stringtranslate.com

Фенилэтаноламин N-метилтрансфераза

Фенилэтаноламин N -метилтрансфераза ( PNMT ) — это фермент , обнаруженный в основном в мозговом веществе надпочечников , который преобразует норадреналин (норадреналин) в адреналин (эпинефрин). [1] Он также экспрессируется в небольших группах нейронов в мозге человека [2] и в отдельных популяциях кардиомиоцитов . [3]

Структура

PNMT — это белок, кодирующий ген которого находится на хромосоме 17 у людей. Он состоит из 4 экзонов и представляет собой белок массой 30 кДа. Он имеет много свойств, свойственных другим метилтрансферазам . Он наиболее близок по последовательности к глицин -N -метилтрансферазе ( GNMT ). Он также имеет много структурных свойств, таких как форма складчатой ​​губы, с катехол-O-метилтрансферазой (COMT), хотя у него меньше идентичности последовательности. Несколько особенностей структуры, таких как эта складчатая губа, предполагают, что PNMT является недавней адаптацией к семейству ферментов, синтезирующих катехоламины, развившейся позже, чем COMT, но раньше, чем другие метилтрансферазы, такие как GNMT. [5]

S -аденозил- L -метионин (SAM) является необходимым кофактором. [6] Активная область связывания кофактора SAM содержит большое количество связей π от остатков фенилаланина и тирозина в активном центре, которые помогают удерживать его в его связывающем кармане посредством укладки π . Среди всех известных вариантов PNMT в природе есть 7 важнейших ароматических остатков, сохраняющихся в активном центре. [5]

Остаток Глутамин 185 необходим для связывания субстрата катехоламина. Замена этого остатка другим снижает каталитическую эффективность PNMT в десять-триста раз. [7]

В отсутствие ингибитора или лиганда фосфатная группа связывается с активным сайтом, стабилизируя эту область. [8]

Человеческий PNMT образует димеры в растворе. Когда кристаллы PNMT выращиваются в невосстанавливающих растворах, между цистеинами 48 и 139 на противоположных цепях образуются две дисульфидные связи. Эта димеризация не влияет на каталитическую активность фермента. [9]

Механизм

PNMT катализирует перенос метильной группы от SAM к норадреналину, превращая его в адреналин. Он работает, сводя кофактор SAM и субстрат в непосредственной близости, так что реактивная метильная группа может быть атакована первичным амином молекулы норадреналина или другим субстратом катехоламина . Метильная группа SAM очень реактивна, поэтому структура и размещение как норадреналина, так и SAM имеют решающее значение для правильного паттерна метилирования в продукте.

В то время как PNMT метилирует норадреналин в активное соединение адреналин , норадреналин также может быть метилирован катехол-O-метилтрансферазой (COMT), другой метилтрансферазой , которая добавляет метильную группу в другом месте, в свою очередь производя неактивное соединение метанефрин . Метилтрансферазы очень распространены в путях синтеза и дезактивации катехоламинов. [10]

PNMT также участвует в биосинтезе N -метилированных следовых аминов : он метаболизирует фенетиламин в N - метилфенетиламин ( позиционный изомер амфетамина ), p - октопамин в синефрин и p - тирамин в N -метилтирамин . [11] [12]

Регулирование

Повышенная экспрессия PNMT является одним из способов, с помощью которых реакция на стресс положительно возвращается к себе. Увеличение гормонов стресса или нервных импульсов из-за стресса может привести к тому, что PNMT преобразует больше норадреналина в адреналин. Это увеличивает эффективность системы катехоламинового ответа, увеличивая симпатическую отдачу и делая реакцию на стресс более глубокой. [14]

Известно, что PNMT регулируется глюкокортикоидами, вырабатываемыми в надпочечниках . Одним из способов, которым он может регулировать экспрессию PNMT, является положительное влияние кортикостерона на поддержание мРНК PNMT. [15] Также было показано, что глюкокортикоиды увеличивают биологический период полураспада фермента in vitro. [16] У животных, у которых был удален гипофиз, добавление глюкокортикоидов значительно удлиняет период полураспада ферментов PNMT. [16]

Повышенные уровни PNMT также могут быть вызваны спланхническими нервными импульсами. Нервные импульсы увеличивают синтез мРНК PNMT, влияя на определенные промоторные последовательности. [16]

Было также показано, что стрессовая иммобилизация в течение нескольких часов увеличивает активность PNMT у крыс. Такое лечение занимает около недели, чтобы проявить разницу в уровнях PNMT. [17]

SAM не только действует как кофактор для PNMT, но также помогает стабилизировать фермент и увеличить период полураспада, делая его более устойчивым к разрезанию трипсиновой протеазой. [16]

Локализация

Синтез адреналина и, следовательно, локализация PNMT, как было обнаружено, в основном сосредоточены в мозговом веществе надпочечников или надпочечниках большинства видов. PNMT локализован у большинства взрослых млекопитающих в цитоплазме этих мозговых клеток. [1]

Более новые исследования также показывают, что мРНК и белок PNMT экспрессируются и в других областях тела. Определенные нервные пути, сетчатка , [18] и предсердия , и желудочки сердца в настоящее время выясняются как места экспрессии PNMT. [19] Адреналин вырабатывается в небольших группах нейронов в человеческом мозге, которые экспрессируют PNMT; [2] эти нейроны проецируются из ядра, которое примыкает (вентролатерально) к area postrema , и из ядра в дорсальной области одиночного пути . [2]

Болезнь

Нормальная функция и дефекты ПНМТ связаны с многочисленными заболеваниями и расстройствами.

Витилиго

Снижение уровня активности ПНМТ, измеряемой адреналином и норадреналином, наблюдается в коже пациентов с витилиго в кератиноцитах , которые обычно имеют более высокую активность ПНМТ. [20]

Интоксикация этанолом

Два мощных ингибитора PNMT (LY134046 и LY78335) были долгосрочными антагонистами как интоксикации этанолом, так и седации. Это предполагает центральную роль, которую PNMT и адреналин играют в синтезе этанола и вызванной пентобарбиталом седации и интоксикации. [21]

болезнь Альцгеймера

Болезнь Альцгеймера также связана с пониженной активностью PNMT человека в областях мозга, наиболее связанных с дегенерацией при этом заболевании. Также были выявлены значительные ассоциации с полиморфизмами PNMT и ранним началом болезни Альцгеймера. [22]

Ингибирование

Классические ингибиторы PNMT включают бензимидазолы , хинолоны и пурины . [8] Ингибирование также может быть вызвано добавлением S-дезоксиаденозил L-гомоцистеина, замены кофактора SAM, который похож на него, но не имеет метильной группы, поэтому перенос метильной группы невозможен. [23] Другим примером является CGS19281A. [24]

Ссылки

  1. ^ ab Goldstein M, Fuxe K, Hökfelt T (июнь 1972). «Характеристика и тканевая локализация ферментов синтеза катехоламинов». Pharmacological Reviews . 24 (2): 293–309. PMID  4564603.
  2. ^ abc Kitahama K, Pearson J, Denoroy L, Kopp N, Ulrich J, Maeda T, Jouvet M (февраль 1985 г.). «Адренергические нейроны в человеческом мозге, продемонстрированные иммуногистохимией с антителами к фенилэтаноламин-N-метилтрансферазе (PNMT): открытие новой группы в ядре одиночного пути». Neuroscience Letters . 53 (3): 303–8. doi :10.1016/0304-3940(85)90555-5. PMID  3885079. S2CID  2578817.
  3. ^ Wang Y, Lin WK, Crawford W, Ni H, Bolton EL, Khan H и др. (январь 2017 г.). "+ Клетки в мышином сердце". Scientific Reports . 7 (1): 40687. doi :10.1038/srep40687. PMC 5234027 . PMID  28084430. 
  4. ^ ab PDB : 4MQ4 ​; Bart AG, Scott EE. Кристаллическая структура hPNMT в комплексе с бисубстратным ингибитором N-(3-((((2S,3S,4R,5R)-5-(6-амино-9H-пурин-9-ил)-3,4-дигидрокситетрагидрофуран-2-ил)метил)тио)пропил)-1,2,3,4-тетрагидроизохинолин-3-карбоксамидом (Отчет). Банк данных белков RCSB.
  5. ^ ab Martin JL, Begun J, McLeish MJ, Caine JM, Grunewald GL (октябрь 2001 г.). «Getting the adrenaline going: crystal structure of the adrenaline-synthesizing genetics PNMT». Structure . 9 (10): 977–85. doi : 10.1016/s0969-2126(01)00662-1 . PMID  11591352.
  6. ^ Wong DL, Lesage A, Siddall B, Funder JW (ноябрь 1992 г.). «Глюкокортикоидная регуляция фенилэтаноламин N-метилтрансферазы in vivo». FASEB Journal . 6 (14): 3310–5. doi : 10.1096/fasebj.6.14.1426768 . PMID  1426768. S2CID  23761885.
  7. ^ Drinkwater N, Gee CL, Puri M, Criscione KR, McLeish MJ, Grunewald GL, Martin JL (август 2009 г.). «Молекулярное распознавание физиологического субстрата норадреналина ферментом синтеза адреналина PNMT и факторы, влияющие на его метилтрансферазную активность». The Biochemical Journal . 422 (3): 463–71. doi :10.1042/bj20090702. hdl :1808/26489. PMC 5940352 . PMID  19570037. 
  8. ^ ab Drinkwater N, Vu H, Lovell KM, Criscione KR, Collins BM, Prisinzano TE и др. (октябрь 2010 г.). «Фрагментный скрининг с помощью рентгеновской кристаллографии, МС и изотермической титрационной калориметрии для идентификации ингибиторов PNMT (фенилэтаноламин N-метилтрансферазы)». The Biochemical Journal . 431 (1): 51–61. doi :10.1042/bj20100651. PMID  20642456.
  9. ^ Gee CL, Nourse A, Hsin AY, Wu Q, Tyndall JD, Grunewald GL и др. (июнь 2005 г.). «Димеры синтезирующего адреналин фермента PNMT с дисульфидными связями каталитически активны». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1750 (1): 82–92. doi :10.1016/j.bbapap.2005.03.006. PMID  15893506.
  10. ^ Брандт. «Мозговое вещество надпочечников» (PDF) .
  11. ^ ab Broadley KJ (март 2010 г.). «Сосудистые эффекты следовых аминов и амфетаминов». Фармакология и терапия . 125 (3): 363–375. doi :10.1016/j.pharmthera.2009.11.005. PMID  19948186.
  12. ^ ab Lindemann L, Hoener MC (май 2005 г.). «Возрождение следовых аминов, вдохновленное новым семейством GPCR». Trends in Pharmacological Sciences . 26 (5): 274–281. doi :10.1016/j.tips.2005.03.007. PMID  15860375.
  13. ^ Wang X, Li J, Dong G, Yue J (февраль 2014). «Эндогенные субстраты CYP2D мозга». European Journal of Pharmacology . 724 : 211–218. doi :10.1016/j.ejphar.2013.12.025. PMID  24374199.
  14. ^ Wurtman RJ (июнь 2002 г.). «Стресс и адренокортикальный контроль синтеза адреналина». Метаболизм . 51 (6 Suppl 1): 11–4. doi :10.1053/meta.2002.33185. PMID  12040535.
  15. ^ Jiang W, Uht R, Bohn MC (1989). «Регулирование мРНК фенилэтаноламин N-метилтрансферазы (PNMT) в мозговом веществе надпочечников крыс кортикостероном». International Journal of Developmental Neuroscience . 7 (5): 513–20. doi :10.1016/0736-5748(89)90010-5. PMID  2816488. S2CID  24803398.
  16. ^ abcd Ciaranello RD (1978). «Регулирование фенилэтаноламин N-метилтрансферазы». Биохимическая фармакология . 27 (15): 1895–7. doi :10.1016/0006-2952(78)90002-3. PMID  708473.
  17. ^ Cahill AL, Eertmoed AL, Mangoura D, Perlman RL (сентябрь 1996 г.). «Дифференциальная регуляция экспрессии фенилэтаноламин N-метилтрансферазы в двух различных субпопуляциях хромаффинных клеток быка». Journal of Neurochemistry . 67 (3): 1217–24. doi :10.1046/j.1471-4159.1996.67031217.x. PMID  8752129. S2CID  26602827.
  18. ^ Park DH, Teitelman G, Evinger MJ, Woo JI, Ruggiero DA, Albert VR и др. (апрель 1986 г.). «Нейроны, содержащие фенилэтаноламин N-метилтрансферазу в сетчатке крысы: иммуногистохимия, иммунохимия и молекулярная биология». The Journal of Neuroscience . 6 (4): 1108–13. doi :10.1523/JNEUROSCI.06-04-01108.1986. PMC 6568425 . PMID  2871139. 
  19. ^ Кризанова О., Микуткова Л., Елокова Дж., Филипенко М., Саббан Э., Кветнански Р. (сентябрь 2001 г.). «Существование мРНК сердечной PNMT у взрослых крыс: повышение при стрессе в зависимости от глюкокортикоидов». Американский журнал физиологии. Физиология сердца и кровообращения . 281 (3): H1372-9. doi :10.1152/ajpheart.2001.281.3.H1372. PMID  11514309.
  20. ^ Schallreuter KU , Wood JM, Pittelkow MR, Buttner G, Swanson N, Korner C, Ehrke C (1996). «Повышенная активность моноаминоксидазы А в эпидермисе пациентов с витилиго». Архивы дерматологических исследований . 288 (1): 14–8. doi :10.1007/bf02505037. PMID  8750929. S2CID  31646987.
  21. ^ Mefford IN, Lister RG, Ota M, Linnoila M (февраль 1990). «Антагонизм этаноловой интоксикации у крыс ингибиторами фенилэтаноламин N-метилтрансферазы». Алкоголизм: клинические и экспериментальные исследования . 14 (1): 53–7. doi :10.1111/j.1530-0277.1990.tb00446.x. PMID  2178473.
  22. ^ Mann MB, Wu S, Rostamkhani M, Tourtellotte W, MacMurray J, Comings DE (май 2001 г.). «Ген фенилэтаноламин N-метилтрансферазы (PNMT) и болезнь Альцгеймера с ранним началом». American Journal of Medical Genetics . 105 (4): 312–6. doi :10.1002/ajmg.1363. PMID  11378842.
  23. ^ Borchardt RT, Wu YS (март 1975). "Потенциальные ингибиторы S-аденозилметионин-зависимых метилтрансфераз. 3. Модификации сахарной части S-аденозилгомоцистеина". Journal of Medicinal Chemistry . 18 (3): 300–4. doi :10.1021/jm00237a018. PMID  1133821.
  24. ^ Atobe M, Kubota M, Nakagawara M, Kariya T (1996). «Влияние ингибитора N-метилтрансферазы фенилэтаноламина, CGS19281A, на функцию альфа-2-адренорецепторов в гипоталамусе крыс в сравнении с SKF29661, SKF64139 и йохимбином». Neuropsychobiology . 34 (2): 82–89. doi :10.1159/000119297. PMID  8904737.

Внешние ссылки