1.1 Біохімія MGP

 

 

Матриксний Gla-протеїн (MGP) є представником групи залежних від вітаміну K білків, що містять залишки γ-карбоксиглютамінової кислоти (Gla). До цієї ж групи належать білки, що беруть участь у коагуляції крові: протромбін, фактори VII, IX і X, протеїни C, S і Z. Подібним до MGP є кістковий Gla-протеїн (BGP), відомий також під назвою остеокальцин. Уперше білок, названий MGP, було виділено в 1983 році в лабораторії Price з екстрактів демінералізованого матриксу кісток биків [15]. Таке екстрагування здійснювали розчинами сечовини з додаванням хлориду кальцію. MGP виявився відмінним від відкритого раніше BGP, хоча мав з ним дуже багато схожих рис, що свідчило про спільне еволюційне походження цих двох матриксних протеїнів. Згодом було визначено первинну структуру MGP, основні хімічні характеристики, локалізацію гена MGP та його будову [16,17]. На відміну від BGP, який синтезується виключно в тканинах кісток і зубів (структурах з фізіологічною мінералізацією), MGP утворюється в багатьох м’яких тканинах, зокрема в хрящах, серці, нирках, легенях, стінках кровоносних судин [18,19]. У кожній з цих тканин експресію MGP виявляли лише в окремих, специфічних для даного органа, типах клітин [18]. Здатність до синтезу MGP мають остеобласти, хондроцити, гладкі м’язові клітини (ГМК) судин, пневмоцити, клітини ниркового епітелію, фібробласти, макрофаги [18,19,20,22,23,24].

У тканинах серця і легень щурів рівень мРНК MGP у 10 разів, а в тканинах нирок – у 5 разів вищий , ніж у кістках. Натомість вміст самого MGP у цих тканинах у 40-500 разів нижчий, якщо порівнювати з кістками [18]. Низькі рівні MGP на тлі високої експресії його гена наводять на думку, що цей білок навряд чи діє винятково через накопичення в позаклітинному матриксі. Очевидно, що MGP акумулюється тільки в місцях кальцифікації, а більша його частина, синтезована в м’яких тканинах, надходить у плазму крові, де концентрація MGP складає від 0,3 до 1 мкг/мл залежно від виду тварин [19].

Молекула MGP людини (мол. маса 10 кДа) складається з 84 амінокислотних залишків, 5 з яких представлено γ-карбоксиглютаміновою кислотою (Gla) [19]. З кісток щурів виділено дві форми MGP, що мають 79 і 83 залишки, тобто в них бракує відповідно 5 і 1 амінокислот від С-кінця білкової молекули [20,25]. На відміну від усіх відомих сьогодні вітамін К-залежних білків MGP не має форми пропептиду [20]. Хоча MGP містить великий відсоток гідрофільних амінокислотних залишків, він майже не розчинний у воді (розчинність < 10 мкг/мл), а тому його транспорт плазмою крові може відбуватися тільки в комплексі з іншими водорозчинними білками.

Щойно синтезована молекула MGP складається із 103 амінокислотних залишків (84 – це зрілий білок та 19 – трансмембранний сигнальний пептид) і містить, починаючи з N-кінця, три функціональні ділянки: (1) трансмембранний сигнальний пептид (transmembrane signal peptide); (2) імовірний сайт, що його розпізнає γ-карбоксилаза (putative recognition site for γ-carboxylase); (3) домен, що містить залишки Gla  (Gla-containing domain) [20]. Утворений у клітинах MGP зазнає посттрансляційної модифікації, яка полягає в карбоксилюванні п’яти залишків глютамінової кислоти (Glu) з утворенням γ-карбоксиглютамінової кислоти (Gla). Зазначена реакція каталізується ферментом γ-глютамілкарбоксилазою (GGCX) і є спряженою з окисненням відновленої форми вітаміну К (гідрохінону) в 2,3-епоксид вітаміну К. Таким чином, без окиснення вітаміну К не може відбуватися карбоксилювання Glu-залишків молекули MGP. У свою чергу достатня кількість вітаміну К для реакції карбоксилювання MGP залежить від стану зворотної реакції його відновлення, яка здійснюється за допомогою вітамін К-епоксидредуктазного комплексу (VKOR).На додаток до γ-карбоксилювання, MGP може зазнавати й інших посттрансляційних модифікацій, зокрема, (1) специфічного протеолітичного розщеплення в С-термінальній ділянці молекули [5,26] і (2) фосфорилювання трьох серинових залишків у N-кінцевому хвості [27]. Після наведених вище реакцій MGP накопичується у структурах апарату Ґольджі і секретується в позаклітинний простір, де і виконує свої функції.