Ароматты L аминоқышқыл декарбоксилазасы (AADC) ферменті, ДOPA декарбоксилазасы ретінде де белгілі. Витамин B6-ның (PLP) маңызды ролі, механизмі жайлы ақпарат.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ароматты L аминқышқылы декарбоксилазасы (ААҚД немесе АААД), сондай-ақ ДОПА декарбоксилазасы (ДДК), триптофан декарбоксилазасы және 5-гидрокситриптофан декарбоксилазасы деп те аталады, 7p12.2-p12.1 аймағында орналасқан лиаза ферменті болып табылады.
Class of enzymes
DISPLAYTITLE:Aromatic L amino acid decarboxylase
Aromatic L amino acid decarboxylase (AADC or AAAD), also known as DOPA decarboxylase (DDC), tryptophan decarboxylase, and 5 hydroxytryptophan decarboxylase, is a lyase enzyme , located in region 7p12.2 p12.1.
Механизм
Фермент кофактор ретінде В6 витаминінің белсенді түрі – пиридоксал фосфатын (PLP) пайдаланады. PLP, ААДК-да декарбоксилдеу механизмі үшін маңызды. Белсенді ферментте PLP, Шифф базасы ретінде AADC лизин 303-пен байланысады. Субстрат байланысқан кезде Lys 303, субстраттың аминімен ығыстырылады. Бұл субстраттың карбоксилатын белсенді ортаға орналастырады, декарбоксилдеуге жағдай жасайды. Субстраттың декарбоксилдеуі нәтижесінде хиноноид аралық қосылысы түзіледі, ол кейіннен протондалып, PLP-мен Шифф базасының аддуктысын және декарбоксилденген өнімді құрайды. Lys 303 бастапқы Шифф базасын қайта жасай алады, PLP-ны сақтап, өнімді босатады. Осы PLP-мен катализделген декарбоксилдеуді зерттеу барысында, субстраттар арасында концентрация және pH-тың әсері ерекшеленеді екені анықталды. DOPA-ның ең тиімді декарбоксилдеуі pH 6.7 және PLP концентрациясы 0.125 мМ-де жүзеге асады, ал 5-HTP-нің ең тиімді декарбоксилдеуі үшін pH 8.3 және 0.3 мМ PLP қажетті жағдайлар болып табылады.
The enzyme uses pyridoxal phosphate (PLP), the active form of vitamin B6, as a cofactor. PLP is essential to the mechanism of decarboxylation in AADC. In the active enzyme, PLP is bound to lysine 303 of AADC as a Schiff base. Upon substrate binding, Lys 303 is displaced by the substrate's amine. This positions the carboxylate of the substrate within the active site such that decarboxylation is favored. Decarboxylation of the substrate produces a quinonoid intermediate, which is subsequently protonated to produce a Schiff base adduct of PLP and the decarboxylated product. Lys 303 can then regenerate the original Schiff base, releasing the product while retaining PLP. Probing this PLP catalyzed decarboxylation, it has been discovered that there is a difference in concentration and pH dependence between substrates. DOPA is optimally decarboxylated at pH 6.7 and a PLP concentration of 0.125 mM, while the conditions for optimal 5 HTP decarboxylation were found to be pH 8.3 and 0.3 mM PLP.
Құрылымы
Ароматты L аминқышқылы декарбоксилазасы гомодимер ретінде белсенді. Пиридоксал фосфат кофакторы қосылғанға дейін апоэнзим ашық конформацияда болады. Кофактормен байланысқанда, суббұйымдар жақындасып, белсенді орынды жабады, нәтижесінде үлкен құрылымдық өзгеріс орын алады. Бұл конформациялық өзгеріс белсенді, жабық голоэнзимге әкеледі. PLP жетіспейтін егежейлі моделдерінде допамин деңгейі PLP қосылған үлгілерден айтарлықтай өзгешеленбеді; алайда, жетіспейтін ми моделіндегі серотонин концентрациясы маңызды болды. PLP жетіспеушілігінің әртүрлі әсері DOPA және 5-HTP үшін ерекшеленетін субстрат таңдаулылығына ие AADC-ның мүмкін изоформаларын көрсетеді. Диализ зерттеулері DOPA декарбоксиляциясына жауапты потенциалды изоформаның 5-HTP декарбоксилазасына қарағанда PLP-ге жоғары байланысқандығын көрсетті. Сонымен қатар, дофамин рецепторларының антагонисттері кеміргіштерде AADC белсенділігін арттырады, ал кейбір дофамин рецепторларын белсендіру AADC белсенділігін төмендетеді. Мұндай рецепторлар арқылы реттелу екі фазалы: бастапқы қысқа мерзімді белсендіруден кейін ұзақ мерзімді белсендіру жүреді. Қысқа мерзімді белсендіру киназаның белсендіруі және AADC-ның одан кейінгі фосфорилирленуі арқылы жүзеге асады деп саналады, ал ұзақ мерзімді белсендірудің белок трансляциясын тежеушілерге сезімталдығы мРНК транскрипциясын реттеуді көрсетеді.
Aromatic L amino acid decarboxylase is active as a homodimer. Before addition of the pyridoxal phosphate cofactor, the apoenzyme exists in an open conformation. Upon cofactor binding, a large structural transformation occurs as the subunits pull closer and close the active site. This conformational change results in the active, closed holoenzyeme. In PLP deficient murine models, it has been observed that dopamine levels do not significantly deviate from PLP supplemented specimens; however, the concentration of serotonin in the deficient brain model was significant. This variable effect of PLP deficiency indicates possible isoforms of AADC with differential substrate specificity for DOPA and 5 HTP. Dialysis studies also suggest that the potential isoform responsible for DOPA decarboxylation has a greater binding affinity for PLP than that of 5 HTP decarboxylase. In addition, dopamine receptor antagonists have been shown to increase AADC activity in rodent models, while activation of some dopamine receptors suppresses AADC activity. Such receptor mediated regulation is biphasic, with an initial short term activation followed by long term activation. The short term activation is thought to proceed through kinase activation and subsequent phosphorylation of AADC, while the sensitivity of long term activation to protein translation inhibitors suggests regulation of mRNA transcription.
Клиникалық маңызы
Допамин мен серотонин (5 HT) нейротрансмиттерлерінің қалыпты синтезінде ААДК ешқандай реакцияда жылдамдық шектеуші қадам болып табылмайды. Дегенмен, ААДК L-DOPA-мен емделген пациенттерде (мысалы, Паркинсон ауруында) допамин синтезінің жылдамдық шектеуші қадамына, ал 5-HTP-мен емделген адамдарда (мысалы, жеңіл депрессия немесе дистимияда) серотонин синтезінің жылдамдық шектеуші қадамына айналады. Карбидопа ААДК-ны қан-ми тосқаулынан тыс жерде тежейді, бұл Паркинсон ауруын емдеуде L-DOPA-ның дофаминге ерте айналуын болдырмауға мүмкіндік береді. Адамдарда ААДК – іздік аминдердің түзілуін шектеуші фермент болып табылады. Ароматты аминқышқылы декарбоксилазасының жетіспеушілігі әртүрлі симптомдармен байланысты, мысалы, ауыр дамудан қалу, окулогирлік криздер және аутономдық дисфункция. АААК жетіспеушілігінің молекулалық және клиникалық спектрі әртүрлі. ААДК жетіспеушілігінің алғашқы жағдайы 1990 жылы егіз ағайындарда сипатталған. Пациенттерді дофамин агонистерімен, МАО тежегіштерімен және пиридоксинмен (В6 витаминімен) емдеуге болады. Клиникалық фенотип және емге жауап өзгермелі, ал ұзақ мерзімді және функционалдық нәтиже белгісіз. Эпидемиологияны, генотип-фенотип байланысын және осы аурулардың нәтижелерін, олардың пациенттердің өмір сапасына тигізетін әсерін, сондай-ақ диагностикалық және терапиялық стратегияларды бағалау үшін коммерциялық емес Халықаралық нейротрансмиттерге байланысты аурулар жөніндегі жұмыс тобы (iNTD) пациенттердің тізімін құрды. Иммуногистохимиялық зерттеулер ААДК-ның әртүрлі нейрондық жасушаларда экспрессияланатынын көрсетті, мысалы, серотонергиялық және катехоламиннергиялық нейрондарда. ААДК экспрессиялайтын, бірақ классикалық моноаминергиялық жасушалық нейрондар деп есептелмейтін нейрондар D жасушалары деп аталады. Адам миының сабасында ААДК-ға иммунореактивті жасушалар да табылған. Бұл жасушаларға әдетте катехоламиннергиялық және серотонергиялық деп аталатын меланин пигменттелген жасушалар кіреді. ААДК-ға иммунореактивті дофаминергиялық жасушалардың айқын локализациясы қара денеде, вентральды тегментальді аймақта және мезенцефальды ретикуларлық формацияда байқалады. Жануарлар моделіндегі бұрынғы есептерден айырмашылығы, адам миында аминергиялық емес (D жасушалары) кездесуі екіталай.
In normal dopamine and serotonin (5 HT) neurotransmitter synthesis, AADC is not the rate limiting step in either reaction. However, AADC becomes the rate limiting step of dopamine synthesis in patients treated with L DOPA (such as in Parkinson's disease), and the rate limiting step of serotonin synthesis in people treated with 5 HTP (such as in mild depression or dysthymia). AADC is inhibited by carbidopa outside of the blood brain barrier to inhibit the premature conversion of L DOPA to dopamine in the treatment of Parkinson's. In humans, AADC is also the rate limiting enzyme in the formation of trace amines. Aromatic l amino acid decarboxylase deficiency is associated with various symptoms as severe developmental delay, oculogyric crises and autonomic dysfunction. The molecular and clinical spectrum of AAAC deficiency is heterogeneous. The first case of AADC deficiency was described in twin brothers 1990. Patients can be treated with dopamine agonists, MAO inhibitors, and pyridoxine (vitamin B6). Clinical phenotype and response to treatment is variable and the long term and functional outcome is unknown. To provide a basis for improving the understanding of the epidemiology, genotype–phenotype correlation and outcome of these diseases their impact on the quality of life of patients, and for evaluating diagnostic and therapeutic strategies a patient registry was established by the noncommercial International Working Group on Neurotransmitter Related Disorders (iNTD). Immunohistochemical studies have revealed that AADC is expressed in various neuronal cell types such as serotonergic and catecholaminergic neurons. Neurons that express AADC but are not considered classical monoaminergic cell neurons are termed D cells. Cells that are immunoreactive for AADC have also been found in the human brainstem. These cells include melanin pigmented cells that are typically designated as catecholaminergic and may also be serotonergic. Significant localization of dopaminergic cells that are also immunoreactive for AADC is reported in the substantia nigra, ventral tegmental area, and the mesencephalic reticular formation. Unlike previous reports on animal models, nonaminergic (D cells) are unlikely to be observed in the human brain.
Генетика
Ферментті кодтайтын ген DDC деп аталады және адамдарда 7-хромосомада орналасқан. Ол 480 аминқышқылынан тұратын белокты кодтайтын 15 экзоннан тұрады. Бір нуклеотидтік полиморфизмдер және басқа да гендік өзгерістер нейропсихиатриялық аурулармен байланысты зерттелді, мысалы, биполярлық бұзылыстар мен аутизммен байланысты 1-экзонда 601-де бір базалық жұптың жойылуы және 722–725-те төрт базалық жұптың жойылуы. Гендік өзгерістер мен аутизмнің арасында тікелей байланыс табылмады. DDC-нің 50-ден астам мутациясы AADC жетіспеушілігімен байланысты. Бұл жағдай Азияда ең көп таралған, бұл негізін қалаушы әсеріне байланысты болуы мүмкін. AADC ферментінің әртүрлі формаларына әкелетін альтернативті тігілу оқиғалары мен промоторлары байқалды. Белгілі бір промоторларды ерекше пайдалану тек бірінші экзонның транскрипциясына әкеледі, нәтижесінде қосымша нейрондық изоформа түзіледі, ал 3-экзонның тігілуі ферменттік активтілігі жоқ өнімге әкеледі. Шошқа үлгілерін талдау арқылы 5-экзонды және 5- және 6-экзондарды алып тастау нәтижесінде пайда болған екі AADC изоформасы анықталды, олар декарбоксилдеу доменінің бір бөлігін жоғалтады.
The gene encoding the enzyme is referred to as DDC is located on chromosome 7 in humans. It consists of 15 exons encoding a protein of 480 amino acids. Single nucleotide polymorphisms and other gene variations have been investigated in relation to neuropsychiatric disorders, for example, a one base pair deletion at 601 and a four base pair deletion at 722–725 in exon 1 in relation to bipolar disorder and autism. No direct correlation between gene variation and autism was found. More than 50 mutations of DDC have been correlated with AADC deficiency This condition is most prevalent in Asia, presumably due to the founder effect. Alternative splicing events and promoters have been observed that lead to various forms of the AADC enzyme. Unique usage of certain promoters leads to transcription of only the first exon to produce an extra neuronal isoform, and splicing of exon 3 leads to a product devoid of enzymatic activity. Analyses via porcine specimens have elucidated two AADC isoforms – resulting from exclusion of exon 5 and exons 5 and 6 – that lack a portion of the decarboxylating domain.