Cholin acetyltransferáza - Choline acetyltransferase

Nesmí být zaměňována s Acetylcholinesteráza.
Cholin acetyltransferáza
Identifikátory
EC číslo2.3.1.6
Číslo CAS9012-78-6
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO
POVÍDAT SI
Protein CHAT PDB 2fy2.png
Dostupné struktury
PDBHledání ortologu: PDBe RCSB
Identifikátory
AliasyPOVÍDAT SI, CHOACTASE, CMS1A, CMS1A2, CMS6, cholin O-acetyltransferáza
Externí IDOMIM: 118490 MGI: 88392 HomoloGene: 40693 Genové karty: POVÍDAT SI
Umístění genu (člověk)
Chromozom 10 (lidský)
Chr.Chromozom 10 (lidský)[1]
Chromozom 10 (lidský)
Genomické umístění pro CHAT
Genomické umístění pro CHAT
Kapela10q11.23Start49,609,095 bp[1]
Konec49,665,104 bp[1]
Exprese RNA vzor
PBB GE CHAT 221197 s na fs.png
Další údaje o referenčních výrazech
Ortology
DruhČlověkMyš
Entrez

1103

12647

Ensembl

ENSG00000070748

ENSMUSG00000021919

UniProt

P28329

Q8BQV2

RefSeq (mRNA)

NM_009891

RefSeq (protein)

NP_034021

Místo (UCSC)Chr 10: 49,61 - 49,67 MbChr 14: 32,41 - 32,47 Mb
PubMed Vyhledávání[3][4]
Wikidata
Zobrazit / upravit člověkaZobrazit / upravit myš

Cholin acetyltransferáza (běžně zkráceno jako Povídat si, ale někdy KOČKA) je transferáza enzym odpovědný za syntézu neurotransmiter acetylcholin. ChAT katalyzuje přenos acetyl skupina z koenzym acetyl-CoA na cholin, čímž se získá acetylcholin (ACh). ChAT se nachází ve vysoké koncentraci v cholinergní neurony, a to jak v centrální nervový systém (CNS) a periferní nervový systém (PNS). Stejně jako u většiny nervových terminálních proteinů se ChAT produkuje v těle neuron a je transportován do nervový terminál, kde je jeho koncentrace nejvyšší. Přítomnost ChAT v nervové buňce klasifikuje tuto buňku jako „cholinergní“ neuron. U lidí je enzym cholin acetyltransferázy kódován POVÍDAT SI gen.[5]

Dějiny

Cholin acetyltransferázu poprvé popsal David Nachmansohn a A. L. Machado v roce 1943.[6] Německý biochemik Nachmansohn studoval proces vedení nervových impulzů a využití energetických chemických reakcí v buňkách, přičemž rozšířil díla laureátů Nobelovy ceny Otto Warburg a Otto Meyerhof na kvašení, glykolýza, a svalová kontrakce. Na základě předchozího výzkumu, který ukázal, že „působení acetylcholinu na strukturní proteiny“ bylo zodpovědné za nervové impulsy, zkoumali Nachmansohn a Machado původ acetylcholinu.[7]

Enzym byl extrahován z mozku a nervové tkáně a tvoří acetylcholin. K tvorbě dochází pouze v přítomnosti adenosinetrifosfát (ATP). Enzym se nazývá cholin acetyláza.

— Nachmanson & Machado, 1943[6]

The acetyl transferáza způsob účinku nebyl v době tohoto objevu znám, avšak Nachmansohn předpokládal možnost výměny fosfátu acetylfosfátem nebo fosforylcholinem (z ATP ) pro cholinový nebo acetátový ion.[6] To nebylo až do roku 1945 Koenzym A (CoA) objevily současně a nezávisle tři laboratoře,[8][9][10] Nachmansohn je jedním z nich. Následně byl v roce 1951 objeven acetyl-CoA, v té době nazývaný „aktivní acetát“.[11] 3D struktura ChAT odvozeného z krys byla vyřešena až o téměř 60 let později, v roce 2004.[12]

Struktura

3D struktura ChAT byla vyřešena rentgenovou krystalografií PDB: 2FY2. Cholin je vázán v aktivním místě ChAT nekovalentními interakcemi mezi pozitivně nabitým aminem cholinu a hydroxylovou skupinou Tyr552, navíc k vodíková vazba mezi cholinem hydroxyl skupina a histidin zbytek, His324.

Cholinový substrát se vejde do kapsy ve vnitřku ChAT, zatímco acetyl-CoA se vejde do kapsy na povrchu proteinu. 3D Krystalická struktura ukazuje, že acetylová skupina acetyl-CoA přiléhá k kapse vázající cholin - minimalizuje se vzdálenost mezi dárcem a příjemcem acetylové skupiny.

Struktura vazebných míst cholin acetyltransferázy

  • Krystalová struktura cholinového iontu vázaného v cholin acetyltransferáze. Zobrazeny zbytky postranního řetězce His324A a Tyr552A.PDB: 2FY3​

  • Stereoskopické zobrazení cholinu a acetyl-CoA v aktivním místě ChAT. (PDB: 2FY3​, PDB: 2FY5- překrytý).

  • Stereoskopické zobrazení cholinu a acetyl-CoA vázaného v aktivním místě ChAT - alternativní úhel. (PDB: 2FY3​, PDB: 2FY5- překrytý).

Homologie

ChAT je v celém zvířecím genomu velmi konzervativní. Zejména u savců existuje velmi vysoká sekvenční podobnost. Člověk a kočka (Felis catus) Například ChAT má 89% sekvenční identitu. Sekvenční identita s Drosophila je asi 30%.[13]

Formy ChAT

Existují dvě formy ChAT: rozpustná forma a forma vázaná na membránu.[14] Rozpustná forma představuje 80-90% celkové aktivity enzymu, zatímco forma vázaná na membránu je zodpovědná za zbytek 10-20% aktivity.[15] Již dlouho však probíhá debata o tom, jak je druhá forma ChAT vázána na membránu.[16] Membránově vázaná forma ChAT je spojena se synaptickými vezikuly.[17]

Společné a periferní izoformy ChAT

Existují dvě izoformy ChAT, obě kódované stejnou sekvencí. Společný typ ChAT (cChAT) je přítomen v CNS i PNS. Periferní typ ChAT (pChAT) je přednostně vyjádřen v PNS u lidí a vychází z přeskakování exonu (exony 6-9) během post-transkripční modifikace. Proto aminokyselinová sekvence je velmi podobný, nicméně pChAT chybí části sekvence přítomné v cChAT. Izoforma pChAT byla objevena v roce 2000 na základě pozorování, že protilátky ChAT pocházející z mozku nedokázaly obarvit periferní cholinergní neurony stejně jako u protilátek nalezených v mozku. Tento genové sestřih Mechanismus, který vede k rozdílům cChAT a pChAT, byl pozorován u různých druhů, včetně savců obratlovců i bezobratlých měkkýšů, což naznačuje, že tento mechanismus vede k určité dosud neidentifikované evoluční výhodě.

Funkce

syntéza a transport ACh v buňkách[18]

Cholinergní systémy jsou zapojeny do mnoha neurologických funkcí. Poruchy některých cholinergních neuronů mohou být způsobeny změnami Alzheimerova choroba. Protein kódovaný tímto genem syntetizuje neurotransmiter acetylcholin. Acetylcholin působí na dvě třídy receptorů v centrální nervový systém  – muskarinický a nikotinový - které se každý podílejí na různých fyziologických reakcích. Role acetylcholinu na nikotinovém receptoru je stále předmětem výzkumu. Je pravděpodobné, že se to týká cest odměňování / posilování, jak naznačuje návyková povaha nikotin, který se také váže na nikotinový receptor. Muskarinový účinek acetylcholinu v CNS se podílí na učení a paměti. Ztráta cholinergní inervace v neokortex je spojována se ztrátou paměti, jak dokazují pokročilé případy Alzheimerovy choroby. V periferní nervový systém, cholinergní neurony se podílejí na kontrole viscerálních funkcí, jako je mimo jiné kontrakce srdečního svalu a funkce gastrointestinálního traktu.

Často se používá jako imunohistochemický marker pro motorické neurony (motoneurony).

Mutace

Mutanti ChAT byli izolováni u několika druhů, včetně C. elegans, Drosophilaa lidé. Většina neletálních mutantů, které mají fenotyp nedivokého typu, vykazuje určitou aktivitu, ale významně méně než divoký typ.

v C. elegansbylo vysledováno několik mutací v ChAT ke genu cha-1. Všechny mutace vedou k významnému poklesu aktivity ChAT. Procentní ztráta aktivity může být v některých případech vyšší než 98%. Fenotypové účinky zahrnují zpomalený růst, sníženou velikost, nekoordinované chování a nedostatek citlivosti vůči inhibitory cholinesterázy.[19] Izolovaný teplotně citlivé mutanty v Drosophila byli všichni smrtelní. Před smrtí vykazují postižené mouchy změnu chování, včetně nekontrolovaných pohybů a změny elektroretinogram aktivita.[20]

Lidský gen zodpovědný za kódování ChAT je CHAT. Mutace na CHATu byly spojeny s vrozený myastenický syndrom onemocnění, které vede k obecnému nedostatku a slabosti motorických funkcí. Mezi další příznaky patří fatální apnoe. Z deseti izolovaných mutantů bylo prokázáno, že 1 zcela postrádá aktivitu, 8 prokázalo významně sníženou aktivitu a 1 má neznámou funkci.[21]

Klinický význam

Alzheimerova choroba

The Alzheimerova choroba (AD) zahrnuje potíže s pamětí a poznáváním. Koncentrace acetylcholinu a ChAT jsou pozoruhodně sníženy v mozkovém neokortexu a hipokampu.[22] Ačkoli se ztráta a dysfunkce cholinergních neuronů považuje za přispěvatele k Alzheimerově chorobě, obecně se to nepovažuje za primární faktor při rozvoji této nemoci. Navrhuje se, aby agregace a ukládání Beta amyloid protein narušuje metabolismus neuronů a dále poškozuje cholinergní axony v kůře a cholinergní neurony v bazálním předním mozku.[23]

Amyotrofní laterální skleróza

The Amyotrofní laterální skleróza (ALS) je jedním z nejčastějších onemocnění motorických neuronů. Významná ztráta imunoreaktivity ChAT se nachází v ALS.[24] Předpokládá se, že cholinergní funkce se podílí na nekontrolovaném zvýšení koncentrace intracelulárního vápníku, jehož důvod stále zůstává nejasný.[25]

Drogy

Neostigmin methylsulfát, anticholinesterázové činidlo, byl použit k cílení na CHAT. Zejména bylo prokázáno, že použití neostigminu methylsulfátu má pozitivní účinky proti vrozenému myastenickému syndromu.[26]

Vystaveni estradiol Bylo prokázáno, že zvyšuje ChAT u samic potkanů.[27]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C GRCh38: Vydání souboru 89: ENSG00000070748 - Ensembl, Květen 2017
  2. ^ A b C GRCm38: Vydání souboru 89: ENSMUSG00000021919 - 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. ^ Strauss WL, Kemper RR, Jayakar P, Kong CF, Hersh LB, Hilt DC, Rabin M (únor 1991). "Gen humánní cholin acetyltransferázy se mapuje na oblast 10q11-q22.2 hybridizací in situ". Genomika. 9 (2): 396–8. doi:10.1016 / 0888-7543 (91) 90273-H. PMID  1840566.
  6. ^ A b C Nachmansohn D, Machado AL (1943). „Tvorba acetylcholinu. Nový enzym: cholinová acetyláza“. J. Neurophysiol. 6 (5): 397–403. doi:10.1152 / jn.1943.6.5.397.
  7. ^ Berman R, Wilson IB, Nachmansohn D (září – říjen 1953). "Specifičnost cholin acetylázy ve vztahu k biologické funkci". Biochimica et Biophysica Acta. 12 (1–2): 315–24. doi:10.1016/0006-3002(53)90150-4. PMID  13115440.
  8. ^ Lipmann F, Kaplan NO (1946). "Společný faktor při enzymatické acetylaci sulfanilamidu a cholinu". J. Biol. Chem. 162: 743–744.
  9. ^ Lipton MA (1946). "Mechanismus enzymatické syntézy acetylcholinu". Fed. Proc. 5 (1 Pt 2): 145. PMID  21066687.
  10. ^ Nachmansohn D, Berman M (1946). "Studie o cholinacetyláze; o přípravě koenzymu a jeho účinku na enzym". J. Biol. Chem. 165 (2): 551–63. PMID  20276121.
  11. ^ Jones DH, Nelson WL (1968). "Metoda izolace produktů koenzymu A". Anální. Biochem. 26 (3): 350–7. doi:10.1016/0003-2697(68)90195-4. PMID  5716187.
  12. ^ Govindasamy L, Pedersen B, Lian W, Kukar T, Gu Y, Jin S, Agbandje-McKenna M, Wu D, McKenna R (listopad 2004). "Strukturální pohledy a funkční důsledky cholin acetyltransferázy". Journal of Structural Biology. 148 (2): 226–35. doi:10.1016 / j.jsb.2004.06.005. PMID  15477102.
  13. ^ Oda Y (listopad 1999). "Cholinová acetyltransferáza: struktura, distribuce a patologické změny v centrálním nervovém systému". Pathology International. 49 (11): 921–37. doi:10.1046 / j.1440-1827.1999.00977.x. PMID  10594838. S2CID  23621617.
  14. ^ Tandon A, Bachoo M, Weldon P, Polosa C, Collier B (1996). „Účinky aplikace kolchicinu na preganglionové axony na aktivitu cholin acetyltransferázy a obsah acetylcholinu a uvolňování v nadřazeném cervikálním gangliu“. J. Neurochem. 66 (3): 1033–41. doi:10.1046 / j.1471-4159.1996.66031033.x. PMID  8769864. S2CID  44586742.
  15. ^ Pahud G, Salem N, van de Goor J, Medilanski J, Pellegrinelli N, Eder-Colli L (25. května 1998). "Studie subcelulární lokalizace membránově vázané cholin acetyltransferázy v centrálním nervovém systému Drosophila a její asociace s membránami". European Journal of Neuroscience. 10 (5): 1644–53. doi:10.1046 / j.1460-9568.1998.00177.x. PMID  9751137. S2CID  24196247.
  16. ^ Bruce G, Hersh LB (prosinec 1987). "Studie na detergentu uvolňují cholin acetyltransferázu z membránových frakcí potkaního a lidského mozku". Neurochem Res. 12 (12): 1059–66. doi:10.1007 / bf00971705. PMID  2450285. S2CID  4336737.
  17. ^ Carroll PT (1994). „Cholin-O-acetyltransferáza vázaná na membránu v hipokampální tkáni potkana je spojena se synaptickými vezikuly“. Brain Res. 633 (1–2): 112–8. doi:10.1016/0006-8993(94)91529-6. PMID  8137149. S2CID  1139292.
  18. ^ Rand, James. "Acetylcholin". WormBook.
  19. ^ Rand JB, Russell RL (únor 1984). „Cholin-acetyltransferáza-deficientní mutanti hlístice Caenorhabditis elegans“. Genetika. 106 (2): 227–48. PMC  1202253. PMID  6698395.
  20. ^ Greenspan RJ (1980). "Mutace cholin acetyltransferázy a související nervové vady". Journal of Comparative Physiology. 137 (1): 83–92. doi:10.1007 / BF00656920. S2CID  45897606.
  21. ^ Ohno K, Tsujino A, Brengman JM, Harper CM, Bajzer Z, Udd B, Beyring R, Robb S, Kirkham FJ, Engel AG (13. února 2001). "Mutace cholin acetyltransferázy způsobují myastenický syndrom spojený s epizodickou apnoe u lidí". Sborník Národní akademie věd. 98 (4): 2017–2022. Bibcode:2001PNAS ... 98.2017O. doi:10.1073 / pnas.98.4.2017. PMC  29374. PMID  11172068.
  22. ^ Bartus RT, Dean RL, Beer B, Lippa AS (30. července 1982). „Cholinergní hypotéza geriatrické dysfunkce paměti“. Věda. 217 (4558): 408–14. Bibcode:1982Sci ... 217..408B. doi:10.1126 / science.7046051. PMID  7046051.
  23. ^ Geula C, Mesulam MM, Saroff DM, Wu CK (leden 1998). „Vztah mezi plaky, spleti a ztrátou kortikálních cholinergních vláken u Alzheimerovy choroby“. J Neuropathol Exp Neurol. 57 (1): 63–75. doi:10.1097/00005072-199801000-00008. PMID  9600198.
  24. ^ Oda Y, Imai S, Nakanishi I, Ichikawa T, Deguchi T (prosinec 1995). „Imunohistochemická studie o cholin acetyltransferáze v míše pacientů s amyotrofickou laterální sklerózou“. Pathol Int. 45 (12): 933–9. doi:10.1111 / j.1440-1827.1995.tb03418.x. PMID  8808298. S2CID  23763400.
  25. ^ Morrison BM, Morrison JH (leden 1999). „Amyotrofická laterální skleróza spojená s mutacemi v superoxiddismutáze: domnělý mechanismus degenerace“. Brain Res Brain Res Rev. 29 (1): 121–35. doi:10.1016 / s0165-0173 (98) 00049-6. PMID  9974153. S2CID  28937351.
  26. ^ Greer M, Schotland M (červenec 1960). „Myasthenia gravis u novorozence“. Pediatrie. 26: 101–8. PMID  13851666.
  27. ^ Luine VN (srpen 1985). „Estradiol zvyšuje aktivitu cholin acetyltransferázy ve specifických bazálních jádrech předního mozku a projekčních oblastech samic potkanů“. Experimentální neurologie. 89 (2): 484–90. doi:10.1016/0014-4886(85)90108-6. PMID  2990988. S2CID  1525252.

Další čtení

externí odkazy