Кіріспе

Тирозин гидроксилазасы немесе тирозин 3 монооксигеназасы - L тирозин амин қышқылының L 3, 4 дигидроксифенилаланинге (L DOPA) түрленуін катализациялауға жауапты фермент. Ол молекулалық оттегі (O2), темір (Fe2+) және тетрагидробиоптеринді кофактор ретінде қолданады. L- DOPA допаминнің прекурсоры болып табылады, ал допамин өз кезегінде маңызды нейротрансмиттерлер норадреналин (норадреналин) мен эпинефрин (адреналин) прекурсоры болып табылады. Тирозин гидроксилазасы катехоламиндер синтезіндегі жылдамдықты шектейтін қадамды катализациялайды. Адамда тирозин гидроксилазасы TH генінің кодымен кодталады. АААГ кофактор 5, 6, 7, 8 тетрагидробиоптеринді (BH4) тетрагидробиоптерин 4а карбиноламинге (4а BH4) айналдырады. Физиологиялық жағдайларда 4a BH4 ферментпен 4a карбиноламин дегидраза (PCD) арқылы хиноноидты дигидробиоптеринге (q BH2) дегидратацияланады және бұл реакцияда су молекуласы бөлінеді. Кейін NAD ((P) H тәуелді фермент дигидроптеридин редуктазасы (DHPR) q BH2 қайтадан BH4 түріне айналдырады. Ферменттік реакция өнімін, L DOPA, DOPA декарбоксилаза ферменті дофаминге айналдыра алады. Допаминді допамин β гидроксилазы ферменті норэпинефринге айналдырады, ал оны фенилэтанол N метилтрансферазы ферменті эпинефринді алу үшін одан әрі өзгерте алады. LDOPA допамин, норадреналин және адреналин нейротрансмиттерлерінің прекурсоры болғандықтан, тирозин гидроксилазасы осы катехоламиндер бар барлық жасушалардың цитозолында кездеседі. Тирозин гидроксилазасымен катализделетін бұл бастапқы реакция катехоламиндер өндірісінің жылдамдығын шектейтін кезеңі болып табылады. Ензим одан әрі L тирозинді L DOPA- ні қалыптастыру үшін катализациялай алады. Тирозин гидроксилазасы басқа реакцияларға да қатыса алады, мысалы L DOPA-ны 5 S цистеинил DOPA немесе басқа L DOPA туындыларын қалыптастыру үшін тотықтандыру.

Құрылымы

Тирозин гидроксилазасы - төрт бірдей кіші бірліктердің тетрамері (гомотетрамер). Әрбір кіші бөлім үш доменнен тұрады. Пептидтік тізбектің карбоксил терминалында тетрамеризацияға мүмкіндік беретін қысқа альфа-хеликс домені бар. Орталық 300-дей амин қышқылы каталитикалық ядроны құрайды, онда катализат үшін қажетті барлық қалдықтар ковалентті емес темір атомымен бірге орналасады. Амин терминалы ~150 амин қышқылдары реттегіш доменді құрайды, олар субстраттардың белсенді сайтқа кіруін бақылайды деп есептеледі. Адамда осы реттеуші доменнің төрт түрлі нұсқасы бар деп саналады, сондықтан ферменттің төрт нұсқасы бар, бірақ олардың құрылымы әлі дұрыс анықталмаған. Бұл доменнің нақты анықталмаған үшінші құрылымды, өзінен-өзі құрылымсыз ақуыз болуы мүмкін деген болжам бар, бірақ осы уақытқа дейін бұл талапты растайтын дәлел келтірілмеген. Тетремеризациялық және каталитикалық домендер үшін олардың құрылымы рентген кристаллографиясы арқылы тышқан тирозин гидроксилазымен анықталды. Бұл оның құрылымы фенилаланин гидроксилазы мен триптофан гидроксилазының құрылымына өте ұқсас екенін көрсетті; үшеуі бірге гомологты ароматты амин қышқылдарының гидроксилаздарының отбасын құрайды.

Реттеу

Тирозин гидроксилазасының белсенділігі қысқа мерзімде фосфорилдеу арқылы артады. Тирозин гидроксилазасының реттеуші доменінде серин (Ser) қалдықтары көп, соның ішінде Ser8, Ser19, Ser31 және Ser40, олар әртүрлі белок кинезаларымен фосфорилирленеді. Ser40 cAMP тәуелді протеинкиназа арқылы фосфорилирленеді. Ser19 (және аздап Ser40) кальций кальмодулинге тәуелді протеинкиназамен фосфорилирленеді. MAPKAPK2 (митогендік активацияланған протеинкиназа активациялайтын протеинкиназа) Ser40-ты артық көреді, сонымен қатар Ser19-ды Ser40-тың жартысына жуық мөлшерінде фосфорилирлейді. Ser31 ERK1 және ERK2 (клеткадан тыс реттелетін 1 және 2 кинезалар) фосфорилирленеді және фермент белсенділігін Ser40 фосфорилирлеуіне қарағанда азшарақ арттырады. Ser31 фосфорилирлеуі белсенділіктің аздап өсуіне әкеледі, ал бұл жерде механизм белгісіз. Тирозин гидроксилазасы реттеуші сериндер фосфорилирленген кезде жылумен белсенділігін жоғалту үшін біршама тұрақтандырылады. Тирозин гидроксилазасы негізінен цитозолда, бірақ ол белгілі бір дәрежеде плазмалық мембранада да кездеседі. Мембраналық ассоциация катехоламиннің везикулдарға жиналып, синапты мембрана арқылы шығарылуына байланысты болуы мүмкін. Тирозин гидроксилазасын ингибициялау арқылы да реттеуге болады. Ser40- те фосфорилирлеу катехоламиндер дофамин, эпинефрин және норадреналиннің кері байланыс ингибициясын жеңілдетеді. Катехоламиндер белсенді темірді Fe ((III) күйінде ұстап, ферментті тежейді. Тирозин гидроксилазасының ұзақ мерзімді реттелуі фосфорилдеу механизмдері арқылы да жүзеге асады. Гормондар (мысалы, глюкокортикоидтар), есірткілер (мысалы, кокаин) немесе cAMP сияқты екінші хабаршылар тирозин гидроксилазасының транскрипциясын арттырады. Фосфорилендіруден пайда болған тирозин гидроксилаза белсенділігінің артуы никотинмен 48 сағатқа дейін сақталуы мүмкін.

Клиникалық маңызы

Тирозин гидроксилазасының жетіспеушілігі допаминнің, эпинефрин мен норадреналиннің синтезінің бұзылуына әкеледі. Ол прогресивті энцефалопатиямен және нашар прогнозмен сипатталады. Клиникалық белгілеріне леводопаға аз немесе еш жауап бермейтін дистония, экстрапирамидалық симптомдар, птоз, миоз және постсуральдық гипотензия жатады. Бұл леводопамен емдеуге болмайтын, бірақ жақсара алатын, прогрестеуші және жиі өлімге әкелетін ауру. Пациенттердің саны аз және басқа аурулармен симптомдардың сопайысуы салдарынан, ерте диагноз қою және емдеу қиындықтар тудырады. Емдеуге жауап өзгермелі, ұзақ мерзімді және функционалдық нәтиже белгісіз. Бұл аурулардың эпидемиологиясын, генотип/фенотип байланысын және нәтижелерін, олардың науқастардың өмір сүру сапасына әсерін, сондай-ақ диагностикалық және емдеу стратегияларын бағалауды жақсарту үшін негіз ретінде коммерциялық емес Халықаралық нейротрансмиттерге байланысты аурулар жөніндегі жұмыс тобы (iNTD) науқастар тізілімін құрды. Сонымен қатар, тирозин гидроксилаза ферментінің белсенділігінің өзгеруі Сегава дистониясы, Паркинсон ауруы және шизофрения сияқты ауруларға әсер етуі мүмкін. Тирозин гидроксилазасы 14 3 3 белоктарға фосфорилирлеуге байланысты байланысу арқылы белсендіріледі. Альцгеймер ауруы бар пациенттердің миында тирозин гидроксилазаның белсенділігі сау адамдармен салыстырғанда едәуір төмендеуі анықталды. Тирозин гидроксилазасы I типті полиендокринді синдромның (АПС) аутоиммундық түрінде де аутоантиген болып табылады. Паркинсон ауруының тұрақты аномалиясы - қара денедегі дофаминергиялық нейрондардың дегенерациясы, бұл стриальдық дофамин деңгейінің төмендеуіне әкеледі. Тирозин гидроксилазасы дофамин биосинтезіндегі жылдамдығын шектейтін L DOPA-ның пайда болуын катализдейді, сондықтан тирозин гидроксилазасының жетіспеушілігі Паркинсон ауруын тудырмайды, бірақ әдетте балалық паркинсонизмге әкеледі, бірақ спектр дофаминге жауап беретін дистонияға ұқсас жағдайға дейін созылады. Тирозин гидроксилазаның тікелей патогенетикалық рөлі де айтылды, өйткені фермент H2O2 және басқа да реактивті оттегінің түрлерінің (ROS) көзі және радикалдық медиацияланған зақымданудың нысанасы болып табылады. L DOPA сүтқоректілер тирозин гидроксилазымен тиімді тотыққандығы көрсетілді, бұл L DOPA цитотоксикалық әсеріне ықпал етуі мүмкін. және акваамицин.