Colina-O-acetiltransferaza

Colina-O-acetiltransferaza , de asemenea colin acetiltransferaza , colina acetil-CoA transferaza ( în engleză  Choline acetiltransferaza , prescurtare ChAT , CHAT , dar uneori CAT , EC 2.3.1.6 ) este o enzimă din familia aciltransferazelor (un tip de transferaze ). catalizează transferul de reacție al grupării acetil (CH 3 -CO) de la molecula de acetil-CoA la molecula de substrat - colina , cu formarea acetilcolinei (ACC) și a coenzimei A , conform ecuației:

Enzima catalizează o reacție foarte importantă, acetilcolina rezultată acționând ca un neurotransmițător . La fel ca majoritatea proteinelor de terminații nervoase, ChAT este sintetizată în corpul neuronului (soma) și apoi transportată la terminalele nervoase (terminații), unde se află la cea mai mare concentrație. Prezența acestei enzime în celulele nervoase clasifică o astfel de celulă drept neuron „ colinergic ”. În corpul uman, enzima colin acetiltransferaza este codificată de gena CHAT situată pe cromozomul al 10-lea [1] . Proteina constă dintr-o secvență de 748 de resturi de aminoacizi și are o greutate moleculară de 82536 Da [2] .

Studiile din ultimele două decenii indică existența unei singure gene ChAT, care codifică mai multe forme și izoforme ale enzimei [3] .

Structura

Structura 3D a ChAT a fost obținută folosind cristalografia cu raze X PDB:2FY2 . Colina se leagă necovalent în centrul activ al enzimei, între gruparea amino încărcată pozitiv a colinei și gruparea hidroxil a reziduului de tirozină - Tyr552 , în plus, se formează legături de hidrogen între gruparea hidroxil a colinei și restul histidină - Lui324 .

Colina ca substrat este găzduită într-un buzunar din interiorul ChAT, în timp ce acetil-CoA este găzduit într-un buzunar de pe suprafața proteinei. Structura cristalină tridimensională a enzimei arată că gruparea acetil a moleculei de acetil-CoA este adiacentă pungii de legare a colinei - minimizând distanța dintre gruparea acetil a donorului și acceptorului.

• Structura situsului de legare al colin acetiltransferazei

• Structura cristalină a ionului de colină, care se leagă în acetiltransferaza de colină. Sunt prezentate lanțurile laterale ale reziduurilor de aminoacizi His324A și Tyr552A .

• Imagine stereoscopică a colinei și acetil-CoA în situl activ ChAT.

• Imagine stereoscopică a legării moleculei de colină și acetil-CoA în locul activ al ChAT - vedere dintr-un unghi alternativ.

Omologie

ChAT este foarte conservat în genomul animalului . În special, mamiferele au o asemănare foarte mare de secvență. Omul și pisica, de exemplu, au în comun 89% identitatea secvenței ChAT. Identitatea secvenței cu Drosophila este de aproximativ 30% [4] .

Forme de enzime

Există două forme ale enzimei: solubilă și legată de membrană [5] . Forma solubilă reprezintă 80-90% din activitatea totală a enzimei, în timp ce forma legată de membrană este responsabilă pentru restul de 10-20% din activitate [6] . Cu toate acestea, a existat de multă vreme dezbateri despre modul în care cea din urmă formă de ChAT este asociată cu membrana [7] . În forma sa legată de membrană, ChAT este asociată cu vezicule sinaptice [8] .

Izoforme generale și periferice ale ChAT

Există două izoforme ale ChAT, ambele codificate în aceeași secvență. Izoforma comună a ChAT (cChAT) este prezentă atât în ​​SNC , cât și în SNP . Izoforma periferică a ChAT (pChAT) este localizată predominant în PNS al corpului uman și apare din cauza omiterii exonilor (exonii 6-9) a genei CHAT în timpul modificării post-transcripționale. Astfel, secvențele de aminoacizi sunt foarte asemănătoare, totuși, părți ale secvenței prezente în cChAT lipsesc din pChAT.

Funcții

Sistemele colinergice ale creierului prezintă un interes constant pentru neurologi datorită rolului lor important în funcțiile cognitive, atenționale și motorii. Disfuncția și degenerarea neuronilor de proiecție colinergică din nucleii subcorticali ai creierului anterior, care inervează neocortexul și hipocampul, stau la baza patogenezei unor boli precum boala Alzheimer și demența cu corpi Lewy , precum și a altor boli neuropsihiatrice, al căror curs este adesea complicat. prin deficiențe în sfera cognitivă precum schizofrenia , boala Parkinson , demența vasculară în ischemia cerebrală cronică [3] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] .

Expresia scăzută a ChAT în neuronii colinergici ai nucleilor motori ai măduvei spinării este un semn precoce specific al sclerozei laterale amiotrofice , multiple anomalii ale funcției colinergice în nucleii motori ai măduvei spinării constituie etiologia sindromului miastenic congenital, disfuncția interneuronii colinergici ai neostriatului sunt parțial responsabili de mișcările involuntare în boala Harrington [12] [16] [17] .

În terminațiile nervoase, activitatea ChAT este strâns legată de funcția colinergică a neurotransmițătorului. Multă vreme, pe baza calculelor cinetice, ChAT nu a fost clasificată ca o enzimă limitatoare de viteză. Conform caracteristicilor sale cinetice, ChAT nu este saturat cu substraturi, colină și acetil-CoA, în concentrațiile lor fiziologice și, prin urmare, se credea că viteza de sinteză depinde doar de fluctuațiile concentrațiilor substraturilor în sine [18] [19 ]. ] . Cu toate acestea, în ultimele decenii, au fost identificați mulți alți factori intracelulari care reglează activitatea enzimatică, iar aceste date indică un rol reglator important al ChAT în sinteza acetilcolinei [20] [21] . Se presupune că cauza unui număr de boli sunt mutațiile punctuale spontane ale moleculei ChAT sau proteinelor sale reglatoare, care conduc la dereglarea enzimei sau la o modificare a capacității de a comunica cu factorii de reglare [17] [21] . Aceste fapte determină un studiu intens al mecanismelor de reglare neuronale, genetice și postgenomice ale metabolismului și activității secretoare a acetilcolinei .

ChAT a fost mult timp recunoscut doar ca o enzimă citoplasmatică, solubilă în apă, chiar și după ce a fost descoperită în 1967 pe membranele sinaptice. Mai târziu, a fost dovedită existența ChAT ca proteină structurală integrală. Un studiu in vitro pe termen lung al proprietăților ChAT sinaptice solubile în apă (c, sinaptoplasmic) și legate de membrană (m) în diferite condiții funcționale și metabolice a arătat că relația dintre activitatea ChAT și funcția secretorie colinergică depinde de compartimentarea enzima. Nu există studii in vivo de acest fel .

Semnificație medicală

Boala Alzheimer

Scleroza laterală amiotrofică

Note

1. ↑ Strauss WL, Kemper RR, Jayakar P., Kong CF, Hersh LB, Hilt DC, Rabin M. Gena colină acetiltransferaza umană mapează regiunea 10q11-q22.2 prin hibridizare in situ  //  Genomics: journal. - 1991. - Februarie ( vol. 9 , nr. 2 ). - P. 396-398 . - doi : 10.1016/0888-7543(91)90273-H . — PMID 1840566 .
2. ↑ UniProt , P28329  . Preluat: 18 martie 2018.
3. ↑ 1 2 Gill SK, Ishak M., Dobransky T. et al. 82-kDa colin acetiltransferaza se află în nucleele neuronilor colinergici din SNC uman și este modificată în îmbătrânire și boala Alzheimer // Neurobiol. Îmbătrânire. - 2007. - Vol. 28, nr 7. - P. 1028-1040.
4. ↑ Oda Y. Colina acetiltransferaza: structura, distribuția și modificările patologice în sistemul nervos central. (engleză)  // Pathology international: journal. - 1999. - noiembrie ( vol. 49 , nr. 11 ). - P. 921-937 . - doi : 10.1046/j.1440-1827.1999.00977.x . — PMID 10594838 .
5. ↑ Tandon A., Bachoo M., Weldon P., Polosa C., Collier B. Efectele aplicării colchicinei la axonii preganglionari asupra activității colin acetiltransferazei și a conținutului și eliberării de acetilcolină în ganglionul cervical superior  //  Journal of Neurochemistry : jurnal. - 1996. - Vol. 66 , nr. 3 . - P. 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. Study of subcellular localization of membrane-bound colin acetiltransferase in Drosophila central nervous system and its association with membranes   // Jurnalul European de Neuroscience : jurnal. - 1998. - 25 mai ( vol. 10 , nr. 5 ). - P. 1644-1653 . - doi : 10.1046/j.1460-9568.1998.00177.x . — PMID 9751137 .
7. ↑ Bruce G., Hersh LB Studiile privind detergentul au eliberat colin acetiltransferaza din fracțiunile membranare ale creierului de șobolan și uman. (engleză)  // Cercetare neurochimică : jurnal. - 1987. - Decembrie ( vol. 12 , nr. 12 ). - P. 1059-1066 . - doi : 10.1007/bf00971705 . — PMID 2450285 .
8. ↑ Carroll PT Colina-O-acetiltransferaza legată de membrană în țesutul hipocampal de șobolan este asociată cu vezicule sinaptice  // Cercetarea  creierului : jurnal. - 1994. - Vol. 633 , nr. 1-2 . - P. 112-118 . - doi : 10.1016/0006-8993(94)91529-6 . — PMID 8137149 .
9. ↑ Zaharov V.V., Khatiashvili I.T., Yakhno N.N. Dementa cu corpi Lewy // Jurnal neurologic. - 1998. - Nr. 6. -DIN. 7-11.
10. ↑ Dobransky T., Brewer D., Lajoie G. et al. Fosforilarea colin acetiltransferazei de 69 kD la treonina-456 ca răspuns la expunerea pe termen scurt la peptida amiloid-b 1-42 // J. Biol. Chim. —2003. — Vol. 278, nr.8. - P. 5883-5893.
11. ↑ Nardone R., De Blasi .P, Seidl M. et al. Funcția cognitivă și transmiterea colinergică la pacienții cu demență vasculară subcorticală și microsângerări: un studiu TMS // J. Neural Transm. - 2011. - Vol. 118, nr.9. - R. 1349-1358.
12. ↑ 1 2 Oda Y. Colina acetiltransferaza: structura, distribuția și modificările patologice în sistemul nervos central // Pathol. Int. —1999. — Vol. 49, nr 11. - P. 921-937.
13. ↑ Shin J., Choi S., Lee JE et al. Hiperintensitățile subcorticale ale substanței albe în cadrul căilor colinergice ale pacienților cu boala Parkinson în funcție de statusul cognitiv // J. Neurol. Psihiatrie neurochirurgicală. - 2012. - Vol. 83, nr 3. - P. 315-321.
14. ↑ Wang J., Zhang HY, Tang XC Deficiența colinergică implicată în demența vasculară: posibil mecanism și strategie de tratament// Acta Pharmacol. păcat. - 2009. - Vol. 30, nr 7. - P. 879-888.
15. ↑ Yarnall A., Rochester L., Burn DJ Interacțiunea funcției colinergice, a atenției și a căderilor în boala Parkinson // Mov. Disord.- 2011. - Vol. 26, nr 14. - P. 2496-2503.
16. ↑ Dobransky T., Doherty-Kirby A., Kim AR și colab. Protein kinaza-Cizoformele fosforilează diferențial colin acetiltransferaza umană reglând activitatea sa catalitică // J. Biol. Chim. - 2004. - Vol. 279, nr 50. - P. 52059-52068.
17. ↑ 1 2 Ohno K., Tsujino A., Brengman JM și colab. Mutațiile acetiltransferazei de colină provoacă sindrom miastenic asociat cu apnee episodică la om // Proc. Natl. Acad. sci. STATELE UNITE ALE AMERICII. - 2001. - Vol. 98. - P. 2017-2022.
18. ↑ Tucek S. Reglarea sintezei acetilcolinei în creier // J. Neurochem. - 1985. - Vol. 44, nr. 1. - P. 11-24.
19. ↑ Tecek S. Sinteza acetilcolinei: Douăzeci de ani de progres // Prog. Brain Res. - 1990. - Vol. 84. - P. 467-477.
20. ↑ Dobransky T., Rylett RJ Reglarea funcțională a colin acetiltransferazei prin fosforilare // Neurochem Res. - 2003. - Vol. 28, nr.3-4. - P. 537-542.
21. ↑ 1 2 Dobransky T., Rylett RJ Protein kinaza C izoformele fosforilează diferențial colin acetiltransferaza umană reglând activitatea sa catalitică // J. Neurochem. - 2005. - Vol. 95, #2. - P. 305-313.

Dicționare și enciclopedii	Britannica (online)