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.

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.

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.

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 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.