Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Холин ацетилтрансфераза (әдетте ChAT деп қысқартылады, кейде CAT деп те аталады) – нейротрансмиттер ацетилхолиннің синтезіне жауапты трансфераза ферменті. ChAT ацетил CoA коэнзимінен холинге ацетил тобын беру арқылы ацетилхолин (ACh) түзетін реакцияны катализдейді. ChAT орталық нерв жүйесінде (ОНЖ) және шеткі нерв жүйесінде (ШНЖ) холинергиялық нейрондарда жоғары концентрацияда табылады. Басқа көптеген нерв ұштарының ақуыздары сияқты, ChAT нейрон денесінде синтезделеді және ең жоғары концентрациясы байқалатын нерв ұшына тасымалданады. Нерв клеткасында ChAT-тің болуы осы клетканы «холинергиялық» нейрон деп жіктеуге негіз болады. Адамдарда холин ацетилтрансфераза ферменті CHAT генімен кодталады.
Protein coding gene in the species Homo sapiens
Choline acetyltransferase (commonly abbreviated as ChAT, but sometimes CAT) is a transferase enzyme responsible for the synthesis of the neurotransmitter acetylcholine. ChAT catalyzes the transfer of an acetyl group from the coenzyme acetyl CoA to choline, yielding acetylcholine (ACh). ChAT is found in high concentration in cholinergic neurons, both in the central nervous system (CNS) and peripheral nervous system (PNS). As with most nerve terminal proteins, ChAT is produced in the body of the neuron and is transported to the nerve terminal, where its concentration is highest. Presence of ChAT in a nerve cell classifies this cell as a "cholinergic" neuron. In humans, the choline acetyltransferase enzyme is encoded by the CHAT gene.
Тарих
Холин ацетилтрансфераза алғаш рет 1943 жылы Дэвид Нахмансон мен А. Л. Мачадо сипаттады. Неміс биохимигі Нахмансон жүйке импульсінің жүруі және жасушалардағы энергия беретін химиялық реакциялардың пайдаланылуы процесін зерттеді, бұл ретте Нобель сыйлығының лауреаттары Отто Варбург пен Отто Мейерхофтың ферментация, гликолиз және бұлшықет жиырылуы жөніндегі еңбектерін кеңейтті. Нахмансон мен Мачадо "ацетилхолиннің құрылымдық белоктарға тигізетін әсері" жүйке импульсіне жауапты екенін көрсеткен бұрынғы зерттеулерге сүйене отырып, ацетилхолиннің пайда болуын зерттеді. Ми мен жүйке тіндерінен ацетилхолин құратын фермент бөліп алынды. Бұл процесс тек аденозинтрифосфаттың (АТФ) болуында ғана жүзеге асады. Фермент холин ацетилаза деп аталды. Кейіннен, 1951 жылы ацетил-КоА, сол кезде "белсенді ацетат" деп аталған, табылды. Егеуқұйрықтан алынған ChAT-тың үш өлшемді құрылымы шамамен 60 жылдан кейін, 2004 жылы ғана анықталды.
Choline acetyltransferase was first described by David Nachmansohn and A. L. Machado in 1943. A German biochemist, Nachmansohn had been studying the process of nerve impulse conduction and utilization of energy yielding chemical reactions in cells, expanding upon the works of Nobel laureates Otto Warburg and Otto Meyerhof on fermentation, glycolysis, and muscle contraction. Based on prior research showing that "acetylcholine's actions on structural proteins" were responsible for nerve impulses, Nachmansohn and Machado investigated the origin of acetylcholine. Blockquote|An enzyme has been extracted from brain and nervous tissue which forms acetylcholine. The formation occurs only in presence of adenosinetriphosphate (ATP). The enzyme is called choline acetylase.|source=Nachmanson & Machado, 1943 Nachmansohn's being one of these. Subsequently, acetyl CoA, at the time called “active acetate,” was discovered in 1951. The 3D structure of rat derived ChAT was not solved until nearly 60 years later, in 2004.
Құрылымы
ChAT-тің 3D құрылымы рентген кристаллографиясы арқылы шешілді. Холин ChAT-тің белсенді орнында холиннің оң зарядталған амині мен Tyr552 гидроксил тобы арасындағы ковалентті емес өзара әрекеттесулер арқылы байланысады, сонымен қатар холиннің гидроксил тобы мен гистидин қалдығы His324 арасындағы сутекті байланыс арқылы. Холин субстраты ChAT-тің ішкі бөлігіндегі қалтаға, ал ацетил CoA белоктың бетіндегі қалтаға орналасады. 3D кристалдық құрылым ацетил CoA-ның ацетил тобының холин байланыс қалтасына жанасатынын көрсетеді – бұл ацетил тобының доноры мен қабылдаушысы арасындағы қашықтықты ең төменге дейін азайтады.
The 3D structure of ChAT has been solved by X ray crystallography Choline is bound in the active site of ChAT by non covalent interactions between the positively charged amine of choline and the hydroxyl group of Tyr552, in addition to a hydrogen bond between choline's hydroxyl group and a histidine residue, His324. The choline substrate fits into a pocket in the interior of ChAT, while acetyl CoA fits into a pocket on the surface of the protein. The 3D crystal structure shows the acetyl group of acetyl CoA abuts the choline binding pocket – minimizing the distance between acetyl group donor and receiver.
Гомология
ChAT жануарлар геномдарында өте жақсы сақталған. Әсіресе сүтқоректілерде реттілік ұқсастығы өте жоғары. Мысалы, адам мен мысық (Felis catus) ChAT-тарының реттіліктерінің 89% бірдей. Дрозофиламен реттілік сәйкестігі шамамен 30% құрайды.
ChAT is very conserved across the animal genome. Among mammals, in particular, there is very high sequence similarity. Human and cat (Felis catus) ChAT, for example, have 89% sequence identity. Sequence identity with Drosophila is about 30%.
CHAT нысандары
CHAT-тің екі түрі бар: ерігіш түрі және мембранаға байланысқан түрі. Ерігіш түрі ферменттік белсенділіктің барлығының 80-90% құрайды, ал мембранаға байланысқан түрі қалған 10-20% белсенділікке жауап береді. Дегенмен, ChAT-тің осы соңғы түрі мембранаға қалай байланысады деген мәселе ұзақ жылдар бойы даулы болып келді. Мембранаға байланысқан ChAT синаптылық везикулалармен байланысты.
There are two forms of ChAT: Soluble form and membrane bound form. The soluble form accounts for 80 90% of the total enzyme activity while the membrane bound form is responsible for the rest of 10 20% activity. However, there has long been a debate on how the latter form of ChAT is bound to the membrane. The membrane bound form of ChAT is associated with synaptic vesicles.
ChAT-тің жалпы және перифериялық изоформалары
ChAT-тың екі изоформасы бар, екеуі де бірдей тізбекпен кодталған. Көбінесе кездесетін ChAT түрі ОЖЖ және ПЖЖ-да болады. Перифериялық типтегі ChAT адамдарда ПЖЖ-да басым экспрессияланады және посттранскрипциялық модификация кезінде экзонды жіберіп тастау (6–9 экзондар) арқылы пайда болады. Сондықтан, аминқышқылдарының тізбегі өте ұқсас, бірақ мидан шыққан ChAT антиденелері мидағыдай перифериялық холинергиялық нейрондарды боямауынан байқалғандай, бір изоформада мидан алынған ChAT антиденелерімен боялатын мидағы нейрондардағы тізбектің бөліктері жоқ. Бұл гендік тіркесу механизмі омыртқалы сүтқоректілер мен омыртқасыз моллюскалар сияқты әртүрлі түрлерде байқалды, бұл механизм әлі анықталмаған эволюциялық артықшылыққа алып келеді.
There exist two isoforms of ChAT, both encoded by the same sequence. The common type ChAT is present in both the CNS and PNS. Peripheral type ChAT is preferentially expressed in the PNS in humans, and arises from exon skipping (exons 6–9) during post transcriptional modification. Therefore, the amino acid sequence is very similar; however, is missing parts of the sequence present in The isoform was discovered in 2000 based on observations that brain derived ChAT antibodies failed to stain peripheral cholinergic neurons as they do for those found in the brain. This gene splicing mechanism which leads to and differences has been observed in various species, including both vertebrate mammals and invertebrate mollusks, suggesting this mechanism leads to some yet unidentified evolutionary advantage.
Функция
Холинергиялық жүйелер көптеген неврологиялық функцияларға қатысады. Алцгеймер ауруының бұзылыстарына кейбір холинергиялық нейрондардың өзгеруі себеп болуы мүмкін. Бұл ген кодтайтын ақуыз нейротрансмиттер ацетилхолинді синтездейді. Ацетилхолин орталық жүйке жүйесіндегі екі класс рецепторларға әсер етеді – мускарин және никотин рецепторлары, олардың әрқайсысы түрлі физиологиялық жауаптарға қатысады. Ацетилхолиннің никотин рецепторындағы рөлі әлі зерттелуде. Ол сыйақы/күшейту жолдарымен байланысты болуы мүмкін, себебі никотин де никотин рецепторына байланып, тәуелділік тудырады. Ацетилхолиннің орталық жүйке жүйесіндегі мускарин әсері оқу және есте сақтау процесіне қатысады. Неокортекстегі холинергиялық иннервацияның жоғалтылуы есте сақтау қабілетінің төмендеуімен байланысты, бұл Альцгеймер ауруының асқынған жағдайларында көрінеді. Шеткі жүйке жүйесінде холинергиялық нейрондар жүрек бұлшықетінің жиырылуы және асқазан-ішек жолының функциясы сияқты висцеральді функцияларды реттеуге қатысады. Ол көбінесе моторлық нейрондардың (мотонейрондардың) иммуногистохимиялық маркері ретінде қолданылады.
Cholinergic systems are implicated in numerous neurologic functions. Alteration in some cholinergic neurons may account for the disturbances of Alzheimer disease. The protein encoded by this gene synthesizes the neurotransmitter acetylcholine. Acetylcholine acts at two classes of receptors in the central nervous system – muscarinic and nicotinic – which are each implicated in different physiological responses. The role of acetylcholine at the nicotinic receptor is still under investigation. It is likely implicated in the reward/reinforcement pathways, as indicated by the addictive nature of nicotine, which also binds to the nicotinic receptor. The muscarinic action of acetylcholine in the CNS is implicated in learning and memory. The loss of cholinergic innervation in the neocortex has been associated with memory loss, as is evidenced in advanced cases of Alzheimer's disease. In the peripheral nervous system, cholinergic neurons are implicated in the control of visceral functions such as, but not limited to, cardiac muscle contraction and gastrointestinal tract function. It is often used as an immunohistochemical marker for motor neurons (motoneurons).
Мутация
ChAT-тың мутанттары бірнеше түрлерде, соның ішінде C. elegans, Drosophila және адамдарда бөлініп алынған. Өлімге әкелмейтін және жабайы типтен өзгеше фенотипті көрсететін мутанттардың көпшілігі қандай да бір белсенділікті сақтайды, бірақ жабайы типке қарағанда айтарлықтай төмен. C. elegans-та ChAT-тың бірнеше мутациясы cha 1 генімен байланыстырылған. Барлық мутациялар ChAT белсенділігінің күрт төмендеуіне алып келеді. Кейбір жағдайларда белсенділік жоғалуы 98%-дан да артық болуы мүмкін. Фенотиптік әсерлерге өсудің баяулауы, дене мөлшерінің кішіреюі, үйлесімсіз мінез-құлық және холинестераз тежегіштеріне сезімталдықтың жоқтығы жатады. Drosophila-да бөлініп алынған температураға сезімтал мутанттардың бәрі де өлімге әкелді. Өлімге дейін зардап шеккен шыбындардың мінез-құлқы өзгеріп, бақылаусыз қозғалыстар және электроретинограмма белсенділігінің өзгеруі байқалды. Адамда ChAT-ты кодтаушы ген CHAT гени болып табылады. CHAT-тың мутациялары туа біткен миастениялық синдроммен байланысты, бұл ауру жалпы моторлық функциялардың жеткіліксіздігіне және әлсіздікке алып келеді. Қосымша симптомдарға өлімге әкелетін апноэ жатады. Бөлініп алынған он мутанттың арасында 1-інің белсенділігі мүлдем болмады, 8-інің белсенділігі айтарлықтай төмендеді, ал 1-інің функциясы белгісіз болып табылады.
Mutants of ChAT have been isolated in several species, including C. elegans, Drosophila, and humans. Most non lethal mutants that have a non wild type phenotype exhibit some activity, but significantly less than wild type. In C. elegans, several mutations in ChAT have been traced to the cha 1 gene. All mutations result in a significant drop in ChAT activity. Percent activity loss can be greater than 98% in some cases. Phenotypic effects include slowed growth, decreased size, uncoordinated behavior, and lack of sensitivity toward cholinesterase inhibitors. Isolated temperature sensitive mutants in Drosophila have all been lethal. Prior to death, affected flies show a change in behavior, including uncontrolled movements and a change in electroretinogram activity. The human gene responsible for encoding ChAT is CHAT. Mutations in CHAT have been linked to congenital myasthenic syndrome, a disease which leads to general motor function deficiency and weakness. Further symptoms include fatal apnea. Out of ten isolated mutants, 1 has been shown to lack activity completely, 8 have been shown to have significantly decreased activity, and 1 has an unknown function.
Альцгеймер ауруы
Альцгеймер ауруы (АА) есте сақтау және танымдық қабілеттерде қиындықтарға әкеледі. Ацетилхолин және ChAT концентрациясы мидың неокортексі мен гиппокампта едәуір төмендейді. Холинергиялық нейрондардың жасушалық жоғалуы мен дисфункциясы Альцгеймер ауруына ықпал ететін факторлардың бірі саналғанымен, бұл аурудың дамуының басты себебі деп есептелмейді. Бета-амилоидты протеиннің жинақталуы және шөгуі нейрондар метаболизміне бөгет қойып, кортекстегі холинергиялық аксондар мен базальді алдыңғы мидағы холинергиялық нейрондарға қосымша зақым келтіреді.
The Alzheimer's disease (AD) involves difficulty in memory and cognition. The concentrations of acetylcholine and ChAT are remarkably reduced in the cerebral neocortex and hippocampus. Although the cellular loss and dysfunction of the cholinergic neurones is considered a contributor to Alzheimer disease, it is generally not considered as a primary factor in the development of this disease. It is proposed that the aggregation and deposition of the Beta amyloid protein, interferes with the metabolism of neurones and further damages the cholinergic axons in the cortex and cholinergic neurones in the basal forebrain.
Амиотрофиялық бүйірлік склероз
Амиотрофиялық бүйірлік склероз (АБС) – моторлық нейрон ауруларының ең көп таралған түрлерінің бірі. АБС-де ChAT иммунореактивтілігінің айқын жоғалуы анықталады. Холинергиялық функцияның жасуша ішіндегі кальций концентрациясының бақылаусыз өсуіне қатысы бар деген гипотеза бар, бірақ оның себебі әлі анықталған жоқ.
The amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is one of the most common motor neuron diseases. A significant loss of ChAT immunoreactivity is found in ALS. It is hypothesized that the cholinergic function is involved in an uncontrolled increase of intracellular calcium concentration whose reason still remains unclear.
Есірткілер
Неостигмин метилсульфаты – холинестеразаға қарсы әрекет ететін препарат, ол ChAT-ты бағыттау үшін қолданылған. Атап айтқанда, неостигмин метилсульфатын қолдану туа біткен миастения синдромына қарсы оң нәтижелер беретіні көрсетілген. Эстрадиолға ұшырау әйел егеуқұйрықтарда ChAT деңгейін арттырады.
Neostigmine methylsulfate, an anticholinesterase agent, has been used to target ChAT. In particular, use of neostigmine methylsulfate has been shown to have positive effects against congenital myasthenic syndrome. Exposure to estradiol has been shown to increase ChAT in female rats.