Декарбоксилаза ароматических L -аминокислот ( AADC или AAAD ), также известная как декарбоксилаза DOPA ( DDC ), триптофандекарбоксилаза и 5-гидрокситриптофандекарбоксилаза , представляет собой лиазный фермент ( EC 4.1.1.28), расположенный в области 7p12.2-p12. 1.
В качестве кофактора фермент использует пиридоксальфосфат (PLP), активную форму витамина B6 . PLP важен для механизма декарбоксилирования в AADC. В активном ферменте PLP связан с лизином -303 AADC в качестве основания Шиффа . При связывании субстрата Lys-303 замещается амином субстрата . Это помещает карбоксилат субстрата в активный центр так, что декарбоксилирование становится предпочтительным. Декарбоксилирование субстрата приводит к образованию хиноноидного промежуточного продукта, который впоследствии протонируется с образованием аддукта основания Шиффа с PLP и декарбоксилированного продукта. Затем Lys-303 может регенерировать исходное основание Шиффа, высвобождая продукт, сохраняя при этом PLP. [2]
При исследовании декарбоксилирования, катализируемого PLP, было обнаружено, что между субстратами существует разница в концентрации и зависимости pH . ДОФА оптимально декарбоксилируется при рН 6,7 и концентрации ПЛП 0,125 мМ, тогда как условиями оптимального декарбоксилирования 5-HTP оказались pH 8,3 и 0,3 мМ ПЛП. [3]
Декарбоксилаза ароматических L-аминокислот активна в виде гомодимера . До добавления кофактора пиридоксальфосфата апофермент существует в открытой конформации. При связывании кофактора происходит большая структурная трансформация, поскольку субъединицы сближаются и закрывают активный сайт. Это конформационное изменение приводит к образованию активной закрытой голофермента. [4]
На мышиных моделях с дефицитом PLP было замечено, что уровни дофамина существенно не отклоняются от образцов с добавлением PLP; однако концентрация серотонина в модели мозга с дефицитом была значительной. Этот переменный эффект дефицита PLP указывает на возможные изоформы AADC с различной субстратной специфичностью в отношении ДОФА и 5-HTP. Диализные исследования также показывают, что потенциальная изоформа, ответственная за декарбоксилирование ДОФА, имеет большую аффинность связывания с ПЛП, чем 5-HTP декарбоксилаза. [3]
Регуляция AADC, особенно в отношении декарбоксилирования L-ДОФА, широко изучена. AADC имеет несколько консервативных сайтов узнавания протеинкиназы A (PKA) и протеинкиназы G , причем все остатки S220, S336, S359, T320 и S429 являются потенциальными акцепторами фосфата. Исследования in vitro подтвердили, что PKA и PKG могут фосфорилировать AADC, вызывая значительное увеличение активности. [5] [6] Кроме того, было показано, что антагонисты дофаминовых рецепторов увеличивают активность AADC на моделях грызунов, в то время как активация некоторых дофаминовых рецепторов подавляет активность AADC. [7] Такая регуляция, опосредованная рецептором, является двухфазной, с начальной кратковременной активацией, за которой следует долгосрочная активация. Считается, что краткосрочная активация происходит посредством активации киназы и последующего фосфорилирования AADC, тогда как чувствительность долгосрочной активации к ингибиторам трансляции белков предполагает регуляцию транскрипции мРНК . [8]
AADC катализирует несколько различных реакций декарбоксилирования : [9]
Однако некоторые из этих реакций, по-видимому, не имеют большого или какого-либо биологического значения. Например, гистамин биосинтезируется строго с помощью фермента гистидиндекарбоксилазы у людей и других организмов. [10] [11]
При нормальном синтезе нейротрансмиттеров дофамина и серотонина (5-НТ) AADC не является лимитирующей стадией ни в одной из реакций. Однако AADC становится лимитирующей стадией синтеза дофамина у пациентов, получающих L -ДОФА (например, при болезни Паркинсона ), и лимитирующей стадией синтеза серотонина у людей, получающих 5-HTP (например, при легкой депрессии или дистимия ). [ нужна цитация ] AADC ингибируется карбидопой за пределами гематоэнцефалического барьера , чтобы ингибировать преждевременное превращение L -ДОФА в дофамин при лечении болезни Паркинсона .
У людей AADC также является ферментом, лимитирующим скорость образования следовых аминов . Дефицит декарбоксилазы ароматических L-аминокислот связан с различными симптомами, такими как тяжелая задержка развития, глазные кризы и вегетативная дисфункция. Молекулярный и клинический спектр дефицита AAAC неоднороден. Первый случай дефицита AADC был описан у братьев-близнецов в 1990 году. Пациентов можно лечить агонистами дофамина , ингибиторами МАО и пиридоксином ( витамином B6 ) . [15] Клинический фенотип и ответ на лечение варьируются, а долгосрочные и функциональные результаты неизвестны. Чтобы обеспечить основу для улучшения понимания эпидемиологии, корреляции генотип-фенотип и исходов этих заболеваний, их влияния на качество жизни пациентов, а также для оценки диагностических и терапевтических стратегий, некоммерческой Международной рабочей группой по Расстройства, связанные с нейротрансмиттерами (iNTD). [16]
Иммуногистохимические исследования показали, что AADC экспрессируется в различных типах нейрональных клеток, таких как серотонинергические и катехоламинергические нейроны. Нейроны, которые экспрессируют AADC, но не считаются классическими моноаминергическими клеточными нейронами, называются D-клетками. Клетки, иммунореактивные в отношении AADC, также были обнаружены в стволе мозга человека . Эти клетки включают пигментированные меланином клетки, которые обычно обозначаются как катехоламинергические, а также могут быть серотонинергическими. Сообщается о значительной локализации дофаминергических клеток, которые также иммунореактивны в отношении AADC, в черной субстанции , вентральной покрышке и мезэнцефалической ретикулярной формации . В отличие от предыдущих отчетов о моделях на животных, неаминергические (D-клетки) вряд ли будут наблюдаться в человеческом мозге. [17]
Ген , кодирующий фермент, называемый DDC, расположен на хромосоме 7 у человека. [18] Он состоит из 15 экзонов , кодирующих белок из 480 аминокислот . [19] Однонуклеотидные полиморфизмы и другие вариации генов были исследованы в связи с нервно-психическими расстройствами , например, делеция одной пары оснований в положении 601 и делеция пары четырех оснований в экзоне 1 в отношении биполярного расстройства [ 19] 20] и аутизм . Никакой прямой корреляции между вариациями генов и аутизмом обнаружено не было. [21]
Более 50 мутаций DDC коррелируют с дефицитом AADC [22]. Это состояние наиболее распространено в Азии, предположительно из-за эффекта основателя . [23]
Были обнаружены альтернативные события и промоторы сплайсинга , которые приводят к различным формам фермента AADC. Уникальное использование определенных промоторов приводит к транскрипции только первого экзона с образованием вненейрональной изоформы , а сплайсинг экзона 3 приводит к образованию продукта, лишенного ферментативной активности. Анализы образцов свиней выявили две изоформы AADC – возникшие в результате исключения экзона 5 и экзонов 5 и 6 – у которых отсутствует часть декарбоксилирующего домена. [19]