Cholin-O-acetyltransferase

Cholin-O-acetyltransferase , også cholinacetyltransferase , cholinacetyl-CoA-transferase ( engelsk  Cholineacetyltransferase , forkortelse ChAT , CHAT , men nogle gange CAT , EC 2.3.1.6 ) er et enzym fra familien af ​​acyltransferaser (en type transferase ), der katalyserer reaktionsoverførslen af ​​acetylgruppen (CH 3 -CO) fra acetyl-CoA molekylet til substratmolekylet - cholin , med dannelsen af ​​acetylcholin (ACC) og coenzym A , ifølge ligningen:

Enzymet katalyserer en meget vigtig reaktion, den resulterende acetylcholin fungerer som en neurotransmitter . Som de fleste nerveendeproteiner syntetiseres ChAT i kroppen af ​​neuronen (somaen) og transporteres derefter til nerveterminalerne (ender), hvor det er i sin højeste koncentration. Tilstedeværelsen af ​​dette enzym i nerveceller klassificerer en sådan celle som en " cholinerg " neuron. I den menneskelige krop er enzymet cholinacetyltransferase kodet af CHAT -genet placeret på det 10. kromosom [1] . Proteinet består af en sekvens på 748 aminosyrerester og har en molekylvægt på 82536 Da [2] .

Undersøgelser fra de sidste to årtier indikerer eksistensen af ​​et enkelt ChAT-gen, som koder for flere former og isoformer af enzymet [3] .

Struktur

3D-strukturen af ​​ChAT blev opnået ved hjælp af PDB:2FY2 røntgenkrystallografi . Cholin binder sig ikke-kovalent i enzymets aktive center, mellem den positivt ladede aminogruppe i cholin og hydroxylgruppen i tyrosinresten - Tyr552 , derudover dannes der hydrogenbindinger mellem cholinens hydroxylgruppe og histidinresten - Hans324 .

Cholin som substrat er anbragt i en lomme på indersiden af ​​ChAT, mens acetyl-CoA er anbragt i en lomme på overfladen af ​​proteinet. Enzymets tredimensionelle krystalstruktur viser, at acetyl-CoA-molekylets acetylgruppe støder op til den cholinbindende lomme - hvilket minimerer afstanden mellem donorens og acceptorens acetylgruppe.

• Struktur af bindingsstedet for cholinacetyltransferase

• Krystalstruktur af cholinionen, som binder i cholinacetyltransferase. Sidekæder af His324A og Tyr552A aminosyrerester er vist .

• Stereoskopisk billede af cholin og acetyl-CoA i det aktive ChAT-sted.

• Stereoskopisk billede af bindingen af ​​cholinmolekylet og acetyl-CoA i det aktive sted af ChAT - set fra en alternativ vinkel.

Homologi

ChAT er meget konserveret på tværs af dyregenomet . Især pattedyr har meget høj sekvenslighed. Mennesker og kat deler for eksempel 89 % ChAT-sekvensidentitet. Sekvensidentiteten med Drosophila er omkring 30 % [4] .

Enzymformer

Der er to former for enzymet: opløseligt og membranbundet [5] . Den opløselige form står for 80-90% af enzymets totale aktivitet, mens den membranbundne form er ansvarlig for de resterende 10-20% af aktiviteten [6] . Der har dog længe været debat om, hvordan sidstnævnte form for ChAT er forbundet med membranen [7] . I sin membranbundne form er ChAT forbundet med synaptiske vesikler [8] .

Generelle og perifere isoformer af ChAT

Der er to isoformer af ChAT, begge kodet i samme sekvens. Den almindelige isoform af ChAT (cChAT) er til stede i både CNS og PNS . Den perifere isoform af ChAT (pChAT) er overvejende lokaliseret i PNS af den menneskelige krop og opstår på grund af exon-overspringning (exon 6-9) af CHAT -genet under post-transkriptionel modifikation. Aminosyresekvenserne er således meget ens, dog mangler dele af sekvensen i cChAT fra pChAT.

Funktioner

De kolinerge systemer i hjernen er af konstant interesse for neurovidenskabsmænd på grund af deres vigtige rolle i kognitive, opmærksomhedsmæssige og motoriske funktioner. Dysfunktion og degeneration af kolinerge projektionsneuroner fra de subkortikale kerner i forhjernen, som innerverer neocortex og hippocampus, ligger til grund for patogenesen af ​​sygdomme som Alzheimers sygdom og Demens med Lewy-legemer , såvel som andre neuropsykiatriske sygdomme, hvis forløb ofte er kompliceret ved svækkelser i den kognitive sfære såsom skizofreni , Parkinsons sygdom , vaskulær demens ved kronisk cerebral iskæmi [3] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] .

Lav ekspression af ChAT i de kolinerge neuroner i rygmarvens motoriske kerner er et specifikt tidligt tegn på amyotrofisk lateral sklerose , multiple abnormiteter af kolinerg funktion i de motoriske kerner af rygmarven udgør ætiologien til medfødt myasthenisk syndrom, dysfunktion af kolinerge interneuroner i neostriatum er delvist ansvarlige for ufrivillige bevægelser ved Harringtons sygdom [12] [16] [17] .

I nerveender er ChAT-aktivitet tæt forbundet med neurotransmitterens kolinerge funktion. I lang tid, baseret på kinetiske beregninger, blev ChAT ikke klassificeret som et hastighedsbegrænsende enzym. Ifølge dets kinetiske egenskaber er ChAT ikke mættet med substrater, cholin og acetyl-CoA, i deres fysiologiske koncentrationer, og derfor blev det antaget, at syntesehastigheden kun afhang af fluktuationer i koncentrationerne af selve substraterne [18] [19 ] . Men i de seneste årtier er mange andre intracellulære faktorer, der regulerer enzymaktivitet, blevet identificeret, og disse data indikerer en vigtig regulerende rolle for ChAT i syntesen af ​​acetylcholin [20] [21] . Det antages, at årsagen til en række sygdomme er spontane punktmutationer i ChAT-molekylet eller dets regulatoriske proteiner, hvilket fører til enzymdysregulering eller en ændring i evnen til at kommunikere med regulatoriske faktorer [17] [21] . Disse fakta foranlediger en intensiv undersøgelse af neuronale, genetiske og postgenomiske reguleringsmekanismer for metabolisme og sekretorisk aktivitet af acetylcholin .

ChAT blev længe kun anerkendt som et cytoplasmatisk, vandopløseligt enzym, selv efter at det blev opdaget i 1967 på synaptiske membraner. Senere blev eksistensen af ​​ChAT som et integreret strukturelt protein bevist. En langsigtet in vitro undersøgelse af egenskaberne af synaptisk vandopløselig (c, synaptoplasmatisk) og membranbundet (m) ChAT under forskellige funktionelle og metaboliske betingelser viste, at forholdet mellem ChAT aktivitet og kolinerg sekretorisk funktion afhænger af kompartmentalisering af enzymet. Der er ingen in vivo undersøgelser af denne art .

Medicinsk betydning

Alzheimers sygdom

Amyotrofisk lateral sklerose

Noter

1. ↑ Strauss WL, Kemper RR, Jayakar P., Kong CF, Hersh LB, Hilt DC, Rabin M. Human cholinacetyltransferase-gen kortlægges til region 10q11-q22.2 ved in situ hybridisering  //  Genomics : journal. - 1991. - Februar ( bind 9 , nr. 2 ). - S. 396-398 . - doi : 10.1016/0888-7543(91)90273-H . — PMID 1840566 .
2. ↑ UniProt , P28329  . Hentet: 18. marts 2018.
3. ↑ 1 2 Gill SK, Ishak M., Dobransky T. et al. 82-kDa cholinacetyltransferase er i kerner af cholinerge neuroner i humant CNS og ændret ved aldring og Alzheimers sygdom // Neurobiol. Aldring. - 2007. - Bd. 28, nr. 7. - S. 1028-1040.
4. ↑ Oda Y. Cholinacetyltransferase: strukturen, fordelingen og patologiske ændringer i centralnervesystemet. (engelsk)  // Pathology international: journal. - 1999. - November ( bind 49 , nr. 11 ). - s. 921-937 . - doi : 10.1046/j.1440-1827.1999.00977.x . — PMID 10594838 .
5. ↑ Tandon A., Bachoo M., Weldon P., Polosa C., Collier B. Effekter af colchicinpåføring på præganglioniske axoner på cholinacetyltransferaseaktivitet og acetylcholinindhold og frigivelse i den overordnede cervikale ganglion  //  Journal of Neurochemistry : journal. - 1996. - Bd. 66 , nr. 3 . - S. 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. Undersøgelse af subcellulær lokalisering af membranbundet cholinacetyltransferase i Drosophila centralnervesystem og dets tilknytning til membraner   // European Journal of Neuroscience : journal. - 1998. - 25. maj ( bind 10 , nr. 5 ). - S. 1644-1653 . - doi : 10.1046/j.1460-9568.1998.00177.x . — PMID 9751137 .
7. ↑ Bruce G., Hersh LB Undersøgelser af detergentfrigivet cholinacetyltransferase fra membranfraktioner af rotte og menneskelig hjerne. (engelsk)  // Neurokemisk forskning : journal. - 1987. - December ( bind 12 , nr. 12 ). - S. 1059-1066 . - doi : 10.1007/bf00971705 . — PMID 2450285 .
8. ↑ Carroll PT Membranbundet cholin-O-acetyltransferase i hippocampus væv fra rotter er forbundet med synaptiske  vesikler //  Hjerneforskning : journal. - 1994. - Bd. 633 , nr. 1-2 . - S. 112-118 . - doi : 10.1016/0006-8993(94)91529-6 . — PMID 8137149 .
9. ↑ Zakharov V.V., Khatiashvili I.T., Yakhno N.N. Demens med Lewy-legemer // Neurologisk tidsskrift. - 1998. - Nr. 6. -FRA. 7-11.
10. ↑ Dobransky T., Brewer D., Lajoie G. et al. Fosforylering af 69-kD cholinacetyltransferase ved threonin-456 som reaktion på kortvarig eksponering for amyloid-b-peptid 1-42 // J. Biol. Chem. -2003. — Bd. 278, nr. 8. - P. 5883-5893.
11. ↑ Nardone R., De Blasi .P, Seidl M. et al. Kognitiv funktion og kolinerg transmission hos patienter med subkortikal vaskulær demens og mikroblødninger: et TMS-studie // J. Neural Transm. - 2011. - Bd. 118, nr. 9. - R. 1349-1358.
12. ↑ 1 2 Oda Y. Cholinacetyltransferase: strukturen, fordelingen og patologiske ændringer i centralnervesystemet // Pathol. Int. -1999. — Bd. 49, nr. 11. - s. 921-937.
13. ↑ Shin J., Choi S., Lee JE et al. Subkortikale hyperintensiteter af hvidt stof inden for de kolinerge veje hos patienter med Parkinsons sygdom i henhold til kognitiv status // J. Neurol. Neurokirurgisk psykiatri. - 2012. - Bd. 83, nr. 3. - s. 315-321.
14. ↑ Wang J., Zhang HY, Tang XC Kolinerg mangel involveret i vaskulær demens: mulig mekanisme og behandlingsstrategi// Acta Pharmacol. synd. - 2009. - Bd. 30, nr. 7. - s. 879-888.
15. ↑ Yarnall A., Rochester L., Burn DJ Samspillet mellem kolinerg funktion, opmærksomhed og fald i Parkinsons sygdom // Mov. Disord. - 2011. - Vol. 26, nr. 14. - P. 2496-2503.
16. ↑ Dobransky T., Doherty-Kirby A., Kim AR et al. Proteinkinase-Cisoforms phosphorylerer differentielt human cholinacetyltransferase, der regulerer dets katalytiske aktivitet // J. Biol. Chem. - 2004. - Bd. 279, nr. 50. - P. 52059-52068.
17. ↑ 1 2 Ohno K., Tsujino A., Brengman JM et al. Cholinacetyltransferasemutationer forårsager myasthenisk syndrom forbundet med episodisk apnø hos mennesker // Proc. Natl. Acad. sci. USA. - 2001. - Bd. 98. - S. 2017-2022.
18. ↑ Tucek S. Regulering af acetylcholinsyntese i hjernen // J. Neurochem. - 1985. - Bd. 44, nr. 1. - S. 11-24.
19. ↑ Tecek S. Syntesen af ​​acetylcholin: Tyve års fremskridt // Prog. Brain Res. - 1990. - Bd. 84. - S. 467-477.
20. ↑ Dobransky T., Rylett RJ Funktionel regulering af cholinacetyltransferase ved phosphorylering // Neurochem Res. - 2003. - Bd. 28, nr. 3-4. - S. 537-542.
21. ↑ 1 2 Dobransky T., Rylett RJ Proteinkinase C isoformer phosphorylerer differentielt human cholinacetyltransferase, der regulerer dets katalytiske aktivitet // J. Neurochem. - 2005. - Bd. 95, #2. - S. 305-313.

Ordbøger og encyklopædier	Britannica (online)