s istaknutim 'reaktivnim središnjim petljom' (plavo) i A-listom (svijetlo plavo). (PDB: 1QLP)

Glavni članak: Nedostatak alfa-1 antitripsina

Poremećaji ovog proteina uključuju nedostatak alfa 1-antitripsina, autosomni kodominantni nasljedni poremećaj kod kojeg nedostatak alfa- 1 antitripsin dovodi do hronične nesmetne razgradnje tkiva. To uzrokuje degradaciju posebno plućnog tkiva i na kraju dovodi do karakterističnih manifestacija plućnog emfizema. Dokazi pokazuju da dim cigareta može dovesti do oksidacije metionina 358 α₁ -antitripsina (382 u prethodno obrađenom obliku koji sadrži signalni peptid od 24 aminokiseline), ostatak bitan za vezivanje elastaze; smatra se da je ovo jedan od primarnih mehanizama pomoću kojih pušenje (ili pasivno pušenje) može dovesti do emfizema. Budući da se A1AT eksprimira u jetri, određene mutacije u genu koji kodiraj protein mogu uzrokovati pogrešno savijanje proteina i poremećenu sekreciju, što može dovesti do ciroze jetre.

Izuzetno rijedak oblik P_i, zvani P_{i Pittsburgh} , funkcionira kao antitrombin (srodni serpin), zbog mutacije (Met 358 Arg). Zabilježeno je da je jedna osoba s ovom mutacijom umrla od krvareće dijateze.

Biopsija jetre pokazuje bogate PAS-pozitivne globule unutar periportnih hepatocita.

Utvrđeno je da pacijenti sa reumatoidnim artritisom (RA) stvaraju autoantitijela prema karbamiliranim oblicima A1AT u sinovijalnoj tečnosti. Ovo sugerira da A1AT može imati protivupalnu ili zaštitnu ulogu izvan pluća. Ova antitijela povezana su sa težim tokom bolesti, mogu se posmatrati godinama prije početka bolesti i mogu predvidjeti razvoj RA kod pacijenata sa artralgijom. Zbog toga se karbamilirani A1AT razvija kao antigenski biomarker za RA.

Genetika

Gen se nalazi na dugom kraku hromosoma 14 (sekvenca 14q32.1).

U različitim populacijama, opisano je preko 100 različitih varijanti α-antitripsina. Sjeverozapadni evropski najveći su rizik za nositeljstvo jednog od najčešćih mutantskih oblika A1AT, mutacije Z (Glu342Lys na M1A, rs28929474).

Biohemijska svojstva

A1AT je jednolančani glikoprotein, koji se sastoji od 394 aminokiseline u zrelom obliku i pokazuje mnoge glikoforme. Tri N-vezana mjesta glikozilacije uglavnom su opremljena takozvanim prehrambenim N-glikanima. Međutim, jedno posebno mjesto pokazuje značajnu količinu heterogenosti jer se tri–, pa čak i tetraantenarni N-glikani mogu vezati za asparagin 107 (UniProtKB aminokiselinska nomenklatura). Ovi glikani nose različite količine negativno nabijenih sijalinskih kiselina; to uzrokuje heterogenost uočenu na normalnom A1AT-u, kada se analizira pomoću izoelektričnog fokusiranja. Također, pokazano je da fukosilirani triantenarni N-glikani imaju fukozu kao dio takozvanog sijalil Lewis x epitopa, što bi ovom proteinu moglo dati posebna svojstva prepoznavanja proteinskih ćelija. Utvrđeno je da je pojedinačni cisteinski ostatak A1AT na položaju 256 (UniProtKB nomenklatura) kovalentno povezan sa slobodnim pojedinačnim cisteinom, pomoću disulfidnog mosta.

Analiza

Nivo A1AT u serumu najčešće se određuje dodavanjem antitijela koje se veže za A1AT, zatim pomoću turbidimetrije za mjerenje količine A1AT. Druge metode detekcije uključuju upotrebu testova imuno-sorbenata povezanih s enzimima i radijalnu imunodifuziju.

Za određivanje fenotipa A1AT koriste se različite analitičke metode. Kako elektroforeza proteina nije precizna, fenotip A1AT se analizira pomoću izoelektričnog fokusiranja (IEF), u rasponu pH 4,5-5,5, gdje protein migrira u gelu prema svojoj izoelektričnoj tački ili naboju u gradijentu pH.

Uobičajeni A1AT naziva se M, jer migrira prema centru takvog IEF gela. Druge varijante su manje funkcionalne i nazivaju se A-L i N-Z, ovisno o tome prolaze li proksimalno ili distalno od M pojasa. Prisustvo devijantnih traka na IEF-u može ukazivati na prisustvo nedostak alfa 1-antitripsina. Budući da je broj identificiranih mutacija premašio broj slova u abecedi, najnovijim otkrićima u ovoj oblasti dodani su indeksi, kao u gore opisanoj mutaciji u Pittsburghu.

Kako svaka osoba ima dvije alelne kopije gena A1AT, heterozigot s dvije različite kopije gena može imati dvije različite trake koje se pokazuju na elektrofokusiranju, iako će heterozigot sa jednim nultim mutantom koji dokine ekspresiju gena pokazati samo jedan pojas.

U rezultatima testiranja krvi, rezultati IEF-a su označeni kao u P_i MM, gdje P_i znači inhibitor proteaze i MM je obrazac povezivanja tog pacijenta.

Nivoi alfa-1 antitripsina u krvi zavise od genotipa. Neki mutirani oblici ne uspijevaju se pravilno saviti i, prema tome, ciljaju se na uništavanje u proteasomu, dok drugi imaju tendenciju da polimeriziraju, zadržavajući se u endoplazmatskom retikulumu. Serumski nivoi nekih uobičajenih genotipova su:

• PiMM: 100% (normalno)
• PiMS: 80% normalnog serumskog nivoa A1AT
• PiSS: 60% normalnog serumskog nivoa A1AT
• PiMZ: 60% normalnog serumskog nivoa A1AT
• PiSZ: 40% normalnog serumskog nivoa A1AT
• PiZZ: 10-15% (ozbiljan nedostatak alfa 1-antitripsina)
• PiZ je uzrokovan mutacijom glutamata do lizina na poziciji 342 (366 u prethodno obrađenom obliku)
• PiS je uzrokovan mutacijom glutamata do valina na položaju 264 (288 u prethodno obrađenom obliku)

Opisani su i drugi rjeđi oblici; ukupno postoji preko 80 varijanti.

Medicinska upotreba

{{{Naziv lijeka}}}
Naziv lijeka	{{{Naziv lijeka}}}
Grupa	{{{Grupa}}}
Klasifikacija
Stručne informacije
Hemijske osobine
nema formule Ime po IUPAC ---
Farmakokinetičke osobine

Alfa-1 antitripsinski koncentrati se pripremaju iz krvne plazme davatelja krvi. Američka Uprava za hranu i lijekove (FDA) odobrila je upotrebu četiri alfa-1 antitripsinska proizvoda dobivena iz ljudske plazme: Prolastin, Zemaira, Glassia i Aralast. Ovi proizvodi za intravenoznu augmentacijsku terapiju A1AT mogu koštati i do 100.000 USD godišnje po pacijentu. Primjenjuju se intravenozno u dozi od 60 mg/kg jednom sedmično; veće doze ne pružaju dodatnu korist, iako se mogu koristiti u očekivanju prekida sedmične primjene, naprimjer za godišnji odmor.

Inhibitor alfa1-proteinaze (Respreeza) odobren je za medicinsku upotrebu u Evropskoj uniji u septembru 2015. Indiciran je za održavanje, kako bi se usporilo napredovanje emfizema kod odraslih osoba s dokumentiranim teškim nedostatkom inhibitora alfa1-proteinaze (npr. genotipovi PiZZ, PiZ (nula), Pi (nula, nula),PiSZ). Ljudi trebaju biti pod optimalnim farmakološkim i nefarmakološkim tretmanom i pokazati dokaze o progresivnoj plućnoj bolesti (npr. predviđeni manji volumen prisilnog izdisaja u sekundi (FEV1), smanjenu sposobnost hodanja ili povećan broj egzacerbacija) prema procjeni zdravstvenog radnika sa iskustvom u liječenje nedostatka inhibitora alfa1-proteinaze.

Najčešće nuspojave uključuju omaglicu, glavobolju, dispneju (otežano disanje) i mučninu. Tokom liječenja primijećene su alergijske reakcije, od kojih su neke bile teške.

Proučava se terapija A1AT povećanim aerosolom. Ovo uključuje udisanje prečišćenog ljudskog A1AT u pluća i hvatanje A1AT-a u donji respiratorni trakt. Međutim, inhalirani A1AT možda neće doći do elastinskih vlakana u plućima, gdje dolazi do ozljede elastaze. Dodatne studije su u toku. Rekombinantni alfa-1 antitripsin još nije dostupan za upotrebu kao lijek, ali je u razvoju.

Historija

Axelsson i Laurell prvi su (1963.) proučavali mogućnost alelnih varijanti A1AT-akoje se vežu za bolest.

Dopunska literatura

• Kalsheker N (april 1989). "Alpha 1-antitrypsin: structure, function and molecular biology of the gene". Bioscience Reports. 9 (2): 129–38. doi:10.1007/BF01115992. PMID 2669992. S2CID 34243822.
• Crystal RG (decembar 1989). "The alpha 1-antitrypsin gene and its deficiency states". Trends in Genetics. 5 (12): 411–7. doi:10.1016/0168-9525(89)90200-X. PMID 2696185.
• Carrell RW, Jeppsson JO, Laurell CB, Brennan SO, Owen MC, Vaughan L, Boswell DR (juli 1982). "Structure and variation of human alpha 1-antitrypsin". Nature. 298 (5872): 329–34. Bibcode:1982Natur.298..329C. doi:10.1038/298329a0. PMID 7045697. S2CID 11904305.
• Elliott PR, Abrahams JP, Lomas DA (januar 1998). "Wild-type alpha 1-antitrypsin is in the canonical inhibitory conformation". Journal of Molecular Biology. 275 (3): 419–25. doi:10.1006/jmbi.1997.1458. PMID 9466920.
• Miyamoto Y, Akaike T, Maeda H (mart 2000). "S-nitrosylated human alpha(1)-protease inhibitor". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Protein Structure and Molecular Enzymology. 1477 (1–2): 90–7. doi:10.1016/S0167-4838(99)00264-2. PMID 10708851.
• Coakley RJ, Taggart C, O'Neill S, McElvaney NG (januar 2001). "Alpha1-antitrypsin deficiency: biological answers to clinical questions". The American Journal of the Medical Sciences. 321 (1): 33–41. doi:10.1097/00000441-200101000-00006. PMID 11202478. S2CID 2458903.
• Lomas DA, Lourbakos A, Cumming SA, Belorgey D (april 2002). "Hypersensitive mousetraps, alpha1-antitrypsin deficiency and dementia". Biochemical Society Transactions. 30 (2): 89–92. doi:10.1042/BST0300089. PMID 12023831.
• Kalsheker N, Morley S, Morgan K (april 2002). "Gene regulation of the serine proteinase inhibitors alpha1-antitrypsin and alpha1-antichymotrypsin". Biochemical Society Transactions. 30 (2): 93–8. doi:10.1042/BST0300093. PMID 12023832.
• Perlmutter DH (decembar 2002). "Liver injury in alpha1-antitrypsin deficiency: an aggregated protein induces mitochondrial injury". The Journal of Clinical Investigation. 110 (11): 1579–83. doi:10.1172/JCI16787. PMC 151639. PMID 12464659.
• Lomas DA, Mahadeva R (decembar 2002). "Alpha1-antitrypsin polymerization and the serpinopathies: pathobiology and prospects for therapy". The Journal of Clinical Investigation. 110 (11): 1585–90. doi:10.1172/JCI16782. PMC 151637. PMID 12464660.
• Lisowska-Myjak B (februar 2005). "AAT as a diagnostic tool". Clinica Chimica Acta; International Journal of Clinical Chemistry. 352 (1–2): 1–13. doi:10.1016/j.cccn.2004.03.012. PMID 15653097.
• Lomas DA (2005). "Molecular mousetraps, alpha1-antitrypsin deficiency and the serpinopathies". Clinical Medicine. 5 (3): 249–57. doi:10.7861/clinmedicine.5-3-249. PMC 4952210. PMID 16011217.
• Rudnick DA, Perlmutter DH (septembar 2005). "Alpha-1-antitrypsin deficiency: a new paradigm for hepatocellular carcinoma in genetic liver disease". Hepatology. 42 (3): 514–21. doi:10.1002/hep.20815. PMID 16044402. S2CID 37875821.

Vanjski linkovi

• "Alpha 1-Antitrypsin". Drug Information Portal. U.S. National Library of Medicine.
• The MEROPS online database for peptidases and their inhibitors: I04.001 Arhivirano 1. 4. 2008. na Wayback Machine
• Proteopedia: Alpha-1-antitrypsin
• Lokacija ljudskog genoma SERPINA1 i stranica sa detaljima o genu SERPINA1 u UCSC Genome Browseru.