Kolin-O-acetyltransferas

Kolin-O-acetyltransferas , även kolinacetyltransferas , kolinacetyl-CoA-transferas ( engelsk  Choline acetyltransferase , förkortning ChAT , CHAT , men ibland CAT , EC 2.3.1.6 ) är ett enzym från familjen acyltransferaser (en typ av transferas ) som katalyserar reaktionsöverföringen av acetylgruppen (CH 3 -CO) från acetyl-CoA- molekylen till substratmolekylen - kolin , med bildning av acetylkolin (ACC) och koenzym A , enligt ekvationen:

Enzymet katalyserar en mycket viktig reaktion, det resulterande acetylkolinet fungerar som en neurotransmittor . Liksom de flesta nervändasproteiner syntetiseras ChAT i kroppen av neuronen (soma) och transporteras sedan till nervterminalerna (ändar), där det är i sin högsta koncentration. Närvaron av detta enzym i nervceller klassificerar en sådan cell som en " kolinerg " neuron. I människokroppen kodas enzymet kolinacetyltransferas av CHAT -genen som finns på den 10:e kromosomen [1] . Proteinet består av en sekvens av 748 aminosyrarester och har en molekylvikt på 82536 Da [2] .

Studier av de senaste två decennierna indikerar förekomsten av en enda ChAT-gen, som kodar för flera former och isoformer av enzymet [3] .

Struktur

3D-strukturen för ChAT erhölls med PDB:2FY2 röntgenkristallografi . Kolin binder icke-kovalent i enzymets aktiva centrum, mellan den positivt laddade aminogruppen i kolin och hydroxylgruppen i tyrosinresten - Tyr552 , dessutom bildas vätebindningar mellan hydroxylgruppen i kolin och histidinresten - Hans324 .

Kolin som substrat är inrymt i en ficka på insidan av ChAT, medan acetyl-CoA är inrymd i en ficka på ytan av proteinet. Enzymets tredimensionella kristallstruktur visar att acetyl-CoA-molekylens acetylgrupp ligger intill den kolinbindande fickan - vilket minimerar avståndet mellan donatorns och acceptorns acetylgrupp.

• Struktur av bindningsstället för kolinacetyltransferas

• Kristallstruktur av kolinjonen, som binder i kolinacetyltransferas. Sidokedjor av His324A och Tyr552A aminosyrarester visas .

• Stereoskopisk bild av kolin och acetyl-CoA på den aktiva platsen för ChAT.

• Stereoskopisk bild av bindningen av kolinmolekylen och acetyl-CoA i det aktiva stället för ChAT - se från en alternativ vinkel.

Homologi

ChAT är mycket konserverat över djurets genom . I synnerhet har däggdjur mycket hög sekvenslikhet. Människan och katten delar till exempel 89 % ChAT-sekvensidentitet. Sekvensidentiteten med Drosophila är cirka 30 % [4] .

Enzymformer

Det finns två former av enzymet: lösligt och membranbundet [5] . Den lösliga formen står för 80-90% av enzymets totala aktivitet, medan den membranbundna formen står för de återstående 10-20% av aktiviteten [6] . Det har dock länge varit debatt om hur den senare formen av ChAT är associerad med membranet [7] . I sin membranbundna form är ChAT associerad med synaptiska vesiklar [8] .

Allmänna och perifera isoformer av ChAT

Det finns två isoformer av ChAT, båda kodade i samma sekvens. Den vanliga isoformen av ChAT (cChAT) finns i både CNS och PNS . Den perifera isoformen av ChAT (pChAT) är övervägande lokaliserad i PNS i människokroppen och uppstår på grund av exonhoppning (exon 6-9) av CHAT -genen under post-transkriptionell modifiering. Således är aminosyrasekvenserna mycket lika, men delar av sekvensen som finns i cChAT saknas i pChAT.

Funktioner

Hjärnans kolinerga system är av ständigt intresse för neuroforskare på grund av deras viktiga roll i kognitiva, uppmärksamhets- och motoriska funktioner. Dysfunktion och degenerering av kolinerga projektionsneuroner från de subkortikala kärnorna i framhjärnan, som innerverar neocortex och hippocampus, ligger till grund för patogenesen av sjukdomar som Alzheimers sjukdom och demens med Lewy-kroppar , såväl som andra neuropsykiatriska sjukdomar, vars förlopp ofta är komplicerat. av försämringar i den kognitiva sfären såsom schizofreni , Parkinsons sjukdom , vaskulär demens vid kronisk cerebral ischemi [3] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] .

Lågt uttryck av ChAT i de kolinerga nervcellerna i de motoriska kärnorna i ryggmärgen är ett specifikt tidigt tecken på amyotrofisk lateralskleros , multipla avvikelser av kolinerg funktion i de motoriska kärnorna i ryggmärgen utgör etiologin för medfödd myastenisk syndrom, dysfunktion av kolinerga interneuroner i neostriatum är delvis ansvariga för ofrivilliga rörelser vid Harringtons sjukdom [12] [16] [17] .

I nervändar är ChAT-aktivitet nära relaterad till neurotransmittorns kolinerg funktion. Under lång tid, baserat på kinetiska beräkningar, klassificerades ChAT inte som ett hastighetsbegränsande enzym. Enligt dess kinetiska egenskaper är ChAT inte mättad med substrat, kolin och acetyl-CoA, i deras fysiologiska koncentrationer, och därför trodde man att synteshastigheten endast berodde på fluktuationer i koncentrationerna av själva substraten [18] [19 ] . Men under de senaste decennierna har många andra intracellulära faktorer som reglerar enzymaktivitet identifierats, och dessa data indikerar en viktig reglerande roll för ChAT i syntesen av acetylkolin [20] [21] . Det antas att orsaken till ett antal sjukdomar är spontana punktmutationer i ChAT-molekylen eller dess regulatoriska proteiner, vilket leder till enzymdysreglering eller en förändring i förmågan att kommunicera med regulatoriska faktorer [17] [21] . Dessa fakta föranleder en intensiv studie av neuronala, genetiska och postgenomiska regleringsmekanismer för metabolism och sekretorisk aktivitet av acetylkolin .

ChAT erkändes länge endast som ett cytoplasmatiskt, vattenlösligt enzym, även efter att det upptäcktes 1967 på synaptiska membran. Senare bevisades förekomsten av ChAT som ett integrerat strukturellt protein. En långtidsstudie in vitro av egenskaperna hos synaptisk vattenlöslig (c, synaptoplasmatisk) och membranbunden (m) ChAT under olika funktionella och metabola förhållanden visade att sambandet mellan ChAT-aktivitet och kolinerg sekretorisk funktion beror på kompartmentalisering av enzymet. Det finns inga in vivo- studier av detta slag .

Medicinsk betydelse

Alzheimers sjukdom

Amyotrofisk lateralskleros

Anteckningar

1. ↑ Strauss WL, Kemper RR, Jayakar P., Kong CF, Hersh LB, Hilt DC, Rabin M. Human choline acetyltransferas gen maps to region 10q11-q22.2 by in situ hybridization  //  Genomics : journal. - 1991. - Februari ( vol. 9 , nr 2 ). - s. 396-398 . - doi : 10.1016/0888-7543(91)90273-H . — PMID 1840566 .
2. ↑ UniProt , P28329  . Hämtad: 18 mars 2018.
3. ↑ 1 2 Gill SK, Ishak M., Dobransky T. et al. 82-kDa kolinacetyltransferas finns i kärnor av kolinerga neuroner i humant CNS och förändrats i åldrande och Alzheimers sjukdom // Neurobiol. Åldrande. - 2007. - Vol. 28, nr 7. - P. 1028-1040.
4. ↑ Oda Y. Kolinacetyltransferas: strukturen, distributionen och patologiska förändringar i det centrala nervsystemet. (engelska)  // Pathology international: journal. - 1999. - November ( vol. 49 , nr 11 ). - P. 921-937 . - doi : 10.1046/j.1440-1827.1999.00977.x . — PMID 10594838 .
5. ↑ Tandon A., Bachoo M., Weldon P., Polosa C., Collier B. Effekter av kolchicinapplicering på preganglioniska axoner på kolinacetyltransferasaktivitet och acetylkolininnehåll och frisättning i det överlägsna cervikala gangliet  //  Journal of Neurochemistry : journal. - 1996. - Vol. 66 , nr. 3 . - P. 1033-1041 . - doi : 10.1046/j.1471-4159.1996.66031033.x . — PMID 8769864 .
6. ↑ Pahud G., Salem N., van de Goor J., Medilanski J., Pellegrinelli N., Eder-Colli L. Studie av subcellulär lokalisering av membranbundet kolinacetyltransferas i centrala nervsystemet Drosophila och dess samband med membran   // European Journal of Neuroscience : journal. - 1998. - 25 maj ( vol. 10 , nr 5 ). - P. 1644-1653 . - doi : 10.1046/j.1460-9568.1998.00177.x . — PMID 9751137 .
7. ↑ Bruce G., Hersh LB Studier av detergentfrisatt kolinacetyltransferas från membranfraktioner av råtta och mänsklig hjärna. (engelska)  // Neurokemisk forskning : journal. - 1987. - December ( vol. 12 , nr 12 ). - P. 1059-1066 . - doi : 10.1007/bf00971705 . — PMID 2450285 .
8. ↑ Carroll PT Membranbundet kolin-O-acetyltransferas i hippocampus från råtta är associerat med synaptiska  vesiklar //  Hjärnforskning : journal. - 1994. - Vol. 633 , nr. 1-2 . - S. 112-118 . - doi : 10.1016/0006-8993(94)91529-6 . — PMID 8137149 .
9. ↑ Zakharov V.V., Khatiashvili I.T., Yakhno N.N. Demens med Lewy-kroppar // Neurologisk tidskrift. - 1998. - Nr 6. -FRÅN. 7-11.
10. ↑ Dobransky T., Brewer D., Lajoie G. et al. Fosforylering av 69-kD kolinacetyltransferas vid treonin-456 som svar på kortvarig exponering för amyloid-b-peptid 1-42 // J. Biol. Chem. —2003. — Vol. 278, nr 8. - P. 5883-5893.
11. ↑ Nardone R., De Blasi .P, Seidl M. et al. Kognitiv funktion och kolinerg överföring hos patienter med subkortikal vaskulär demens och mikroblödningar: en TMS-studie // J. Neural Transm. - 2011. - Vol. 118, nr 9. - R. 1349-1358.
12. ↑ 1 2 Oda Y. Kolinacetyltransferas: strukturen, distributionen och patologiska förändringar i det centrala nervsystemet // Patol. Int. —1999. — Vol. 49, nr 11. - s. 921-937.
13. ↑ Shin J., Choi S., Lee JE et al. Subkortikala hyperintensiteter av vit substans inom de kolinerga vägarna hos patienter med Parkinsons sjukdom enligt kognitiv status // J. Neurol. Neurokirurgisk psykiatri. - 2012. - Vol. 83, nr 3. - s. 315-321.
14. ↑ Wang J., Zhang HY, Tang XC Kolinerg brist involverad i vaskulär demens: möjlig mekanism och behandlingsstrategi// Acta Pharmacol. synd. - 2009. - Vol. 30, nr 7. - s. 879-888.
15. ↑ Yarnall A., Rochester L., Burn DJ Samspelet mellan kolinerg funktion, uppmärksamhet och fall i Parkinsons sjukdom // Mov. Disord. - 2011. - Vol. 26, nr 14. - P. 2496-2503.
16. ↑ Dobransky T., Doherty-Kirby A., Kim AR et al. Proteinkinas-Cisoforms fosforylerar differentiellt humant kolinacetyltransferas och reglerar dess katalytiska aktivitet // J. Biol. Chem. - 2004. - Vol. 279, nr 50. - P. 52059-52068.
17. ↑ 1 2 Ohno K., Tsujino A., Brengman JM et al. Kolinacetyltransferasemutationer orsakar myasteniskt syndrom associerat med episodisk apné hos människor // Proc. Natl. Acad. sci. USA. - 2001. - Vol. 98. - P. 2017-2022.
18. ↑ Tucek S. Reglering av acetylkolinsyntes i hjärnan // J. Neurochem. - 1985. - Vol. 44, nr 1. - S. 11-24.
19. ↑ Tecek S. Syntesen av acetylkolin: Tjugo år av framsteg // Prog. Brain Res. - 1990. - Vol. 84. - s. 467-477.
20. ↑ Dobransky T., Rylett RJ Funktionell reglering av kolinacetyltransferas genom fosforylering // Neurochem Res. - 2003. - Vol. 28, nr 3-4. - s. 537-542.
21. ↑ 1 2 Dobransky T., Rylett RJ Proteinkinas C isoformer fosforylerar differentiellt humant kolinacetyltransferas som reglerar dess katalytiska aktivitet // J. Neurochem. - 2005. - Vol. 95, #2. - s. 305-313.

Ordböcker och uppslagsverk	Britannica (online)