Оксидаза D-аминокислот

Оксидаза D-аминокислот ( DAAO ; также OXDA, DAMOX) - это фермент, выполняющий функцию на молекулярном уровне окисления D-аминокислот до соответствующих α-кетокислот с образованием аммиака и перекиси водорода . Это приводит к ряду физиологических эффектов в различных системах, в первую очередь в головном мозге. Фермент наиболее активен в отношении нейтральных D-аминокислот и не активен в отношении кислых D-аминокислот. Одной из наиболее важных мишеней для млекопитающих является D-серин в центральной нервной системе . Нацеливаясь на эту и другие D-аминокислоты у позвоночных , DAAO играет важную роль в детоксикации . Роль вмикроорганизмы немного отличаются друг от друга, расщепляя D-аминокислоты для получения энергии. ^[1]

DAAO экспрессируется в широком диапазоне видов от дрожжей до человека. ^[1] Его нет в растениях или бактериях, которые вместо этого используют дегидрогеназу D-аминокислоты . DAAO у человека является геном предрасположенности кандидата ^[2] и вместе с G72 может играть роль в глутаматергических механизмах шизофрении . ^[3] DAAO также играет важную роль как в биотехнологических, так и в медицинских достижениях. Рисперидон и бензоат натрия являются ингибиторами DAAO.

Оксидаза D-аминокислоты отличается от диаминоксидазы, которую иногда называют DAO .

История [ править ]

В 1935 году Ганс Адольф Кребс открыл оксидазу D-аминокислот после эксперимента с гомогенатами и аминокислотами почек свиней . Вскоре после этого Варбург и Кристиан обнаружили, что у оксидазы есть кофактор FAD, что делает ее вторым открытым флавоэнзимом . В последующие годы другие ученые разработали и усовершенствовали процедуру очистки оксидазы D-аминокислот свиньи. ^[4]

В 1983 году были открыты ингибиторы оксидазы. В 2006 году была опубликована трехмерная структура оксидазы. В настоящее время изучается связь между активностью оксидазы D-аминокислот человека (hDAAO) и шизофренией. ^[4]

Структура и свойства [ править ]

прямое соединение hDAAO

Хотя оксидаза D-аминокислот в некоторых организмах различается , структура в основном одинакова у большинства эукариот , за исключением растений. Этот фермент представляет собой флавопротеин, принадлежащий к семейству FAD-зависимых оксидоредуктаз , и действует на группу CH-NH ₂ доноров D-аминокислот с кислородом в качестве акцептора. Он также считается пероксисомальным ферментом, содержащим ФАД в качестве кофактора. ^[1] Каждый мономер DAO имеет FAD - связывающий домен (FBD), содержащий складку Россмана , и субстрат.-связывающий домен (SBD), который также образует интерфейс с другим мономером в белке. ^[1] DAO существует в виде димера , причем каждый мономер содержит как FBD, так и SBD. Каждый мономер состоит из 347 аминокислот в DAO человека, хотя среди других эукариот белок может иметь длину от 345 до 368 аминокислот. ^[1] В DAO человека два мономера связаны между собой лицом к лицу. ^[5] DAO других организмов, таких как дрожжи, может присутствовать в виде димеров «голова к хвосту». ^[5] Ген hDAAO находится на хромосоме 12 и содержит 11 экзонов. ^[1]

DAO способен быстро восстанавливать кислород, а при восстановлении может стабилизировать анионный красный семихинон и способен образовывать ковалентную связь с сульфитами . Все это типичные свойства, связанные с флавопротеинами . ^[1] DAAO человека имеет несколько отличные от других молекул DAAO свойства, в том числе более слабую способность связывать FAD и пониженную скорость реакции некоторых молекул, таких как флавин . ^[1]

Действия в мозгу [ править ]

DAO действует в головном мозге, окисляя специфические D-аминокислоты, используя область FAD (область флавинадениндинуклеотида) и, как принято считать, вырабатывается в заднем мозге , хотя есть новые доказательства экспрессии DAO также в переднем мозге . ^[6] DAO, присутствующая в переднем мозге, кажется неактивной, однако вызывает предположения о функции DAO в переднем мозге, а не в заднем мозге, где эта функция более известна. ^[6] Все согласны с тем, что DAO продуцируется и активен в глиальных клетках, особенно в астроцитах мозжечка типа 1 и типа 2, ^[1] и аминокислота D-серин, которая продуцируется DAO в этих клетках, была показано, что увеличивает синаптический рецептор NMDAМероприятия. ^[1]

Влияние на шизофрению [ править ]

Имеются данные, показывающие, что шизофрения как нервный феномен вызывается несоответствующей активностью рецепторов NMDA и связанным с этим увеличением активности глутамата, связанной с рецепторами NMDA. ^[1]

Шизофрения

Было показано, что повышенная активность DAO производит больше D-серина, который, в свою очередь, увеличивает активность NMDA в гипоталамусе . ^[1] Исследование подтвердило повышенную активность NMDA и показало повышенную активность DAO в мозжечке у пациентов с шизофренией. ^[6] Генетический фон участия DAO в шизофрении широко обсуждается, и не было обнаружено обязательных доказательств того, что гены DAO сильно связаны с шизофренией. Хотя ген G72, который, как сообщается, кодирует активатор оксидазы D-аминокислоты, может быть вовлечен в развитие шизофрении. ^[6]

Регламент [ править ]

Белок фагота ^[7] и pLG72 - известные в настоящее время белки, которые физически взаимодействуют и модулируют DAAO человека. ^[5] plG72 является продуктом специфичного для приматов гена G72, и более высокие уровни обоих наблюдались у пациентов с шизофренией. Было обнаружено, что взаимодействие plG72 с hDAAO вызывает зависящую от времени инактивацию оксидазой. ^[8] Считается, что это вызвано связыванием plG72, ограничивающим количество фермента, который каталитическикомпетентны и могут быть нейтрализованы кофактором или любыми лигандами активного центра. Структура plG72 полностью не определена, поэтому конкретное физическое взаимодействие с hDAAO также полностью не изучено. Эксперименты с белком бассона и hDAAO привели к снижению ферментативной активности аналогично plG72. Исследователи подозревают, что белок фагота предотвращает истощение D-серина, особенно в пресинаптическом нейроне. ^[5]

Кроме того, исследователи сосредоточились на соединениях, которые могут действовать как ингибиторы hDAAO. Было обнаружено, что in vitro / in vivo более 500 различных соединений действуют как ингибиторы оксидазы, и большинство из них действуют путем конкурентного ингибирования . Все эти соединения имеют две одинаковые основные части. ^[5] Первая часть - это планарная часть, которая взаимодействует с активным сайтом hDAAO. Химическая структура плоского сайта образована одним или двумя конденсированными кольцами и должна иметь отрицательно заряженную карбоксильную группу. Вторая часть - это подложка.цепь, которая может участвовать в активной зоне или входе фермента. Кроме того, различные соединения делятся на несколько категорий (классические, новые, второе поколение, третье поколение) в зависимости от химической структуры. Примером соединения является бензоат , который является классическим ингибитором. Карбоксильная группа бензоата взаимодействует с Arg238, а ароматическая группа взаимодействует с Tyr224 в активной зоне оксидазы. ^[5]

Приложения [ править ]

Биотехнология [ править ]

Синтез цефалоспоринов [ править ]

Оксидаза D-аминокислот используется в биотехнологии в первую очередь для производства антибиотиков, называемых цефалоспоринами . Использование оксидазы D-аминокислот для создания антибиотиков является запатентованным производством антибиотиков и началось в 1970 году. Первоначально оксидаза D-аминокислоты, используемая в этом процессе, была взята из почек свиньи и получила название pkDAAO. PkDAAO очень нестабилен в процессах синтеза антибиотиков и поэтому дает низкий выход антибиотиков. Благодаря продолжающимся исследованиям была обнаружена более успешная форма оксидазы D-аминокислот из вида дрожжей Rhodotorula gracilis.и поэтому был назван RgDAAO. RgDAAO теперь используется в качестве первичной оксидазы D-аминокислот, используемой в цефалоспориновых антибиотиках, потому что иммобилизация на коммерческих ионообменных смолах создает более стабильную систему, которая дает гораздо более высокие количества антибиотиков. ^[9]

Биосенсор D-аминокислоты [ править ]

Оксидаза D-аминокислот реагирует на D-аминокислоты и может использоваться для определения количества D-аминокислот в пищевых продуктах, чтобы действовать как биосенсор . Это важно из-за влияния D-аминокислот в D-изомере или множественных энантиомерах, присутствующих в пище, на питательную ценность. Чем больше D-изомеров или нескольких энантиомеров присутствует в пище, тем ниже пищевая ценность продукта, поэтому использование оксидазы D-аминокислоты для их обнаружения позволяет расширить выбор питательно ценных продуктов. ^[10] Нет никаких доказательств того, что D-аминокислоты токсичны, но это вызывает множество возможных опасений по поводу токсичности некоторых продуктов.

Медицинский [ править ]

Лечение рака [ править ]

RgDAAO используется в процессе, называемом генно-направленной ферментной пролекарственной терапией (GDEPT), для лечения опухолей у онкологических больных. Эта обработка использует RgDAAO в качестве фермента и D-аланин в качестве субстрата для создания активных форм кислорода H2O2 в качестве продукта. H2O2 проникает через опухолевые клетки и повреждает биополимеры . Повреждение, наносимое H2O2, создает цитотоксический метаболит из нетоксичного пролекарства в опухолевых клетках, который затем создает токсичное вещество только в этих клетках. ^[9] Этот процесс полезен для онкологических больных, потому что это лечение токсично только для опухолевых клеток, в то время как химиотерапиятоксичен для всех клеток в организме пациента. Оксидаза D-аминокислоты также играет роль в производстве 4-метилтио-2-оксомасляной кислоты (MTOBA), которая используется в качестве противоракового препарата, который вызывает апоптоз раковых клеток. ^[10]

Лечебные процедуры [ править ]

Оксидаза D-аминокислоты используется в терапевтических целях, таких как регулирование гормонов, регуляция гипертонии , лечение шизофрении, лечение психических и когнитивных расстройств и возможное уменьшение боли. Изменение количества переносчиков оксидазы D-аминокислот с помощью лекарств оказывает терапевтическое воздействие на шизофрению. ^[11] Оксидаза D-аминокислот регулирует D-аспартат, который регулирует секрецию мелатонина , пролактина , тестостерона , лютеинизирующего гормона и гормона роста.. Регулируя оксидазу D-аминокислот, D-аспартат также может регулироваться и контролировать секрецию гормона. Повышенная активность оксидазы D-аминокислот коррелирует с психическими и когнитивными расстройствами, поэтому снижение оксидазы D-аминокислот может оказывать терапевтическое воздействие на эти расстройства. Оксидаза D-аминокислоты помогает производить L-6-гидроксинорлейцин, который затем генерирует омапатрилат . Омапатрилат подавляет ангиотензинпревращающий фермент и нейтральную эндопептидазу и эффективно снижает артериальную гипертензию. Оксидаза D-аминокислот также может влиять на болевые раздражители, но это еще не подтверждено. ^[10]

См. Также [ править ]

DAOA-AS1
Дегидрогеназа D-аминокислот
Активатор оксидазы D-аминокислот
D-аспартатоксидаза
Диаминоксидаза

Внешние ссылки [ править ]

D-аминокислота + оксидаза в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
http://www.calzyme.com/commerce/catalog/spcategory.jsp?category_id=1043

Ссылки [ править ]

^ a b c d e f g h i j k l Pollegioni L, Piubelli L, Sacchi S, Pilone MS, Molla G (июнь 2007 г.). «Физиологические функции оксидаз D-аминокислот: от дрожжей к человеку». Клеточные и молекулярные науки о жизни . 64 (11): 1373–94. DOI : 10.1007 / s00018-007-6558-4 . PMID 17396222 . S2CID 24070769 .
^ База данных SZGene (28 августа 2007). «Обзор генов всех опубликованных исследований ассоциации шизофрении для DAAO» . Форум по исследованию шизофрении . Архивировано из оригинала на 2008-05-12.
^ Бокса MP, Rietkerk T, ван де Beek MH, Sommer IE, де Конинг TJ, Kahn RS (сентябрь 2007). «Обзор роли генов G72 и DAAO в нейротрансмиссии глутамата при шизофрении». Европейская нейропсихофармакология . 17 (9): 567–72. DOI : 10.1016 / j.euroneuro.2006.12.003 . PMID 17250995 . S2CID 24756346 .
^ a b «Аминокислотная оксидаза, D-» . Уортингтон Биохимическая корпорация . Проверено 26 марта 2018 .
^ a b c d e f Molla G (27 ноября 2017 г.). «Конкурентные ингибиторы раскрывают взаимосвязь структуры / функции в человеческой D-аминокислотной оксидазе» . Границы молекулярных биологических наук . 4 (80): 80. DOI : 10,3389 / fmolb.2017.00080 . PMC 5715370 . PMID 29250527 .
^ a b c d Verrall L, Бернет П. В., Беттс Дж. Ф., Харрисон П. Дж. (февраль 2010 г.). «Нейробиология оксидазы D-аминокислот и ее участие в шизофрении» . Молекулярная психиатрия . 15 (2): 122–37. DOI : 10.1038 / mp.2009.99 . PMC 2811712 . PMID 19786963 .
^ «BSN - Белковый фагот - Homo sapiens (Человек) - Ген и белок BSN» . www.uniprot.org .
^ Pollegioni л, Piubelli л, Молла G, Розини Е (2018). «Взаимодействие D-аминокислотной оксидазы-pLG72 и модуляция D-серина» . Границы молекулярных биологических наук . 5 : 3. DOI : 10,3389 / fmolb.2018.00003 . PMC 5787542 . PMID 29417050 .
^ a b Pilone MS (ноябрь 2000 г.). «Оксидаза D-аминокислот: новые открытия». Клеточные и молекулярные науки о жизни . 57 (12): 1732–47. DOI : 10.1007 / PL00000655 . PMID 11130179 . S2CID 12644310 .
^ a b c Хороненкова С.В., Тишков В.И. (декабрь 2008 г.). «Оксидаза D-аминокислот: физиологическая роль и применение». Биохимия. Биохимия . 73 (13): 1511–8. DOI : 10.1134 / S0006297908130105 . PMID 19216715 . S2CID 18587080 .
^ Смит С.М., Uslaner JM, Хутсон PH (май 2010). «Терапевтический потенциал ингибиторов D-аминокислотной оксидазы (DAAO)» . Открытый журнал медицинской химии . 4 : 3–9. DOI : 10.2174 / 1874104501004020003 . PMC 2905773 . PMID 20648222 .

[Physiological_functions-1] ^ a b c d e f g h i j k l Pollegioni L, Piubelli L, Sacchi S, Pilone MS, Molla G (июнь 2007 г.). «Физиологические функции оксидаз D-аминокислот: от дрожжей к человеку». Клеточные и молекулярные науки о жизни . 64 (11): 1373–94. DOI : 10.1007 / s00018-007-6558-4 . PMID 17396222 . S2CID 24070769 .

[SZGene_DAAO-2] База данных SZGene (28 августа 2007). «Обзор генов всех опубликованных исследований ассоциации шизофрении для DAAO» . Форум по исследованию шизофрении . Архивировано из оригинала на 2008-05-12.

[pmid17250995-3] Бокса MP, Rietkerk T, ван де Beek MH, Sommer IE, де Конинг TJ, Kahn RS (сентябрь 2007). «Обзор роли генов G72 и DAAO в нейротрансмиссии глутамата при шизофрении». Европейская нейропсихофармакология . 17 (9): 567–72. DOI : 10.1016 / j.euroneuro.2006.12.003 . PMID 17250995 . S2CID 24756346 .

[AminoAcidOxidase,D--4] «Аминокислотная оксидаза, D-» . Уортингтон Биохимическая корпорация . Проверено 26 марта 2018 .

[Competitive_Inhibitors-5] Molla G (27 ноября 2017 г.). «Конкурентные ингибиторы раскрывают взаимосвязь структуры / функции в человеческой D-аминокислотной оксидазе» . Границы молекулярных биологических наук . 4 (80): 80. DOI : 10,3389 / fmolb.2017.00080 . PMC 5715370 . PMID 29250527 .

[Neurobiology_of_DAO-6] Verrall L, Бернет П. В., Беттс Дж. Ф., Харрисон П. Дж. (февраль 2010 г.). «Нейробиология оксидазы D-аминокислот и ее участие в шизофрении» . Молекулярная психиатрия . 15 (2): 122–37. DOI : 10.1038 / mp.2009.99 . PMC 2811712 . PMID 19786963 .

[7] «BSN - Белковый фагот - Homo sapiens (Человек) - Ген и белок BSN» . www.uniprot.org .

[8] Pollegioni л, Piubelli л, Молла G, Розини Е (2018). «Взаимодействие D-аминокислотной оксидазы-pLG72 и модуляция D-серина» . Границы молекулярных биологических наук . 5 : 3. DOI : 10,3389 / fmolb.2018.00003 . PMC 5787542 . PMID 29417050 .

[D-Amino_acid_oxidase:_new_findings-9] Pilone MS (ноябрь 2000 г.). «Оксидаза D-аминокислот: новые открытия». Клеточные и молекулярные науки о жизни . 57 (12): 1732–47. DOI : 10.1007 / PL00000655 . PMID 11130179 . S2CID 12644310 .

[D-Amino_Acid_Oxidase:_Physiological_Role_and_Applications-10] Хороненкова С.В., Тишков В.И. (декабрь 2008 г.). «Оксидаза D-аминокислот: физиологическая роль и применение». Биохимия. Биохимия . 73 (13): 1511–8. DOI : 10.1134 / S0006297908130105 . PMID 19216715 . S2CID 18587080 .

[The_Therapeutic_Potential_of_D-Amino_Acid_Oxidase_(DAAO)_Inhibitors-11] Смит С.М., Uslaner JM, Хутсон PH (май 2010). «Терапевтический потенциал ингибиторов D-аминокислотной оксидазы (DAAO)» . Открытый журнал медицинской химии . 4 : 3–9. DOI : 10.2174 / 1874104501004020003 . PMC 2905773 . PMID 20648222 .