Crystal structure of the purine nucleoside phosphorylase (PNP) from Cellulomonas sp. and its implication for the mechanism of trimeric PNPs

Tebbe, Jan; Bzowska, Agnieszka; Wielgus‐Kutrowska, Beata; Schröder, Werner; Kazimierczuk, Zygmunt; Shugar, David; Saenger, Wolfram; Koellner, G.

doi:10.1006/jmbi.1999.3327

Cited by 63 publications

(57 citation statements)

References 68 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Met 181 contacts the purine base, Phe 160 and the hydrophobic side of the ribosyl group. A similar interaction, involving an aromatic residue and methionine, is found in all known nucleoside phosphorylase structures (7,8,(11)(12)(13)(14)28). Strand ␤5 and strand ␤8, which includes Val 179 , are located on the opposite side of the purine base.…”

Section: Structure Of Ssmtapsupporting

confidence: 57%

“…His 5 , Met 181 , and Glu 182 are highly conserved among the hexameric members of the PNP family (7,15). A methionine residue equivalent to Met 181 has been identified in all known nucleoside phosphorylase structures (7,8,(11)(12)(13)(14)28). Interestingly, mutation of the equivalent methionine in human PNP had little affect on its activity (29), despite its high degree of conservation.…”

Section: Structure Of Ssmtapmentioning

confidence: 99%

“…Atomic resolution structures of human (8), bovine (9 -11), and Cellulomonas sp. (12) PNPs have been determined, and a human MTAP structure has recently been reported (13). Each of these structures reveals a similar trimeric arrangement of subunits.…”

mentioning

confidence: 99%

See 2 more Smart Citations

Three-dimensional Structure of a Hyperthermophilic 5′-Deoxy-5′-methylthioadenosine Phosphorylase from Sulfolobus solfataricus

Appleby

Mathews

Porcelli

et al. 2001

Journal of Biological Chemistry

View full text Add to dashboard Cite

The structure of 5-deoxy-5-methylthioadenosine phosphorylase from Sulfolobus solfataricus (SsMTAP) has been determined alone, as ternary complexes with sulfate plus substrates 5-deoxy-5-methylthioadenosine, adenosine, or guanosine, or with the noncleavable substrate analog Formycin B and as binary complexes with phosphate or sulfate alone. The structure of unliganded SsMTAP was refined at 2.5-Å resolution and the structures of the complexes were refined at resolutions ranging from 1.6 to 2.0 Å. SsMTAP is unusual both for its broad substrate specificity and for its extreme thermal stability. The hexameric structure of SsMTAP is similar to that of purine-nucleoside phosphorylase (PNP) from Escherichia coli, however, only SsMTAP accepts 5-deoxy-5-methylthioadenosine as a substrate. The active site of SsMTAP is similar to that of E. coli PNP with 13 of 18 nearest residues being identical. The main differences are at Thr 89 , which corresponds to serine in E. coli PNP, and Glu 163 , which corresponds to proline in E. coli PNP. In addition, a water molecule is found near the purine N-7 position in the guanosine complex of SsMTAP. Thr 89 is near the 5-position of the nucleoside and may account for the ability of SsMTAP to accept either hydrophobic or hydrophilic substituents in that position. Unlike E. coli PNP, the structures of SsMTAP reveal a substrate-induced conformational change involving Glu 163 . This residue is located at the interface between subunits and swings in toward the active site upon nucleoside binding. The high-resolution structures of SsMTAP suggest that the transition state is stabilized in different ways for 6-amino versus 6-oxo substrates. SsMTAP has optimal activity at 120°C and retains full activity after 2 h at 100°C. Examination of the three-dimensional structure of SsMTAP suggests that unlike most thermophilic enzymes, disulfide linkages play a key in role in its thermal stability. 5Ј-Deoxy-5Ј-methylthioadenosine phosphorylase (EC 2.4.2.28)from Sulfolobus solfataricus (SsMTAP) 1 functions in the purine salvage pathway where it catalyzes the phosphorolysis of 5Ј-deoxy-5Ј-methylthioadenosine (MTA) (1), a sulfur-containing nucleoside generated as a by-product of polyamine biosynthesis (2). The products of the MTA cleavage reaction are adenine and 5-methylthio-D-ribose 1-phosphate. S. solfataricus is a thermophilic microorganism belonging to Archaea, the third primary domain (3). The biosynthesis of the symmetrical polyamines, sym-norspermine and sym-norspermine, is highly operative in thermophilic archaebacteria (4), suggesting an important role for MTAP in the catabolism of large quantities of MTA in these organisms (Scheme 1).SsMTAP has been classified as a hyperthermophilic enzyme since its optimum temperature (120°C) is higher than the boiling point of water (1). The enzyme is also characterized by extreme thermostability, demonstrating full activity after 2 h at 100°C and showing an apparent melting temperature of 132°C. In addition, the enzyme remains stable in the presence of protein ...

show abstract

Section: Structure Of Ssmtapsupporting

confidence: 57%

Section: Structure Of Ssmtapmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Three-dimensional Structure of a Hyperthermophilic 5′-Deoxy-5′-methylthioadenosine Phosphorylase from Sulfolobus solfataricus

Appleby

Mathews

Porcelli

et al. 2001

Journal of Biological Chemistry

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Trimeric PNPs usually have a molecular mass of about 100 kDa. The structures of several trimeric PNPs have been determined (1)(2)(3)(4), and the catalytic mechanism has been well studied; the cleavage reaction is believed to proceed through an S N 1 mechanism with an oxocarbenium nucleoside intermediate (5)(6)(7), with ordered substrate binding, and with product release as the ratelimiting step (8,9). Hexameric PNPs are found only in lower organisms and have broader substrate specificity, accepting both 6-amino and 6-oxopurine nucleosides.…”

mentioning

confidence: 99%

Structural Basis for Substrate Specificity of Escherichia coli Purine Nucleoside Phosphorylase

Bennett

Allan

et al. 2003

Journal of Biological Chemistry

125

View full text Add to dashboard Cite

Purine nucleoside phosphorylase catalyzes reversible phosphorolysis of purine nucleosides and 2-deoxypurine nucleosides to the free base and ribose (or 2-deoxyribose) 1-phosphate. Whereas the human enzyme is specific for 6-oxopurine ribonucleosides, the Escherichia coli enzyme accepts additional substrates including 6-oxopurine ribonucleosides, 6-aminopurine ribonucleosides, and to a lesser extent purine arabinosides. These differences have been exploited in a potential suicide gene therapy treatment for solid tumors. In an effort to optimize this suicide gene therapy approach, we have determined the three-dimensional structure of the E. coli enzyme in complex with 10 nucleoside analogs and correlated the structures with kinetic measurements and computer modeling. These studies explain the preference of the enzyme for ribose sugars, show increased flexibility for active site residues Asp 204 and Arg 24 , and suggest that interactions involving the 1-and 6-positions of the purine and the 4-and 5-positions of the ribose provide the best opportunities to increase prodrug specificity and enzyme efficiency.

show abstract

“…В этой пространственной группе мономеры тримерной ПНФ связаны через тройную кристаллографическую ось таким образом, что различия между мономерами невозможны. Отсюда следует, что кристаллографическая структура этого фермента не даёт ответа на вопрос об отрицательной кооперативности, неоднородности активных центров, наблюдаемой при связывании некоторых лигандов [45,46]. Это относится и к ПНФ из эритроцитов человека (пространственная группа R32), которая, к сожалению, не позволяет получить кристаллы высокого дифракционного качества.…”

unclassified

Purine nucleoside phosphorylase

Pogosian¹,

Акопян²

2013

BIOMED KHIM

View full text Add to dashboard Cite

Пуриннуклеозидфосфорилаза (ПНФ) является одним из важнейших ферментов метаболизма пуринов, который способствует утилизации пуриновых оснований. В настоящее время актуальным является поиск эффективных ингибиторов этого фермента, необходимых для создания селективного Т-клеточного иммунодефицитного статуса о рганизма при трансплантации органов и тканей, а также при химиотерапии ряда патологий. Для их успешного практического применения необходимо глубокое всестороннее изучение самого фермента, его структуры, механизма реакции, функций.В обзоре суммированы новые данные по структуре ПНФ, проведён анализ физиологической роли фермента, рассмотрены основные механизмы реакции и действия этого фермента, представлены результаты работ по исследованию его физико-химических, кинетических и каталитических свойств.Ключевые слова: пуриннуклеозидфосфорилаза, свойства, структура, специфичность, активность, субстраты. ВВЕДЕНИЕ.Пуриннуклеозидфосфорилаза (пуриннуклеозид: ортофосфатрибозилтрансфераза -ПНФ, КФ 2.4.2.1) катализирует обратимую реакцию фосфоролиза пуриновых дезокси-и рибонуклеoзидов с образованием (d)Rib-1-P и соответствующих оснований. ПНФ играет ведущую роль в усвоении клеткой нуклеозидов и нуклеотидов. Возросший интерес к исследованиям ПНФ вызван рядом причин: 1) ПНФ используется для энзиматического синтеза биологически активных соединений с выраженными противоопухолевыми и противовирусными свойствами [1,2]; 2) обнаружены генетические мутанты с пониженной или отсутствующей ферментативной функцией, связанной с иммунодефицитными состояниями; 3) но наиболее значимая из причин -стремление охаректеризовать субстрат-связывающий центр ПНФ для конструирования эффективных, малотоксичных ингибиторов этого фермента (некоторые уже нашли своё применение в медицине, например, ацикловир), необходимых для создания в ряде случаев Т-клеточного иммунодефицитного статуса, при трансплантации органов и тканей, а также в химиотерапии [3,4]. 483 * -адресат для перепискиТак как иммунная система характеризуется чрезвычайно высокой лабильностью и страдает от многих неблагоприятных факторов среды, анализ её состояния служит высокочувствительным индикатором оценки сдвигов биологического равновесия. В свою очередь, те или иные дефекты иммунной системы, как врождённые так и приобретенные, служат существенным, а в определенных случаях решающим фактором возникновения патологического состояния. В силу этого одним из значимых элементов суждения о состоянии организма следует считать оценку функций иммунной системы, иммунного статуса [5]. ПНФ играет ведущую роль в поддержании иммунного статуса организма, Т-клеточного звена иммунной системы. Тщательный анализ большого числа параметров, по которым может оцениваться состояние иммунной системы в целом и её отдельных звеньев, позволил выделить наиболее информативные из них. Это привело к созданию стройной системы оценки иммунного статуса, которая в настоящее время всё шире внедряется в практику лечебных и лечебно-профилактических учреждений. Наиболее рациональным для оценки функций иммунной системы человека явл...

show abstract

Crystal structure of the purine nucleoside phosphorylase (PNP) from Cellulomonas sp. and its implication for the mechanism of trimeric PNPs

Cited by 63 publications

References 68 publications

Three-dimensional Structure of a Hyperthermophilic 5′-Deoxy-5′-methylthioadenosine Phosphorylase from Sulfolobus solfataricus

Three-dimensional Structure of a Hyperthermophilic 5′-Deoxy-5′-methylthioadenosine Phosphorylase from Sulfolobus solfataricus

Structural Basis for Substrate Specificity of Escherichia coli Purine Nucleoside Phosphorylase

Purine nucleoside phosphorylase

Contact Info

Product

Resources

About