Аралкиламин N-ацетилтрансфераза
Класс ферментов
Аралкиламин N -ацетилтрансфераза
Кристаллографическая структура аралкиламин N-ацетилтрансферазы. [1]
Идентификаторы
Номер ЕС2.3.1.87
Номер CAS92941-56-5
Базы данных
ИнтЭнзIntEnz вид
БРЕНДАзапись BRENDA
ExPASyNiceZyme вид
КЕГГзапись KEGG
МетаЦикметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDBRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки
Аралкиламин N -ацетилтрансфераза
Идентификаторы
СимволААНАТ
ген NCBI15
HGNC19
ОМИМ600950
РефСекNM_001088
UniProtQ16613
Другие данные
Номер ЕС2.3.1.87
ЛокусХр. 17 q25
Искать
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро

Аралкиламин N -ацетилтрансфераза ( AANAT ) ( EC 2.3.1.87 ), также известная как арилалкиламин N -ацетилтрансфераза или серотонин N -ацетилтрансфераза ( SNAT ), является ферментом , который участвует в ритмической выработке мелатонина день / ночь , путем модификации серотонина . У людей он кодируется геном AANAT размером ~2,5 кб [2] , содержащим четыре экзона , расположенного на хромосоме 17q 25. [3] Ген транслируется в большой фермент 23 кДа. Он хорошо сохраняется в ходе эволюции, и человеческая форма белка на 80 процентов идентична овечьей и крысиной AANAT. Это ацетил-КоА -зависимый фермент семейства N -ацетилтрансфераз (GNATs), связанных с GCN5. Он может способствовать развитию многофакторных генетических заболеваний, таких как изменение поведения в цикле сна/бодрствования [2], и в настоящее время ведутся исследования с целью разработки препаратов, регулирующих функцию AANAT.

Номенклатура

Систематическое название этого класса ферментов — ацетил-КоА:2-арилэтиламин N-ацетилтрансфераза. Другие названия, которые широко используются, включают:

  • ААНАТ
  • Арилалкиламин N-ацетилтрансфераза
  • Фермент ритма мелатонина
  • Серотонинацетилаза
  • Серотонинацетилтрансфераза
  • Серотонин N-ацетилтрансфераза

Официально принятое название — аралкиламин N-ацетилтрансфераза. [4]

Функция и механизм

Распределение в тканях

Транскрипт мРНК AANAT в основном экспрессируется в центральной нервной системе (ЦНС). Он обнаруживается на низких уровнях в нескольких областях мозга , включая гипофиз, а также в сетчатке . Он наиболее распространен в шишковидной железе , которая является местом синтеза мелатонина. Мозг и гипофиз AANAT могут быть вовлечены в модуляцию серотонин-зависимых аспектов поведения человека и функции гипофиза. [3]

Физиологическая функция

В пинеалоцитах шишковидной железы аралкиламин N-ацетилтрансфераза участвует в превращении серотонина в мелатонин . Это предпоследний фермент в синтезе мелатонина, контролирующий ритм ночь/день в выработке мелатонина в шишковидной железе позвоночных . Мелатонин необходим для сезонного размножения, модулирует функцию циркадных часов в супрахиазматическом ядре и влияет на активность и сон. Из-за своей важной роли в циркадном ритме AANAT подвергается обширной регуляции, которая реагирует на воздействие света (см. Регулирование). Он может способствовать многофакторным генетическим заболеваниям, таким как измененное поведение в цикле сна/бодрствования и расстройства настроения. [2]

Химические реакции, катализируемые AANAT

Первичная химическая реакция , катализируемая аралкиламин N-ацетилтрансферазой, использует два субстрата , ацетил -КоА и серотонин. AANAT катализирует перенос ацетильной группы ацетил-КоА на первичный амин серотонина, тем самым производя КоА и N-ацетилсеротонин . У людей другие эндогенные субстраты фермента включают специфические нейромодуляторы следовых аминов , а именно фенэтиламин , тирамин и триптамин , в свою очередь образующие N-ацетилфенэтиламин, N-ацетилтирамин и N-ацетилтриптамин . [5]

В биосинтезе мелатонина N-ацетилсеротонин далее метилируется другим ферментом, N-ацетилсеротонин O-метилтрансферазой (ASMT), чтобы произвести мелатонин. Реакция N-ацетилтрансферазы была предложена как этап, определяющий скорость , и , таким образом, серотонин N - ацетилтрансфераза стала целью для разработки ингибитора (см. ниже). [6]

AANAT подчиняется упорядоченному тройному комплексному механизму . Субстраты связываются последовательно (упорядоченно) с ацетил-КоА, связывающимся со свободным ферментом, за которым следует связывание серотонина с образованием тройного комплекса. После того, как произошел перенос ацетильной группы, продукты упорядоченно высвобождаются с N-ацетил-серотонином первым и КоА последним. [7]

Структура

Арилкиламин N-ацетилтрансфераза представляет собой мономерный полипептид длиной 207 аминокислотных остатков и молекулярной массой 23 344 дальтон. Вторичная структура состоит из альфа-спиралей и бета-слоев . Она на 28 процентов состоит из спирали (10 спиралей; 60 остатков) и на 23 процента из бета-слоев (9 нитей; 48 остатков). Это семейство разделяет четыре консервативных мотива последовательности, обозначенных AD. Мотив B служит местом расположения слота связывания серотонина. Структура была определена с помощью рентгеновской дифракции . [1]

Для этого класса ферментов было решено несколько структур с кодами доступа PDB 1CJW ​, [8] 1B6B ​, [9] 1L0C ​, [1] [10] и 1KUV ​/ 1KUX ​/ 1KUY ​. [1]

Аралкиламин N-ацетилтрансфераза также была кристаллизована в комплексе с 14-3-3ζ из семейства белков 14-3-3 с кодом доступа PDB 1IB1 ​. [11]

Суперсемейство GNAT

Аралкиламин N-ацетилтрансфераза принадлежит к надсемейству GCN5-родственных N-ацетилтрансфераз (GNAT), которое состоит из 10 000 ацетилтрансфераз, названных так из-за их гомологии последовательности с классом эукариотических факторов транскрипции , в том числе дрожжевым GCN5. Другими хорошо изученными членами надсемейства являются глюкозамин-6-фосфат N-ацетилтрансфераза и гистоновые ацетилтрансферазы .

Все члены этого суперсемейства имеют структурно консервативную укладку, состоящую из N-концевой нити, за которой следуют две спирали, три антипараллельные β-нити, за которыми следует ''сигнатура'' центральной спирали, пятая β-нить, четвертая α-спираль и последняя β-нить. Эти элементы почти универсально консервативны, несмотря на плохую попарную идентичность в выравниваниях последовательностей. [12]

Регулирование

Регуляция AANAT различается между видами. У некоторых уровни AANAT резко колеблются между светлыми и темными периодами и, таким образом, контролируют синтез мелатонина. У других ритм регулируется в первую очередь на уровне белка. [13] Одним из примеров является грызуны, у которых уровни мРНК AANAT увеличиваются более чем в 100 раз в темные периоды. У других видов циклический АМФ играет важную роль в ингибировании протеолитической деградации AANAT, повышая уровни белка ночью. Эксперименты с использованием человеческого AANAT, экспрессированного в клеточной линии 1E7, показывают примерно 8-кратное увеличение активности фермента при воздействии форсколина . [14]

Динамическая деградация мРНК AANAT оказалась существенной для циркадного действия фермента. Последовательности 3'UTR имеют значение в отношении ритмической деградации мРНК AANAT у некоторых видов. У грызунов различные hnRNP поддерживают динамическую деградацию мРНК AANAT. У других видов, таких как копытные и приматы, стабильные мРНК AANAT с более коротким 3'UTR, как предполагается, не контролируются hnRNP, которые связывают и направляют деградацию мРНК AANAT у грызунов. [15]

Воздействие света вызывает передачу сигналов от клеток сетчатки, что в конечном итоге приводит к снижению стимуляции эпифиза норадреналином . Это, в свою очередь, приводит к каскаду сигналов, что приводит к фосфорилированию протеинкиназой А двух ключевых остатков Ser и Thr серотонин N-ацетилтрансферазы. Фосфорилирование этих остатков вызывает изменения в каталитической активности посредством привлечения и взаимодействия с белками 14-3-3 , в частности, 14-3-3ζ. [16]

Другим белком, который взаимодействует и регулирует активность AANAT, является протеинкиназа C. Протеинкиназа C действует, как и протеинкиназа A , на остатки треонина и серина, повышая стабильность и ферментативную активность AANAT. [17]

Ингибирование связывания ацетил-КоА с каталитическим сайтом посредством образования и расщепления внутримолекулярных дисульфидных связей было предложено в качестве механизма регуляции. Образование дисульфидной связи между двумя остатками цистеина внутри белка закрывает гидрофобную воронку каталитического сайта и, таким образом, действует как переключатель включения/выключения каталитической активности. Пока не ясно, присутствует ли этот механизм в клетках in vivo посредством регуляции внутриклеточных окислительно-восстановительных условий, но предполагается, что глутатион (GSH) может быть регулятором in vivo образования и расщепления этих дисульфидных связей. [18]

Ингибиторы AANAT и клиническая значимость

Ингибиторы AANAT могут в конечном итоге привести к разработке препарата, который будет полезен в исследованиях циркадной биологии и в лечении расстройств сна и настроения . Были обнаружены синтетические ингибиторы фермента. [19] [20] [21] Однако не было зарегистрировано ни одного ингибитора AANAT с мощной активностью in vivo . [22] До настоящего времени в литературе было описано пять классов ингибиторов AANAT. [6] Ниже приведены пять классов:

Производные мелатонина

Поскольку сообщалось, что мелатонин является конкурентным ингибитором AANAT, этот нейротрансмиттер , по-видимому, осуществляет ауторегуляторный контроль над собственным биосинтезом. Таким образом, свободные структурные аналоги гормона индоламина были оценены на AANAT, и были обнаружены умеренные ингибиторы. [23]

Пептидные ингибиторы

Пептидные комбинаторные библиотеки три-, тетра- и пентапептидов с различным аминокислотным составом были проверены в качестве потенциальных источников ингибиторов, чтобы увидеть, служат ли они чистым или смешанным конкурентным ингибитором для фермента hAANAT. Молекулярное моделирование и исследования взаимосвязи структуры и активности позволили точно определить аминокислотный остаток пентапептидного ингибитора S 34461, который взаимодействует с сайтом связывания косубстрата. [24]

Бисубстратные аналоги

Предполагается, что AANAT катализирует перенос ацетильной группы от ацетил-КоА к серотонину с участием промежуточного тройного комплекса для получения N-ацетилсеротонина. Исходя из этого механизма, можно было бы ожидать, что бисубстратный аналоговый ингибитор, полученный из связывания частей индола и CoASH, может потенциально имитировать тройной комплекс и оказывать сильное ингибирование AANAT. [25] Первый бисубстратный аналог ( 1 ), который связывает триптамин и CoA через ацетильный мостик, был синтезирован Халилом и Коулом и показал себя очень мощным и специфическим ингибитором AANAT. [26]

N-Галоацетилированные производные

AANAT показал, что он также обладает вторичной алкилтрансферазной активностью, а также ацетилтрансферазной активностью. [27] Были разработаны N-галогенацетилтриптамины, которые служат субстратами алкилтрансферазы AANAT, а также являются мощными (низкими микромолярными) ингибиторами in vitro против ацетилтрансферазной активности AANAT. AANAT катализирует реакцию между N-бромацетилтриптамином (BAT) и восстановленным CoA, что приводит к образованию прочно связывающегося бисубстратного аналогового ингибитора. [27] [28] Первый синтезированный клеточно-проницаемый ингибитор AANAT N-бромацетилтриптамин был дополнительно изучен на секреции мелатонина из шишковидных желез крысы и свиньи. [29] Новые производные N-галогенацетила, приводящие к сильному in situ ингибированию AANAT. Концепция механизма действия этих предшественников была изучена путем отслеживания биосинтеза ингибитора из тритиированного BAT в живой клетке. [20]

Соединения на основе роданина

Были идентифицированы первые лекарственно-подобные и селективные ингибиторы AANAT. Лоуренс М. Шевчук и др. провели виртуальный скрининг более миллиона соединений с помощью 3D высокопроизводительного стыковки в активном центре рентгеновской структуры для AANAT, а затем протестировали 241 соединение в качестве ингибиторов. Один класс соединений, содержащий роданиновый каркас, показал низкое микромолярное конкурентное ингибирование против ацетил-КоА и доказал свою эффективность в блокировании продукции мелатонина в эпифизарных клетках. [19]

Недавнее исследование ингибиторов AANAT описало открытие нового класса непептидных ингибиторов AANAT на основе 2,2′-битиенилового каркаса. [22]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcd PDB : 1KUX ​; Wolf E, De Angelis J, Khalil EM, Cole PA, Burley SK (март 2002 г.). "Рентгеновские кристаллографические исследования катализа и ингибирования серотонин-N-ацетилтрансферазы". J. Mol. Biol . 317 (2): 215– 24. doi :10.1006/jmbi.2001.5371. PMID  11902838.
  2. ^ abc "Ген Entrez: арилалкиламин N-ацетилтрансфераза".
  3. ^ ab Coon SL, Mazuruk K, Bernard M, Roseboom PH, Klein DC, Rodriguez IR (май 1996). "Ген человеческой серотониновой N-ацетилтрансферазы (EC 2.3.1.87) (AANAT): структура, локализация в хромосоме и экспрессия в тканях". Genomics . 34 (1): 76– 84. doi :10.1006/geno.1996.0243. PMID  8661026.
  4. ^ "IUBMB Enzyme Nomenclature EC 2.3.1.87". Номенклатурный комитет Международного союза биохимии и молекулярной биологии (NC-IUBMB) . Получено 15 ноября 2014 г.
  5. ^ «EC 2.3.1.87 - аралкиламин N-ацетилтрансфераза» . БРЕНДА . Технический университет Брауншвейга. Июль 2014 года . Проверено 10 ноября 2014 г.
  6. ^ ab Zheng W, Cole PA (июнь 2002 г.). «Серотонин N-ацетилтрансфераза: механизм и ингибирование». Curr. Med. Chem . 9 (12): 1187– 99. doi :10.2174/0929867023370013. PMID  12052171.
  7. ^ J. De Angelis; J. Gastel; DC Klein; PA Cole (январь 1998). «Кинетический анализ каталитического механизма серотонин N-ацетилтрансферазы (EC 2.3.1.87)». Журнал биологической химии . 273 (5): 3045–3050 . doi : 10.1074/jbc.273.5.3045 . PMID  9446620.
  8. ^ Hickman AB, Namboodiri MA, Klein DC, Dyda F (апрель 1999). «Структурная основа упорядоченного связывания субстрата серотонин-N-ацетилтрансферазой: ферментный комплекс с разрешением 1,8 А с бисубстратным аналогом». Cell . 97 (3): 361– 9. doi : 10.1016/S0092-8674(00)80745-X . PMID  10319816. S2CID  18272015.
  9. ^ Hickman AB, Klein DC, Dyda F (январь 1999). «Биосинтез мелатонина: структура серотонин N-ацетилтрансферазы при разрешении 2,5 А предполагает каталитический механизм». Mol. Cell . 3 (1): 23– 32. doi : 10.1016/S1097-2765(00)80171-9 . PMID  10024876.
  10. ^ Scheibner KA, De Angelis J, Burley SK, Cole PA (май 2002 г.). «Исследование роли каталитических остатков в серотонин N-ацетилтрансферазе». J. Biol. Chem . 277 (20): 18118– 26. doi : 10.1074/jbc.M200595200 . PMID  11884405.
  11. ^ Obsil T, Ghirlando R, Klein DC, Ganguly S, Dyda F (апрель 2001 г.). «Кристаллическая структура комплекса 14-3-3zeta:serotonin N-acetyltransferase. роль каркаса в регуляции ферментов». Cell . 105 (2): 257– 67. doi : 10.1016/S0092-8674(01)00316-6 . PMID  11336675. S2CID  9564413.
  12. ^ Мэтью В. Веттинг; Луис Педро С. де Карвальо; Майкл Ю; Субрей С. Хегде; Софи Магнет; Стивен Л. Родерик и Джон С. Бланшар (январь 2005 г.). «Структура и функции суперсемейства ацетилтрансфераз GNAT». Архивы биохимии и биофизики . 433 (1): 212– 226. doi :10.1016/j.abb.2004.09.003. PMID  15581578.
  13. ^ Klein, DC; Coon, SL; Roseboom, PH; Weller, JL; Bernard, M.; Gastel, JA; Zatz, M.; Iuvone, PM; Rodriguez, IR; Bégay, V.; Falcón, J.; Cahill, GM; Cassone, VM; Baler, R. (1997). "Фермент, генерирующий ритм мелатонина: молекулярная регуляция серотонин N-ацетилтрансферазы в шишковидной железе". Recent Progress in Hormone Research . 52 : 307–357 , обсуждение 357–8. PMID  9238858.
  14. ^ Coon SL, Weller JL, Korf HW, Namboodiri MA, Rollag M, Klein DC (июнь 2001 г.). "cAmp-регуляция арилалкиламин N-ацетилтрансферазы (AANAT, EC 2.3.1.87): новая клеточная линия (1E7) предоставляет доказательства внутриклеточной активации AANAT". J. Biol. Chem . 276 (26): 24097– 107. doi : 10.1074/jbc.M011298200 . PMID  11313340.
  15. ^ Kim TD, Kim JS, Kim JH, Myung J, Chae HD, Woo KC, Jang SK, Koh DS, Kim KT (апрель 2005 г.). «Ритмическая деградация мРНК серотонин N-ацетилтрансферазы необходима для поддержания ее циркадных колебаний». Mol. Cell. Biol . 25 (8): 3232– 46. doi :10.1128/MCB.25.8.3232-3246.2005. PMC 1069600. PMID  15798208 . 
  16. ^ Szewczuk LM, Tarrant MK, Sample V, Drury WJ, Zhang J, Cole PA (сентябрь 2008 г.). «Анализ регуляции серотонин N-ацетилтрансферазы in vitro и в живых клетках с использованием полусинтеза белка». Биохимия . 47 (39): 10407– 19. doi :10.1021/bi801189d. PMC 2682328. PMID  18771288 . 
  17. ^ Choi BH, Chae HD, Park TJ, Oh J, Lim J, Kang SS, Ha H, Kim KT (июль 2004 г.). «Протеинкиназа C регулирует активность и стабильность серотонин N-ацетилтрансферазы». J. Neurochem . 90 (2): 442– 54. doi :10.1111/j.1471-4159.2004.02495.x. PMID  15228600. S2CID  42638894.
  18. ^ Цубои С., Котани Ю., Огава К., Хатанака Т., Яцусиро С., Оцука М., Морияма Ю. (ноябрь 2002 г.). «Внутримолекулярный дисульфидный мостик как каталитический переключатель серотонин-N-ацетилтрансферазы». Ж. Биол. Хим . 277 (46): 44229– ​​35. doi : 10.1074/jbc.M203305200 . ПМИД  12215431.
  19. ^ ab Lawrence M. Szewczuk; S. Adrian Saldanha; Surajit Ganguly; Erin M. Bowers; Margarita Javoroncov; Balasubramanyam Karanam; Jeffrey C. Culhane; Marc A. Holbert; David C. Klein; Ruben Abagyan; Philip A. Cole (ноябрь 2007 г.). "De novo discovery of serotonin N-acetyltransferase inhibitions". Journal of Medicinal Chemistry . 50 (22): 5330– 5338. doi :10.1021/jm0706463. PMC 2531295 . PMID  17924613. 
  20. ^ ab Ферри Дж., Убо С., Мозо Дж., Пеан С., Хенниг П., Родригес М., Скул С., Бонно А., Ножан О., Галицци Дж. П., Делагранж П., Ренар П., Волланд Дж. П., Юс С., Лесье Д., Бутен Дж. А. (январь 2004 г.). «Новые аналоги субстрата человеческой серотонин-N-ацетилтрансферазы производят in situ специфические и мощные ингибиторы». Евро. Дж. Биохим . 271 (2): 418–28 . doi : 10.1046/j.1432-1033.2003.03942.x . ПМИД  14717709.
  21. ^ Zheng W, Cole PA (октябрь 2003 г.). «Новые бисубстратные аналоговые ингибиторы серотонин N-ацетилтрансферазы: важность нейтральности». Bioorg. Chem . 31 (5): 398– 411. doi :10.1016/S0045-2068(03)00081-6. PMID  12941292.
  22. ^ ab Лепайлер А, Лемэтр С, Фэн X, Сопкова-де Оливейра Сантос Дж, Делагранж П, Бутен Дж, Ренар П, Бюро Р, Раулт С (март 2010 г.). «Исследование новых 2,2'-битиенильных производных как непептидных ингибиторов AANAT на основе рецепторов и лигандов». Модель J Chem Inf . 50 (3): 446–60 . doi : 10.1021/ci9004805. ПМИД  20196559.
  23. ^ Шен С., Бремон Б., Серраз I, Андрие Дж., Понсе А., Мате-Алленмат М., Чанут Э., Трувен Дж. Х., Ланглуа М. (июнь 1996 г.). «Взаимосвязь структура-активность субстратов и ингибиторов шишковидной 5-гидрокситриптамин-N-ацетилтрансферазы: предварительные исследования». Евро. Дж. Фармакол . 307 (2): 133–40 . doi :10.1016/0014-2999(96)00228-2. ПМИД  8832214.
  24. ^ Ферри Г., Лойнел А., Кухарчик Н., Бертен С., Родригес М., Делагранж П., Галицци Дж.П., Якоби Э., Волланд Дж.П., Лесье Д., Ренар П., Кане Э., Фошер Дж.Л., Бутен Дж.А. (март 2000 г.). «Исследование специфичности субстрата и ингибирования серотонин-N-ацетилтрансферазы человека». Ж. Биол. Хим . 275 (12): 8794–805 . doi : 10.1074/jbc.275.12.8794 . ПМИД  10722724.
  25. ^ Page, AI (1990). «Ингибирование ферментов». Comprehensive Medicinal Chemistry . 2 : 61–87 .
  26. ^ Халил, Эхаб М.; Филип А. Коул (6 июня 1998 г.). «Мощный ингибитор фермента ритма мелатонина». J. Am. Chem. Soc . 120 (24): 6195– 6196. doi :10.1021/ja981365a.
  27. ^ ab Khalil EM, De Angelis J, Ishii M, Cole PA (октябрь 1999 г.). «Ингибирование фермента ритма мелатонина на основе механизма: фармакологическое использование функциональной пластичности активного центра». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (22): 12418– 12423. Bibcode : 1999PNAS...9612418K. doi : 10.1073/pnas.96.22.12418 . PMC 22936. PMID  10535937 . 
  28. ^ Zheng W, Scheibner KA, Ho AK, Cole PA (апрель 2001 г.). «Механистические исследования алкилтрансферазной активности серотонин N-ацетилтрансферазы». Химия и биология . 8 (4): 379–389 . doi : 10.1016/s1074-5521(01)00020-5 . PMID  11325593.
  29. ^ Lewczuk B, Zheng W, Prusik M, Cole PA, Przybylska-Gornowicz B (октябрь 2005 г.). «N-бромацетилтриптамин сильно и обратимо подавляет in vitro секрецию мелатонина пинеалоцитами млекопитающих». Neuroendocrinology Letters . 26 (5): 581– 592. PMID  16264397.

Дальнейшее чтение

  • Voisin P, Namboodiri MA, Klein DC (1984). «Ариламин N-ацетилтрансфераза и арилалкиламин N-ацетилтрансфераза в шишковидной железе млекопитающих». J. Biol. Chem . 259 (17): 10913– 8. doi : 10.1016/S0021-9258(18)90600-9 . PMID  6469990.
  • Fauchere JL, Boutin JA (2000). «Исследования субстратной специфичности и ингибирования человеческой серотонин N-ацетилтрансферазы». J. Biol. Chem . 275 (12): 8794– 805. doi : 10.1074/jbc.275.12.8794 . PMID  10722724.
  • Халил Э.М., Коул ПА (1998). «Мощный ингибитор фермента ритма мелатонина». J. Am. Chem. Soc . 120 (24): 6195– 6196. doi :10.1021/ja981365a.

В данной статье использован текст из Национальной медицинской библиотеки США , являющийся общественным достоянием .

Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Аралкиламин_N-ацетилтрансфераза&oldid=1172340162"