Cholin-O-acetyltransferáza

Cholin-O-acetyltransferáza , také cholin acetyltransferáza , cholin acetyl-CoA transferáza ( anglicky  Choline acetyltransferase , zkr. ChAT , CHAT , ale někdy CAT , EC 2.3.1.6 ) je enzym z rodiny acyltransferáz (druh transferázy ), který katalyzuje reakční přenos acetylové skupiny (CH 3 - CO) z molekuly acetyl-CoA na molekulu substrátu - cholin , za vzniku acetylcholinu (ACC) a koenzymu A , podle rovnice:

Enzym katalyzuje velmi důležitou reakci, výsledný acetylcholin působí jako neurotransmiter . Jako většina proteinů nervových zakončení je ChAT syntetizován v těle neuronu (sóma) a poté transportován do nervových zakončení (zakončení), kde je ve své nejvyšší koncentraci. Přítomnost tohoto enzymu v nervových buňkách klasifikuje takovou buňku jako " cholinergní " neuron. V lidském těle je enzym cholinacetyltransferáza kódován genem CHAT umístěným na 10. chromozomu [1] . Protein se skládá ze sekvence 748 aminokyselinových zbytků a má molekulovou hmotnost 82536 Da [2] .

Studie posledních dvou desetiletí naznačují existenci jediného genu ChAT, který kóduje několik forem a izoforem enzymu [3] .

Struktura

3D struktura ChAT byla získána pomocí rentgenové krystalografie PDB:2FY2 . Cholin se nekovalentně váže v aktivním centru enzymu, mezi kladně nabitou aminoskupinou cholinu a hydroxylovou skupinou tyrosinového zbytku - Tyr552 , navíc se tvoří vodíkové vazby mezi hydroxylovou skupinou cholinu a histidinovým zbytkem - Jeho 324 .

Cholin jako substrát je umístěn v kapse na vnitřní straně ChAT, zatímco acetyl-CoA je umístěn v kapse na povrchu proteinu. Trojrozměrná krystalová struktura enzymu ukazuje, že acetylová skupina molekuly acetyl-CoA sousedí s kapsou vázající cholin – což minimalizuje vzdálenost mezi acetylovou skupinou donoru a akceptoru.

• Struktura vazebného místa cholinacetyltransferázy

• Krystalová struktura cholinového iontu, který se váže v cholinacetyltransferáze. Jsou ukázány postranní řetězce aminokyselinových zbytků His324A a Tyr552A .

• Stereoskopický obraz cholinu a acetyl-CoA v aktivním místě ChAT.

• Stereoskopický obraz vazby molekuly cholinu a acetyl-CoA v aktivním místě ChAT - pohled z alternativního úhlu.

Homologie

ChAT je velmi konzervativní napříč zvířecím genomem . Zejména savci mají velmi vysokou sekvenční podobnost. Člověk a kočka například sdílejí 89% sekvenční identitu ChAT. Identita sekvence s Drosophila je asi 30 % [4] .

Enzymové formy

Existují dvě formy enzymu: rozpustný a vázaný na membránu [5] . Rozpustná forma představuje 80–90 % celkové aktivity enzymu, zatímco forma vázaná na membránu odpovídá za zbývajících 10–20 % aktivity [6] . Dlouho se však diskutuje o tom, jak je druhá forma ChAT spojena s membránou [7] . Ve své membránově vázané formě je ChAT spojen se synaptickými vezikuly [8] .

Obecné a periferní izoformy ChAT

Existují dvě izoformy ChAT, obě kódované ve stejné sekvenci. Společná izoforma ChAT (cChAT) je přítomna jak v CNS , tak v PNS . Periferní izoforma ChAT (pChAT) je lokalizována převážně v PNS lidského těla a vzniká v důsledku přeskočení exonu (exony 6-9) genu CHAT během posttranskripční modifikace. Aminokyselinové sekvence jsou tedy velmi podobné, avšak části sekvence přítomné v cChAT v pChAT chybí.

Funkce

Cholinergní systémy mozku jsou neustále předmětem zájmu neurovědců kvůli jejich důležité roli v kognitivních, pozornostních a motorických funkcích. Dysfunkce a degenerace neuronů cholinergní projekce ze subkortikálních jader předního mozku, inervujících neokortex a hipokampus, stojí v pozadí patogeneze nemocí, jako je Alzheimerova choroba a demence s Lewyho tělísky , ale i dalších neuropsychiatrických onemocnění, jejichž průběh je často komplikovaný. poruchami v kognitivní sféře, jako je schizofrenie , Parkinsonova choroba , vaskulární demence u chronické mozkové ischemie [3] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] .

Nízká exprese ChAT v cholinergních neuronech motorických jader míchy je specifickým časným příznakem amyotrofické laterální sklerózy , mnohočetné abnormality cholinergní funkce v motorických jádrech míchy tvoří etiologii kongenitálního myastenického syndromu, dysfunkce cholinergní interneurony neostriata jsou částečně zodpovědné za mimovolní pohyby u Harringtonovy choroby [12] [16] [17] .

V nervových zakončeních je aktivita ChAT úzce spjata s cholinergní funkcí neurotransmiteru. Po dlouhou dobu, na základě kinetických výpočtů, nebyl ChAT klasifikován jako enzym omezující rychlost. Podle svých kinetických charakteristik není ChAT saturován substráty, cholinem a acetyl-CoA, v jejich fyziologických koncentracích, a proto se předpokládalo, že rychlost syntézy závisí pouze na kolísání koncentrací samotných substrátů [18] [19 ] . V posledních desetiletích však bylo identifikováno mnoho dalších intracelulárních faktorů regulujících aktivitu enzymu a tato data naznačují důležitou regulační roli ChAT při syntéze acetylcholinu [20] [21] . Předpokládá se, že příčinou řady onemocnění jsou spontánní bodové mutace molekuly ChAT nebo jejích regulačních proteinů vedoucí k enzymové dysregulaci nebo změně schopnosti komunikace s regulačními faktory [17] [21] . Tyto skutečnosti vedly k intenzivnímu studiu neuronálních, genetických a postgenomických regulačních mechanismů metabolismu a sekreční aktivity acetylcholinu .

ChAT byl dlouho rozpoznán pouze jako cytoplazmatický, ve vodě rozpustný enzym, a to i poté, co byl v roce 1967 objeven na synaptických membránách. Později byla prokázána existence ChAT jako integrálního strukturálního proteinu. Dlouhodobá in vitro studie vlastností synaptického ve vodě rozpustného (c, synaptoplazmatického) a membránově vázaného (m) ChAT za různých funkčních a metabolických podmínek ukázala, že vztah mezi aktivitou ChAT a cholinergní sekreční funkcí závisí na kompartmentalizaci enzym. Neexistují žádné in vivo studie tohoto druhu .

Lékařský význam

Alzheimerova choroba

Amyotrofická laterální skleróza

Poznámky

1. ↑ Strauss WL, Kemper RR, Jayakar P., Kong CF, Hersh LB, Hilt DC, Rabin M. Human cholin acetyltransferase gen maps to region 10q11-q22.2 in situ hybridization  //  Genomics: journal. - 1991. - únor ( roč. 9 , č. 2 ). - str. 396-398 . - doi : 10.1016/0888-7543(91)90273-H . — PMID 1840566 .
2. ↑ UniProt , P28329  . Staženo: 18. března 2018.
3. ↑ 1 2 Gill SK, Ishak M., Dobransky T. et al. 82-kDa cholinacetyltransferáza je v jádrech cholinergních neuronů v lidském CNS a mění se při stárnutí a Alzheimerově chorobě // Neurobiol. Stárnutí. - 2007. - Sv. 28, č. 7. - S. 1028-1040.
4. ↑ Oda Y. Cholinacetyltransferáza: struktura, distribuce a patologické změny v centrálním nervovém systému. (anglicky)  // Pathology international: journal. - 1999. - Listopad ( roč. 49 , č. 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. Účinky aplikace kolchicinu na pregangliové axony na aktivitu cholinacetyltransferázy a obsah a uvolňování acetylcholinu v horním cervikálním ganglionu  //  Journal of Neurochemistry : deník. - 1996. - Sv. 66 , č. 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. Studium subcelulární lokalizace membránově vázané cholinacetyltransferázy v centrálním nervovém systému Drosophila a její asociace s membránami  .)  // European Journal of Neuroscience : deník. - 1998. - 25. května ( roč. 10 , č. 5 ). - S. 1644-1653 . - doi : 10.1046/j.1460-9568.1998.00177.x . — PMID 9751137 .
7. ↑ Bruce G., Hersh LB Studie detergentů uvolňovaných cholin acetyltransferázou z membránových frakcí krysího a lidského mozku. (anglicky)  // Neurochemical Research : deník. - 1987. - prosinec ( roč. 12 , č. 12 ). - S. 1059-1066 . - doi : 10.1007/bf00971705 . — PMID 2450285 .
8. ↑ Carroll PT Membránově vázaná cholin-O-acetyltransferáza v tkáni krysího hipokampu je spojena se synaptickými váčky  // Výzkum  mozku : deník. - 1994. - Sv. 633 , č.p. 1-2 . - str. 112-118 . - doi : 10.1016/0006-8993(94)91529-6 . — PMID 8137149 .
9. ↑ Zacharov V.V., Khatiashvili I.T., Yakhno N.N. Demence s Lewyho tělísky // Neurologický časopis. - 1998. - č. 6. -Z. 7-11.
10. ↑ Dobranský T., Brewer D., Lajoie G. et al. Fosforylace 69-kD cholinacetyltransferázy na threoninu-456 v reakci na krátkodobou expozici amyloid-b peptidu 1-42 // J. Biol. Chem. —2003. — Sv. 278, č. 8. - S. 5883-5893.
11. ↑ Nardone R., De Blasi .P, Seidl M. et al. Kognitivní funkce a cholinergní přenos u pacientů se subkortikální vaskulární demencí a mikrokrvácením: studie TMS // J. Neural Transm. - 2011. - Sv. 118, č. 9. - R. 1349-1358.
12. ↑ 1 2 Oda Y. Cholinacetyltransferáza: struktura, distribuce a patologické změny v centrálním nervovém systému // Pathol. Int. —1999. — Sv. 49, č. 11. - S. 921-937.
13. ↑ Shin J., Choi S., Lee JE et al. Hyperintenzity subkortikální bílé hmoty v rámci cholinergních drah pacientů s Parkinsonovou nemocí podle kognitivního stavu // J. Neurol. Neurochirurgická psychiatrie. - 2012. - Sv. 83, č. 3. - S. 315-321.
14. ↑ Wang J., Zhang HY, Tang XC Cholinergní deficit zapojený do vaskulární demence: možný mechanismus a strategie léčby// Acta Pharmacol. hřích. - 2009. - Sv. 30, č. 7. - S. 879-888.
15. ↑ Yarnall A., Rochester L., Burn DJ Souhra cholinergní funkce, pozornosti a pádů u Parkinsonovy choroby // Mov. Porucha - 2011. - Sv. 26, č. 14. - S. 2496-2503.
16. ↑ Dobransky T., Doherty-Kirby A., Kim AR et al. Proteinkináza-Cisoformy odlišně fosforylují lidskou cholinacetyltransferázu regulující její katalytickou aktivitu // J. Biol. Chem. - 2004. - Sv. 279, č. 50. - S. 52059-52068.
17. ↑ 1 2 Ohno K., Tsujino A., Brengman JM et al. Cholinacetyltransferasemutace způsobují myastenický syndrom spojený s epizodickou apnoe u lidí // Proc. Natl. Akad. sci. USA. - 2001. - Sv. 98. - S. 2017-2022.
18. ↑ Tucek S. Regulace syntézy acetylcholinu v mozku // J. Neurochem. - 1985. - Sv. 44, č. 1. - S. 11-24.
19. ↑ Tecek S. Syntéza acetylcholinu: Dvacet let pokroku // Prog. Brain Res. - 1990. - Sv. 84. - S. 467-477.
20. ↑ Dobransky T., Rylett RJ Funkční regulace cholinacetyltransferázy fosforylací // Neurochem Res. - 2003. - Sv. 28, č. 3-4. - S. 537-542.
21. ↑ 1 2 Dobransky T., Rylett RJ Izoformy proteinkinázy C diferencovaně fosforylují lidskou cholinacetyltransferázu regulující její katalytickou aktivitu // J. Neurochem. - 2005. - Sv. 95, #2. - S. 305-313.

Slovníky a encyklopedie	Britannica (online)