Karnitinpalmitoyltransferas I , även karnitinacyltransferas I , karnitinacyl-CoA-transferas I eller palmitoyl-CoA-transferas I ( Carnitine palmitoyltransferase I , förkortning CPT1 ) är ett mitokondriellt enzym, en av formerna av karnitin-O-palmitoyltransferas ( EC.1EC . Arkiverad 5 maj 2016 på Wayback Machine ), tillhör acyltransferasfamiljen [1] . Katalyserar överföringen av en acylgrupp (-COR) från en acyl-CoA-fettsyramolekyl med en lång kolvätekedja till en karnitinmolekyl , med bildning av acylkarnitin och en fri koenzym A -molekyl . Ofta är reaktionsprodukten palmitoylkarnitin (därav namnet på enzymet), men andra fettsyrarester (acylgrupper-COR) kan också fungera som substrat [2] [3] . Ett av flera enzymer i karnitintransportsystemet . Genen som kodar för detta enzym finns på den 11:e kromosomen - CPT1A Arkiverad 10 september 2016 på Wayback Machine .
Det finns 3 isoformer av enzymet: CPT1A, CPT1B och CPT1C. CPT1 är associerad med det yttre mitokondriella membranet. Aktiviteten hos detta enzym kan reduceras av malonyl-CoA (som är en hämmare), en mellanmetabolit som är involverad i fettsyrabiosyntesen. Karnitinpalmitoyltransferas I spelar en viktig roll vid olika metabola störningar som till exempel diabetes . Emellertid är kristallstrukturen fortfarande okänd, vilket resulterar i att dess exakta verkningsmekanism förblir okänd.
CPT1 hänvisar till ett integrerat membranprotein som är associerat med det yttre mitokondriella membranet, via transmembranregioner i peptidkedjan. Både terminala N- och C-domäner är belägna på den cytoplasmatiska sidan av membranet [4] .
Alla tre isoformer av enzymet finns i däggdjursvävnader. Leverisoformen (CPT1A eller CPTI-L) är lokaliserad i mitokondrierna i alla kroppsceller, med undantag för skelettmuskelceller och bruna fettvävnadsceller [5] [6] . Muskelisoformen (CPT1B eller CPTI-M) är ett högt uttryckt protein som produceras i hjärtmuskeln, skelettmuskelceller (myocyter) och bruna fettvävnadsceller [4] [5] [6] . Den tredje isoformen, cerebral (CPT1C), isolerades 2002 och finns till övervägande del i hjärnan och testiklarna . Lite är känt om denna form [7] [8] .
Den exakta strukturen av alla CPT1-isoformer har ännu inte fastställts, även om modeller i silico har skapats baserade på närbesläktade CPT1-enzymer - acylkarnitintransferaser, såsom karnitinacetyltransferas (CRAT) [9] .
En viktig strukturell skillnad mellan CPT1 och CPT2, CRAT och karnitinoktanoyltransferas (COT) är att CPT1 innehåller en ytterligare domän vid N-terminalen på cirka 160 aminosyror . Det visade sig att denna ytterligare N-terminala domän är viktig för nyckelenzymhämmarmolekylen, malonyl-CoA [10] .
Två olika bindningsställen har föreslagits som finns i CPT1A och CPT1B. A-stället, eller CoA-stället , verkar binda både malonyl-CoA och palmitoyl-CoA, såväl som andra molekyler som innehåller koenzym A. Enzymet tros binda dessa molekyler genom interaktion med en koenzymdel. Det har föreslagits att malonyl-CoA kan uppträda som en kompetitiv hämmare av CPT1A på denna plats. I det andra, O-stället , tror man att malonyl-CoA binder mycket tätare än i A-stället . Till skillnad från A -stället binder O -stället till malonyl-CoA genom malonatdikarbonylgruppen [11] . Bindning av malonyl-CoA till enzymet av A- och O -ställena hämmar verkan av CPT1A genom att eliminera bindningen av karnitin av enzymet.
På grund av bristen på data om enzymets kristallstruktur är den exakta mekanismen för CPT1-katalys fortfarande okänd. Ett par olika möjliga mekanismer för CPT1 har postulerats, som båda involverar en histidinrest , His473 , som fungerar som ett nyckelkatalytiskt ställe. En sådan mekanism är baserad på karnitinacetyltransferasmodellen som visas nedan, där His473-resten deprotonerar karnitin medan den intilliggande serinresten stabiliserar den tetraedriska mellanprodukten av oxianjonen.
En annan mekanism bygger på antagandet att det finns en så kallad katalytisk triad, bestående av aminosyrarester Cys-305 , His-473 och Asp-454 , som utför katalytisk acylöverföring [12] . Denna katalytiska mekanism involverar bildningen av en kovalent tioacylenzymmellanprodukt med Cys-305.
Karnitinpalmitoyltransferassystemet är ett viktigt steg i betaoxidationen av långkedjiga fettsyror. Långkedjiga fettsyror, såsom palmitoyl-CoA, till skillnad från kort- och medelkedjiga fettsyror, kan inte fritt diffundera genom det inre mitokondriella membranet (det är ogenomträngligt), för denna övergång finns det en karnitinskyttel som transporterar dem till matrisen [13] .
Karnitinpalmitoyltransferas I är den första komponenten i systemet och den hastighetsbegränsande kemiska reaktionen av karnitintransportsystemet , som katalyserar överföringen av acylgruppen från koenzym A till karnitin med bildning av palmitoylkarnitin. Med hjälp av ett translokas ( carnitine-acylcarnitine translocase , CACT) överförs palmitoylkarnitin genom underlättad diffusion ( antiport ) genom det inre mitokondriella membranet in i matrisen.
Karnitin fungerar som en acylgruppacceptor och kan också spela en roll för att reglera det intracellulära koenzym A-poolen: acyl-CoA/CoA-förhållandet [14] .
CPT1 hämmas av malonyl-CoA, även om den exakta mekanismen för hämning fortfarande är okänd. Skelettmuskeln och myokardisoformen CPT1 (CPT1B) har visat sig vara 30-100 gånger mer känslig för malonyl-CoA-hämning än den analoga CPT1A-isoformen. Denna hämning är ett bra mål för framtida försök att reglera CPT1 vid behandling av metabola störningar [15] .
Acetyl-CoA-karboxylas (ACC), ett enzym som katalyserar bildningen av malonyl-CoA från acetyl-CoA, spelar en viktig roll i regleringen av fettsyrametabolismen . Forskarna visade att ACC2 knockout möss resulterade i en minskning av fett och vikt jämfört med vildtyp möss. Detta är resultatet av minskad ACC-aktivitet, vilket orsakar en efterföljande minskning av malonyl-CoA-koncentrationer. Dessa reducerade nivåer av malonyl-CoA förhindrar i sin tur hämning av CPT1, vilket resulterar i en marginell ökning av fettsyraoxidation [16] . Eftersom hjärt- och skelettmuskelcellerna har låg förmåga att syntetisera fettsyror kan ACC enbart fungera som ett reglerande enzym i dessa celler.
Hos människor har endast "CPT1A"-brist (karnitinpalmitoyltransferas I-brist) beskrivits [17] . Detta är en sällsynt sjukdom som kännetecknas av höga risker för att utveckla hypoketonymisk hypoglykemi, kramper, leverencefalopati och plötslig spädbarnsdöd hos nyfödda [18] .
CPT1 är också associerat med typ 2 diabetes mellitus och insulinresistens .
Ny forskning som presenterades vid 2015 års kongress av Europeiska kommittén för behandling och forskning av multipel skleros (ECTRIMS) tyder på att CPT1 också kan spela en roll i patologin för multipel skleros (MS) [19] . Forskarna fann att mutationer i CPT1-genen verkar skydda mot multipel skleros i vissa populationer. Denna hypotes är att en ökning av lipidmetabolismen kan leda till demyelinisering av nervceller (destruktion av myelin ), och därigenom möjliggöra en autoimmun attack på nervceller. John Dirk Nyland PhD och kollegor vid Aalborg Universitet i Danmark har tillhandahållit data som visar att i djurmodeller av MS blockeras CPT1 av en molekyl som heter etomoxir, med största sannolikhet för att lindra symtomen på sjukdomen [20] . Forskarna söker just nu stöd för en klinisk studie på sjuka människor.
CPT1 är känt för att interagera med en mängd olika proteiner, inklusive de från NDUF- familjen , PKC1 och ENO1 [21] .
Knockout CPT1A genom shRNA- biblioteksscreening hämmar HIV-1- replikation i odlade Jurkat T-celler [22] .