Koliini-O-asetyylitransferaasi

Koliini-O-asetyylitransferaasi , myös koliiniasetyylitransferaasi , koliiniasetyyli-CoA-transferaasi ( englanniksi  Choline acetyl-transferase , lyhenne ChAT , CHAT , mutta joskus CAT , EC 2.3.1.6 ) on entsyymi asyylitransferaasien perheestä (eräänlainen transferaasi ) . katalysoi asetyyliryhmän (CH3 - CO) reaktion siirtymistä asetyyli-CoA- molekyylistä substraattimolekyyliin - koliiniin , jolloin muodostuu asetyylikoliinia (ACC) ja koentsyymi A :ta yhtälön mukaisesti:

Entsyymi katalysoi erittäin tärkeää reaktiota, jolloin tuloksena oleva asetyylikoliini toimii välittäjäaineena . Kuten useimmat hermopääteproteiinit, ChAT syntetisoituu neuronin (soman) kehossa ja kuljetetaan sitten hermopäätteisiin (päätteisiin), missä se on korkeimmillaan. Tämän entsyymin läsnäolo hermosoluissa luokittelee tällaisen solun " kolinergiseksi " neuroniksi. Ihmiskehossa koliiniasetyylitransferaasientsyymiä koodaa CHAT -geeni, joka sijaitsee 10. kromosomissa [1] . Proteiini koostuu 748 aminohappotähteen sekvenssistä ja sen molekyylipaino on 82536 Da [2] .

Kahden viime vuosikymmenen tutkimukset osoittavat yhden ChAT-geenin olemassaolon, joka koodaa useita entsyymin muotoja ja isoformeja [3] .

Rakenne

ChAT:n 3D-rakenne saatiin käyttämällä PDB:2FY2 -röntgenkristallografiaa . Koliini sitoutuu ei-kovalenttisesti entsyymin aktiiviseen keskustaan, koliinin positiivisesti varautuneen aminoryhmän ja tyrosiinitähteen - Tyr552 - hydroksyyliryhmän väliin , lisäksi koliinin hydroksyyliryhmän ja histidiinitähteen välille muodostuu vetysidoksia - Hänen324 .

Koliini substraattina sijaitsee taskussa ChAT:n sisäpuolella, kun taas asetyyli-CoA on sijoitettu taskuun proteiinin pinnalla. Entsyymin kolmiulotteinen kiderakenne osoittaa, että asetyyli-CoA-molekyylin asetyyliryhmä on koliinia sitovan taskun vieressä - mikä minimoi luovuttajan ja vastaanottajan asetyyliryhmän välisen etäisyyden.

• Koliiniasetyylitransferaasin sitoutumiskohdan rakenne

• Koliini-ionin kiderakenne, joka sitoutuu koliiniasetyylitransferaasiin. His324A- ja Tyr552A -aminohappotähteiden sivuketjut esitetään .

• Stereoskooppinen kuva koliinista ja asetyyli-CoA:sta ChAT-aktiivisessa kohdassa.

• Stereoskooppinen kuva koliinimolekyylin ja asetyyli-CoA:n sitoutumisesta ChAT:n aktiivisessa kohdassa - näkymä vaihtoehtoisesta kulmasta.

Homologia

ChAT on hyvin konservoitunut koko eläimen genomissa . Erityisesti nisäkkäillä on erittäin suuri sekvenssien samankaltaisuus. Esimerkiksi ihmisellä ja kissalla on 89 % Chat-sekvenssin identtisyys. Sekvenssin identtisyys Drosophilan kanssa on noin 30 % [4] .

Entsyymimuodot

Entsyymiä on kaksi muotoa: liukoinen ja kalvoon sitoutunut [5] . Liukoisen muodon osuus entsyymin kokonaisaktiivisuudesta on 80-90 %, kun taas kalvoon sitoutuneen muodon osuus on loput 10-20 % aktiivisuudesta [6] . Pitkään on kuitenkin keskusteltu siitä, kuinka ChAT:n jälkimmäinen muoto liittyy kalvoon [7] . Kalvoon sitoutuneessa muodossaan ChAT liittyy synaptisiin vesikkeleihin [8] .

ChAT:n yleiset ja perifeeriset isomuodot

ChAT:lla on kaksi isoformia, jotka molemmat on koodattu samassa sekvenssissä. ChAT:n yhteinen isoformi (cChAT) on läsnä sekä keskushermostossa että PNS :ssä . ChAT:n perifeerinen isoformi (pChAT) sijaitsee pääasiassa ihmiskehon PNS :ssä ja syntyy CHAT -geenin eksonien ohittamisesta (eksonit 6-9) transkription jälkeisen modifikaation aikana. Siten aminohapposekvenssit ovat hyvin samankaltaisia, mutta osia cChAT:ssa esiintyvästä sekvenssistä puuttuu pChAT:stä.

Toiminnot

Aivojen kolinergiset järjestelmät kiinnostavat jatkuvasti neurotieteilijöitä, koska niillä on tärkeä rooli kognitiivisissa, tarkkaavaisissa ja motorisissa toiminnoissa. Etuaivojen subkortikaalisista ytimistä kolinergisten projektiohermosolujen toimintahäiriö ja rappeutuminen, jotka hermottavat neokortekstia ja aivotursoa, ovat taustalla sairauksien, kuten Alzheimerin taudin ja Lewyn kappaleiden dementian , sekä muiden neuropsykiatristen sairauksien patogeneesin, joiden kulku on usein monimutkainen. kognitiivisen sfäärin häiriöt, kuten skitsofrenia , Parkinsonin tauti , vaskulaarinen dementia kroonisessa aivoiskemiassa [3] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] .

ChAT:n alhainen ilmentyminen selkäytimen motoristen ytimien kolinergisissa neuroneissa on spesifinen varhainen merkki amyotrofisesta lateraaliskleroosista , selkäytimen motoristen ytimien kolinergisen toiminnan useat poikkeavuudet muodostavat synnynnäisen myasteenisen oireyhtymän etiologian, selkäytimen toimintahäiriön. neostriatumin kolinergiset interneuronit ovat osittain vastuussa tahattomista liikkeistä Harringtonin taudissa [12] [16] [17] .

Hermopäätteissä ChAT-aktiivisuus liittyy läheisesti välittäjäaineen kolinergiseen toimintaan. Pitkään aikaan ChAT:ta ei kineettisten laskelmien perusteella luokiteltu nopeutta rajoittavaksi entsyymiksi. Kineettisten ominaisuuksiensa mukaan ChAT ei ole kyllästynyt substraateilla, koliinilla ja asetyyli-CoA:lla, niiden fysiologisissa pitoisuuksissa, ja siksi uskottiin, että synteesinopeus riippui vain itse substraattien pitoisuuksien vaihteluista [18] [19 ] ] . Viime vuosikymmeninä on kuitenkin tunnistettu monia muita entsyymiaktiivisuutta sääteleviä solunsisäisiä tekijöitä, ja nämä tiedot osoittavat, että ChAT:lla on tärkeä säätelyrooli asetyylikoliinin synteesissä [20] [21] . Useiden sairauksien syynä oletetaan olevan spontaanit pistemutaatiot ChAT-molekyylissä tai sen säätelyproteiineissa, mikä johtaa entsyymihäiriöihin tai muutokseen kyvyssä kommunikoida säätelytekijöiden kanssa [17] [21] . Nämä tosiasiat kannustavat intensiiviseen tutkimukseen asetyylikoliinin aineenvaihdunnan ja eritysaktiivisuuden neuronaalisista, geneettisistä ja postgenomisista säätelymekanismeista .

ChAT tunnistettiin pitkään vain sytoplasmiseksi, vesiliukoiseksi entsyymiksi, jopa sen jälkeen, kun se löydettiin vuonna 1967 synaptisilta kalvoilta. Myöhemmin ChAT:n olemassaolo kiinteänä rakenneproteiinina todistettiin. Pitkäaikainen in vitro -tutkimus synaptisen vesiliukoisen (c, synaptoplasma) ja kalvoon sitoutuneen (m) ChAT:n ominaisuuksista erilaisissa toiminnallisissa ja metabolisissa olosuhteissa osoitti, että ChAT-aktiivisuuden ja kolinergisen eritystoiminnan välinen suhde riippuu solujen osittamisesta. entsyymi. Tällaisia ​​in vivo - tutkimuksia ei ole olemassa .

Lääketieteellinen merkitys

Alzheimerin tauti

Amyotrofinen lateraaliskleroosi

Muistiinpanot

1. ↑ Strauss WL, Kemper RR, Jayakar P., Kong CF, Hersh LB, Hilt DC, Rabin M. Ihmisen koliiniasetyylitransferaasigeenikartoitukset alueelle 10q11-q22.2 in situ -hybridisaatiolla  //  Genomics : Journal. - 1991. - Helmikuu ( osa 9 , nro 2 ). - s. 396-398 . - doi : 10.1016/0888-7543(91)90273-H . — PMID 1840566 .
2. ↑ UniProt , P28329  . Haettu: 18. maaliskuuta 2018.
3. ↑ 1 2 Gill SK, Ishak M., Dobransky T. et ai. 82 kDa koliiniasetyylitransferaasi on kolinergisten hermosolujen ytimissä ihmisen keskushermostossa ja muuttunut ikääntyessä ja Alzheimerin taudissa // Neurobiol. Ikääntyminen. - 2007. - Voi. 28, nro 7. - s. 1028-1040.
4. ↑ Oda Y. Koliiniasetyylitransferaasi: keskushermoston rakenne, jakautuminen ja patologiset muutokset. (englanti)  // Patology international: Journal. - 1999. - marraskuu ( osa 49 , nro 11 ). - s. 921-937 . - doi : 10.1046/j.1440-1827.1999.00977.x . — PMID 10594838 .
5. ↑ Tandon A., Bachoo M., Weldon P., Polosa C., Collier B. Kolkisiinin käytön vaikutukset preganglionisiin aksoneihin koliiniasetyylitransferaasin aktiivisuuteen ja asetyylikoliinin pitoisuuteen ja vapautumiseen ylemmän kohdunkaulan ganglionissa  //  Journal of Neurochemistry : päiväkirja. - 1996. - Voi. 66 , nro. 3 . - s. 1033-1041 . - doi : 10.1046/j.1471-4159.1996.66031033.x . — PMID 8769864 .
6. ↑ Pahud G., Salem N., van de Goor J., Medilanski J., Pellegrinelli N., Eder-Colli L. Tutkimus kalvoon sitoutuneen koliiniasetyylitransferaasin solunvälisestä lokalisoinnista Drosophilan keskushermostossa ja sen liittämisestä kalvoihin  .)  // European Journal of Neuroscience : päiväkirja. - 1998. - 25. toukokuuta ( osa 10 , nro 5 ). - s. 1644-1653 . - doi : 10.1046/j.1460-9568.1998.00177.x . — PMID 9751137 .
7. ↑ Bruce G., Hersh LB Tutkimukset pesuaineesta vapautuneesta koliiniasetyylitransferaasista rotan ja ihmisen aivojen kalvofraktioista. (englanniksi)  // Neurokemiallinen tutkimus : päiväkirja. - 1987. - Joulukuu ( osa 12 , nro 12 ). - P. 1059-1066 . - doi : 10.1007/bf00971705 . — PMID 2450285 .
8. ↑ Carroll PT Kalvoon sitoutunut koliini-O-asetyylitransferaasi rotan hippokampuksen kudoksessa liittyy synaptisiin rakkuloihin  //  Brain Research : päiväkirja. - 1994. - Voi. 633 , no. 1-2 . - s. 112-118 . - doi : 10.1016/0006-8993(94)91529-6 . — PMID 8137149 .
9. ↑ Zakharov V.V., Khatiashvili I.T., Yakhno N.N. Dementia Lewyn ruumiilla // Neurologinen lehti. - 1998. - Nro 6. - FROM. 7-11.
10. ↑ Dobransky T., Brewer D., Lajoie G. et ai. 69 kD:n koliiniasetyylitransferaasin fosforylaatio treoniini-456:ssa vasteena lyhytaikaiselle altistukselle amyloidi-b-peptidille 1-42 // J. Biol. Chem. -2003. — Voi. 278, nro 8. - P. 5883-5893.
11. ↑ Nardone R., De Blasi .P, Seidl M. et ai. Kognitiivinen toiminta ja kolinerginen välitys potilailla, joilla on subkortikaalinen vaskulaarinen dementia ja mikroverenvuoto: TMS-tutkimus // J. Neural Transm. - 2011. - Voi. 118, nro 9. - R. 1349-1358.
12. ↑ 1 2 Oda Y. Koliiniasetyylitransferaasi: keskushermoston rakenne, jakautuminen ja patologiset muutokset // Pathol. Int. -1999. — Voi. 49, nro 11. - s. 921-937.
13. ↑ Shin J., Choi S., Lee JE et ai. Subkortikaalinen valkoisen aineen hyperintensiteetti Parkinsonin tautia sairastavien potilaiden kolinergisilla reiteillä kognitiivisen tilan mukaan // J. Neurol. Neurokirurginen psykiatria. - 2012. - Vol. 83, nro 3. - s. 315-321.
14. ↑ Wang J., Zhang HY, Tang XC Verisuonten dementiaan liittyvä kolinerginen puute: mahdollinen hoitomekanismi ja -strategia // Acta Pharmacol. synti. - 2009. - Vol. 30, nro 7. - s. 879-888.
15. ↑ Yarnall A., Rochester L., Burn DJ Kolinergisen toiminnan, huomion ja putoamisen vuorovaikutus Parkinsonin taudissa // Mov. Disord. - 2011. - Vol. 26, nro 14. - P. 2496-2503.
16. ↑ Dobransky T., Doherty-Kirby A., Kim AR et ai. Proteiinikinaasi-sisoformit fosforyloivat differentiaalisesti ihmisen koliiniasetyylitransferaasia säätelemällä sen katalyyttistä aktiivisuutta // J. Biol. Chem. - 2004. - Voi. 279, nro 50. - P. 52059-52068.
17. ↑ 1 2 Ohno K., Tsujino A., Brengman JM et ai. Koliiniasetyylitransferaasimutaatiot aiheuttavat myasteenisen oireyhtymän, joka liittyy episodiseen apneaan ihmisillä // Proc. Natl. Acad. sci. USA. - 2001. - Voi. 98. - s. 2017-2022.
18. ↑ Tucek S. Asetyylikoliinisynteesin säätely aivoissa // J. Neurochem. - 1985. - Voi. 44, nro 1. - s. 11-24.
19. ↑ Tecek S. Asetyylikoliinin synteesi: 20 vuotta edistystä // Prog. Brain Res. - 1990. - Voi. 84. - s. 467-477.
20. ↑ Dobransky T., Rylett RJ Koliiniasetyylitransferaasin toiminnallinen säätely fosforyloimalla // Neurochem Res. - 2003. - Voi. 28, nro 3-4. - s. 537-542.
21. ↑ 1 2 Dobransky T., Rylett RJ Proteiinikinaasi C -isoformit fosforyloivat differentiaalisesti ihmisen koliiniasetyylitransferaasia säätelemällä sen katalyyttistä aktiivisuutta // J. Neurochem. - 2005. - Voi. 95, #2. - s. 305-313.

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Britannica (verkossa)