stringtranslate.com

N-ацетилтрансфераза

N -ацетилтрансфераза ( NAT ) — фермент , катализирующий перенос ацетильных групп от ацетил-КоА к ариламинам , арилгидроксиламинам и арилгидразинам. [1] [2] [3] Они обладают широкой специфичностью к ароматическим аминам , в частности к серотонину , а также могут катализировать перенос ацетила между ариламинами без КоА. N -ацетилтрансферазы — цитозольные ферменты, обнаруженные в печени и многих тканях большинства видов млекопитающих, за исключением собак и лисиц , которые не могут ацетилировать ксенобиотики . [4] Ацетильные группы важны для конъюгации метаболитов из печени, чтобы обеспечить выведение побочных продуктов ( метаболизм фазы II ). Это особенно важно для метаболизма и выведения лекарственных препаратов ( метаболизм лекарственных препаратов ).

Механизм фермента

Ферменты NAT отличаются наличием консервативной каталитической триады , которая благоприятствует субстратам из ароматических аминов и гидразина . [5] [6] NAT катализируют ацетилирование малых молекул посредством двойной реакции замещения, называемой реакцией пинг-понг -би-би. [5] Механизм состоит из двух последовательных реакций. [5] В реакции один ацетил-КоА первоначально связывается с ферментом и ацетилирует Cys 68. [5] В реакции два, после высвобождения ацетил-КоА , акцептор ацетила взаимодействует с ацетилированным ферментом с образованием продукта. [5] Эта вторая реакция не зависит от донора ацетила, поскольку он покидает фермент до того, как акцептор ацетила свяжется. [5] Однако , как и во многих реакциях пинг-понг-би-би, возможно, что существует конкуренция между донором ацетила и акцептором ацетила за неацетилированный фермент. [5] Это приводит к субстрат-зависимому ингибированию при высоких концентрациях. [5]

Изображение механизма действия фермента N-ацетилтрансферазы. [7]

Структура фермента

Трехмерное изображение активного центра NAT2 и каталитической триады. [8]

Два фермента NAT у человека — NAT1 и NAT2 . [4] Мыши и крысы экспрессируют три фермента: NAT1, NAT2 и NAT3. [4] Было обнаружено, что NAT1 и NAT2 тесно связаны у изученных до сих пор видов, поскольку два фермента разделяют 75-95% их аминокислотной последовательности . [9] [10] Оба также имеют остаток цистеина активного центра (Cys 68 ) в N-концевой области. [9] [10] Кроме того, все функциональные ферменты NAT содержат триаду каталитически важных остатков, состоящих из этого цистеина , гистидина и аспарагина . [7] Было высказано предположение, что каталитические эффекты препарата для лечения рака молочной железы цисплатина связаны с Cys 68 . [11] Инактивация NAT1 цисплатином вызвана необратимым образованием аддукта цисплатина с остатком цистеина активного центра . [11] C-конец помогает связывать ацетил-КоА и отличается среди NAT, включая прокариотические гомологи. [12]

NAT1 и NAT2 имеют различную, но перекрывающуюся субстратную специфичность. [4] Человеческий NAT1 преимущественно ацетилирует 4-аминобензойную кислоту (PABA), 4-аминосалициловую кислоту , сульфаметоксазол и сульфаниламид . [4] Человеческий NAT2 преимущественно ацетилирует изониазид (лечение туберкулеза ), гидралазин , прокаинамид , дапсон , аминоглутетимид и сульфаметазин . [4]

Биологическое значение

NAT2 участвует в метаболизме ксенобиотиков , что может привести как к инактивации лекарств , так и к образованию токсичных метаболитов , которые могут быть канцерогенными . [13] Биотрансформация ксенобиотиков может происходить в три фазы. [13] В фазе I реактивные и полярные группы вводятся в субстраты. В фазе II происходит конъюгация ксенобиотиков с заряженными видами, а в фазе III производятся дополнительные модификации с механизмами оттока, приводящими к выведению транспортерами. [13] Исследование ассоциаций по всему геному (GWAS) определило человеческий NAT2 как главный сигнал резистентности к инсулину , ключевой маркер диабета и основной фактор риска сердечно-сосудистых заболеваний [13] и, как было показано, связано с резистентностью к инсулину во всем организме у мышей с нокаутом NAT1 . [14] Считается, что NAT1 играет эндогенную роль, вероятно, связанную с фундаментальным клеточным метаболизмом. [13] Это может быть связано с тем, почему NAT1 более широко распространен среди тканей, чем NAT2. [13]

Значение для человека

Каждый человек метаболизирует ксенобиотики с разной скоростью, что является результатом полиморфизма генов метаболизма ксенобиотиков . [13] Как NAT1, так и NAT2 кодируются двумя высокополиморфными генами, расположенными на хромосоме 8. [ 4] Полиморфизмы NAT2 были одними из первых вариаций, объясняющих эту межиндивидуальную изменчивость метаболизма лекарств . [15] Эти полиморфизмы изменяют стабильность и/или каталитическую активность ферментов, которые изменяют скорость ацетилирования лекарств и ксенобиотиков, признак, называемый фенотипом ацетилатора . [16] Для NAT2 фенотип ацетилатора описывается как медленный, промежуточный или быстрый. [17] Помимо изменения ферментативной активности, эпидемиологические исследования обнаружили связь полиморфизмов NAT2 с различными видами рака, вероятно, из-за различных канцерогенов окружающей среды . [13]

Действительно, NAT2 является высокополиморфным в нескольких человеческих популяциях. [18] Полиморфизмы NAT2 включают замены отдельных аминокислот R64Q, I114T, D122N, L137F, Q145P, R197Q и G286E. [18] Они классифицируются как медленные ацетиляторы, в то время как дикий тип NAT2 классифицируется как быстрый ацетилятор. [18] Медленные ацетиляторы, как правило, связаны с токсичностью лекарств и восприимчивостью к раку. [18] Например, генотип медленного ацетилатора NAT2 связан с повышенным риском рака мочевого пузыря , особенно среди курильщиков сигарет. [19] Однонуклеотидные полиморфизмы (SNP) NAT1 включают R64W, V149I, R187Q, M205V, S214A, D251V, E26K и I263V и связаны с генетической предрасположенностью к раку , врожденным дефектам и другим заболеваниям. [20] Эффект медленных ацетиляторных SNP в кодирующей области в основном действует через создание нестабильного белка, который агрегирует внутриклеточно перед убиквитинированием и деградацией. [3]

50% населения Великобритании имеют дефицит гепатической N -ацетилтрансферазы. Это известно как отрицательный ацетиляторный статус. Препараты, на которые это влияет:

Неблагоприятные явления, вызванные этим дефицитом, включают периферическую невропатию и гепатотоксичность . [21] Самый медленный ацетилирующий гаплотип , NAT2*5B (наиболее сильная связь с раком мочевого пузыря ), по-видимому, был выбран за последние 6500 лет у людей западной и центральной Евразии, что позволяет предположить, что медленное ацетилирование дало эволюционное преимущество этой популяции, несмотря на недавние неблагоприятные эпидемиологические данные о состоянии здоровья. [22]

Примеры

Ниже приведен список человеческих генов , кодирующих ферменты N-ацетилтрансферазы:

Ссылки

  1. ^ Evans DA (1989). «N-ацетилтрансфераза». Фармакология и терапия . 42 (2): 157–234. doi :10.1016/0163-7258(89)90036-3. PMID  2664821.
  2. ^ Ma Y, Ghoshdastider U, Wang J, Ye W, Dötsch V, Filipek S, Bernhard F, Wang X (2012). «Бесклеточная экспрессия человеческой глюкозамин 6-фосфат N-ацетилтрансферазы (HsGNA1) для скрининга ингибиторов». Protein Expr. Purif . 86 (2): 120–6. doi :10.1016/j.pep.2012.09.011. PMID  23036358.
  3. ^ ab Sim, Edith ; Lack, Nathan; Wang, Chan-Ju; et al. (май 2008 г.). «Ариламин N-ацетилтрансферазы: структурные и функциональные последствия полиморфизмов». Токсикология . 254 (3): 170–183. doi :10.1016/j.tox.2008.08.022. PMID  18852012.
  4. ^ abcdefg Клаассен, Кертис Д. (2008). Токсикология Касарета и Доулла: Основы науки о ядах 7-е изд . McGraw-Hill. ISBN 978-0071470513.
  5. ^ abcdefgh Минчин, Родни Ф.; Невилл, Батчер Дж. (апрель 2015 г.). «Роль лизина100 в связывании ацетилкоэнзима А с человеческой ариламин N-ацетилтрансферазой 1: Последствия для других ацетилтрансфераз» (PDF) . Биохимическая фармакология . 94 (3): 195–202. doi :10.1016/j.bcp.2015.01.015. PMID  25660616.
  6. ^ Вебер, WW; Коэн, SN; Стейнберг, MS (1968). «Очистка и свойства N-ацетилтрансферазы из печени млекопитающих». Ann NY Acad Sci . 151 (2): 734–741. doi :10.1111/j.1749-6632.1968.tb11934.x. PMID  4984197. S2CID  44602517.
  7. ^ ab Westwood, IM; Kawamura, A.; Fullam, E.; et al. (2006). «Структура и механизм действия ариламин-N-ацетилтрансфераз». Current Topics in Medicinal Chemistry . 6 (15): 1641–1654. doi :10.2174/156802606778108979. PMID  16918475.
  8. ^ Синклер, Дж. К.; Сэнди, Дж.; Делгода, Р.; Сим, Э .; Нобл, М. Э. (2000). «Структура ариламин-N-ацетилтрансферазы выявляет каталитическую триаду». Nature Structural Biology . 7 (7): 560–564. doi :10.1038/76783. PMID  10876241. S2CID  23694257.
  9. ^ ab Грант, DM; Блюм, M.; Мейер, UA (1992). «Полиморфизмы генов N-ацетилтрансферазы». Xenobiotica . 22 (9–10): 1073–1081. doi :10.3109/00498259209051861. PMID  1441598.
  10. ^ ab Vatsis, KP; Weber, WW; Bell, DA (1995). «Номенклатура N-ацетилтрансфераз». Pharmacogenetics . 5 (1): 1–17. doi :10.1097/00008571-199502000-00001. PMID  7773298.
  11. ^ ab Ragunathan, Nilusha; Dairou, Julien; Pulvinage, Benjamin; et al. (июнь 2008 г.). «Идентификация фермента ариламин N-ацетилтрансферазы 1, метаболизирующего ксенобиотики, как новой мишени цисплатина в клетках рака молочной железы: молекулярные и клеточные механизмы ингибирования». Молекулярная фармакология . 73 (6): 1761–1768. doi :10.1124/mol.108.045328. PMID  18310302. S2CID  9214220.
  12. ^ Sim, E. ; Abuhammad, A.; Ryan, A. (май 2014 г.). «Ариламин N-ацетилтрансферазы: от метаболизма лекарств и фармакогенетики к открытию лекарств». Br J Pharmacol . 171 (11): 2705–2725. doi :10.1111/bph.12598. PMC 4158862 . PMID  24467436. 
  13. ^ abcdefgh Лаурери, Никола; Сим, Эдит (2018). Ариламин N-ацетилтрансферазы в здоровье и болезни: от фармакогенетики к открытию лекарств и диагностике . World Scientific. ISBN 9789813232006.
  14. ^ Кампорес, Жуан-Паулу; Ван, Юнлян; Фааркрог, Каспер; и др. (декабрь 2017 г.). «Механизм, посредством которого абляция ариламин-N-ацетилтрансферазы 1 вызывает резистентность к инсулину у мышей». PNAS . 114 (52): E11285–E11292. doi : 10.1073/pnas.1716990115 . PMC 5748223 . PMID  29237750. 
  15. ^ McDonagh, EM; et al. (2014). "PharmGKB summary: very important pharmacogene information for N-acetyltransferase 2". Pharmacogenet. Genomics . 24 (8): 409–425. doi :10.1097/FPC.00000000000000062. PMC 4109976. PMID  24892773 . 
  16. ^ Эванс, ДА; Уайт, ТА (1964). «Полиморфизм ацетилирования человека». J. Lab. Clin. Med . 63 : 394–403. PMID  14164493.
  17. ^ Hein, DW; Doll, MA (2012). «Точность различных панелей генотипирования SNP человеческого NAT2 для определения фенотипов быстрого, промежуточного и медленного ацетилятора». Pharmacogenomics . 13 (1): 31–41. doi :10.2217/pgs.11.122. PMC 3285565 . PMID  22092036. 
  18. ^ abcd Раджасекаран, М.; Абирами, Сантханам; Чен, Чинпан (2011). "Влияние полиморфизмов отдельных нуклеотидов на структуру и динамику человеческой N-ацетилтрансферазы 2 с помощью моделирования молекулярной динамики". PLOS ONE . ​​6 (9): e25801. Bibcode :2011PLoSO...625801R. doi : 10.1371/journal.pone.0025801 . PMC 3183086 . PMID  21980537. 
  19. ^ Hein, DW (2000). «Молекулярная генетика и эпидемиология полиморфизмов ацетилирования NAT1 и NAT2». Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev . 9 (1): 29–42. PMID  10667461.
  20. ^ Walraven, Jason M.; Trent, John O.; Hein, David W. (2008). «Структурно-функциональный анализ полиморфизмов отдельных нуклеотидов в человеческой N-ацетилтрансферазе 1». Обзоры метаболизма лекарств . 40 (1): 169–184. doi :10.1080 / 03602530701852917. PMC 2265210. PMID  18259988 – через Informa Healthcare. 
  21. ^ Унисса, Амируддин Нусрат; Суббиан, Сельвакумар; Ханна, Люк Элизабет; Сельвакумар, Нагамия (2016). «Обзор механизмов действия и устойчивости к изониазиду микобактерий туберкулеза». Инфекция, генетика и эволюция . 45 : 474–492. doi :10.1016/j.meegid.2016.09.004. ПМИД  27612406.
  22. ^ Патин, Э.; Баррейро, Л.Б.; Сабети, П.К.; и др. (2006). «Расшифровка древней и сложной эволюционной истории генов человеческой ариламин-N-ацетилтрансферазы». Am J Hum Genet . 78 (3): 423–436. doi :10.1086/500614. PMC 1380286. PMID  16416399 .