Введение

Энзим, обнаруженный у Homo sapiens, который преобразует тирозин в допа, предшественник катеколаминов Тирозингидроксилаза или тирозин-3монооксигеназа является ферментом, отвечающим за катализатор преобразования аминокислоты L тирозина в L 3, 4 дигидроксифенилаланин (L DOPA). Для этого в качестве кофакторов используется молекулярный кислород (O2), а также железо (Fe2+) и тетрагидробиоптерин. L-DOPA является предшественником дофамина, который, в свою очередь, является предшественником важных нейромедиаторов норэпинефрина (норадреналина) и эпинефрина (адреналина). Тирозингидроксилаза катализирует ограничивающий скорость этап в этом синтезе катехоламинов. У человека тирозингидроксилаза кодируется геном TH. АААА преобразует кофактор 5, 6, 7, 8 тетрагидробиоптерина (BH4) в тетрагидробиоптерин 4а карбиноламин (4а BH4). В физиологических условиях 4a BH4 обезвоживается ферментом птерина 4a карбиноламин дегидразы (PCD) до хиноноида дигидробиоптерина (q BH2) и в этой реакции высвобождается молекула воды. Затем NAD-зависимый фермент дигидроптеридиноредуктазы (DHPR) преобразует q BH2 обратно в BH4. Продукт ферментативной реакции, L DOPA, может быть преобразован в дофамин ферментом DOPA декарбоксилазой. Допамин может быть преобразован в норэпинефрин ферментом допаминовой β-гидроксилазой, который может быть далее модифицирован ферментом фенилетанол N-метилтрансферазой для получения эпинефрина. Поскольку L-DOPA является предшественником нейромедиаторов дофамина, норадреналина и адреналина, тирозингидроксилаза содержится в цитозоле всех клеток, содержащих эти катехоламины. Эта начальная реакция, катализированная тирозингидроксилазой, является ограничивающей скорость стадией в производстве катехоламинов. Затем фермент может каталитизировать L-тирозин для образования L-DOPA. Тирозингидроксилаза может также участвовать в других реакциях, таких как окисление L DOPA в 5S цистеинил DOPA или другие производные L DOPA.

Структура

Тирозингидроксилаза представляет собой тетрамер из четырех идентичных подединиц (гомотетрамер). Каждая подединица состоит из трех областей. На карбоксильном конце пептидной цепи есть короткий альфа-спиральный домен, который позволяет тетрамеризации. Центральные ~ 300 аминокислот образуют каталитическое ядро, в котором находятся все остатки, необходимые для катализа, вместе с не ковалентно связанным атомом железа. Аминотерминал ~150 аминокислот составляет регуляторную область, которая, как полагают, контролирует доступ субстратов к активному участку. Считается, что у людей существует четыре различных версии этой регуляторной области, и, следовательно, четыре версии фермента, в зависимости от альтернативного сплайсинга, хотя ни одна из их структур еще не была должным образом определена. Было высказано предположение, что этот домен может быть по своей сути неструктурированным белком, который не имеет четко определенной третичной структуры, но до сих пор не было представлено никаких доказательств в поддержку этого утверждения. Что касается тетрамеризации и каталитических доменов, их структура была обнаружена с помощью тирозингидроксилазы крысы с использованием рентгеновской кристаллографии. Это показало, что его структура очень похожа на структуру фенилаланин гидроксилазы и триптофан гидроксилазы; вместе эти три составляют семейство гомологичных ароматических аминокислот гидроксилаз.

Регулирование

Активность тирозингидроксилазы увеличивается в краткосрочной перспективе путем фосфорилирования. Регулирующая область тирозингидроксилазы содержит множество серинных (Ser) остатков, включая Ser8, Ser19, Ser31 и Ser40, которые фосфорилируются различными белковыми киназами. Ser40 фосфорилируется cAMP-зависимой белковой киназой. Сер19 (и в меньшей степени Сер40) фосфорилируется кальциевой кальмодулинозависимой белковой киназой. MAPKAPK2 (mitogen activated protein kinase activating protein kinase) предпочитает Ser40, но также фосфорилирует Ser19 примерно вдвое чаще, чем Ser40. Ser31 фосфорилируется ERK1 и ERK2 (внеклеточные регулируемые киназы 1 и 2), и повышает активность фермента в меньшей степени, чем при фосфорилировании Ser40. Фосфорилирование на Ser31 вызывает небольшое увеличение активности, и здесь механизм неизвестен. Тирозингидроксилаза несколько стабилизируется до тепловой инактивации, когда регуляторные серины фосфорилируются. Тирозингидроксилаза в основном присутствует в цитозоле, хотя она также в некоторой степени присутствует в плазменной мембране. Мембрановая ассоциация может быть связана с упаковкой катехоламинов в пузырьки и экспортом через синаптическую мембрану. Тирозингидроксилазу также можно регулировать путем ингибирования. Фосфорилирование на уровне Ser40 снимает ингибирование обратной связи катехоламинами дофамином, эпинефрином и норадреналином. Катехоламины удерживают железо в активном месте в состоянии Fe (III), ингибируя фермент. Долгосрочная регуляция тирозингидроксилазы также может быть опосредована механизмами фосфорилирования. Гормоны (например, глюкокортикоиды), наркотики (например, кокаин) или вторичные вещества, такие как cAMP, повышают транскрипцию тирозингидроксилазы. Повышение активности тирозингидроксилазы вследствие фосфорилирования может сохраняться при помощи никотина до 48 часов.

Клиническое значение

Дефицит тирозингидроксилазы приводит к нарушению синтеза дофамина, а также адреналина и норадреналина. Она представлена прогрессирующей энцефалопатией и плохим прогнозом. Клинические особенности включают дистонию, которая минимально или не реагирует на леводопу, экстрапирамидальные симптомы, птоз, миоз и постсуральную гипотонию. Это прогрессирующее и часто смертельное заболевание, которое может быть улучшено, но не излечено леводопой. Из-за небольшого числа пациентов и совпадения симптомов с другими заболеваниями ранняя диагностика и лечение остаются сложными. Реакция на лечение изменчива, а долгосрочный и функциональный исход неизвестен. Для обеспечения основы для улучшения понимания эпидемиологии, корреляции генотипов/фенотипов и исхода этих заболеваний, их влияния на качество жизни пациентов, а также для оценки диагностических и терапевтических стратегий, некоммерческой Международной рабочей группой по расстройствам, связанным с нейротрансмиттерами (iNTD) был создан реестр пациентов. Кроме того, изменения в активности фермента тирозингидроксилазы могут быть связаны с такими заболеваниями, как дистония Сегава, болезнь Паркинсона и шизофрения. Тирозингидроксилаза активируется путем связывания, зависящего от фосфорилирования, с 14 3 3 белками. Показано, что активность тирозингидроксилазы в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера значительно снижена по сравнению со здоровыми людьми. Тирозингидроксилаза также является аутоантигеном в аутоиммунном полиэндокринном синдроме (АПС) типа I. В болезни Паркинсона характерной аномалией является дегенерация дофаминергических нейронов в черной субстанции, приводящая к снижению стриатального уровня дофамина. Поскольку тирозингидроксилаза катализирует образование L DOPA, ограничивающего скорость стадии биосинтеза дофамина, дефицит тирозингидроксилазы не вызывает болезнь Паркинсона, но обычно приводит к детскому паркинсонизму, хотя спектр распространяется на состояние, напоминающее дофаминореактивную дистонию. Также предполагается, что тирозингидроксилаза играет прямую патогенетическую роль, поскольку этот фермент является источником H2O2 и других реактивных видов кислорода (ROS) и мишенью для радикал-посреднического повреждения. Было показано, что L DOPA эффективно окисляется тирозингидроксилазой млекопитающих, что, возможно, способствует цитотоксическому воздействию L DOPA. и акваямицин.