Karnitin palmitoyltransferáza I , také karnitin acyltransferáza I , karnitin acyl-CoA transferáza I nebo palmitoyl-CoA transferáza I ( Carnitin palmitoyltransferáza I , zkr. CPT1 ) je mitochondriální enzym, jedna z forem karnitin-O- palmitoyltransferázy ( EC2.1.1 Archivováno 5. května 2016 na Wayback Machine ), patří do rodiny acyltransferáz [1] . Katalyzuje přenos acylové skupiny (-COR) z molekuly acyl-CoA mastné kyseliny s dlouhým uhlovodíkovým řetězcem na molekulu karnitinu za vzniku acylkarnitinu a volné molekuly koenzymu A. Často je produktem reakce palmitoylkarnitin (odtud název enzymu), nicméně jako substrát mohou působit i jiné zbytky mastných kyselin (acylové skupiny — COR) [2] [3] . Jeden z několika enzymů v karnitinovém transportním systému . Gen kódující tento enzym se nachází na 11. chromozomu - CPT1A Archivováno 10. září 2016 na Wayback Machine .
Existují 3 izoformy enzymu: CPT1A, CPT1B a CPT1C. CPT1 je spojen s vnější mitochondriální membránou. Aktivita tohoto enzymu může být snížena malonyl-CoA (což je inhibitor), intermediárním metabolitem zapojeným do biosyntézy mastných kyselin. Karnitin palmitoyltransferáza I hraje důležitou roli u různých metabolických poruch, jako je například diabetes . Krystalová struktura je však stále neznámá, v důsledku čehož zůstává neznámý její přesný mechanismus účinku.
CPT1 označuje integrální membránový protein , který je spojen s vnější mitochondriální membránou prostřednictvím transmembránových oblastí v peptidovém řetězci. Obě koncové N- a C-domény se nacházejí na cytoplazmatické straně membrány [4] .
Všechny tři izoformy enzymu se nacházejí v savčích tkáních. Izoforma jater (CPT1A nebo CPTI-L) je lokalizována v mitochondriích všech tělesných buněk, s výjimkou buněk kosterního svalstva a buněk hnědé tukové tkáně [5] [6] . Svalová izoforma (CPT1B nebo CPTI-M) je vysoce exprimovaný protein produkovaný v srdečním myokardu, buňkách kosterního svalstva (myocytech) a buňkách hnědé tukové tkáně [4] [5] [6] . Třetí izoforma, cerebrální (CPT1C), byla izolována v roce 2002 a nachází se převážně v mozku a varlatech . O této formě je málo známo [7] [8] .
Přesná struktura všech izoforem CPT1 dosud nebyla stanovena, i když byly vytvořeny in silico modely založené na blízce příbuzných CPT1 enzymech – acylkarnitin transferázách, jako je karnitin acetyltransferáza (CRAT) [9] .
Důležitým strukturálním rozdílem mezi CPT1 a CPT2, CRAT a karnitinoktanoyltransferázou (COT) je to, že CPT1 obsahuje další doménu na N-konci přibližně 160 aminokyselin . Bylo zjištěno, že tato další N-terminální doména je důležitá pro molekulu klíčového inhibitoru enzymu, malonyl-CoA [10] .
Byla navržena dvě různá vazebná místa, která existují v CPT1A a CPT1B. Zdá se, že místo A nebo místo CoA váže jak malonyl-CoA, tak palmitoyl-CoA, stejně jako další molekuly obsahující koenzym A. Předpokládá se, že enzym váže tyto molekuly prostřednictvím interakce s koenzymovou skupinou. Bylo navrženo, že malonyl-CoA se může v tomto místě chovat jako kompetitivní inhibitor CPT1A. Ve druhém, O místě , se předpokládá, že malonyl-CoA se váže mnohem pevněji než v A místě . Na rozdíl od místa A se místo O váže na malonyl-CoA prostřednictvím malonátové dikarbonylové skupiny [11] . Vazba malonyl-CoA na enzym pomocí míst A a O inhibuje působení CPT1A tím, že eliminuje vazbu karnitinu enzymem.
Vzhledem k nedostatku údajů o krystalové struktuře enzymu je přesný mechanismus katalýzy CPT1 stále neznámý. Bylo navrženo několik různých možných mechanismů pro CPT1, přičemž oba zahrnují histidinový zbytek His473 , který slouží jako klíčové katalytické místo. Jeden takový mechanismus je založen na modelu karnitin acetyltransferázy znázorněném níže, ve kterém zbytek His473 deprotonuje karnitin, zatímco sousední serinový zbytek stabilizuje tetraedrický meziprodukt oxyaniontu.
Další mechanismus je založen na předpokladu, že existuje tzv. katalytická triáda, sestávající z aminokyselinových zbytků Cys-305 , His-473 a Asp-454 , které provádějí katalytický přenos acylu [12] . Tento katalytický mechanismus zahrnuje tvorbu kovalentního thioacylového enzymového meziproduktu s Cys-305.
Systém karnitin palmitoyl transferázy je důležitým krokem v beta-oxidaci mastných kyselin s dlouhým řetězcem. Mastné kyseliny s dlouhým řetězcem, jako je palmitoyl-CoA, na rozdíl od mastných kyselin s krátkým a středně dlouhým řetězcem nemohou volně difundovat vnitřní mitochondriální membránou (je nepropustná), k tomuto přechodu slouží karnitinový člunek , který je transportuje do matrix [13] .
Karnitin palmitoyltransferáza I je první složkou systému a rychlost omezující chemickou reakcí karnitinového transportního systému , katalyzuje přenos acylové skupiny z koenzymu A na karnitin za vzniku palmitoylkarnitinu. Pomocí translokázy ( karnitin-acylkarnitin translokázy , CACT) je palmitoylkarnitin přenášen usnadněnou difúzí ( antiport ) přes vnitřní mitochondriální membránu do matrix.
Karnitin, který působí jako akceptor acylových skupin, může také hrát roli při regulaci poměru intracelulárního koenzymu A: acyl-CoA/CoA [14] .
CPT1 je inhibován malonyl-CoA, ačkoli přesný mechanismus inhibice zůstává neznámý. Izoforma CPT1 kosterního svalstva a myokardu (CPT1B) je 30-100krát citlivější k inhibici malonyl-CoA než analogická izoforma CPT1A. Tato inhibice je dobrým cílem pro budoucí pokusy o regulaci CPT1 při léčbě metabolických poruch [15] .
Acetyl-CoA karboxyláza (ACC), enzym, který katalyzuje tvorbu malonyl-CoA z acetyl-CoA, hraje důležitou roli v regulaci metabolismu mastných kyselin . Vědci prokázali, že knockout myši ACC2 vedly ke snížení tuku a hmotnosti ve srovnání s myšmi divokého typu. To je důsledkem snížené aktivity ACC, která způsobuje následné snížení koncentrací malonyl-CoA. Tyto snížené hladiny malonyl-CoA zase brání inhibici CPT1, což vede k okrajovému zvýšení oxidace mastných kyselin [16] . Protože buňky srdce a kosterního svalstva mají nízkou schopnost syntetizovat mastné kyseliny, může ACC v těchto buňkách působit pouze jako regulační enzym.
U lidí byl popsán pouze nedostatek „CPT1A“ (deficit karnitin palmitoyltransferázy I) [17] . Jedná se o vzácné onemocnění charakterizované vysokým rizikem rozvoje hypoketonymické hypoglykémie, záchvatů, jaterní encefalopatie a náhlého úmrtí kojenců u novorozenců [18] .
CPT1 je také spojován s diabetes mellitus 2. typu a inzulinovou rezistencí .
Nový výzkum prezentovaný na kongresu Evropského výboru pro léčbu a výzkum roztroušené sklerózy (ECTRIMS) v roce 2015 naznačuje, že CPT1 může také hrát roli v patologii roztroušené sklerózy (RS) [19] . Vědci zjistili, že mutace v genu CPT1 zřejmě chrání před roztroušenou sklerózou v určitých populacích. Tato hypotéza spočívá v tom, že zvýšení metabolismu lipidů může vést k demyelinizaci nervových buněk (destrukce myelinu ), čímž se umožní autoimunitní útok na nervové buňky. John Dirk Nyland PhD a kolegové z Aalborgské univerzity v Dánsku poskytli údaje, které ukazují, že na zvířecích modelech RS je CPT1 blokován molekulou zvanou etomoxir, která s největší pravděpodobností zmírňuje symptomy onemocnění [20] . Vědci v současné době hledají podporu pro klinickou studii u nemocných lidí.
Je známo, že CPT1 interaguje s řadou proteinů, včetně proteinů z rodiny NDUF , PKC1 a ENO1 [21] .
Knockout CPT1A screeningem knihovny shRNA inhibuje replikaci HIV-1 v kultivovaných Jurkat T buňkách [22] .