Kolin-O-acetil-transzferáz

A kolin-O-acetil-transzferáz , továbbá a kolin -acetil-transzferáz , a kolin-acetil-CoA-transzferáz ( angolul  Choline acetyl-transferase , rövidítés : ChAT , CHAT , de néha CAT , EC 2.3.1.6 ) az aciltranszferázok (a transzferázok egy fajtája ) családjába tartozó enzim. katalizálja az acetilcsoport (CH 3 -CO) reakciótranszfert az acetil-CoA molekuláról a szubsztrát molekulára - kolinra , acetilkolin (ACC) és koenzim A képződésével , a következő egyenlet szerint:

Az enzim egy nagyon fontos reakciót katalizál, a keletkező acetilkolin neurotranszmitterként működik . A legtöbb idegvégződési fehérjéhez hasonlóan a ChAT is az idegsejt testében (a szóma) szintetizálódik, majd az idegvégződésekbe (végződésekbe) kerül, ahol a legmagasabb koncentrációban van. Ennek az enzimnek az idegsejtekben való jelenléte az ilyen sejteket " kolinerg " neuronok közé sorolja. Az emberi szervezetben a kolin-acetiltranszferáz enzimet a 10. kromoszómán található CHAT gén kódolja [1] . A fehérje 748 aminosavból álló szekvenciából áll, molekulatömege 82536 Da [2] .

Az elmúlt két évtized tanulmányai egyetlen ChAT gén létezését jelzik, amely az enzim számos formáját és izoformáját kódolja [3] .

Szerkezet

A ChAT 3D szerkezetét PDB:2FY2 röntgenkrisztallográfiával kaptuk meg. A kolin nem kovalensen kötődik az enzim aktív centrumában, a kolin pozitív töltésű aminocsoportja és a tirozin - Tyr552 - hidroxilcsoportja között, emellett a kolin hidroxilcsoportja és a hisztidincsoport között hidrogénkötések jönnek létre - Az ő324 .

A kolin mint szubsztrát a ChAT belsejében található zsebben, míg az acetil-CoA a fehérje felületén található zsebben található. Az enzim háromdimenziós kristályszerkezete azt mutatja, hogy az acetil-CoA molekula acetilcsoportja szomszédos a kolinkötő zsebbel, így minimalizálva a távolságot a donor és az akceptor acetilcsoportja között.

• A kolin-acetil-transzferáz kötőhelyének szerkezete

• A kolin-acetiltranszferázhoz kötődő kolinion kristályszerkezete. A His324A és Tyr552A aminosavak oldalláncait mutatjuk be .

• A kolin és az acetil-CoA sztereoszkópikus képe a ChAT aktív helyén.

• Sztereoszkópos kép a kolinmolekula és az acetil-CoA kötődéséről a ChAT aktív helyén - nézet alternatív szögből.

Homológia

A ChAT nagyon konzervált az állati genomban . Különösen az emlősökben van nagyon nagy szekvenciahasonlóság. Az ember és a macska például 89%-ban azonos ChAT szekvencia. A Drosophila szekvenciaazonossága körülbelül 30% [4] .

Enzimformák

Az enzimnek két formája van: oldható és membránhoz kötött [5] . Az oldható forma az enzim teljes aktivitásának 80-90%-áért, míg a membránhoz kötött forma az aktivitás fennmaradó 10-20%-áért [6] . Azonban régóta vita folyik arról, hogy a ChAT utóbbi formája hogyan kapcsolódik a membránhoz [7] . Membránhoz kötött formájában a ChAT szinaptikus vezikulákhoz kapcsolódik [8] .

A ChAT általános és perifériás izoformái

A ChAT-nak két izoformája van, mindkettő ugyanabban a szekvenciában kódolt. A ChAT közös izoformája (cChAT) mind a központi idegrendszerben , mind a PNS -ben jelen van . A ChAT perifériás izoformája (pChAT) túlnyomórészt az emberi test PNS -ében lokalizálódik, és a CHAT gén exonok kihagyása (6-9. exonok) következtében jön létre a poszttranszkripciós módosítás során. Így az aminosavszekvenciák nagyon hasonlóak, azonban a cChAT-ben jelen lévő szekvencia egyes részei hiányoznak a pChAT-ből.

Funkciók

Az agy kolinerg rendszerei a kognitív, figyelmi és motoros funkciókban betöltött fontos szerepük miatt folyamatosan érdeklik az idegtudósokat. Az előagy szubkortikális magjaiból származó, a neocortexet és a hippocampust beidegző kolinerg projekciós neuronok diszfunkciója és degenerációja olyan betegségek patogenezisének hátterében áll, mint az Alzheimer-kór és a Lewy -testes demencia , valamint más neuropszichiátriai betegségek, amelyek lefolyása gyakran bonyolult. a kognitív szféra károsodása miatt, mint például skizofrénia , Parkinson-kór , vaszkuláris demencia krónikus agyi ischaemiában [3] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] .

A ChAT alacsony expressziója a gerincvelő motoros magjainak kolinerg neuronjaiban az amyotrophiás laterális szklerózis specifikus korai jele , a gerincvelő motoros magjaiban a kolinerg funkció többszörös rendellenességei a veleszületett myastheniás szindróma etiológiáját jelentik, a gerincvelő diszfunkciója. A neostriatum kolinerg interneuronjai részben felelősek a Harrington-kór akaratlan mozgásaiért [12] [16] [17] .

Az idegvégződésekben a ChAT aktivitása szorosan összefügg a neurotranszmitterek kolinerg funkciójával. A ChAT kinetikai számítások alapján sokáig nem volt besorolva a sebességkorlátozó enzimek közé. Kinetikai jellemzői szerint a ChAT nincs telítve szubsztrátokkal, a kolinnal és az acetil-CoA-val fiziológiás koncentrációjukban, ezért úgy vélték, hogy a szintézis sebessége csak maguknak a szubsztrátoknak a koncentrációjának ingadozásától függ [18] [19 ] ] . Az elmúlt évtizedekben azonban számos más, az enzimaktivitást szabályozó intracelluláris faktort azonosítottak, és ezek az adatok a ChAT fontos szabályozó szerepét jelzik az acetilkolin szintézisében [20] [21] . Feltételezhető, hogy számos betegség oka a ChAT molekulában vagy szabályozó fehérjéiben fellépő spontán pontmutációk, amelyek enzimszabályozási zavarokhoz vagy a szabályozó tényezőkkel való kommunikáció képességének megváltozásához vezetnek [17] [21] . Ezek a tények az acetilkolin metabolizmusának és szekréciós aktivitásának neuronális, genetikai és posztgenomikus szabályozó mechanizmusainak intenzív tanulmányozását indítják el .

A ChAT-ot sokáig csak citoplazmatikus, vízben oldódó enzimként ismerték fel, még azután is, hogy 1967-ben felfedezték a szinaptikus membránokon. Később bebizonyosodott a ChAT, mint integrált szerkezeti fehérje létezése. A szinaptikus vízoldható (c, szinaptoplazmatikus) és membránhoz kötött (m) ChAT tulajdonságainak hosszú távú in vitro vizsgálata különböző funkcionális és metabolikus körülmények között kimutatta, hogy a ChAT aktivitás és a kolinerg szekréciós funkció közötti kapcsolat függ a ChAT kompartmentalizációjától. az enzim. Nincsenek ilyen jellegű in vivo vizsgálatok .

Orvosi jelentősége

Alzheimer-kór

Amiotrófiás laterális szklerózis

Jegyzetek

1. ↑ Strauss WL, Kemper RR, Jayakar P., Kong CF, Hersh LB, Hilt DC, Rabin M. Human choline acetyltransferase gene maps to region 10q11-q22.2 by in situ hybridization  //  Genomics : Journal. - 1991. - február ( 9. köt . 2. sz .). - P. 396-398 . - doi : 10.1016/0888-7543(91)90273-H . — PMID 1840566 .
2. ↑ UniProt , P28329  . Letöltve: 2018. március 18.
3. ↑ 1 2 Gill SK, Ishak M., Dobransky T. et al. A 82 kDa-os kolin-acetiltranszferáz az emberi központi idegrendszer kolinerg neuronjainak magjában található, és megváltozik az öregedés és az Alzheimer-kór következtében // Neurobiol. Öregedés. - 2007. - Vol. 28, 7. sz. - P. 1028-1040.
4. ↑ Oda Y. Kolin-acetiltranszferáz: a központi idegrendszer szerkezete, eloszlása ​​és kóros változásai. (angol)  // Pathology international: folyóirat. - 1999. - november ( 49. évf. , 11. sz.). - 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. A kolhicin preganglionális axonokra történő alkalmazásának hatása a kolin-acetil-transzferáz aktivitására és az acetilkolintartalomra és a felső nyaki ganglionban való felszabadulásra  //  Journal of Neurochemistry : folyóirat. - 1996. - 1. évf. 66 , sz. 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. Membránhoz kötött kolin-acetiltranszferáz szubcelluláris lokalizációjának vizsgálata Drosophila központi idegrendszerében és a membránokkal való kapcsolatáról  .)  // European Journal of Neuroscience : folyóirat. - 1998. - május 25. ( 10. évf. , 5. sz.). - P. 1644-1653 . - doi : 10.1046/j.1460-9568.1998.00177.x . — PMID 9751137 .
7. ↑ Bruce G., Hersh LB. Tanulmányok a patkány és emberi agy membránfrakcióiból felszabaduló kolin-acetil-transzferázról. (angol)  // Neurokémiai kutatás : folyóirat. - 1987. - December ( 12. évf., 12. sz . ). - P. 1059-1066 . - doi : 10.1007/bf00971705 . — PMID 2450285 .
8. ↑ Carroll PT A membránhoz kötött kolin-O-acetiltranszferáz patkány hippocampális szövetében szinaptikus vezikulákkal társul  //  Brain Research : folyóirat. - 1994. - 1. évf. 633 , sz. 1-2 . - 112-118 . o . - doi : 10.1016/0006-8993(94)91529-6 . — PMID 8137149 .
9. ↑ Zakharov V.V., Khatiashvili I.T., Yakhno N.N. Demencia Lewy-testekkel // Neurológiai folyóirat. - 1998. - 6. sz. -TÓL TŐL. 7-11.
10. ↑ Dobransky T., Brewer D., Lajoie G. et al. A 69 kD kolin-acetil-transzferáz foszforilációja a 456-treoninnál válaszul az 1-42 amiloid-b peptid rövid távú expozíciójára // J. Biol. Chem. -2003. — Vol. 278, 8. sz. - P. 5883-5893.
11. ↑ Nardone R., De Blasi .P, Seidl M. et al. Kognitív funkció és kolinerg átvitel szubkortikális vaszkuláris demenciában és mikrovérzésben szenvedő betegeknél: TMS vizsgálat // J. Neural Transm. - 2011. - 20. évf. 118, 9. sz. - R. 1349-1358.
12. ↑ 1 2 Oda Y. Kolin-acetiltranszferáz: a központi idegrendszer szerkezete, eloszlása ​​és patológiás változásai // Pathol. Int. -1999. — Vol. 49, 11. sz. - P. 921-937.
13. ↑ Shin J., Choi S., Lee JE et al. Szubkortikális fehérállomány-hiperintenzitás Parkinson-kórban szenvedő betegek kolinerg útvonalain a kognitív állapot szerint // J. Neurol. Idegsebészeti pszichiátria. - 2012. - Kt. 83, 3. sz. - P. 315-321.
14. ↑ Wang J., Zhang HY, Tang XC A vaszkuláris demenciában érintett kolinerg hiány: lehetséges kezelési mechanizmus és stratégia// Acta Pharmacol. bűn. - 2009. - Vol. 30, 7. sz. - P. 879-888.
15. ↑ Yarnall A., Rochester L., Burn DJ A kolinerg funkció, a figyelem és az elesések kölcsönhatása Parkinson-kórban // Mov. Disord. - 2011. - Vol. 26., 14. sz. - P. 2496-2503.
16. ↑ Dobransky T., Doherty-Kirby A., Kim AR et al. A protein-kináz-cizoformák differenciáltan foszforilezik a humán kolin-acetil-transzferázt, szabályozva annak katalitikus aktivitását // J. Biol. Chem. - 2004. - 20. évf. 279., 50. sz. - P. 52059-52068.
17. ↑ 1 2 Ohno K., Tsujino A., Brengman JM et al. A kolin-acetil-transzferázemutációk az epizodikus apnoéhoz kapcsolódó myastheniás szindrómát okoznak emberekben // Proc. Natl. Acad. sci. USA. - 2001. - 20. évf. 98. - P. 2017-2022.
18. ↑ Tucek S. Az acetilkolin szintézis szabályozása az agyban // J. Neurochem. - 1985. - 1. évf. 44, 1. sz. - P. 11-24.
19. ↑ Tecek S. Az acetilkolin szintézise: Húsz éves fejlődés // Prog. Brain Res. - 1990. - 1. évf. 84. - P. 467-477.
20. ↑ Dobransky T., Rylett RJ A kolin-acetiltranszferáz funkcionális szabályozása foszforilációval // Neurochem Res. - 2003. - 1. évf. 28, 3-4. - P. 537-542.
21. ↑ 1 2 Dobransky T., Rylett RJ A proteinkináz C izoformái differenciálisan foszforilezik a humán kolin-acetiltranszferázt, szabályozva annak katalitikus aktivitását // J. Neurochem. - 2005. - 20. évf. 95, #2. - P. 305-313.

Szótárak és enciklopédiák	Britannica (online)