Karnitin palmitoyltransferáza I - Carnitine palmitoyltransferase I

CPT1A
Dostupné struktury
PDBHledání ortologu: PDBe RCSB
Identifikátory
AliasyCPT1A, karnitinpalmitoyltransferáza 1A (játra), CPT1, CPT1-L, L-CPT1, karnitinpalmitoyltransferáza 1A
Externí IDOMIM: 600528 MGI: 1098296 HomoloGene: 1413 Genové karty: CPT1A
Umístění genu (člověk)
Chromozom 11 (lidský)
Chr.Chromozom 11 (lidský)[1]
Chromozom 11 (lidský)
Genomická poloha pro CPT1A
Genomická poloha pro CPT1A
Kapela11q13.3Start68,754,620 bp[1]
Konec68,844,410 bp[1]
Ortology
DruhČlověkMyš
Entrez

1374

12894

Ensembl

ENSG00000110090

ENSMUSG00000024900

UniProt

P50416

P97742

RefSeq (mRNA)

NM_001031847
NM_001876

NM_013495

RefSeq (protein)

NP_001027017
NP_001867

NP_038523

Místo (UCSC)Chr 11: 68,75 - 68,84 MbChr 19: 3,32 - 3,39 Mb
PubMed Vyhledávání[3][4]
Wikidata
Zobrazit / upravit člověkaZobrazit / upravit myš

Karnitin palmitoyltransferáza I (CPT1) také známý jako karnitin acyltransferáza I, CPTI, KOCOUR1, CoA: karnitin acyltransferáza (CCAT), nebo palmitoylCoA transferáza I, je mitochondriální enzym zodpovědný za tvorbu acylkarnitinů katalyzováním přenosu acylové skupiny mastného acyl-CoA s dlouhým řetězcem z koenzymu A na l-karnitin. Produkt je často Palmitoylkarnitin (tedy název), ale substráty mohou být také jiné mastné kyseliny.[5][6] Je součástí rodiny enzymů nazývaných karnitin acyltransferázy.[7] Tento "přípravek" umožňuje následný pohyb acylkarnitinu z cytosol do intermembránového prostoru mitochondrií.

Tři izoformy CPT1 jsou v současné době známy: CPT1A, CPT1B a CPT1C. CPT1 je spojen s vnější mitochondriální membrána. Tento enzym může být inhibován malonyl CoA, první spáchaný meziprodukt produkovaný během syntézy mastných kyselin. Jeho role v metabolismus mastných kyselin činí CPT1 důležitým při mnoha metabolických poruchách, jako je cukrovka. Od jeho Krystalická struktura není známo, je třeba určit jeho přesný mechanismus účinku.

Struktura

Pymolová karikatura karnitinu interagující s pěti zbytky karnitin acetyltransferázy
Karnitin vázaný v katalytickém místě CRAT, což je enzym homologní s CPT1. Katalytický histidin a stabilizující serinové zbytky jsou zbarveny oranžově.

CPT1 je integrální membránový protein který se asociuje s mitochondriální vnější membránou přes transmembránové oblasti v peptid řetěz. Jak N-, tak i C-terminál domény jsou vystaveny cytosolický straně membrány.[8]

V tkáních savců existují tři izoformy CPT1. Izoforma jater (CPT1A nebo CPTI-L) se nachází v celém těle na mitochondriích všech buněk kromě buněk kosterního svalstva a hnědé tukové buňky.[9][10] Svalová izoforma (CPT1B nebo CPTI-M) je vysoce exprimována v buňkách srdce a kosterního svalstva a hnědých tukových buňkách.[8][9][10] Třetí izoforma, mozková izoforma (CPT1C), byla izolována v roce 2002. Je exprimována převážně v mozku a varlatech. O CPT1C je známo málo.[11][12]

Přesná struktura kterékoli z izoforem CPT1 dosud nebyla stanovena, ačkoli existuje celá řada in silico modely pro CPT1 byly vytvořeny na základě úzce souvisejících karnitin acyltransferáz, jako např karnitin acetyltransferáza (CRAT).[13]

Důležitý strukturální rozdíl mezi CPT1 a CPT2, CRAT a karnitin oktanoyltransferáza (COT) je to, že CPT1 obsahuje další doménu N-terminál skládající se z přibližně 160 aminokyselin. Bylo zjištěno, že tato další N-koncová doména je důležitá pro klíčovou inhibiční molekulu CPT1, malonyl-CoA.[14]

Dva odlišné vazebná místa bylo navrženo, aby existovaly v CPT1A a CPT1B. Zdá se, že „místo A“ nebo „místo CoA“ váže malonyl-CoA i palmitoyl-CoA, jakož i další molekuly obsahující koenzym A, což naznačuje, že enzym váže tyto molekuly prostřednictvím interakce s částí koenzymu A. Bylo navrženo, že malonyl-CoA se může chovat jako a kompetitivní inhibitor CPT1A na tomto webu. Bylo navrženo druhé „místo O“ pro těsnější vazbu malonyl-CoA než místo A. Na rozdíl od místa A se místo O váže na malonyl-CoA prostřednictvím dikarbonylové skupiny malonát skupina malonyl-CoA. Vazba malonyl-CoA na A a O místa inhibuje působení CPT1A vyloučením vazby karnitinu na CPT1A.[15] Vzhledem k tomu, že krystalová struktura CPT1A musí být ještě izolována a zobrazena, zbývá objasnit její přesnou strukturu.

Funkce

Enzymový mechanismus

Protože data krystalové struktury nejsou v současné době k dispozici, přesný mechanismus CPT1 není v současné době znám. Bylo postulováno několik různých možných mechanismů pro CPT1, z nichž oba zahrnují histidin zbytek 473 jako klíčový katalytický zbytek. Jeden takový mechanismus založený na modelu karnitin acetyltransferázy je uveden níže, ve kterém His 473 deprotonuje karnitin, zatímco blízký serin zbytek stabilizuje čtyřboký oxyanion středně pokročilí.[7]

Byl navržen jiný mechanismus, který naznačuje, že a katalytická triáda složený ze zbytků Cys-305, His-473 a Asp-454 provádí krok přenosu acylu katalýza.[16] Tento katalytický mechanismus zahrnuje tvorbu thioacylového enzymu kovalentní meziprodukt s Cys-305.

Mechanismus šipky pro působení karnitinpalmitoyltransferázy.
Mechanismus karnitinpalmitoyltransferázy.

Biologická funkce

Systém karnitinpalmitoyltransferázy je zásadním krokem v beta-oxidace z mastné kyseliny s dlouhým řetězcem. Tento přenosový systém je nezbytný, protože zatímco jsou mastné kyseliny aktivovány (ve formě a thioester vazbou na koenzym A) na vnější mitochondriální membráně musí být aktivované mastné kyseliny oxidovány v mitochondriální matice. Mastné kyseliny s dlouhým řetězcem, jako je palmitoyl-CoA, na rozdíl od mastných kyselin s krátkým a středním řetězcem nemohou volně šířit skrz mitochondriální vnitřní membrána a vyžadují transport kyvadlového systému do mitochondriální matrice.[17]

Acyl-CoA z cytosolu do mitochondriální matrice

Karnitinpalmitoyltransferáza I je první složkou a krok omezující rychlost systému karnitinpalmitoyltransferázy, katalyzující přenos acylové skupiny z koenzymu A na karnitin za vzniku palmitoylkarnitin. A přemístit pak dopravuje acylkarnitin přes vnitřní mitochondriální membránu, kde se převádí zpět na palmitoyl-CoA.

Tím, že působí jako akceptor acylové skupiny, může karnitin také hrát roli při regulaci intracelulárního poměru CoA: acyl-CoA.[18]

Nařízení

CPT1 je inhibován malonyl-CoA, ačkoli přesný mechanismus inhibice zůstává neznámý. Ukázalo se, že izoforma kosterního svalu a srdce CPT1, CPT1B, je 30-100krát citlivější na inhibici malonyl-CoA než CPT1A. Tato inhibice je dobrým cílem pro budoucí pokusy o regulaci CPT1 pro léčbu metabolických poruch.[19]

Acetyl-CoA karboxyláza (ACC), enzym, který katalyzuje tvorbu malonyl-CoA z acetyl-CoA, je důležitý při regulaci metabolismu mastných kyselin. Vědci prokázali, že ACC2 knockout myši mají snížený tělesný tuk a hmotnost ve srovnání s divoký typ myši. To je výsledkem snížené aktivity ACC, která způsobuje následné snížení koncentrací malonyl-CoA. Tyto snížené hladiny malonyl-CoA zase zabraňují inhibici CPT1, což způsobuje konečné zvýšení oxidace mastných kyselin.[20] Protože buňky srdce a kosterního svalstva mají nízkou kapacitu pro syntézu mastných kyselin, může ACC v těchto buňkách působit čistě jako regulační enzym.

Klinický význam

Formulář „CPT1A“ je spojen s nedostatek karnitinpalmitoyltransferázy I..[21] Tato vzácná porucha přináší riziko jaterní encefalopatie, hypoketotická hypoglykemie, záchvaty a náhlá neočekávaná smrt v kojeneckém věku.[22]

CPT1 je spojen s cukrovka typu 2 a rezistence na inzulín. Taková onemocnění spolu s mnoha dalšími zdravotními problémy způsobují u lidí zvýšení hladin volných mastných kyselin (FFA), hromadění tuků v kosterním svalstvu a snižuje schopnost svalů oxidovat mastné kyseliny. CPT1 se podílí na přispívání k těmto příznakům. Zvýšené hladiny malonyl-CoA způsobené hyperglykémie a hyperinzulinémie inhibují CPT1, což způsobuje následné snížení transportu mastných kyselin s dlouhým řetězcem do mitochondrií svalů a srdce, což snižuje oxidaci mastných kyselin v těchto buňkách. Posun LCFA od mitochondrií vede k pozorovanému zvýšení hladin FFA a hromadění tuku v kosterním svalu.[23][24]

Díky svému významu v metabolismu mastných kyselin je CPT1 potenciálně užitečným enzymem, na který se lze zaměřit při vývoji léčby mnoha dalších metabolických poruch.[25]

Interakce

Je známo, že CPT1 interaguje s mnoha proteiny, včetně těch z rodiny NDUF, PKC1 a ENO1.[26]

U HIV Vpr zvyšuje expresi mRNA karnitinpalmitoyltransferázy I (CPT1) v buňkách PDK4 indukovanou PPARbeta / delta.[27] Vyřazení CPT1A skríninkem shRNA knihovny inhibuje replikaci HIV-1 v kultivovaných T-buňkách Jurkat.[28]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C GRCh38: Vydání souboru 89: ENSG00000110090 - Ensembl, Květen 2017
  2. ^ A b C GRCm38: Vydání Ensembl 89: ENSMUSG00000024900 - Ensembl, Květen 2017
  3. ^ „Human PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
  4. ^ „Myš PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
  5. ^ van der Leij FR, Huijkman NC, Boomsma C, Kuipers JR, Bartelds B (2000). "Genomika genů lidské karnitin acyltransferázy". Molekulární genetika a metabolismus. 71 (1–2): 139–53. doi:10,1006 / mgme. 2000,3055. PMID  11001805.
  6. ^ Bonnefont JP, Djouadi F, Prip-Buus C, Gobin S, Munnich A, Bastin J (2004). „Karnitinpalmitoyltransferázy 1 a 2: biochemické, molekulární a lékařské aspekty“. Molekulární aspekty medicíny. 25 (5–6): 495–520. doi:10.1016 / j.mam.2004.06.004. PMID  15363638.
  7. ^ A b Jogl G, Tong L (leden 2003). "Krystalová struktura karnitin acetyltransferázy a důsledky pro katalytický mechanismus a transport mastných kyselin". Buňka. 112 (1): 113–22. doi:10.1016 / S0092-8674 (02) 01228-X. PMID  12526798. S2CID  18633987.
  8. ^ A b Yamazaki N, Yamanaka Y, Hashimoto Y, Shinohara Y, Shima A, Terada H (červen 1997). "Strukturální rysy genu kódujícího lidský svalový typ karnitinpalmitoyltransferázy I". FEBS Dopisy. 409 (3): 401–406. doi:10.1016 / S0014-5793 (97) 00561-9. PMID  9224698. S2CID  39046724.
  9. ^ A b Brown NF, Hill JK, Esser V, Kirkland JL, Corkey BE, Foster DW, McGarry JD (říjen 1997). „Myší bílé adipocyty a buňky 3T3-L1 vykazují anomální vzorec exprese izoformy karnitinpalmitoyltransferázy (CPT) I během diferenciace. Mezitkanivová a mezidruhová exprese enzymů CPT I a CPT II“. The Biochemical Journal. 327 (1): 225–31. doi:10.1042 / bj3270225. PMC  1218784. PMID  9355756.
  10. ^ A b Lee J, Ellis JM, Wolfgang MJ (leden 2015). „Oxidace mastných kyselin v tucích je nutná pro termogenezi a potencuje zánět vyvolaný oxidačním stresem.“. Zprávy buněk. 10 (2): 266–279. doi:10.1016 / j.celrep.2014.12.023. PMC  4359063. PMID  25578732.
  11. ^ Cena N, van der Leij F, Jackson V, Corstorphine C, Thomson R, Sorensen A, Zammit V (říjen 2002). „Nový mozek exprimovaný protein související s karnitinpalmitoyltransferázou I“. Genomika. 80 (4): 433–442. doi:10.1006 / geno.2002.6845. PMID  12376098.
  12. ^ Lavrentyev EN, Matta SG, Cook GA (únor 2004). „Exprese tří izoforem karnitinpalmitoyltransferázy-I v 10 oblastech mozku potkana během krmení, nalačno a cukrovky“. Sdělení o biochemickém a biofyzikálním výzkumu. 315 (1): 174–178. doi:10.1016 / j.bbrc.2004.01.040. PMID  15013442.
  13. ^ Morillas M, López-Viñas E, Valencia A, Serra D, Gómez-Puertas P, Hegardt FG, Asins G (květen 2004). „Strukturální model karnitinpalmitoyltransferázy I založený na krystalu karnitin-acetyltransferázy“. The Biochemical Journal. 379 (Pt 3): 777–784. doi:10.1042 / BJ20031373. PMC  1224103. PMID  14711372.
  14. ^ Woldegiorgis G, Dai J, Arvidson D (2005). „Strukturně-funkční studie s mitochondriálními karnitinpalmitoyltransferázami I a II“. Monatshefte für Chemie. 136 (8): 1325–1340. doi:10.1007 / s00706-005-0334-7. S2CID  84170080.
  15. ^ López-Viñas E, Bentebibel A, Gurunathan C, Morillas M, de Arriaga D, Serra D, Asins G, Hegardt FG, Gómez-Puertas P (červen 2007). „Definice funkční a strukturní analýzou dvou malonyl-CoA míst v karnitinpalmitoyltransferáze 1A“. The Journal of Biological Chemistry. 282 (25): 18212–24. doi:10,1074 / jbc.M700885200. PMID  17452323.
  16. ^ Liu H, Zheng G, Treber M, Dai J, Woldegiorgis G (únor 2005). „Cysteinová skenovací mutageneze svalové karnitinpalmitoyltransferázy I odhaluje jediný cysteinový zbytek (Cys-305), který je důležitý pro katalýzu“. The Journal of Biological Chemistry. 280 (6): 4524–4531. doi:10,1074 / jbc.M400893200. PMID  15579906.
  17. ^ Berg JM, Tymoczo JL, Stryer L, „Biochemistry“, 6. vydání 2007
  18. ^ Jogl G, Hsiao YS, Tong L (listopad 2004). "Struktura a funkce karnitinacyltransferáz". Annals of the New York Academy of Sciences. 1033 (1): 17–29. doi:10.1196 / annals.1320.002. PMID  15591000. S2CID  24466239.
  19. ^ Shi J, Zhu H, Arvidson DN, Woldegiorgis G (únor 2000). „Prvních 28 N-koncových aminokyselinových zbytků karnitinpalmitoyltransferázy I lidského srdečního svalu je nezbytných pro citlivost na malonyl CoA a vysoce afinitní vazbu.“ Biochemie. 39 (4): 712–717. doi:10.1021 / bi9918700. PMID  10651636.
  20. ^ Abu-Elheiga L, Oh W, Kordari P, Wakil SJ (září 2003). „Mutantní myši s acetyl-CoA karboxylázou 2 jsou chráněny proti obezitě a cukrovce vyvolané stravou s vysokým obsahem tuku / vysokým obsahem sacharidů“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 100 (18): 10207–10212. doi:10.1073 / pnas.1733877100. PMC  193540. PMID  12920182.
  21. ^ Ogawa E, Kanazawa M, Yamamoto S, Ohtsuka S, Ogawa A, Ohtake A, Takayanagi M, Kohno Y (2002). "Expresní analýza dvou mutací v deficitu karnitinpalmitoyltransferázy IA". Journal of Human Genetics. 47 (7): 342–7. doi:10,1007 / s100380200047. PMID  12111367.
  22. ^ Collins SA, Sinclair G, McIntosh S, Bamforth F, Thompson R, Sobol I, Osborne G, Corriveau A, Santos M, Hanley B, Greenberg CR, Vallance H, Arbor L (2010). „Karnitinpalmitoyltransferáza 1A (CPT1A) P479L prevalence u živých novorozenců v Yukonu, na severozápadních územích a v Nunavutu“. Molekulární genetika a metabolismus. 101 (2–3): 200–204. doi:10.1016 / j.ymgme.2010.07.013. PMID  20696606.
  23. ^ Rasmussen BB, Holmbäck UC, Volpi E, Morio-Liondore B, Paddon-Jones D, Wolfe RR (prosinec 2002). „Malonyl koenzym A a regulace funkční aktivity karnitinpalmitoyltransferázy-1 a oxidace tuků v lidském kosterním svalu“. The Journal of Clinical Investigation. 110 (11): 1687–93. doi:10,1172 / JCI15715. PMC  151631. PMID  12464674.
  24. ^ McGarry JD, Mills SE, Long CS, Foster DW (červenec 1983). „Pozorování afinity ke karnitinu a citlivosti na malonyl-CoA karnitinpalmitoyltransferázy I ve zvířecích a lidských tkáních. Prokázání přítomnosti malonyl-CoA v nehepatálních tkáních krysy.“. The Biochemical Journal. 214 (1): 21–8. doi:10.1042 / bj2140021. PMC  1152205. PMID  6615466.
  25. ^ Schreurs M, Kuipers F, van der Leij FR (2010). „Regulační enzymy mitochondriální beta-oxidace jako cíle pro léčbu metabolického syndromu“. Recenze obezity. 11 (5): 380–8. doi:10.1111 / j.1467-789X.2009.00642.x. PMID  19694967. S2CID  24954036.
  26. ^ Havugimana PC, Hart GT, Nepusz T, Yang H, Turinsky AL, Li Z, Wang PI, Boutz DR, Fong V, Phanse S, Babu M, Craig SA, Hu P, Wan C, Vlasblom J, Dar VU, Bezginov A , Clark GW, Wu GC, Wodak SJ, Tillier ER, Paccanaro A, Marcotte EM, Emili A (srpen 2012). "Sčítání komplexů lidských rozpustných proteinů". Buňka. 150 (5): 1068–81. doi:10.1016 / j.cell.2012.08.011. PMC  3477804. PMID  22939629.
  27. ^ Shrivastav S, Zhang L, Okamoto K, Lee H, Lagranha C, Abe Y, Balasubramanyam A, Lopaschuk GD, Kino T, Kopp JB (září 2013). „HIV-1 Vpr zvyšuje transkripci zprostředkovanou PPARp / δ, zvyšuje expresi PDK4 a snižuje aktivitu PDC“. Molekulární endokrinologie. 27 (9): 1564–76. doi:10.1210 / me.2012-1370. PMC  3753422. PMID  23842279.
  28. ^ Yeung ML, Houzet L, Yedavalli VS, Jeang KT (červenec 2009). „Screening celé genomové krátké vlásenky RNA jurkat T-buněk na lidské proteiny přispívající k produktivní replikaci HIV-1“. The Journal of Biological Chemistry. 284 (29): 19463–73. doi:10.1074 / jbc.M109.010033. PMC  2740572. PMID  19460752.

externí odkazy