Fenylethanolamin N-methyltransferáza - Phenylethanolamine N-methyltransferase

fenylethanolamin N-methyltransferáza
Identifikátory
SymbolPNMT
Alt. symbolyPENT
Gen NCBI5409
HGNC9160
OMIM171190
RefSeqNM_002686
UniProtP11086
Další údaje
EC číslo2.1.1.28
MístoChr. 17 q21-q22

Fenylethanolamin N-methyltransferáza (PNMT) je enzym nachází se především v dřeň nadledvin který převádí norepinefrin (noradrenalin) do epinefrin (adrenalin).[1] Vyjadřuje se také v malých skupinách neurony v lidském mozku[2] a ve vybraných populacích kardiomyocytů.[3]

Struktura

Ilustrace struktury
Toto je reprezentace disulfidové vazby vytvořené mezi monomery PNMT. Bylo vyrobeno pomocí Chimery a 4MQ4.[4]
Ilustrace struktury
Toto je model aktivního místa PNMT ukazující jak vzdálenost mezi aminoskupinami, tak sírovými skupinami, a navrhovanou oblast pro methylový přenos. Bylo vyrobeno pomocí Chimery a 4MQ4.[4]

PNMT je protein, jehož kódující gen se nachází na chromozomu 17 u lidí. Skládá se ze 4 exonů a je to protein 30 kDa. Sdílí mnoho vlastností nalezených mezi ostatními methyltransferázy. Je nejblíže sekvenci k glycin-N-methyltransferáze (GNMT ). Sdílí také mnoho strukturálních vlastností, jako je tvar skládacího rtu katechol-O-methyltransferáza (COMT), ačkoli sdílí méně sekvenční identity. Několik rysů struktury, jako je tento skládací ret, naznačuje, že PNMT je nedávná adaptace na rodinu enzymů syntetizujících katecholamin, vyvíjející se později než COMT, ale před jinými methyltransferázami, jako je GNMT.[5]

S-adenosyl-L-methionin (SAM) je požadovaný kofaktor.[6] Vazebná oblast aktivního místa pro kofaktor SAM obsahuje bohatý počet pí vazeb z fenylalaninových a tyrosinových zbytků v aktivním místě, které ji pomáhají udržovat ve své vazebné kapse skládání pí. Mezi všemi známými variantami PNMT v přírodě existuje 7 rozhodujících aromatických zbytků konzervovaných v aktivním místě.[5]

Zbytek Glutamin 185 je nezbytný pro vazbu katecholaminového substrátu. Nahrazení tohoto zbytku jiným snižuje katalytickou účinnost PNMT desetkrát až třikrát.[7]

V nepřítomnosti inhibitoru nebo ligandu a fosfát skupina je navázána na aktivní místo ke stabilizaci této oblasti.[8]

Lidská PNMT tvoří v roztoku dimery. Když se krystaly PNMT pěstují v neredukujících roztocích, vytvoří se mezi cysteiny 48 a 139 na opačných řetězcích dvě disulfidové vazby. Tato dimerizace nemá žádný vliv na katalytickou aktivitu enzymu.[9]

Mechanismus

PNMT katalyzuje přenos a methylová skupina ze SAM na norepinefrin, čímž se mění na epinefrin. Funguje spojením kofaktoru SAM a substrátu v těsné blízkosti, takže reaktivní methylová skupina může být napadena primárním aminem molekuly norepinefrinu nebo jinou katecholamin Podklad. Methylová skupina SAM je velmi reaktivní, takže struktura a umístění norepinefrinu a SAM je zásadní pro správný methylační vzorec na produktu.

Zatímco PNMT methyláty norepinefrin na aktivní sloučeninu epinefrin, norepinefrin může být také methylován pomocí katechol-O-methyltransferáza (COMT), další methyltransferáza který přidá methylovou skupinu na jiném místě, čímž vytvoří neaktivní sloučeninu metanefrin. Methyltransferázy jsou velmi časté v drahách syntézy a deaktivace katecholaminů.[10]

PNMT se také podílí na biosyntéze N-methylovaný stopové aminy: metabolizuje se fenethylamin do N-methylfenetylamin (A poziční izomer z amfetamin ), p-oktopamin do synefrin, a p-tyramin do N-methyltyramin.[11][12]

Obrázek výše obsahuje odkazy, na které lze kliknout
PNMT hraje důležitou roli v biosyntéze stopových aminů a katecholaminů.

Nařízení

Zvýšený výraz PNMT je jedním ze způsobů, jak se zátěžová reakce pozitivně živí sama sebou. Zvýšení stresových hormonů nebo nervových impulsů v důsledku stresu může způsobit, že PNMT převede více norepinefrinu na epinefrin. To zvyšuje účinnost systému reakce katecholaminů, zvyšuje se sympatický výstup a zvyšuje se stresová reakce.[14]

Je známo, že PNMT je regulován glukokortikoidy vyrobeno v nadledvina. Jedním ze způsobů, jak může regulovat výraz PNMT, je kortikosteron Pozitivní vliv na udržování PNMT mRNA.[15] Glukokortikoidy Bylo také prokázáno, že zvyšují biologický poločas enzymu in vitro.[16] U zvířat, kterým byla odstraněna hypofýza, byl přidán glukokortikoidy významně prodlužuje poločas PNMT enzymů.[16]

Zvýšené úrovně PNMT lze také spustit pomocí splanchnic nervové impulsy. Nervové impulsy zvyšují syntézu PNMT mRNA ovlivněním určitých promotorových sekvencí.[16]

Bylo také prokázáno, že imobilizace stresu po dobu několika hodin zvyšuje aktivitu PNMT u potkanů. Tato léčba trvá přibližně jeden týden, než se projeví rozdíl v úrovních PNMT.[17]

SAM nejen že funguje jako kofaktor pro PNMT, ale také pomáhá stabilizovat enzym a zvyšovat poločas tím, že je odolnější vůči řezání trypsin proteáza.[16]

Lokalizace

Bylo zjištěno, že syntéza epinefrinu, a tedy umístění PNMT, je obsažena v dřeň nadledvin nebo nadledvina většiny druhů. PNMT byl lokalizován u většiny dospělých savců do cytoplazmy těchto dřeňových buněk.[1]

Novější studie také ukazují, že mRNA a protein PNMT jsou exprimovány také v jiných oblastech těla. Určité nervové dráhy, sítnice,[18] a v obou atria a komory v srdcích jsou nyní objasňovány jako místa exprese PNMT.[19] Adrenalin je produkován v malých skupinách neuronů v lidském mozku, které exprimují PNMT;[2] tyto neurony vyčnívají z jádra, které sousedí (ventrolaterálně) s oblast postrema az jádra v hřbetní oblasti osamělý trakt.[2]

Choroba

Normální funkce a defekty PNMT jsou spojeny s mnoha nemocemi a poruchami.

Vitiligo

Snížená úroveň aktivity PNMT měřená pomocí epinefrin a norepinefrin je vidět na kůži pacientů s vitiligo v keratinocyty, které mají obvykle vyšší aktivitu PNMT.[20]

Intoxikace ethanolem

Dva silné inhibitory PNMT (LY134046 a LY78335) byly dlouhodobými antagonisty intoxikace a sedace ethanolem. To naznačuje ústřední roli, kterou při syntéze hraje PNMT a epinefrin ethanol a pentobarbital indukovaná sedace a intoxikace.[21]

Alzheimerova choroba

Alzheimerova choroba byl také spojován se sníženou aktivitou lidského PNMT v oblastech mozku, které jsou nejvíce spojeny s degenerací onemocnění. Existují také významné asociace s polymorfismy PNMT a Alzheimerovou chorobou s časným nástupem.[22]

Inhibice

Mezi klasické inhibitory PNMT patří benzimidazoly, chinolony, a puriny.[8] Inhibici lze také dosáhnout přidáním S-deoxyadenosyl L-homocystein, náhrada za kofaktor SAM, který se mu podobá, ale chybí mu methylová skupina, takže není možný žádný přenos methylu.[23]

Reference

  1. ^ A b Goldstein M, Fuxe K, Hökfelt T (červen 1972). "Charakterizace a tkáňová lokalizace enzymů syntetizujících katecholamin". Farmakologické recenze. 24 (2): 293–309. PMID  4564603.
  2. ^ A b C Kitahama K, Pearson J, Denoroy L, Kopp N, Ulrich J, Maeda T, Jouvet M (únor 1985). „Adrenergní neurony v lidském mozku prokázané imunohistochemií s protilátkami na fenylethanolamin-N-methyltransferázu (PNMT): objev nové skupiny v nucleus tractus solitarius“. Neurovědy Dopisy. 53 (3): 303–8. doi:10.1016/0304-3940(85)90555-5. PMID  3885079. S2CID  2578817.
  3. ^ Wang Y, Lin WK, Crawford W, Ni H, Bolton EL, Khan H a kol. (Leden 2017). „+ Buňky v myším srdci“. Vědecké zprávy. 7 (1): 40687. doi:10.1038 / srep40687. PMC  5234027. PMID  28084430.
  4. ^ A b PDB: 4MQ4​; Bart AG, Scott EE. Krystalová struktura hPNMT v komplexu s inhibitorem bisubstrátu N- (3 - (((((2S, 3S, 4R, 5R) -5- (6-amino-9H-purin-9-yl) -3,4-dihydroxytetrahydrofuran-2) -yl) methyl) thio) propyl) -1,2,3,4-tetrahydroisochinolin-3-karboxamid (zpráva). RCSB Proteinová datová banka.
  5. ^ A b Martin JL, Begun J, McLeish MJ, Caine JM, Grunewald GL (říjen 2001). „Rozběh adrenalinu: krystalová struktura enzymu PNMT syntetizujícího adrenalin“. Struktura. 9 (10): 977–85. doi:10.1016 / s0969-2126 (01) 00662-1. PMID  11591352.
  6. ^ Wong DL, Lesage A, Siddall B, Funder JW (listopad 1992). "Glukokortikoidová regulace fenylethanolamin N-methyltransferázy in vivo". FASEB Journal. 6 (14): 3310–5. doi:10.1096 / fasebj.6.14.1426768. PMID  1426768. S2CID  23761885.
  7. ^ Drinkwater N, Gee CL, Puri M, Criscione KR, McLeish MJ, Grunewald GL, Martin JL (srpen 2009). „Molekulární rozpoznávání fyziologického substrátu noradrenalinu enzymem PNMT syntetizujícím adrenalin a faktory ovlivňující jeho aktivitu methyltransferázy“. The Biochemical Journal. 422 (3): 463–71. doi:10.1042 / bj20090702. hdl:1808/26489. PMC  5940352. PMID  19570037.
  8. ^ A b Drinkwater N, Vu H, Lovell KM, Criscione KR, Collins BM, Prisinzano TE a kol. (Říjen 2010). „Fragmentový screening rentgenovou krystalografií, MS a izotermickou titrační kalorimetrií k identifikaci inhibitorů PNMT (fenylethanolamin N-methyltransferáza)“. The Biochemical Journal. 431 (1): 51–61. doi:10.1042 / bj20100651. PMID  20642456.
  9. ^ Gee CL, Nourse A, Hsin AY, Wu Q, Tyndall JD, Grunewald GL a kol. (Červen 2005). „Disulfidově vázané dimery lidského enzymu syntetizujícího adrenalin PNMT jsou katalyticky aktivní“. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - bílkoviny a proteomika. 1750 (1): 82–92. doi:10.1016 / j.bbapap.2005.03.006. PMID  15893506.
  10. ^ Brandt. „Adrenal Medulla“ (PDF).
  11. ^ A b Broadley KJ (březen 2010). "Cévní účinky stopových aminů a amfetaminů". Farmakologie a terapeutika. 125 (3): 363–375. doi:10.1016 / j.pharmthera.2009.11.005. PMID  19948186.
  12. ^ A b Lindemann L, Hoener MC (květen 2005). „Renesance stopových aminů inspirovaná novou rodinou GPCR“. Trendy ve farmakologických vědách. 26 (5): 274–281. doi:10.1016 / j.tips.2005.03.007. PMID  15860375.
  13. ^ Wang X, Li J, Dong G, Yue J (únor 2014). "Endogenní substráty mozkového CYP2D". European Journal of Pharmacology. 724: 211–218. doi:10.1016 / j.ejphar.2013.12.025. PMID  24374199.
  14. ^ Wurtman RJ (červen 2002). "Stres a adrenokortikální kontrola syntézy epinefrinu". Metabolismus. 51 (6 Suppl 1): 11–4. doi:10.1053 / meta.2002.33185. PMID  12040535.
  15. ^ Jiang W, Uht R, Bohn MC (1989). „Regulace mRNA fenylethanolamin N-methyltransferázy (PNMT) v dřeni nadledvin potkana kortikosteronem“. International Journal of Developmental Neuroscience. 7 (5): 513–20. doi:10.1016/0736-5748(89)90010-5. PMID  2816488. S2CID  24803398.
  16. ^ A b C d Ciaranello RD (1978). "Regulace fenylethanolamin N-methyltransferázy". Biochemická farmakologie. 27 (15): 1895–7. doi:10.1016/0006-2952(78)90002-3. PMID  708473.
  17. ^ Cahill AL, Eertmoed AL, Mangoura D, Perlman RL (září 1996). „Diferenciální regulace exprese fenylethanolamin N-methyltransferázy ve dvou odlišných subpopulacích buněk hovězího chromafinu“. Journal of Neurochemistry. 67 (3): 1217–24. doi:10.1046 / j.1471-4159.1996.67031217.x. PMID  8752129.
  18. ^ Park DH, Teitelman G, Evinger MJ, Woo JI, Ruggiero DA, Albert VR a kol. (Duben 1986). „Neurony obsahující fenylethanolamin obsahující N-methyltransferázu v sítnici potkana: imunohistochemie, imunochemie a molekulární biologie“. The Journal of Neuroscience. 6 (4): 1108–13. doi:10.1523 / JNEUROSCI.06-04-01108.1986. PMC  6568425. PMID  2871139.
  19. ^ Krizanová O, Micutková L, Jeloková J, Filipenko M, Sabban E, Kvetnanský R (září 2001). „Existence srdeční PNMT mRNA u dospělých potkanů: elevace stresem způsobem závislým na glukokortikoidech“. American Journal of Physiology. Fyziologie srdce a oběhu. 281 (3): H1372-9. doi:10.1152 / ajpheart.2001.281.3.H1372. PMID  11514309.
  20. ^ Schallreuter KU, Wood JM, Pittelkow MR, Buttner G, Swanson N, Korner C, Ehrke C (1996). "Zvýšená aktivita monoaminooxidázy A v epidermis pacientů s vitiligo". Archiv dermatologického výzkumu. 288 (1): 14–8. doi:10.1007 / bf02505037. PMID  8750929. S2CID  31646987.
  21. ^ Mefford IN, Lister RG, Ota M, Linnoila M (únor 1990). "Antagonismus intoxikace ethanolem u potkanů ​​inhibitory fenylethanolamin N-methyltransferázy". Alkoholismus, klinický a experimentální výzkum. 14 (1): 53–7. doi:10.1111 / j.1530-0277.1990.tb00446.x. PMID  2178473.
  22. ^ Mann MB, Wu S, Rostamkhani M, Tourtellotte W, MacMurray J, Comings DE (květen 2001). „Gen fenylethanolamin N-methyltransferázy (PNMT) a Alzheimerova choroba s časným nástupem“. American Journal of Medical Genetics. 105 (4): 312–6. doi:10,1002 / ajmg.1363. PMID  11378842.
  23. ^ Borchardt RT, Wu YS (březen 1975). "Potenciální inhibitory S-adenosylmethionin-dependentních methyltransferáz. 3. Modifikace cukerné části S-adenosylhomocysteinu". Journal of Medicinal Chemistry. 18 (3): 300–4. doi:10.1021 / jm00237a018. PMID  1133821.

externí odkazy