Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлен с серотонин-N-ацетилтрансферазы )
Перейти к навигации Перейти к поиску

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. [2], содержащим четыре экзона , расположенных на хромосоме 17q 25. [3] Ген транслируется.в большой фермент 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 многофакторным генетическим заболеваниям, таким как изменение поведения в цикле сна / бодрствования [2], и в настоящее время продолжаются исследования с целью разработки лекарств, регулирующих функцию AANAT.

Номенклатура [ править ]

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. [4]

Функция и механизм [ править ]

Распределение тканей [ править ]

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. [3]

Физиологическая функция [ править ]

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. [2]

Химические реакции, катализируемые AANAT [ править ]

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 человека другие эндогенные субстраты фермента включают специфические нейромодуляторы следовых аминов , а именно фенэтиламин , тирамин и триптамин , которые, в свою очередь, образуют N-ацетилфенэтиламин , N-ацетилтирамин иN-ацетилтриптамин . [5]

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). [6]

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. [7]

Структура [ править ]

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 бета-лист (9 нитей; 48 остатков). Это семейство разделяет четыре консервативных мотива последовательности, обозначенных AD. Мотив B служит местом расположения ячейки для связывания серотонина. Структура определена методом дифракции рентгеновских лучей . [1]

Было решено несколько структур для этого класса ферментов с кодами доступа PDB 1CJW , [8] 1B6B , [9] 1L0C , [1] [10] и 1KUV / 1KUX / 1KUY . [1]

Аралкиламин-N-ацетилтрансфераза также была кристаллизована в комплексе с 14-3-3ζ из семейства белков 14-3-3 с кодом доступа PDB 1IB1 . [11]

Суперсемейство GNAT [ править ]

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 факторов транскрипции эукариот , 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. [12]

Регламент [ править ]

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. [13] Одним из примеров является 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 . [14]

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. [15]

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. [16]

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. [17]

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. [18]

Ингибиторы AANAT и клиническая значимость [ править ]

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. [19] [20] [21] Однако ни о каком ингибиторе AANAT с высокой активностью in vivo не сообщалось. [22] К настоящему времени в литературе описано пять классов ингибиторов AANAT. [6] Ниже приведены пять классов:

Производные мелатонина [ править ]

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. [23]

Пептидные ингибиторы [ править ]

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. [24]

Бисубстратные аналоги [ править ]

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. [25] Первый аналог бисубстрата ( 1 ), который связывает триптамин и КоА через ацетиловый мостик, был синтезирован Халилом и Коулом и оказался очень мощным и специфическим ингибитором AANAT. [26]

N-галоацетилированные производные [ править ]

AANAT показал, что он также обладает вторичной алкилтрансферазной активностью, а также активностью ацетилтрансферазы. [27] Были разработаны N-галоацетилтриптамины, которые служат субстратами для алкилтрансферазы AANAT, а также являются мощными (низкими микромолярными) ингибиторами активности ацетилтрансферазы AANAT in vitro . AANAT катализирует реакцию между N-бромацетилтриптамином (BAT) и восстановленным CoA, в результате чего получается ингибитор аналога бисубстрата с прочной связью. [27] [28] Первый синтезированный клеточно-проницаемый ингибитор AANAT N-бромацетилтриптамин был дополнительно изучен на секрецию мелатонина шишковидной железой крысы и свиньи. [29] Новые производные N-галогеноацетила, приводящие к сильному in situингибирование AANAT. Концепция механизма действия этих предшественников была изучена путем изучения биосинтеза ингибитора из меченного тритием BAT в живой клетке. [20]

Соединения на основе роданина [ править ]

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. [19]

Недавнее исследование ингибитора AANAT описало открытие нового класса непептидных ингибиторов AANAT на основе 2,2'-битиенильного каркаса. [22]

См. Также [ править ]

  • Ацетилтрансфераза

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d PDB : 1KUX ; Вольф Э., Де Анжелис Дж., Халил Э.М., Коул ПА, Берли СК (март 2002 г.). «Рентгеноструктурные исследования катализа и ингибирования серотонин N-ацетилтрансферазы». J. Mol. Биол . 317 (2): 215–24. DOI : 10.1006 / jmbi.2001.5371 . PMID  11902838 .
  2. ^ a b c «Ген Энтреза : N- ацетилтрансфераза арилалкиламина » .
  3. ^ a b Coon SL, Mazuruk K, Bernard M, Roseboom PH, Klein DC, Rodriguez IR (май 1996 г.). «Ген серотонин N-ацетилтрансферазы (EC 2.3.1.87) (AANAT) человека: структура, хромосомная локализация и тканевая экспрессия». Геномика . 34 (1): 76–84. DOI : 10.1006 / geno.1996.0243 . PMID 8661026 . 
  4. ^ "Номенклатура ферментов IUBMB EC 2.3.1.87" . Номенклатурный комитет Международного союза биохимии и молекулярной биологии (NC-IUBMB) . Проверено 15 ноября 2014 года .
  5. ^ "EC 2.3.1.87 - аралкиламин N-ацетилтрансфераза" . БРЕНДА . Technische Universität Braunschweig. Июль 2014 . Проверено 10 ноября 2014 года .
  6. ^ a b Чжэн В., Коул ПА (июнь 2002 г.). «Серотонин N-ацетилтрансфераза: механизм и ингибирование». Curr. Med. Chem . 9 (12): 1187–99. DOI : 10.2174 / 0929867023370013 . PMID 12052171 . 
  7. ^ Дж. Де Анжелис; Дж. Гастель; DC Klein; П.А. Коул (январь 1998 г.). «Кинетический анализ каталитического механизма серотонин-N-ацетилтрансферазы (EC 2.3.1.87)» . Журнал биологической химии . 273 (5): 3045–3050. DOI : 10.1074 / jbc.273.5.3045 . PMID 9446620 . 
  8. ^ Hickman AB, Namboodiri MA, Klein DC, Dyda F (апрель 1999). «Структурная основа упорядоченного связывания субстрата серотонин-N-ацетилтрансферазой: ферментный комплекс с разрешением 1,8 A с аналогом бисубстрата». Cell . 97 (3): 361–9. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 80745-X . PMID 10319816 . S2CID 18272015 .  
  9. ^ Hickman AB, Klein DC, Dyda F (январь 1999). «Биосинтез мелатонина: структура серотонин-N-ацетилтрансферазы при разрешении 2,5 A предполагает каталитический механизм». Мол. Cell . 3 (1): 23–32. DOI : 10.1016 / S1097-2765 (00) 80171-9 . PMID 10024876 . 
  10. ^ Scheibner К.А., Де Анджелис J, Burley SK, Коул PA (май 2002). «Исследование роли каталитических остатков в серотонин-N-ацетилтрансферазе» . J. Biol. Chem . 277 (20): 18118–26. DOI : 10.1074 / jbc.M200595200 . PMID 11884405 . 
  11. ^ Обзил T, Ghirlando R, Klein DC, Гангули S, Dyda F (апрель 2001). «Кристаллическая структура комплекса 14-3-3zeta: серотонин-N-ацетилтрансфераза. Роль каркаса в регуляции ферментов». Cell . 105 (2): 257–67. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (01) 00316-6 . PMID 11336675 . S2CID 9564413 .  
  12. ^ Мэтью В. Веттинг; Луис Педро С. де Карвалью; Майкл Ю; Субрей С. Хегде; Софи Магнит; Стивен Л. Родерик и Джон С. Бланчард (январь 2005 г.). «Структура и функции GNAT суперсемейства ацетилтрансфераз». Архивы биохимии и биофизики . 433 (1): 212–226. DOI : 10.1016 / j.abb.2004.09.003 . PMID 15581578 . 
  13. ^ Кляйн, округ Колумбия; Coon, SL; Roseboom, PH; Веллер, JL; Бернард, М .; Gastel, JA; Zatz, M .; Ювоне, ПМ; Родригес, Ирландия; Bégay, V .; Falcón, J .; Кэхилл, GM; Кассон, ВМ; Балер Р. (1997). «Фермент, производящий ритм мелатонина: молекулярная регуляция серотонин-N-ацетилтрансферазы в шишковидной железе». Недавний прогресс в исследованиях гормонов . 52 : 307–357, обсуждение 357–8. PMID 9238858 . 
  14. Перейти ↑ Coon SL, Weller JL, Korf HW, Namboodiri MA, Rollag M, Klein DC (июнь 2001 г.). «cAmp-регуляция арилалкиламино-N-ацетилтрансферазы (AANAT, EC 2.3.1.87): новая клеточная линия (1E7) свидетельствует о внутриклеточной активации AANAT» . J. Biol. Chem . 276 (26): 24097–107. DOI : 10.1074 / jbc.M011298200 . PMID 11313340 . 
  15. Kim TD, Kim JS, Kim JH, Myung J, Chae HD, Woo KC, Jang SK, Koh DS, Kim KT (апрель 2005 г.). «Ритмичная деградация мРНК серотонин-N-ацетилтрансферазы необходима для поддержания ее циркадных колебаний» . Мол. Клетка. Биол . 25 (8): 3232–46. DOI : 10.1128 / MCB.25.8.3232-3246.2005 . PMC 1069600 . PMID 15798208 .  
  16. ^ Шевчук Л.М., Таррант М.К., Sample V, Друри WJ, Zhang J, Cole PA (сентябрь 2008). «Анализ регуляции серотонин-N-ацетилтрансферазы in vitro и в живых клетках с использованием полусинтеза белка» . Биохимия . 47 (39): 10407–19. DOI : 10.1021 / bi801189d . PMC 2682328 . PMID 18771288 .  
  17. Choi BH, Chae HD, Park TJ, Oh J, Lim J, Kang SS, Ha H, Kim KT (июль 2004 г.). «Протеинкиназа С регулирует активность и стабильность серотонин-N-ацетилтрансферазы» . J. Neurochem . 90 (2): 442–54. DOI : 10.1111 / j.1471-4159.2004.02495.x . PMID 15228600 . S2CID 42638894 .  
  18. ^ Цубои S, Котани Y, Огава К, Т Хатанака, Yatsushiro S, Отсука М, Мориям Y (ноябрь 2002 г.). «Внутримолекулярный дисульфидный мостик как каталитический переключатель серотонин-N-ацетилтрансферазы» . J. Biol. Chem . 277 (46): 44229–35. DOI : 10.1074 / jbc.M203305200 . PMID 12215431 . 
  19. ^ a b Лоуренс М. Шевчук; С. Адриан Салдана; Сураджит Гангули; Эрин М. Бауэрс; Маргарита Яворонова; Баласубраманьям Каранам; Джеффри К. Калхейн; Марк А. Холберт; Дэвид К. Кляйн; Рубен Абагян; Филип А. Коул (ноябрь 2007 г.). «Открытие de novo ингибиторов серотонин-N-ацетилтрансферазы» . Журнал медицинской химии . 50 (22): 5330–5338. DOI : 10.1021 / jm0706463 . PMC 2531295 . PMID 17924613 .  
  20. ^ a b Ферри G, Ubeaud C, Mozo J, Péan C, Hennig P, Rodriguez M, Scoul C, Bonnaud A, Nosjean O, Galizzi JP, Delagrange P, Renard P, Volland JP, Yous S, Lesieur D, Boutin JA (Январь 2004 г.). «Новые субстратные аналоги серотонин-N-ацетилтрансферазы человека производят in situ специфические и сильные ингибиторы» . Евро. J. Biochem . 271 (2): 418–28. DOI : 10.1046 / j.1432-1033.2003.03942.x . PMID 14717709 . 
  21. Zheng W, Cole PA (октябрь 2003 г.). «Новые ингибиторы бисубстратных аналогов серотонин-N-ацетилтрансферазы: важность нейтральности». Биоорг. Chem . 31 (5): 398–411. DOI : 10.1016 / S0045-2068 (03) 00081-6 . PMID 12941292 . 
  22. ^ a b Lepailleur A, Lemaître S, Feng X, Sopkova-de Oliveira Santos J, Delagrange P, Boutin J, Renard P, Bureau R, Rault S (март 2010 г.). «Исследование на основе рецепторов и лигандов новых 2,2'-битиенильных производных в качестве непептидных ингибиторов AANAT». Модель J Chem Inf . 50 (3): 446–60. DOI : 10.1021 / ci9004805 . PMID 20196559 . 
  23. ^ Шен S, Bremont В, Serraz я, Andrieux Дж, Poncet А, Mathe-Allainmat М, Chanut Е, Trouvin JH, Ланглуа М (июнь 1996 г.). «Соотношения структура-активность для субстратов и ингибиторов пинеальной 5-гидрокситриптамин-N-ацетилтрансферазы: предварительные исследования». Евро. J. Pharmacol . 307 (2): 133–40. DOI : 10.1016 / 0014-2999 (96) 00228-2 . PMID 8832214 . 
  24. ^ Ferry G, Loynel A, Kucharczyk N, Bertin S, Rodriguez M, Delagrange P, Galizzi JP, Jacoby E, Volland JP, Lesieur D, Renard P, Canet E, Fauchère JL, Boutin JA (март 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 . 
  25. ^ Пейдж, AI (1990). «Подавление ферментов». Комплексная лекарственная химия . 2 : 61–87.
  26. ^ Халил, Эхаб М .; Филип А. Коул (6 июня 1998 г.). «Мощный ингибитор фермента мелатонинового ритма». Варенье. Chem. Soc . 120 (24): 6195–6196. DOI : 10.1021 / ja981365a .
  27. ^ a b Халил Э.М., Де Анжелис Дж., Исии М., Коул П.А. (октябрь 1999 г.). «Механическое ингибирование фермента мелатонинового ритма: фармакологическое использование функциональной пластичности активного центра» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (22): 12418–12423. Bibcode : 1999PNAS ... 9612418K . DOI : 10.1073 / pnas.96.22.12418 . PMC 22936 . PMID 10535937 .  
  28. ^ Чжэн W, Scheibner KA, Ho AK, Коул PA (апрель 2001). «Механистические исследования активности алкилтрансферазы серотонин-N-ацетилтрансферазы» . Химия и биология . 8 (4): 379–389. DOI : 10.1016 / s1074-5521 (01) 00020-5 . PMID 11325593 . 
  29. ^ Lewczuk B, Чжэн W, Прусик M, Cole PA, Przybylska-Gornowicz B (октябрь 2005). «N-бромацетилтриптамин сильно и обратимо ингибирует секрецию мелатонина in vitro пинеалоцитами млекопитающих». Письма по нейроэндокринологии . 26 (5): 581–592. PMID 16264397 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • 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. 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 [ править ]

  • 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 .