Carnitin palmitoyltransferase I , også carnitin acyltransferase I , carnitin acyl-CoA transferase I eller palmitoyl-CoA transferase I ( Carnitine palmitoyltransferase I , forkortelse CPT1 ) er et mitokondrielt enzym, en af formerne for carnitin-O-palmitoyltransferase ( EC.1EC.2.2.1EC . Arkiveret 5. maj 2016 på Wayback Machine ), tilhører acyltransferase- familien [1] . Katalyserer overførslen af en acylgruppe (-COR) fra et acyl-CoA-fedtsyremolekyle med en lang carbonhydridkæde til et carnitinmolekyle med dannelse af acylcarnitin og et frit coenzym A- molekyle . Ofte er reaktionsproduktet palmitoylcarnitin (deraf navnet på enzymet), dog kan andre fedtsyrerester (acylgrupper-COR) også fungere som et substrat [2] [3] . Et af flere enzymer i carnitintransportsystemet . Genet, der koder for dette enzym, er placeret på det 11. kromosom - CPT1A Arkiveret 10. september 2016 på Wayback Machine .
Der er 3 isoformer af enzymet: CPT1A, CPT1B og CPT1C. CPT1 er forbundet med den ydre mitokondriemembran. Aktiviteten af dette enzym kan reduceres af malonyl-CoA (som er en inhibitor), en mellemmetabolit involveret i fedtsyrebiosyntese. Carnitin palmitoyltransferase I spiller en vigtig rolle i forskellige stofskiftesygdomme, såsom for eksempel diabetes . Imidlertid er krystalstrukturen stadig ukendt, som et resultat af hvilken dens nøjagtige virkningsmekanisme forbliver ukendt.
CPT1 refererer til et integreret membranprotein, der er forbundet med den ydre mitokondrielle membran via transmembrane regioner i peptidkæden. Både terminale N- og C-domæner er placeret på den cytoplasmatiske side af membranen [4] .
Alle tre isoformer af enzymet findes i pattedyrsvæv. Leverisoformen (CPT1A eller CPTI-L) er lokaliseret i mitokondrierne i alle kropsceller, med undtagelse af skeletmuskelceller og brune fedtvævsceller [5] [6] . Muskelisoformen (CPT1B eller CPTI-M) er et højt udtrykt protein produceret i hjertemyokardiet, skeletmuskelceller (myocytter) og brune fedtvævsceller [4] [5] [6] . Den tredje isoform, cerebral (CPT1C), blev isoleret i 2002 og er overvejende placeret i hjernen og testiklerne . Lidt er kendt om denne form [7] [8] .
Den nøjagtige struktur af alle CPT1-isoformer er endnu ikke fastlagt, selvom der i silico -modeller er blevet skabt baseret på nært beslægtede CPT1-enzymer - acylcarnitin-transferaser, såsom carnitin-acetyltransferase (CRAT) [9] .
En vigtig strukturel forskel mellem CPT1 og CPT2, CRAT og carnitinoktanoyltransferase (COT) er, at CPT1 indeholder et yderligere domæne ved N-terminalen på ca. 160 aminosyrer . Det blev fundet, at dette yderligere N-terminale domæne er vigtigt for nøgleenzyminhibitormolekylet malonyl-CoA [10] .
To forskellige bindingssteder er blevet foreslået, som findes i CPT1A og CPT1B. A-stedet, eller CoA-stedet , ser ud til at binde både malonyl-CoA og palmitoyl-CoA, såvel som andre coenzym A-holdige molekyler. Enzymet menes at binde disse molekyler gennem interaktion med en coenzymdel. Det er blevet foreslået, at malonyl-CoA kan opføre sig som en kompetitiv inhibitor af CPT1A på dette sted. I det andet, O-stedet , menes det, at malonyl-CoA binder meget tættere end i A-stedet . I modsætning til A -stedet binder O -stedet til malonyl-CoA gennem malonat-dicarbonylgruppen [11] . Binding af malonyl-CoA til enzymet af A- og O- stederne hæmmer virkningen af CPT1A ved at eliminere bindingen af carnitin af enzymet.
På grund af manglen på data om enzymets krystalstruktur er den nøjagtige mekanisme for CPT1-katalyse stadig ukendt. Et par forskellige mulige mekanismer for CPT1 er blevet postuleret, som begge involverer en histidinrest , His473 , der tjener som et nøglekatalytisk sted. En sådan mekanisme er baseret på carnitin-acetyltransferase-modellen vist nedenfor, hvor His473-resten deprotonerer carnitin, mens den tilstødende serin -rest stabiliserer det tetraedriske mellemprodukt af oxyanionen.
En anden mekanisme er baseret på antagelsen om, at der er en såkaldt katalytisk triade, bestående af aminosyrerester Cys-305 , His-473 og Asp-454 , som udfører katalytisk acyloverførsel [12] . Denne katalytiske mekanisme involverer dannelsen af et kovalent thioacylenzymmellemprodukt med Cys-305.
Carnitin palmitoyl transferase systemet er et vigtigt skridt i beta-oxidationen af langkædede fedtsyrer. Langkædede fedtsyrer, såsom palmitoyl-CoA, kan i modsætning til kort- og mellemkædede fedtsyrer ikke frit diffundere gennem den indre mitokondriemembran (den er uigennemtrængelig), for denne overgang er der en carnitin-shuttle , der transporterer dem til matrixen [13] .
Carnitin palmitoyltransferase I er den første komponent i systemet og den hastighedsbegrænsende kemiske reaktion i carnitintransportsystemet , der katalyserer overførslen af acylgruppen fra coenzym A til carnitin med dannelsen af palmitoylcarnitin. Ved hjælp af en translokase ( carnitin-acylcarnitin translocase , CACT) overføres palmitoylcarnitin gennem faciliteret diffusion ( antiport ) gennem den indre mitokondriemembran ind i matrixen.
Carnitin fungerer som en acylgruppeacceptor og kan også spille en rolle i reguleringen af det intracellulære coenzym A-pool: acyl-CoA/CoA-forhold [14] .
CPT1 hæmmes af malonyl-CoA, selvom den nøjagtige mekanisme for inhibering forbliver ukendt. Skeletmuskulaturen og myokardieisoformen CPT1 (CPT1B) har vist sig at være 30-100 gange mere følsom over for malonyl-CoA-hæmning end den analoge CPT1A-isoform. Denne hæmning er et godt mål for fremtidige forsøg på at regulere CPT1 i behandlingen af metaboliske lidelser [15] .
Acetyl-CoA-carboxylase (ACC), et enzym, der katalyserer dannelsen af malonyl-CoA fra acetyl-CoA, spiller en vigtig rolle i reguleringen af fedtsyremetabolismen . Forskerne påviste, at ACC2 knockout-mus resulterede i en reduktion i fedt og vægt sammenlignet med vildtype-mus. Dette er resultatet af reduceret ACC-aktivitet, som forårsager et efterfølgende fald i malonyl-CoA-koncentrationer. Disse reducerede niveauer af malonyl-CoA forhindrer igen hæmning af CPT1, hvilket resulterer i en marginal stigning i fedtsyreoxidation [16] . Da hjerte- og skeletmuskelcellerne har en lav evne til at syntetisere fedtsyrer, kan ACC udelukkende fungere som et regulerende enzym i disse celler.
Hos mennesker er kun "CPT1A"-mangel (carnitin palmitoyltransferase I-mangel) blevet beskrevet [17] . Dette er en sjælden sygdom karakteriseret ved høj risiko for udvikling af hypoketonymisk hypoglykæmi, kramper, hepatisk encefalopati og pludselig spædbarnsdød hos nyfødte [18] .
CPT1 er også forbundet med type 2 diabetes mellitus og insulinresistens .
Ny forskning præsenteret på 2015-kongressen for den europæiske komité for behandling og forskning af multipel sklerose (ECTRIMS) tyder på, at CPT1 også kan spille en rolle i patologien af multipel sklerose (MS) [19] . Forskerne fandt ud af, at mutationer i CPT1-genet ser ud til at beskytte mod multipel sklerose i visse populationer. Denne hypotese er, at en stigning i lipidmetabolismen kan føre til demyelinisering af nerveceller (destruktion af myelin ), og derved tillade et autoimmunt angreb på nerveceller. John Dirk Nyland PhD og kolleger ved Aalborg Universitet i Danmark har leveret data, der viser, at i dyremodeller af MS er CPT1 blokeret af et molekyle kaldet etomoxir, som højst sandsynligt kan lindre symptomerne på sygdommen [20] . Forskerne søger i øjeblikket støtte til et klinisk studie i syge mennesker.
CPT1 er kendt for at interagere med en række proteiner, herunder dem fra NDUF- familien , PKC1 og ENO1 [21] .
Knockout CPT1A ved shRNA - biblioteksscreening hæmmer HIV-1- replikation i dyrkede Jurkat T-celler [22] .