Аралкиламин N- ацетилтрансфераза -Aralkylamine N-acetyltransferase
| Аралкиламин N- ацетилтрансфераза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Кристаллографическая структура аралкиламин-N-ацетилтрансферазы.
| |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| ЕС нет. | 2.3.1.87 | ||||||||
| № CAS | 92941-56-5 | ||||||||
| 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 | ||||||||
| |||||||||
| Аралкиламин N- ацетилтрансфераза | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||
| Символ | ААНАТ | ||||||
| Ген NCBI | 15 | ||||||
| HGNC | 19 | ||||||
| OMIM | 600950 | ||||||
| RefSeq | NM_001088 | ||||||
| UniProt | Q16613 | ||||||
| Прочие данные | |||||||
| Номер ЕС | 2.3.1.87 | ||||||
| Locus | Chr. 17 q25 | ||||||
| |||||||
Аралкиламин- N- ацетилтрансфераза ( AANAT ) ( EC 2.3.1.87 ), также известная как арилалкиламин- N- ацетилтрансфераза или серотонин- N- ацетилтрансфераза (SNAT), представляет собой фермент, который участвует в ритмической выработке мелатонина днем / ночью путем модификации серотонина. . У человека он кодируется геном AANAT размером ~ 2,5 т.п.н. , содержащим четыре экзона , расположенных на хромосоме 17q 25. Ген транслируется в большой фермент размером 23 кДа. Он хорошо сохраняется в процессе эволюции, и человеческая форма белка на 80 процентов идентична AANAT овец и крыс. Это ацетил-КоА- зависимый фермент из семейства N- ацетилтрансфераз (GNAT), родственного GCN5. Это может способствовать возникновению многофакторных генетических заболеваний, таких как изменение поведения в цикле сна / бодрствования, и продолжаются исследования с целью разработки лекарств, регулирующих функцию AANAT.
Номенклатура
Систематическое название данного фермента класс ацетил-СоА: 2-arylethylamine N-ацетилтрансфераза. Другие широко используемые имена включают:
- ААНАТ
- Арилалкиламин N-ацетилтрансфераза
- Фермент ритма мелатонина
- Серотонина ацетилаза
- Серотонинацетилтрансфераза
- Серотонин N-ацетилтрансфераза
Официально принятое название - аралкиламин N-ацетилтрансфераза.
Функция и механизм
Распределение тканей
Транскрипт мРНК AANAT в основном экспрессируется в центральной нервной системе (ЦНС). Он обнаруживается на низких уровнях в нескольких областях мозга, включая гипофиз, а также сетчатку . Его больше всего в шишковидной железе, которая является местом синтеза мелатонина. Мозг и гипофиз AANAT могут участвовать в модуляции зависимых от серотонина аспектов человеческого поведения и функции гипофиза.
Физиологическая функция
В клетках пинеалоцитов эпифиза аралкиламин-N-ацетилтрансфераза участвует в превращении серотонина в мелатонин . Это предпоследний фермент в синтезе мелатонина, контролирующий ритм день / ночь в производстве мелатонина в шишковидной железе позвоночных . Мелатонин необходим для сезонного воспроизводства, модулирует функцию циркадных часов в супрахиазматическом ядре и влияет на активность и сон. Из-за своей важной роли в циркадном ритме, AANAT подвергается обширной регуляции, которая реагирует на воздействие света (см. Регламент). Это может способствовать возникновению многофакторных генетических заболеваний, таких как изменение поведения в цикле сна / бодрствования и расстройства настроения.
Химические реакции, катализируемые AANAT
В первичной химической реакции , катализируемой аралкиламиновой N-ацетилтрансферазой, используются два субстрата : ацетил-КоА и серотонин. AANAT катализирует перенос ацетильной группы Acetyl-CoA на первичный амин серотонина, тем самым производя CoA и N-ацетилсеротонин . У людей другие эндогенные субстраты фермента включают специфические нейромодуляторы следовых аминов , а именно фенэтиламин , тирамин и триптамин , которые, в свою очередь, образуют N-ацетилфенэтиламин , N-ацетилтирамин и N-ацетилтриптамин .
В биосинтезе из мелатонина , N-acetylserotonin дополнительно метилированный другим ферментом, N-acetylserotonin О-метилтрансферазы (ASMT) для генерации мелатонин. Было высказано предположение, что реакция N-ацетилтрансферазы является этапом , определяющим скорость , и, таким образом, серотонин-N-ацетилтрансфераза стала мишенью для дизайна ингибитора (см. Ниже).
AANAT подчиняется упорядоченному трехкомпонентному комплексному механизму . Субстраты связываются последовательно (упорядоченно) со связыванием ацетил-КоА со свободным ферментом с последующим связыванием серотонина с образованием тройного комплекса. После того, как произошел перенос ацетильной группы, продукты упорядоченно высвобождаются, причем сначала N-ацетил-серотонин, а затем - КоА.
Структура
Арилкиламино-N-ацетилтрансфераза представляет собой мономерный полипептид с длиной 207 аминокислотных остатков и с молекулярной массой 23 344 дальтона. Вторичная структура состоит из альфа - спиралей и бета - листы . Он на 28 процентов спиральный (10 спиралей; 60 остатков) и на 23 процента состоит из бета-листа (9 нитей; 48 остатков). Это семейство разделяет четыре консервативных мотива последовательности, обозначенных AD. Мотив B служит местом расположения ячейки для связывания серотонина. Структура была определена методом дифракции рентгеновских лучей .
Было решено несколько структур для этого класса ферментов с кодами доступа PDB 1CJW , 1B6B , 1L0C и 1KUV / 1KUX / 1KUY .
Аралкиламин-N-ацетилтрансфераза также была кристаллизована в комплексе с 14-3-3ζ из семейства белков 14-3-3 с кодом доступа PDB 1IB1 .
Суперсемейство GNAT
Аралкиламин N-ацетилтрансфераза принадлежит к суперсемейству GCN5-родственной N-ацетилтрансферазы (GNAT), которое состоит из 10000 ацетилтрансфераз, названных так из-за их гомологии последовательностей с классом эукариотических факторов транскрипции , в данном случае дрожжевым GCN5. Другими хорошо изученными членами суперсемейства являются глюкозамин-6-фосфат N-ацетилтрансфераза и гистонацетилтрансферазы .
Все члены этого суперсемейства имеют структурно консервативную складку, состоящую из N-концевой цепи, за которой следуют две спирали, три антипараллельных β-цепи, за которыми следует «сигнатурная» центральная спираль, пятая β-цепь, четвертая α-спираль. и конечная β-цепь. Эти элементы почти повсеместно консервативны, несмотря на плохую парную идентичность при выравнивании последовательностей.
Регулирование
Регулирование AANAT варьируется в зависимости от вида. В некоторых случаях уровни AANAT резко колеблются между светлым и темным периодами и, таким образом, контролируют синтез мелатонина. У других ритм регулируется в первую очередь на уровне белка. Один из примеров - у грызунов, у которых уровни мРНК AANAT увеличиваются более чем в 100 раз в темное время суток. У других видов циклический АМФ играет важную роль в ингибировании протеолитической деградации AANAT, повышая уровень белка в ночное время. Эксперименты с использованием человеческого AANAT, экспрессированного в клеточной линии 1E7, показывают ~ 8-кратное увеличение активности фермента при воздействии форсколина .
Было доказано, что динамическое разложение мРНК AANAT имеет важное значение для циркадного действия фермента. Последовательности 3'UTR имеют значение в отношении ритмической деградации мРНК AANAT у некоторых видов. У грызунов различные hnRNP поддерживают динамическую деградацию мРНК AANAT. У других видов, таких как копытные животные и приматы, предполагается, что стабильные мРНК AANAT с более коротким 3'UTR не находятся под контролем hnRNP, которые связывают и направляют деградацию мРНК AANAT у грызунов.
Воздействие света вызывает прохождение сигналов от клеток сетчатки, что в конечном итоге приводит к снижению стимуляции норадреналина шишковидной железы. Это, в свою очередь, приводит к сигнальному каскаду, который приводит к фосфорилированию протеинкиназой А двух ключевых остатков Ser и Thr серотонин-N-ацетилтрансферазы. Фосфорилирование этих остатков вызывает изменения каталитической активности за счет привлечения и взаимодействия с белками 14-3-3 , в частности с 14-3-3ζ.
Другой белок , который взаимодействует и регулирует AANAT активность протеинкиназы С . Протеинкиназа C действует, как и протеинкиназа A , на остатки треонина и серина, повышая стабильность и ферментативную активность AANAT.
Было высказано предположение, что ингибирование связывания ацетил-КоА с каталитическим сайтом посредством образования и расщепления внутримолекулярных дисульфидных связей является механизмом регуляции. Образование дисульфидной связи между двумя остатками цистеина в белке закрывает гидрофобную воронку каталитического сайта и, таким образом, действует как переключатель включения / выключения каталитической активности. Пока неясно, присутствует ли этот механизм в клетках in vivo через регуляцию внутриклеточных окислительно-восстановительных условий, но предполагается, что глутатион (GSH) может быть регулятором in vivo образования и расщепления этих дисульфидных связей.
Ингибиторы AANAT и клиническая значимость
Ингибиторы AANAT могут в конечном итоге привести к разработке лекарства, которое будет полезно в исследованиях циркадной биологии и при лечении расстройств сна и настроения . Обнаружены синтетические ингибиторы фермента. Однако не сообщалось об ингибиторе AANAT с высокой активностью in vivo . К настоящему времени в литературе описано пять классов ингибиторов AANAT. Ниже представлены пять классов:
Производные мелатонина
Поскольку сообщалось, что мелатонин является конкурентным ингибитором AANAT, этот нейромедиатор, по- видимому, осуществляет ауторегуляторный контроль над своим собственным биосинтезом. Таким образом, свободные структурные аналоги гормона индоламина были оценены на AANAT, и были обнаружены умеренные ингибиторы.
Пептидные ингибиторы
Пептидные комбинаторные библиотеки три-, тетра- и пентапептидов с различным аминокислотным составом были проверены в качестве потенциальных источников ингибиторов, чтобы увидеть, служит ли он чистым или смешанным конкурентным ингибитором фермента hAANAT. Молекулярное моделирование и исследования взаимосвязи структура-активность позволили точно определить аминокислотный остаток ингибитора пентапептида S 34461, который взаимодействует с сайтом связывания косубстрата.
Бисубстратные аналоги
Предполагается, что AANAT катализирует перенос ацетильной группы от ацетил-КоА к серотонину с участием промежуточного тройного комплекса с образованием N-ацетилсеротонина. Основываясь на этом механизме, можно было ожидать, что ингибитор аналога бисубстрата, полученный в результате связывания частей индола и CoASH, потенциально может имитировать тройной комплекс и оказывать сильное ингибирование AANAT. Первый аналог бисубстрата ( 1 ), который связывает триптамин и КоА посредством ацетильного мостика, был синтезирован Халилом и Коулом и оказался очень мощным и специфическим ингибитором AANAT.
N-галоацетилированные производные
AANAT показал, что он также обладает вторичной алкилтрансферазной активностью, а также активностью ацетилтрансферазы. Были разработаны N-галоацетилтриптамины, которые служат субстратами для алкилтрансферазы AANAT, а также являются мощными (низкими микромолярными) ингибиторами in vitro активности ацетилтрансферазы AANAT. AANAT катализирует реакцию между N-бромацетилтриптамином (BAT) и восстановленным CoA, в результате чего получается ингибитор аналога бисубстрата с прочной связью. Первый синтезированный клеточно-проницаемый ингибитор N-бромацетилтриптамина AANAT был дополнительно изучен на секрецию мелатонина шишковидной железой крысы и свиньи. Новые производные N-галогеноацетила, приводящие к сильному ингибированию AANAT in situ . Концепция механизма действия этих предшественников была изучена путем изучения биосинтеза ингибитора из меченного тритием BAT в живой клетке.
Соединения на основе роданина
Были идентифицированы первые лекарственные и селективные ингибиторы AANAT. Лоуренс М. Шевчук и др. фактически проверили более миллиона соединений с помощью высокопроизводительной 3D стыковки в активном центре рентгеновской структуры на предмет наличия AANAT, а затем протестировали 241 соединение в качестве ингибиторов. Один класс соединений, содержащий роданиновый каркас, показал низкое микромолярное конкурентное ингибирование против ацетил-КоА и оказался эффективным в блокировании продукции мелатонина в клетках пинеальной железы.
Недавнее исследование ингибитора AANAT описало открытие нового класса непептидных ингибиторов AANAT на основе 2,2'-битиенильного каркаса.
Смотрите также
использованная литература
дальнейшее чтение
- Voisin P, Namboodiri MA, Klein DC (1984). «Ариламин N-ацетилтрансфераза и арилалкиламин N-ацетилтрансфераза в шишковидной железе млекопитающих» . J. Biol. Chem . 259 (17): 10913–8. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 90600-9 . PMID 6469990 .
- Fauchere JL, Boutin JA (2000). «Исследования субстратной специфичности и ингибирования серотонин-N-ацетилтрансферазы человека» . J. Biol. Chem . 275 (12): 8794–805. DOI : 10.1074 / jbc.275.12.8794 . PMID 10722724 .
- Халил Э.М., Коул П.А. (1998). «Мощный ингибитор фермента ритма мелатонина». Варенье. Chem. Soc . 120 (24): 6195–6196. DOI : 10.1021 / ja981365a .
внешние ссылки
- Серотонин + N-ацетилтрансфераза в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- Расположение человеческого гена AANAT в браузере генома UCSC .
- Подробная информация о генах человека AANAT в браузере генома UCSC .
Эта статья включает текст из Национальной медицинской библиотеки США , который находится в общественном достоянии .