Aralquilamina N -acetiltransferasa ( AANAT ) ( EC 2.3.1.87 ), también conocida como arilalquilamina N -acetiltransferasa o serotonina N -acetiltransferasa (SNAT), es una enzima que está implicada en el día / noche rítmica producción de melatonina , por modificación de la serotonina . Está en humanos codificados por el gen AANAT de ~ 2.5 kb [2] que contiene cuatro exones , ubicados en el cromosoma 17q 25. [3] El gen se traduceen una enzima grande de 23 kDa. Está bien conservado a través de la evolución y la forma humana de la proteína es 80% idéntica a la AANAT de ovejas y ratas. Es una enzima dependiente de acetil-CoA de la familia de N- acetiltransferasas (GNAT) relacionada con GCN5. Puede contribuir a enfermedades genéticas multifactoriales como el comportamiento alterado en el ciclo sueño / vigilia [2] y la investigación está en curso con el objetivo de desarrollar medicamentos que regulen la función de AANAT.
Nomenclatura [ editar ]
El nombre sistemático de esta clase de enzimas es acetil-CoA: 2-ariletilamina N-acetiltransferasa. Otros nombres de uso común incluyen:
- AANAT
- Arilalquilamina N-acetiltransferasa
- Enzima del ritmo de melatonina
- Serotonina acetilasa
- Serotonina acetiltransferasa
- Serotonina N-acetiltransferasa
El nombre oficialmente aceptado es aralquilamina N-acetiltransferasa. [4]
Función y mecanismo [ editar ]
Distribución de tejidos [ editar ]
La transcripción de ARNm de AANAT se expresa principalmente en el sistema nervioso central (SNC). Es detectable a niveles bajos en varias regiones del cerebro , incluida la glándula pituitaria, así como en la retina . Es más abundante en la glándula pineal, que es el sitio de síntesis de melatonina. El cerebro y la hipófisis AANAT pueden participar en la modulación de los aspectos dependientes de la serotonina del comportamiento humano y la función pituitaria. [3]
Función fisiológica [ editar ]
En las células de pinealocitos de la glándula pineal , la aralquilamina N-acetiltransferasa está involucrada en la conversión de serotonina a melatonina . Es la penúltima enzima en la síntesis de melatonina que controla el ritmo noche / día en la producción de melatonina en la glándula pineal vertebrada . La melatonina es esencial para la reproducción estacional, modula la función del reloj circadiano en el núcleo supraquiasmático.e influye en la actividad y el sueño. Debido a su importante papel en el ritmo circadiano, AANAT está sujeto a una amplia regulación que responde a la exposición a la luz (ver Reglamento). Puede contribuir a enfermedades genéticas multifactoriales, como el comportamiento alterado en el ciclo de sueño / vigilia y los trastornos del estado de ánimo. [2]
Las reacciones químicas catalizadas por AANAT [ editar ]
La reacción química primaria que es catalizada por la aralquilamina N-acetiltransferasa utiliza dos sustratos , acetil-CoA y serotonina. AANAT cataliza la transferencia del grupo acetil de acetil-CoA a la amina primaria de serotonina, produciendo así CoA y N-acetilserotonina . En los humanos, otros sustratos endógenos de la enzima incluyen neuromoduladores de trazas de aminas específicas , a saber , fenetilamina , tiramina y triptamina , que a su vez forman N-acetilfeniletilamina , N-acetiltiramina yN-acetiltriptamina . [5]
En la biosíntesis de melatonina , la N-acetilserotonina es además metilada por otra enzima, la N-acetilserotonina O-metiltransferasa (ASMT) para generar melatonina. Se ha sugerido que la reacción de N-acetiltransferasa es el paso determinante de la velocidad y, por lo tanto, la serotonina N-acetiltransferasa se ha convertido en un objetivo para el diseño de inhibidores (ver más abajo). [6]
AANAT obedece a un mecanismo complejo ternario ordenado . Los sustratos se unen secuencialmente (ordenados) con la unión de acetil-CoA a la enzima libre seguida de la unión de la serotonina para formar el complejo ternario. Después de que se ha producido la transferencia del grupo acetilo, los productos se liberan de manera ordenada con N-acetil-serotonina primero y CoA por último. [7]
Estructura [ editar ]
La arilquilamina N-acetiltransferasa es un polipéptido monomérico con una longitud de 207 residuos de aminoácidos y con un peso molecular de 23.344 daltons. La estructura secundaria consta de hélices alfa y láminas beta . Es 28% helicoidal (10 hélices; 60 residuos) y 23% hoja beta (9 hebras; 48 residuos). Esta familia comparte cuatro motivos de secuencia conservada designados AD. El motivo B sirve como ubicación de la ranura de unión a la serotonina. La estructura se determinó por difracción de rayos X . [1]
Se han resuelto varias estructuras para esta clase de enzimas, con los códigos de acceso PDB 1CJW , [8] 1B6B , [9] 1L0C , [1] [10] y 1KUV / 1KUX / 1KUY . [1]
La aralquilamina N-acetiltransferasa también se ha cristalizado en complejo con 14-3-3ζ de la familia de proteínas 14-3-3 , con el código de acceso PDB 1IB1 . [11]
La superfamilia GNAT [ editar ]
La N-acetiltransferasa de aralquilamina pertenece a la superfamilia de la N-acetiltransferasa (GNAT) relacionada con GCN5 que consta de 10,000 acetiltransferasas, llamadas así por su homología de secuencia con una clase de factores de transcripción eucarióticos , en la levadura GCN5. Otros miembros bien estudiados de la superfamilia son glucosamina-6-fosfato N-acetiltransferasa e histona acetiltransferasas .
Todos los miembros de esta superfamilia tienen un pliegue estructuralmente conservado que consiste en una cadena N-terminal seguida de dos hélices, tres cadenas β antiparalelas, seguidas de una hélice central '' firma '', una quinta cadena β, una cuarta hélice α y una cadena β final. Estos elementos se conservan casi universalmente a pesar de la pobre identidad por pares en las alineaciones de secuencias. [12]
Regulación [ editar ]
La regulación de AANAT varía entre especies. En algunos, los niveles de AANAT oscilan dramáticamente entre períodos claros y oscuros, y por lo tanto controlan la síntesis de melatonina. En otros, el ritmo se regula principalmente en el nivel de proteína. [13] Un ejemplo es en roedores, donde los niveles de ARNm de AANAT aumentan más de 100 veces en períodos oscuros. En otras especies, el AMP cíclico juega un papel importante en la inhibición de la degradación proteolítica de AANAT, elevando los niveles de proteína en la noche. Los experimentos con AANAT humano expresados en una línea celular 1E7 muestran un aumento de ∼8 veces en la actividad enzimática tras la exposición a forskoline . [14]
La degradación dinámica del ARNm de AANAT ha demostrado ser esencial para la acción circadiana de la enzima. Las secuencias 3'UTR tienen importancia con respecto a la degradación rítmica del ARNm de AANAT en algunas especies. En roedores, varios hnRNP mantienen la degradación dinámica del ARNm de AANAT. En otras especies, como los ungulados y los primates, se sospecha que los ARNm de AANAT estables con 3'UTR más cortos no están bajo el control de los hnRNP que se unen y degradan directamente el ARNm de AANAT en roedores. [15]
La exposición a la luz induce señales para viajar desde las células de la retina, lo que finalmente provoca una caída en la estimulación de noradrenalina de la glándula pineal. Esto, a su vez, conduce a una cascada de señalización, lo que resulta en la fosforilación de la proteína quinasa A de dos residuos clave Ser y Thr de la serotonina N-acetiltransferasa. La fosforilación de estos residuos provoca cambios en la actividad catalítica a través del reclutamiento y la interacción con las proteínas 14-3-3 , específicamente 14-3-3ζ. [dieciséis]
Otra proteína que interactúa actividad y regula AANAT es la proteína quinasa C . La proteína quinasa C actúa, como la proteína quinasa A , sobre los residuos de treonina y serina, mejorando la estabilidad y la actividad enzimática de AANAT. [17]
Se ha sugerido que la inhibición de la unión de acetil-CoA al sitio catalítico a través de la formación y escisión de enlaces disulfuro intramoleculares es un mecanismo de regulación. La formación de un enlace disulfuro entre dos residuos de cisteína dentro de la proteína cierra el embudo hidrófobo del sitio catalítico y, por lo tanto, actúa como un interruptor de activación / desactivación de la actividad catalítica. Todavía no es seguro si este mecanismo está presente en las células in vivo a través de la regulación de las condiciones redox intracelulares, pero se sugiere que el glutatión (GSH) podría ser un regulador in vivo de la formación y escisión de estos enlaces disulfuro. [18]
Inhibidores de AANAT y relevancia clínica [ editar ]
Los inhibidores de AANAT pueden eventualmente conducir al desarrollo de un medicamento que sería útil en la investigación de la biología circadiana y en el tratamiento de los trastornos del sueño y el estado de ánimo . Se han descubierto inhibidores sintéticos de la enzima. [19] [20] [21] Sin embargo, no se ha informado ningún inhibidor de AANAT con actividad potente in vivo . [22] Hasta ahora, se han descrito cinco clases de inhibidores de AANAT en la literatura. [6] A continuación están las cinco clases:
Derivados de melatonina [ editar ]
Como se informó que la melatonina es un inhibidor competitivo de AANAT, este neurotransmisor parece ejercer un control autorregulador en su propia biosíntesis. Por lo tanto, los análogos estructurales sueltos de la hormona indolamina se evaluaron en AANAT y se descubrieron inhibidores moderados. [23]
Inhibidores peptídicos [ editar ]
Las bibliotecas combinatorias de péptidos de tri, tetra y pentapéptidos con diversas composiciones de aminoácidos se seleccionaron como fuentes potenciales de inhibidores, para ver si sirve como inhibidor competitivo puro o mixto para la enzima hAANAT. Los estudios de modelación molecular y de relación estructura-actividad permitieron identificar el residuo de aminoácido del inhibidor de pentapéptido S 34461 que interactúa con el sitio de unión al cosustrato. [24]
Análogos de bisubstrate [ editar ]
Se sugiere que AANAT catalice la transferencia de un grupo acetilo de acetil-CoA a serotonina, con la participación de un complejo ternario intermedio , para producir N-acetilserotonina. Basado en este mecanismo, podría esperarse que un inhibidor análogo de bisustrato, derivado de la unión de las partes de indol y CoASH, podría imitar el complejo ternario y ejercer una fuerte inhibición de AANAT. [25] El primer análogo de bisustrato ( 1 ), que une la triptamina y el CoA a través de un puente de acetilo, fue sintetizado por Khalil y Cole, y demostró ser un inhibidor de AANAT muy potente y específico. [26]
Derivados N-haloacetilados [ editar ]
AANAT ha demostrado que también tiene una actividad secundaria de alquiltransferasa, así como una actividad de acetiltransferasa. [27] Las N-haloacetiltriptaminas se desarrollaron y sirven como sustratos de la alquiltransferasa AANAT y también son inhibidores in vitro potentes (bajo micromolar) contra la actividad de la acetiltransferasa AANAT. AANAT cataliza la reacción entre la N-bromoacetiltriptamina (BAT) y la CoA reducida, lo que da como resultado un inhibidor análogo de bisustrato de unión fuerte. [27] [28] El primer inhibidor sintetizado permeable a las células de la N-bromoacetiltriptamina AANAT se estudió más a fondo sobre la secreción de melatonina de las glándulas pineales de rata y cerdo. [29] Nuevos derivados de N-halogenoacetilo que conducen a un fuerte in situinhibición de AANAT. El concepto detrás del mecanismo de acción de estos precursores se estudió siguiendo la biosíntesis del inhibidor de la BAT tritiada en una célula viva. [20]
Compuestos a base de Rodanina [ editar ]
Se han identificado los primeros inhibidores selectivos y farmacológicos de AANAT. Lawrence M. Szewczuk y col. virtualmente seleccionamos más de un millón de compuestos mediante acoplamiento 3D de alto rendimiento en el sitio activo de la estructura de rayos X para AANAT, y luego probamos 241 compuestos como inhibidores. Una clase de compuesto que contiene un andamio de rodamina ha demostrado una inhibición competitiva micromolar baja contra acetil-CoA y demostró ser eficaz para bloquear la producción de melatonina en las células pineales. [19]
El estudio reciente sobre el inhibidor de AANAT ha descrito el descubrimiento de una nueva clase de inhibidores de AANAT no péptidos basados en un andamio de 2,2′-bitienilo.
La alanil-tRNA sintetasa, mitocondrial , también conocida como alanina-tRNA ligasa (AlaRS) o alanil-tRNA sintetasa 2 (AARS2), es una enzima que en los humanos está codificada por el gen AARS2 .
Las mutaciones en el gen AARS2 provocan cardiomiopatías mitocondriales infantiles .
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