Альфа-тубулин N-ацетилтрансфераза - Alpha-tubulin N-acetyltransferase

Идентификаторы
ЕС нет. 2.3.1.108
№ CAS 99889-90-4
Базы данных
IntEnz Просмотр IntEnz
BRENDA BRENDA запись
ExPASy Просмотр NiceZyme
КЕГГ Запись в KEGG
MetaCyc метаболический путь
ПРИАМ профиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтология Amigo / QuickGO

В энзимологии , альфа-тубулин N-ацетилтрансфераза ( EC 2.3.1.108 ) представляет собой фермент , который кодируется геномом ATAT1.

Этот фермент принадлежит к семейству трансфераз , в частности к тем ацилтрансферазам, переносящим группы, отличные от аминоацильных групп. Систематическое название данного фермента класс ацетил-СоА: [альфа-тубулин] -L-лизин N6-ацетилтрансфераза . Другие широко используемые названия включают альфа-тубулин-ацетилазу , αТАТ , ATAT1, TAT, альфа-ТАТ, альфа-тубулин-ацетилтрансферазу , тубулин-N-ацетилтрансферазу , ацетил-КоА: альфа-тубулин-L-лизин-N-ацетилтрансферазу и ацетил-КоА. : [альфа-тубулин] -L-лизин 6-N-ацетилтрансфераза .

Информация о белке Стоимость
Молекулярная масса 46810 Да
Размер (размер аминокислот) 421 аминокислота
Свойства ферментативной активности
Кинетические индикаторы Стоимость
Км бесплатно альфа-тубулин 2,0 мкМ
Км для полимеризованного тубулина 1,6 мкМ
Км для ацетил-КоА 2,2 мкМ
Kcat для ацетилирования полимеризованного тубулина 2,2 ч −1
Kcat для ацетилирования свободного тубулина 0,35 ч −1
Kcat с ацетил-КоА 1,47 ч −1

Структура

Начальный

Этот белок имеет длину 421 аминокислоту, среди которых мы должны выделить глютаминовое число 58 (Gln или Q), которое имеет решающее значение для каталитической активности.

Вторичный

ATAT1 имеет 8 α-спиралей , 10 β-тяжей и один виток. Однако только половина белка имеет определенную вторичную конформацию. Остальная часть этого белка неупорядочена по своей природе.

ATAT1 Вторичная структура
Представление кристаллической структуры комплекса αTAT1-ацетил-КоА человека

Домены

ATAT1 - это не модульный белок, потому что он имеет только один домен, расположенный от первой аминокислоты до ста девяноста.

Регионы

Следует выделить две важные области ATAT1 (124-137 и 160-269), потому что именно здесь находятся точки соединения с Acetyl-coA .

Недавно исследования, описывающие кристаллическую структуру ATAT1, предполагают, что остатки 196-236 человеческого ATAT1 (где расположены ацетилированные лизины K210 и K221) неупорядочены и не вносят значительного вклада в каталитическую активность. Напротив, ацетилированные остатки K56 и K146 находятся внутри каталитического домена (α1 и α3 спирали, соответственно) и близко к сайту связывания ацетил-КоА, что предполагает, что эти остатки могут действовать как промежуточные соединения для переноса ацетильной группы . Однако необходимы дальнейшие структурные данные с мутантами аутоацетилирования, чтобы полностью понять этот механизм и проверить возможность конформационных изменений, вызванных аутоацетилированием ATAT1.

Активный сайт

ATAT1 содержит консервативный поверхностный карман рядом с активным центром, состоящий в основном из гидрофобных и основных остатков, которые, вероятно, дополняют кислотную петлю, содержащую α-тубулин K40. Активный сайт белка содержит несколько консервативных остатков, которые потенциально могут функционировать в качестве общих оснований в реакции: глутамин 58 (Q58), цистеин (C120) и аспарагиновая кислота 157 (D157).

Изоформы

ATAT1 представляет 7 различных изоформ из-за альтернативного сплайсинга, процесса, который заключается в комбинации экзонов в конце процесса транскрипции. Следовательно, из одного гена может быть произведено больше одной информационной РНК.

Различные изоформы:

  • Изоформа 1
    Изоформа 1 первичной структуры

Изоформа 1 известна как каноническая последовательность. Это означает, что изменения в других изоформах будут связаны с этой конкретной последовательностью аминокислот.

  • Изоформа 2

Изоформа 2 отличается от изоформы 1, поскольку последовательность аминокислот 1-12 отсутствует, а последовательность с 13-й по 36-ю аминокислоты заряжена следующим образом: MWLTWPFCFLTITLREEGVCHLES

  • Изоформа 3

Достаточно похожа на каноническую последовательность, с той лишь разницей, что последовательность аминокислот в положении 195-218 (RPPAPSLRATRHSRAAAVDPTPAA) заменена пролином (P).

Длина и масса изоформ ATAT1
  • Изоформа 4

Изоформа 4 отличается от канонической последовательности, поскольку последовательность аминокислот 323-333 канонической цепи (RGTPPGLVAQS) была заменена другой последовательностью (SSLPRSEESRY). Кроме того, отсутствует последовательность аминокислот 334-421.

  • Изоформа 5

В этом случае изоформа 5 отличается от канонической последовательности, поскольку последовательность аминокислот 324-421 была удалена.

  • Изоформа 6

Изоформа 6, вероятно, является изоформой, которая больше всего отличается от канонической последовательности. Последовательность аминокислот 195-218 (RPPAPSLRATRHSRAAAVDPTPAA) замещена пролином (P), как и в изоформе 3; последовательность 323-333 (RGTPPGLVAQS) заменена на (SSLPRSEESRY), а последовательность аминокислот 334-421 отсутствует, как и в изоформе 4.

  • Изоформа 7

Разница между изоформой 7 и канонической последовательностью заключается в том, что последовательность аминокислот в положениях 195-218 (RPPAPSLRATRHSRAAAVDPTPAA) была изменена пролином (P), а также отсутствует последовательность 334-421.

Молекулярная функция

Реакция ацетилирования лизина K40 в альфа-тубулин, катализируемая ATAT1. Ацетильная группа ацетил-КоА переносится на лизин.

Микротрубочки - это высокодинамичные трубчатые полимеры, собранные из протофиламентов димеров α / β- тубулина , и они необходимы для внутриклеточного транспорта , архитектурной организации, клеточного деления , клеточного морфогенеза и производства сил в эукариотических клетках . Существует постоянная модуляция баланса между динамическими короткоживущими и стабильными долгоживущими субпопуляциями микротрубочек в клетке.

Хотя микротрубочки обычно функционируют как динамические полимеры, для некоторых специфических функций они требуют большей стабильности. Ацетилирование используется в клетке в качестве маркера этих стабильных микротрубочек.

ATAT1 специфически ацетилирует Lys-40 в альфа-тубулин на просветной стороне микротрубочек. Это единственная известная посттрансляционная модификация просвета микротрубочек, но до сих пор неизвестно, как фермент попадает в просвет.

Двумя субстратами для этого фермента являются ацетил-КоА и α-тубулин-L-лизин.

Несмотря на сходство с другими ферментами ацетилирования, он катализирует исключительно реакцию ацетилирования тубулина.

Этот катализ происходит, когда молекула ацетил-КоА, прикрепленная к ферменту, передает свою ацетильную группу лизину.

Это реакция, катализируемая ATAT1:

Ацетил-КоА + [альфа-тубулин] -L-лизин- КоА + [альфа-тубулин] -N 6 -ацетил-L-лизин

Несколько экспериментов пришли к выводу, что ацетилирование более эффективно в субстратах микротрубочек, чем в свободных димерах α / β-тубулина. Это связано с тем, что как только ATAT1 оказывается в просвете микротрубочек, он свободно диффундирует и имеет высокую эффективную концентрацию субстрата.

Биологические функции

Формирование гиппокампа

ATAT1 играет важную роль в формировании гиппокампа , поскольку было обнаружено, что мыши, лишенные ATAT1, обладают недостаточным ацетилированием тубулина и выпуклостью в зубчатой ​​извилине .

Ответ на стресс и сигнальные пути

Было показано, что ацетилирование тубулина с помощью ATAT1 усиливается при воздействии на клетки УФ-излучения, а также при воздействии на них химических веществ, таких как H 2 O 2 или NaCl.

Ацетилирование тубулина является одним из сигнальных путей для активности Na + и K + -АТФаз.

Аутофагия

Ацетилирование тубулина также участвует в регуляции аутофагии . Это необходимо для слияния аутофагосом с лизосомами. При недостатке питательных веществ для активации аутофагии требуется гиперацетилирование тубулина, вызванное голоданием. Этот способ активируется, когда клетка находится в состоянии стресса.

Миграция и созревание нейронов

α-тубулин является мишенью комплекса Elongator и в регуляции его ацетилирования лежит в основе созревания проекционных нейронов коры.

Жгутиковая функция сперматозоидов

Ацетилирование микротрубочек необходимо для нормальной функции жгутиков сперматозоидов . Подавление ATAT1 у мышей вызывает снижение подвижности сперматозоидов и мужское бесплодие.

Миграция клеток

Стабильные микротрубочки участвуют в процессах миграции клеток. Эти микротрубочки нуждаются в ацетилировании. Таким образом, фермент ATAT1 важен для миграции клеток.

Развитие эмбриона

ATAT1 очень важен для развития эмбриона у рыбок данио . Некоторые авторы считают, что это также может иметь решающее значение для развития эмбриона у млекопитающих.

Цилиогенез

ATAT 1 играет важную роль в формировании ресничек. Фактически изучается, что цилиогенез может влиять на развитие маневренности у homo sapiens. Более того, Alpha-tubulin N-acetyltransferase также важна для того, чтобы убедиться, что сборка первичных ресничек может функционировать в состоянии нормальной кинетики.

Обеспечивает эффективную механочувствительность C.elegans.

Внутриклеточное расположение и связанные с ним функции

Научное обоснование

В 2010 году было обнаружено существование α-тубулин-N-ацетилтрансферазы не только у Tetrahymena и Caenorhabditis elegans , но и у млекопитающих . Кроме того, две исследовательские группы получили мышей с нокаутом по ATAT1 , что привело к отсутствию ацетилирования во многих тканях у мышей. Однако его внутриклеточное распределение все еще оставалось неясным.

Недавние открытия

Чтобы обнаружить внутриклеточное расположение α-тубулин-N-ацетилтрансферазы и некоторые ее функции, был использован метод микроскопии, называемый иммуногистохимией , который позволяет дифференцировать различные молекулы в клетке с помощью антитела и его реакции со специфическим антиген (в данном случае использовалось антитело, называемое антителом anti-ATAT1).

В этом исследовании ATAT1 наблюдался во многих тканях, и ученые обнаружили, и смогли предположить некоторые из его функций. Последнее исследование позволило выявить внутриклеточное распределение ATAT1 в реснитчатых клетках некоторых тканей.

Расположение

Известно, что ATAT1 находится в:

Трахеи

Он преимущественно расположен в апикальной области эпителиальных клеток , но его функция все еще остается загадкой.

Почка

Иммунопозитивный сигнал, вызванный антителом против ATAT1, наблюдался в эпителиальных клетках собирательного канала мозгового вещества .

Сетчатка

N-ацетилтрансфераза α-тубулин находится в основном в фоторецепторных клетках . Более того, ATAT1, как полагают, связан не только с соединительными ресничками и аксонемами внешнего сегмента (OS), но также и со всем внутренним сегментом (IS) и всем внешним сегментом (OS). Следовательно, он может сыграть важную роль в внутрицирдиальном транспорте сигнальных белков во время светочувствительной передачи сигналов в фоторецепторных клетках.

Яички

В семенниках антитела наблюдались в сперматоцитах и ​​сперматидах, но не в сперматозоидах. В сперматоцитах также было замечено, что ATAT1 был расположен вокруг аппарата Гольджи, что указывает на то, что этот белок может играть важную роль в сперматогенезе.

Третий желудочек

Хотя до сих пор неясна функция ATAT1, он также был обнаружен в других тканях, таких как третий желудочек мозга, но его конкретная функция неизвестна. Однако считается, что он играет важную роль в развитии нейронов.

Субклеточное расположение

Альфа-тубулин-N-ацетилтрансфераза находится в нескольких частях клетки, таких как цитоскелет, цитоплазма или ямка, покрытая клатрином в мембране. Это тесно связано с одной из его основных функций - катализом ацетилирования микротрубочек.

Мутагенез и мутации

ATAT1 может иметь тенденцию подвергаться процессу, известному как мутагенез, в соответствии с которым возникает генетическая мутация. Это может происходить спонтанно или, с другой стороны, под действием мутагенов. Можно классифицировать различные результаты мутагенеза в зависимости от того, какая из 421 аминокислоты была изменена.

Если глутамин (Q), занимающий 58-ю позицию в последовательности аминокислот, заменить аланином (A), произойдет потеря активности ацетилтрансферазы. Следствием мутации, при которой изолейцин (I) на 64-м месте заменен на аланин (A), является сильное снижение активности ацетилтрансферазы.

Более того, существует ряд мутаций, которые вызывают снижение активности белка. Эти:

  1. Замена фенилаланина (F) на аланин (A) в 105-м положении.
  2. Замена валина (v) на аланин (A) в 106-м положении.
  3. Лейцин (L) по аланину (A) на 107 позиции.
  4. Аспарагиновая кислота (D) на аланин (A) в 108 позиции.
  5. Глутаминовая кислота (E) на аланин (A) в 115-м и 117-м положении.

В некоторых случаях это снижение активности даже сильнее, например, при следующих мутациях:

  1. Аспарагин (N) аланином (A) в 182 позиции.
  2. Фенилаланин (F) от аланина (A) в 183 позиции.

Есть некоторые мутации, которые приводят к увеличению активности, например:

  1. Аспарагиновая кислота (D) аланином (A) в 109 позиции
  2. Аспарагиновая кислота (D) аргинином (R) в 109 позиции. Важно отметить, что это повышение активности обычно является незначительным событием.
  3. Глутаминовая кислота (E) аланином (A) в 111-м положении. При этом рост активности примерно в 2 раза.

В некоторых случаях мутация гена может вызвать снижение ацетилирования микротрубочек. Как например:

  1. Цистеин (C) аланином (A) в 120 позиции.
  2. Аспарагиновая кислота (D) на глутаминовую кислоту (E) в 157-м положении.

Тем не менее не всегда мутация, вызванная заменой одной аминокислоты другой, оказывает определенное влияние на активность белка. Есть несколько примеров, в которых мутация не приводит к значительному изменению каталитического эффекта белка. Эти:

  1. Серин (S) от аланина (A) на 61 позиции.
  2. Глутаминовая кислота (E) аргинином (R) в 111-м положении.

Пост-трансляционные модификации

ATAT1 претерпевает посттрансляционные модификации, которые представляют собой изменения в белке после его трансляции рибосомами. Аминокислоты, на которые обычно влияют эти модификации, находятся в положениях 46, 146, 233, 244, 272, 276, 315. Основным эффектом этих модификаций является усиление ацетилирования тубулина.

Сопутствующие заболевания

Нокаут-исследования ферментов мышей показали новые возможные биологические функции. Таким образом, они также показали некоторые сопутствующие заболевания.

Например, аномальные уровни ацетилирования тесно связаны с неврологическими расстройствами , раком , сердечными заболеваниями и другими заболеваниями.

Для некоторых из этих заболеваний возможным решением является увеличение фермента ATAT1. Другим нужен ингибитор этого фермента для достижения правильного уровня ацетилирования.

Неврологические расстройства

Патологически ацетилирование тубулина может быть связано с несколькими неврологическими расстройствами, такими как:

Однако все еще изучается, вызваны ли эти нарушения напрямую аномальным уровнем ацетилирования, осуществляемым ATAT1.

Тем не менее, похоже, что единственное ассоциированное заболевание, которое может быть вызвано снижением ацетилирования, вызванным ATAT1, - это повреждение аксона.

Рак

Повышение ацетилирования тубулина с помощью ATAT1 может играть важную роль в:

  • Плоскоклеточный рак головы и шеи
  • Рак груди . ATAT1 вместе с другими ферментами с противоположными функциями, такими как деацетилза гистона 6, осуществляют процессы ацетилирования и деацетилирования, и баланс этих двух процессов способствует установлению регуляции инвазивных свойств опухолевых клеток, особенно клеток груди.
  • Панкреатический рак
  • Нейрофиброматоз 2 типа

Воспаление и иммунитет

Было также немного продемонстрировано, что усиление ацетилирования, осуществляемое α-тубулин-N-ацетилтрансферазой, может облегчить проникновение вируса в клетку.

использованная литература

дальнейшее чтение

Смотрите также