Structural and functional characterization of engineered bifunctional fusion proteins of CD39 and CD73 ectonucleotidases

双功能 表征(材料科学) 融合蛋白 融合 计算生物学 化学 重组DNA 生物 材料科学 生物化学 纳米技术 哲学 语言学 基因 催化作用
作者
Elizabeth H. Zhong,Carola Ledderose,Paola de Andrade Mello,Keiichi Enjyoji,Justin Mark Lunderberg,Wolfgang G. Junger,Simon C. Robson
出处
期刊:American Journal of Physiology-cell Physiology [American Physical Society]
卷期号:320 (1): C15-C29 被引量:10
标识
DOI:10.1152/ajpcell.00430.2020
摘要

Extracellular diphosphate and triphosphate nucleotides are released from activated or injured cells to trigger vascular and immune P2 purinergic receptors, provoking inflammation and vascular thrombosis. These metabokines are scavenged by ectonucleoside triphosphate diphosphohydrolase-1 (E-NTPDase1 or CD39). Further degradation of the monophosphate nucleoside end products occurs by surface ecto-5'-nucleotidase (NMPase) or CD73. These ectoenzymatic processes work in tandem to promote adenosinergic responses, which are immunosuppressive and antithrombotic. These homeostatic ectoenzymatic mechanisms are lost in the setting of oxidative stress, which exacerbates inflammatory processes. We have engineered bifunctional enzymes made up from ectodomains (ECDs) of CD39 and CD73 within a single polypeptide. Human alkaline phosphatase-ectodomain (ALP-ECD) and human acid phosphatase-ectodomain (HAP-ECD) fusion proteins were also generated, characterized, and compared with these CD39-ECD, CD73-ECD, and bifunctional fusion proteins. Through the application of colorimetrical functional assays and high-performance liquid chromatography kinetic assays, we demonstrate that the bifunctional ectoenzymes express high levels of CD39-like NTPDase activity and CD73-like NMPase activity. Chimeric CD39-CD73-ECD proteins were superior in converting triphosphate and diphosphate nucleotides into nucleosides when compared with ALP-ECD and HAP-ECD. We also note a pH sensitivity difference between the bifunctional fusion proteins and parental fusions, as well as ectoenzymatic property distinctions. Intriguingly, these innovative reagents decreased platelet activation to exogenous agonists in vitro. We propose that these chimeric fusion proteins could serve as therapeutic agents in inflammatory diseases, acting to scavenge proinflammatory ATP and also generate anti-inflammatory adenosine.
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