Оксидаза D-аминокислот ( DAAO ; также OXDA или DAMOX ) — это фермент, функция которого на молекулярном уровне заключается в окислении D-аминокислот до соответствующих α-кетокислот , в результате чего образуется аммиак и перекись водорода . Это приводит к ряду физиологических эффектов в различных системах, в первую очередь в мозге. Фермент наиболее активен по отношению к нейтральным D-аминокислотам и неактивен по отношению к кислым D-аминокислотам. Одной из его важнейших целей у млекопитающих является D-серин в центральной нервной системе . Нацеливаясь на эту и другие D-аминокислоты у позвоночных , DAAO играет важную роль в детоксикации . Роль у микроорганизмов немного отличается: он расщепляет D-аминокислоты для получения энергии. [1]
DAAO экспрессируется в широком спектре видов от дрожжей до человека. [1] Он не присутствует в растениях или бактериях, которые вместо этого используют дегидрогеназу D-аминокислот . DAAO у людей является кандидатом на ген восприимчивости [2] и вместе с G72 может играть роль в глутаматергических механизмах шизофрении . [3] DAAO также играет роль как в биотехнологических, так и в медицинских достижениях. Рисперидон и бензоат натрия являются ингибиторами DAAO.
Оксидаза D-аминокислот отличается от диаминоксидазы , которые обе иногда называют ДАО .
В 1935 году Ганс Адольф Кребс открыл оксидазу D-аминокислот после эксперимента с гомогенатами свиных почек и аминокислотами. Вскоре после этого Варбург и Кристиан обнаружили, что оксидаза имела кофактор FAD, что сделало ее вторым открытым флавоферментом. В последующие годы другие ученые разработали и усовершенствовали процедуру очистки оксидазы D-аминокислот свиньи. [4]
В 1983 году были обнаружены ингибиторы оксидазы. В 2006 году была опубликована 3D-структура оксидазы. В настоящее время исследуется связь между активностью человеческой оксидазы D-аминокислот (hDAAO) и шизофренией. [4]
Хотя оксидаза D-аминокислот в некоторой степени различается у разных организмов , ее структура в основном одинакова у большинства эукариот , за исключением растений. Этот фермент является флавопротеином, принадлежащим к семейству FAD-зависимых оксидоредуктаз , и действует на группу CH-NH 2 доноров D-аминокислот с кислородом в качестве акцептора. Он также считается пероксисомальным ферментом, содержащим FAD в качестве кофактора. [1] Каждый мономер DAO имеет домен связывания FAD ( FBD), содержащий складку Россмана , и домен связывания субстрата (SBD), который также образует интерфейс с другим мономером в белке. [1] DAO существует в виде димера , причем каждый мономер содержит как FBD, так и SBD. Каждый мономер состоит из 347 аминокислот в человеческом DAO, хотя среди других эукариот длина белка может варьироваться от 345 до 368 аминокислот. [1] В человеческом DAO два мономера соединены по принципу «голова к голове». [5] DAO других организмов, таких как дрожжи, могут присутствовать в виде димеров «голова к хвосту». [5] Ген hDAAO находится на хромосоме 12 и содержит 11 экзонов. [1]
DAO способен быстро восстанавливать кислород, а при восстановлении может стабилизировать анионный красный семихинон , а также способен образовывать ковалентную связь с сульфитами . Все это типичные свойства, связанные с флавопротеинами . [1] Человеческая DAAO имеет несколько иные свойства, чем другие молекулы DAAO, включая более слабую способность связывать FAD и сниженную скорость реакции для некоторых молекул, таких как флавин . [1]
DAO действует в мозге, окисляя определенные D-аминокислоты, используя область FAD (область флавинадениндинуклеотида), и обычно считается, что она вырабатывается в заднем мозге, хотя есть новые доказательства экспрессии DAO также и в переднем мозге . [6] DAO, присутствующая в переднем мозге, кажется неактивной, однако, вызывая спекуляции на тему функции DAO в переднем мозге, в отличие от заднего мозга , где эта функция более известна. [6] Консенсус заключается в том, что DAO вырабатывается и активна в глиальных клетках, наиболее конкретно в астроцитах мозжечка типа 1 и типа 2, [1] и было показано, что аминокислота D-серин, вырабатываемая DAO в этих клетках, увеличивает синаптическую активность рецептора NMDA . [1]
Имеются данные, показывающие, что шизофрения, как нейронный феномен, связана как с гипер-, так и с гипоглутаматергической функцией, опосредованной рецепторами NMDA. [7] Дисфункция рецепторов NMDA и соответствующая гипоглутаматергическая сигнализация вызывают чрезмерную стимуляцию ионотропных рецепторов и приводят к эксайтотоксичности. [8]
Было показано, что снижение активности DAO приводит к повышению активности NMDA в гипоталамусе . [1] Ингибирование DAO приводит к повышению уровня D-серина, который действует как агонисты NMDA-рецепторов. [8]
Исследование подтвердило повышенную активность NMDA и показало повышенную активность DAO в мозжечке у пациентов с шизофренией. [6] Генетический фон участия DAO в шизофрении является предметом горячих споров, и не было найдено никаких обязательных доказательств того, что гены DAO тесно связаны с шизофренией. Хотя ген G72, который, как сообщается, кодирует активатор оксидазы D-аминокислот, может быть вовлечен в развитие шизофрении. [6]
Белок фагота [9] и pLG72, являются в настоящее время известными белками, физически взаимодействующими и модулирующими человеческую DAAO. [5] plG72 является продуктом специфического для приматов гена G72, и более высокие уровни обоих наблюдались у пациентов с шизофренией. Было обнаружено, что взаимодействие plG72 с hDAAO вызывает зависящую от времени инактивацию оксидазой. [10] Считается, что это вызвано связыванием plG72, ограничивающим количество фермента, который является каталитически компетентным, и может быть нейтрализовано кофактором или любыми лигандами активного центра. Структура plG72 не полностью определена, поэтому специфическое физическое взаимодействие с hDAAO также не полностью изучено. Эксперименты с белком бастона и hDAAO привели к снижению ферментативной активности, аналогичному plG72. Исследователи подозревают, что белок фагота предотвращает истощение D-серина, особенно в пресинаптическом нейроне. [5]
Кроме того, исследователи сосредоточились на соединениях, которые могут действовать как ингибиторы hDAAO. Было обнаружено, что более 500 различных соединений in vitro/in vivo действуют как ингибиторы оксидазы, и большинство из них делают это путем конкурентного ингибирования . Все эти соединения имеют две схожие основные части. [5] Первая часть — это планарная часть, которая взаимодействует с активным сайтом hDAAO. Химическая структура планарного сайта образована одним или двумя конденсированными кольцами и должна иметь отрицательно заряженную карбоксильную группу. Вторая часть — это цепь субстрата , которая может участвовать в активной зоне или входе фермента. Кроме того, различные соединения делятся на несколько категорий (классические, новые, второго поколения, третьего поколения) в зависимости от химической структуры. Примером соединения является бензоат , который является классическим ингибитором. Карбоксильная группа бензоата взаимодействует с Arg238, а ароматическая взаимодействует с Tyr224 в активной зоне оксидазы. [5]
Оксидаза D-аминокислот используется в биотехнологии в первую очередь для производства антибиотиков, называемых цефалоспоринами . Использование оксидазы D-аминокислот для создания антибиотиков является запатентованным производством антибиотиков и началось в 1970 году. Первоначально оксидаза D-аминокислот, используемая в этом процессе, была взята из почки свиньи и получила название pkDAAO. PkDAAO очень нестабильна на протяжении всех процессов синтеза антибиотиков и поэтому давала низкий выход антибиотиков. Благодаря непрерывным исследованиям более успешная форма оксидазы D-аминокислот была обнаружена из вида дрожжей, называемого Rhodotorula gracilis, и поэтому была названа RgDAAO. RgDAAO в настоящее время используется в качестве основной оксидазы D-аминокислот, используемой в антибиотиках цефалоспоринового ряда, поскольку иммобилизация на коммерческих ионообменных смолах создает более стабильную систему, которая дает гораздо большее количество антибиотиков. [11]
Оксидаза D-аминокислот реагирует на D-аминокислоты и может использоваться для определения количества D-аминокислот в пищевых продуктах, выступая в качестве биосенсора . Это важно из-за влияния D-аминокислот в D-изомере или множественных энантиомерах, присутствующих в пище, на пищевую ценность. Чем больше D-изомера или множественных энантиомеров присутствует в пище, тем ниже ее пищевая ценность, поэтому использование оксидазы D-аминокислот для их определения позволяет увеличить выбор пищевых продуктов, имеющих пищевую ценность. [12] Нет никаких доказательств, подтверждающих, что D-аминокислоты токсичны, но это вызывает много возможных опасений относительно того, являются ли некоторые продукты токсичными.
RgDAAO используется в процессе, называемом генно-направленной ферментной пролекарственной терапией (GDEPT), для лечения опухолей у онкологических больных. Это лечение использует RgDAAO в качестве фермента и D-аланин в качестве субстрата для создания реактивной формы кислорода H 2 O 2 в качестве продукта. H 2 O 2 проникает через опухолевые клетки и повреждает биополимеры . Повреждение, наносимое H 2 O 2, создает цитотоксический метаболит из нетоксичного пролекарства внутри опухолевых клеток, который затем создает токсичное вещество только в этих клетках. [11] Этот процесс полезен для онкологических больных, потому что это лечение токсично только для опухолевых клеток, в то время как химиотерапия токсична для всех клеток в организме пациента. Оксидаза D-аминокислот также играет роль в производстве 4-метилтио-2-оксомасляной кислоты (MTOBA), которая используется в качестве противоракового препарата, вызывающего апоптоз раковых клеток. [12]
Оксидаза D-аминокислот используется в терапевтических методах лечения, таких как регуляция гормонов, регуляция гипертонии , лечение шизофрении, лечение психиатрических и когнитивных расстройств и возможное уменьшение боли. Изменение количества транспортеров оксидазы D-аминокислот с использованием лекарств оказывает терапевтическое воздействие на шизофрению. [13] Оксидаза D-аминокислот регулирует D-аспартат, который регулирует секрецию мелатонина , пролактина , тестостерона , лютеинизирующего гормона и гормона роста . Регулируя оксидазу D-аминокислот, D-аспартат также может регулироваться и контролировать секрецию гормонов. Повышенная активность оксидазы D-аминокислот коррелирует с психиатрическими и когнитивными расстройствами, поэтому снижение оксидазы D-аминокислот может оказывать терапевтическое воздействие на эти расстройства. Оксидаза D-аминокислот помогает вырабатывать L-6-гидроксинорлейцин, который затем генерирует Омапатрилат . Омапатрилат ингибирует ангиотензинпревращающий фермент и нейтральную эндопептидазу и эффективно снижает гипертонию. Оксидаза D-аминокислот также может оказывать влияние на болевые стимулы, но это пока не подтверждено. [12]
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на март 2024 г. ( ссылка )