Punim imenom cAMP specifična 3’5’- ciklička fosfodiesteraza 4B enzim je iz obitelji fofodiesteraza 4 (PDE4) koje su značajne za hidrolizu cAMP-a te regulaciju unutarstaničnih koncentracija cikličkog adenozin monofosfata kao i 5’ adenozin monofosfata koji nastaje kao produkt hidrolize.
Klasifikacija
PDE4B izoforma je fosodiesteraza 4, obitelji enzima koji pripadaju superobitelji fosfodiesteraza (PDE). Unutar superobitelji PDE svrstane su 11 podobitelji fosfodiesteraza (PDE1-11) koje se razlikuju po tome koji supstrat hidroliziraju. Fosfodiesteraze 4, 7, 8 specifične su za hidrolizu cikličkog adenozin monofosfata, dok su fosfodiesteraze 5,6,9 specifične za hidrolizu cikličkog gvanozin monofosfata, a fosfodiesteraze 1, 2, 3, 10 i 11 imaju sposobnost hidrolize oba ciklička nukleotida. Uz PDE4B u obitelj PDE4 ubrajaju se i PDE4A, PDE4C i PDE4D.[1]
Struktura
PDE4B enzim građen je od 736 aminokiselina, a molekulska je masa ovog proteina 83,3 kDa. Struktura je karakteristična za enzime iz obitelji fosfodiesteraza 4 te je građen od 16-17 alfa uzvojnica. Prva 3D struktura otkrivena 2000. godine od strane znanstvenika Xu RX, Hassell AM, Vanderwall D. Struktura katalitičke domene dobivena je metodom x-ray kristalografije.[2]
Katalitička domena
Katalitička domena PDE4B enzima građena je od 330 aminokiselina. Za hidrolizu cAMP-a najbitniji je HD (histidin –aspartat) motiv iz sekvence PDE4B. Aktivno mjesto za hidrolizu cAMP-a sastoji se od 3 vezna područja – M, P i Q veznog džepa. M vezni džep je područje na koje se vežu atomi metala i važan je za vezanje cAMP-a. Uvijek se radi o ionima dvovalentih metala koji mogu varirati uzmeđu magnezija (Mg2+), mangana (Mn2+) ili cinka (Zn2+ ). P džep građen je od velikog broja polarnih kiselinskih ostataka te se u ovom području veže veliki broj molekula vode. Q džep važan je za regulaciju enzimatske aktivnosti PDE4B te se ne ovom mjestu veže inhibitor.[3]
Funkcija
PDE4B negativno regulira signalne puteve ovisne o cAMP-u hidrolizirajući cAMP u AMP, čime smanjuje njegovu unutarstaničnu koncentraciju. Budući da je cAMP ključni sekundarni glasnik, PDE4B na taj način precizno kontrolira brojne fiziološke procese; upala, stanični rast, proliferacija.[4] Bitnu ulogu ima u imunološkom sustavu gdje aktivnost PDE4B sudjeluje u regulaciji koncentracije citokina, proliferaciji i migraciji imunoloških stanica, čime utječe na upalne i obrambene odgovore organizma. Njegova aktivnost potiče upalne signale.[5]
Lokalizacija
Izofrome PDE4 pokazuju raznoliku subcelularnu lokalizaciju, što omogućuje preciznu prostornu i funkcionalnu regulaciju različitih signalnih puteva. Funkcija PDE4B je lokalizirana u blizini plazmatske membrane.[6]
Protein-protein interakcije
PDE4B ulazi u protein-protein interakcije s DISC1, PDE4D, NDEL1, NDE1, PAFAH1B1, tubulin, dinein, ATF4, AKAP što omogućuje preciznu prostorno-vremensku regulaciju cAMP-ovisnih signalnih puteva. Navedene interakcije usmjeravaju PDE4 u određene stanične domene, gdje moduliraju lokalnu koncentraciju cAMP-a.[7]
Laboratorijske metode za ispitivanje PDE4
Enzimski test razgradnje cAMP-a i IC₅₀ testovi inhibitora
Standardizirani testovi za mjerenje aktivnosti PDE4 i učinkovitosti inhibitora koriste se u visokoprotočnim formatima, omogućujući precizno određivanje IC₅₀ vrijednosti.[8]
Western blot i ELISA
Specifična antitijela protiv PDE4D koriste se u Western blot analizama za detekciju izoformi PDE4. ELISA testovi omogućuju kvantifikaciju PDE4 u biološkim uzorcima.[9]
Imunoprecipitacija i masena spektrometrija
Imunoprecipitacija u kombinaciji s masenom spektrometrijom koristi se za identifikaciju interakcijskih partnera PDE4 u staničnim kompleksima.[10]
FRET senzori za cAMP (live-cell imaging)
FRET (Förster Resonance Energy Transfer) senzori omogućuju praćenje dinamike cAMP-a u živim stanicama, otkrivajući lokalizirane promjene u signalizaciji.[11]
Biološke funkcije i povezanost s bolestima
Upalne bolesti
Povećana aktivnost PDE4 smanjuje razinu cAMP-a, što pojačava proizvodnju proupalnih citokina poput TNF-α, IL-6 i IL-1β. Inhibicija PDE4 može smanjiti ovu upalnu reakciju.[1]
Neurodegenerativni poremećaji
Deregulacija PDE4 povezana je s neurodegenerativnim bolestima poput Alzheimerove, Parkinsonove i Huntingtonove bolesti. Promjene u ekspresiji PDE4 izoformi utječu na cAMP signalizaciju u mozgu.[1]
Bolesti jetre
PDE4 regulira upalne procese u jetri, a njegova inhibicija može imati terapijski potencijal u liječenju bolesti poput nealkoholnog steatohepatitisa (NASH).[1]
Terapijski potencijal inhibitora PDE4
Razvoj inhibitora
Razvoj selektivnih inhibitora PDE4, poput roflumilasta i apremilasta, pokazao je učinkovitost u liječenju upalnih bolesti i ima potencijal u terapiji neurodegenerativnih poremećaja.[1]
Djelovanje na upalne citokine
Inhibitori PDE4 smanjuju proizvodnju proupalnih citokina, što ih čini korisnim u liječenju bolesti s izraženom upalnom komponentom.[1]
Izvori
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Kwak, Hyun Jeong; Nam, Ki Hyun (4. veljača 2025.). "Molecular Properties of Phosphodiesterase 4 and Its Inhibition by Roflumilast and Cilomilast" (engl.). Molecules 30 (3): 692. doi:10.3390/molecules30030692. ISSN 1420-3049. PMC 11820465. PMID 39942796. https://www.mdpi.com/1420-3049/30/3/692
- ↑ Xu, Robert X.; Hassell, Anne M.; Vanderwall, Dana; Lambert, Millard H.; Holmes, William D.; Luther, Michael A.; Rocque, Warren J.; Milburn, Michael V. et al. (9. lipanj 2000.). "Atomic Structure of PDE4: Insights into Phosphodiesterase Mechanism and Specificity" (engl.). Science 288 (5472): 1822–1825. doi:10.1126/science.288.5472.1822. ISSN 0036-8075. https://www.science.org/doi/10.1126/science.288.5472.1822
- ↑ Card, Graeme L.; England, Bruce P.; Suzuki, Yoshihisa; Fong, Daniel; Powell, Ben; Lee, Byunghun; Luu, Catherine; Tabrizizad, Maryam et al. (1. prosinac 2004.). "Structural Basis for the Activity of Drugs that Inhibit Phosphodiesterases" (engl.). Structure 12 (12): 2233–2247. doi:10.1016/j.str.2004.10.004. https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0969212604003727
- ↑ Azam, Mohammed Afzal (2014). "Selective Phosphodiesterase 4B Inhibitors: A Review". Scientia Pharmaceutica 82 (3): 453–481. doi:10.3797/scipharm.1404-08. PMC 4318138. PMID 25853062. http://www.mdpi.com/2218-0532/82/3/453
- ↑ Su, Yue; Ding, Jiaxiang; Yang, Fan; He, Cuixia; Xu, Yuanyuan; Zhu, Xingyu; Zhou, Huan; Li, Hongtao (6. listopad 2022.). "The regulatory role of PDE4B in the progression of inflammatory function study". Frontiers in Pharmacology 13. doi:10.3389/fphar.2022.982130. ISSN 1663-9812. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphar.2022.982130/full
- ↑ Blackman, Brigitte E.; Horner, Kathleen; Heidmann, Julia; Wang, Dan; Richter, Wito; Rich, Thomas C.; Conti, Marco (1. travanj 2011.). "PDE4D and PDE4B Function in Distinct Subcellular Compartments in Mouse Embryonic Fibroblasts" (engl.). Journal of Biological Chemistry 286 (14): 12590–12601. doi:10.1074/jbc.M110.203604. PMC 3069460. PMID 21288894. https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0021925820516360
- ↑ Maurice, Donald H.; Ke, Hengming; Ahmad, Faiyaz; Wang, Yousheng; Chung, Jay; Manganiello, Vincent C. (1. travanj 2014.). "Advances in targeting cyclic nucleotide phosphodiesterases" (engl.). Nature Reviews Drug Discovery 13 (4): 290–314. doi:10.1038/nrd4228. ISSN 1474-1776. PMC 4155750. PMID 24687066. https://www.nature.com/articles/nrd4228
- ↑ Davi, Marilyne; Sadi, Mirko; Pitard, Irene; Chenal, Alexandre; Ladant, Daniel (8. listopad 2022.). "A Robust and Sensitive Spectrophotometric Assay for the Enzymatic Activity of Bacterial Adenylate Cyclase Toxins" (engl.). Toxins 14 (10): 691. doi:10.3390/toxins14100691. ISSN 2072-6651. PMC 9609896. PMID 36287960. https://www.mdpi.com/2072-6651/14/10/691
- ↑ Chen, Zile; Li, Yiting; Xie, Yongyi; Nie, Shu; Chen, Bin; Wu, Zhouwei (1. svibanj 2023.). "Roflumilast enhances the melanogenesis and attenuates oxidative stress-triggered damage in melanocytes" (engl.). Journal of Dermatological Science 110 (2): 44–52. doi:10.1016/j.jdermsci.2023.04.001. https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0923181123000804
- ↑ Maréchal, Loïze; Guillemette, Christine; Goupil, Serge; Blondin, Patrick; Leclerc, Pierre; Richard, François J. (1. veljača 2017.). "Cyclic nucleotide phosphodiesterases in human spermatozoa and seminal fluid: Presence of an active PDE10A in human spermatozoa" (engl.). Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects 1861 (2): 147–156. doi:10.1016/j.bbagen.2016.11.006. https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0304416516304093
- ↑ Kraft, Axel E.; Bork, Nadja I.; Subramanian, Hariharan; Pavlaki, Nikoleta; Failla, Antonio V.; Zobiak, Bernd; Conti, Marco; Nikolaev, Viacheslav O. (8. ožujak 2024.). "Phosphodiesterases 4B and 4D Differentially Regulate cAMP Signaling in Calcium Handling Microdomains of Mouse Hearts" (engl.). Cells 13 (6): 476. doi:10.3390/cells13060476. ISSN 2073-4409. PMC 10969065. PMID 38534320. https://www.mdpi.com/2073-4409/13/6/476