Kolesterol 24-hidroksilaz - Cholesterol 24-hydroxylase

Kolesterol-24 hidroksilaz
Protein CYP46A1 PDB 2Q9F.png
Kolesterol-24 hidrokslazın (CYP46A1) yapısı Homo sapiens. PDB'nin PyMOL görüntülemesine göre 2Q9F​.
Tanımlayıcılar
EC numarası1.14.13.98
Veritabanları
IntEnzIntEnz görünümü
BRENDABRENDA girişi
ExPASyNiceZyme görünümü
KEGGKEGG girişi
MetaCycmetabolik yol
PRIAMprofil
PDB yapılarRCSB PDB PDBe PDBsum

Kolesterol 24-hidroksilaz (EC 1.14.13.98 ), aynı zamanda yaygın olarak kolesterol 24S-hidroksilaz, kolesterol 24-monooksijenaz, CYP46veya CYP46A1, bir enzim o katalizler dönüşümü kolesterol -e 24S-hidroksikolesterol. İnsandaki kolesterol döngüsünün çoğundan sorumludur. Merkezi sinir sistemi.[1] sistematik isim bu enzim sınıfının kolesterol, NADPH: oksijen oksidoredüktaz (24-hidroksilleme).

Bu enzim, sitokrom P450 (CYP) enzimlerin süper ailesi. Kolesterol üzerinde etkili olan diğer birçok CYP enzimi gibi, kolesterol-24 hidroksilaz da monooksijenaz kolesterolün yan zincirini hidroksile eden.[2]

Çünkü 24S-hidroksikolesterol daha fazla kutup kolesterolden daha kolay geçebilir. Kan beyin bariyeri beyinden çıkıp kan dolaşımına geçmesi, daha sonra daha da bozunması için karaciğere gidebilmesi.[3][4] Bu enzim ayrıca düşük miktarlarda bulunmuştur. retina, aynı işlevi daha az bir dereceye kadar gerçekleştirdiği yerde.[5]

Kodlama geninin (CYP46A1) genetik klonlaması ilk olarak 1999'da gerçekleştirildi ve kapsamlı bir E. coli ekspresyon ve saflaştırma sistemi daha sonra 2003 yılında geliştirilmiştir.[2][6]

Moleküler yapı

İnsan kolesterol-24 hidroksilazının enzimatik yapısı, kristalografi -de Stanford Synchrotron Radyasyon Işık Kaynağı ve 57kDa (500 kalıntı) monomerik olduğu gösterilmiştir hem bağlı protein içeren endoplazmik retikulum nöronlarda.

Kolesterol-24 hidroksilaz aktif bölgesi ve bağlı kolesterol 3-sülfatlı heme molekülü. Kolesterolün alifatik kuyruğu ile etkileşime giren hidrofobik kalıntılar beyaz olarak etiketlenmiştir. PDB 2Q9F'den pyMOL'de oluşturuldu

Kolesterol-24 hidroksilaz, yapı olarak diğer birçok sitokrom P450'ye benzer, örneğin N-terminalinde bir transmembran ankraj alanını oluşturan 23 hidrofobik kalıntının korunmuş uzantısına sahiptir (kalıntı 3-27).[7]

Kırmızı ile gösterilen aktif bölge yerleşimi ile kolester-24 hidroksilaz (CYP46A1). PDB 2Q9F'den pyMOL'de oluşturuldu.

Yine de, kolesterol-24 hidroksilaz C-terminalinin benzersiz bir prolin 5 tekrarlanan prolin kalıntısının zengin bölgesi, diğer tüm ilgili sitokrom p450 enzimlerinde bulunmayan yapısal bir motif. Bu prolin kalıntılarının tam işlevi oldukça spekülatif kalırken, bu bölgenin silinmesinin enzimin katalitik veriminde iki katlık bir düşüşe neden olduğu gösterilmiştir.[8]

Kolesterolün bağlanması, enzimatik bir konformasyonel değişikliğe ve ardından aktif bölgenin kolesterol molekülü etrafındaki indüklenmiş bir uyumuna neden olarak hidroksilasyon bölgesini (C-24, C-25) enzimin katalitik merkezinin yakınına (demir çekirdekten 5,7) tutturur. oksferril ara maddelerinin kolesterol hidroksilasyonunu gerçekleştirmesine izin vermek için hem molekülünün B'-C halkası olarak bilinen bir halka bölgesi, kolesterol molekülünün aktif bölge içinde konumlandırılmasına katkıda bulunan, kolesterol-24 hidroksilaza özgü bir dizi 5 kalıntıya (kalıntı 116-120) sahiptir. Tek bir kolesterol molekülü, kolesterolün alifatik kuyruğu aşağıdaki hidrofobik kalıntılarla etkileşime girerek yerinde tutularak aktif bölgenin tamamını kaplar: Phe-121, Val-126, Ile-301, Ala-302, Ala-367 , Thr-475. Aktif siteye, iki sarmal (B 've F) ve β1-yaprak tarafından oluşturulan tek bir giriş yoluyla erişilir.[8]

Bilinen yok allosterik düzenleyici Siteler.

Enzim mekanizması

Kolesterol-24 hidroksilaz mekanizması. Heme molekülü, kolesterolden bir hidrojeni ayıran bir oksifiril ara ürünü oluşturur. Sonraki alkil ara ürünü daha sonra nihai ürünü oluşturmak için aktive oksijen ile reaksiyona girer.[9][10]

Kolesterol-24 hidroksilaz, aşağıdaki reaksiyonu katalize eder:

kolesterol + NADPH + H+ + O2 (24S) -24-hidroksikolesterol + NADP+ + H2Ö

4 substratlar bu enzimin kolesterol, NADPH, H+, ve Ö2 ve onun 3 Ürün:% s vardır 24S-hidroksikolesterol, NADP+, ve H2Ö.[11]

Diğer tüm sitokrom P450'ler gibi, kolesterol-24 hidroksilaz, hidroksilat kolesterol için bir oksferril ara maddesi kullanır. Oksferril radikali, karbon-24'ten hidrojeni alarak bir alkil radikal ara ürün. Kolesterol alkil radikali daha sonra heme üzerindeki aktif oksijen ile birleşerek 24S-hidroksikolesterol oluşturur.[9][10]

Fonksiyon

Kolesterol-24 hidroksilaz, kolesterolün beyinden karaciğere atılmasına izin vermek için kolesterolü karbon-24 ila 24S-hidroksikolesterolde hidroksile ederek beyin kolesterol homeostazına katkıda bulunur.[11] Ancak, bu enzim tarafından günlük olarak sadece yaklaşık 6-7 mg kolesterol hidroksillenmektedir ve bu da alternatif fonksiyonların varlığını düşündürmektedir - şu anda bilinmemektedir. Laboratuvar ortamında deneyler ayrıca 24S-hidroksikolesterolü 24,25- ve 24,27-dihidroksikolesterollere daha fazla metabolize edebildiğini göstermiştir.[1]

Kolesterol-24 hidroksilaz, uzatılmış steroid zincirleri, kolesterol türevleri ve çeşitli ilaç adayları dahil olmak üzere çeşitli olası substratlara sahiptir.[12][13] Bu nedenle, beyindeki lipid metabolizmasında kolesterol parçalanmasının ötesinde bir rol oynaması da muhtemeldir. Çünkü 24S-hidroksikolesterol (bu enzimin ana ürünü) oksisterolün ana aktivatörüdür. karaciğer X reseptörleri (LXR), kolesterol-24 hidroksilazın karaciğerdeki lipid metabolizmasında dolaylı bir düzenleyici rol oynaması mümkündür.[2][14] 24S-hidroksikolesterol, beyindeki kolesterol sentezi oranını da düzenler ve 24S-hidroksikolesterolün aşağıdaki kolesterol sentez enzimlerinin mRNA seviyelerini düşürdüğü gösterilmiştir: HMG CoA redüktaz, skualen sentaz, ve FPP sentaz.[15]

Klinik önemi

Kolesterol-24 hidroksilazın değişken ekspresyonu, hastalığın başlangıcına bağlanmıştır. Alzheimer hastalığı (AD) insanlarda. Çalışmalar, AD hastalarında, kolesterol-24 hidroksilaz ekspresyonunun önemli ölçüde azaldığını göstermiştir. nöronlar.[16] Sonuç olarak, beyin dokusunda belirgin bir kolesterol artışı olur,[17] AD hastalarında gözlemlenen eğilim ile tutarlı.

Kolesterol-24 hidroksilaz tarafından metabolize edilen substratlar. Kırmızı kutu bir liste içerir ksenobiyotikler enzim metabolize olabilir. Mavi reaksiyonlar, kolesterol homeostazını sürdürmenin bir parçası olarak beyinde yaygın olarak gözlemlenir.

AD'deki nöron bozunması genellikle kolesterol homeostazındaki dengesizliğe atfedilmiştir ve birçok bilim adamı, kolesterol-24 hidroksilazın düşük ekspresyonunun bu dengesizliğin ana nedeni olabileceğini varsaymaktadır.

Öte yandan, nöronlarda ekspresyon azalması varken, AD'li hastaların ekspresyonunda zıt bir artış vardır. astrositler sonuçta ürün birikmesi olduğunda 24S-hidroksikolesterol.[18] Son çalışmalar, astrositlerdeki 24S-hidroksikolesterol düzeylerinin artmasının, glial glutamat taşıyıcılarının (EAAT2) kaybına ve bunun sonucunda da kan kaybına yol açabileceğini göstermiştir. glutamat AD hastalarında görülen başka bir yaygın semptom olan beyindeki alım işlevi.[19]

Yine de, kolesterol-24 hidroksilaz ekspresyon seviyeleri ile Alzheimer Hastalığı arasındaki bağlantı tartışmalıdır. Bazı araştırmalar bunu gösteriyor olsa da polimorfizmler kolesterol-24 hidroksilaz için kodlama geninde AD başlangıcı ile pozitif bir korelasyon vardır, diğer yayınlar böyle bir ilişki bulamamıştır.[20][21] Travmatik beyin hasarı olan hastalarda artmış kolesterol-24 hidroksilaz ekspresyonu da gözlenmiştir, bu da plazma membranında azalmış kolesterol seviyelerine yol açmıştır. Bunun beynin yaralanmaya verdiği tipik tepki olduğu varsayılmaktadır.[15]

Kolesterol-24 hidroksilaz, geniş substrat özgüllüğü nedeniyle birçok ilaç tarafından kolayca inhibe edilir. Metabolize olduğu gösterilmiştir Bufuralol, progesteron, Dekstrometorfan metoksi resorufin, kortizol, Diklofenak, Fenasetin, ve testosteron.[13] Çeşitli ksenobiyotikler tarafından inhibisyon yeteneği, bu enzimi AD veya diğer beyin yaralanmaları için ilaç tedavisi için birincil aday yapar.

Referanslar

  1. ^ a b Russell DW; Halford RW; Ramirez DMO; Shah R; Kotti T (2009). "Kolesterol 24-hidroksilaz: beyindeki kolesterol döngüsünün bir enzimi". Biyokimyanın Yıllık Değerlendirmesi. 78: 1017–1040. doi:10.1146 / annurev.biochem.78.072407.103859. PMC  2837268. PMID  19489738.
  2. ^ a b c Pikuleva IA (Nisan 2006). "Kolesterolü metabolize eden sitokromlar P450". İlaç Metabolizması ve Eğilimi. 34 (4): 513–520. doi:10.1124 / dmd.105.008789. PMID  16434543.
  3. ^ Pikuleva IA (Aralık 2006). "Sitokrom P450'ler ve kolesterol homeostazı". Farmakoloji ve Terapötikler. 112 (3): 761–773. doi:10.1016 / j.pharmthera.2006.05.014. PMID  16872679.
  4. ^ Russell DW (2003). "Safra asidi sentezinin enzimleri, düzenlenmesi ve genetiği". Annu. Rev. Biochem. 72: 137–74. doi:10.1146 / annurev.biochem.72.121801.161712. PMID  12543708.
  5. ^ Bretillon L; Diczfalusy U; Bjorkhem I; Maire MA; Martine L; Joffre C; Acar N; Bron A; Creuzot-Garcher C (Nisan 2007). "Kolesterol-24S-hidroksilaz (CYP46A1) spesifik olarak nöral retinanın nöronlarında eksprese edilir". Güncel Göz Araştırması. 32 (4): 361–366. doi:10.1080/02713680701231857. PMID  17453958.
  6. ^ Lund EG, Guileyardo JM, Russell DW (1999). "Beyindeki kolesterol homeostazının bir aracı olan kolesterol 24-hidroksilazın cDNA klonlaması". Proc. Natl. Acad. Sci. AMERİKA BİRLEŞİK DEVLETLERİ. 96 (13): 7238–43. Bibcode:1999PNAS ... 96.7238L. doi:10.1073 / pnas.96.13.7238. PMC  22064. PMID  10377398.
  7. ^ Direk N; Andersson U; Nakayama K; Bjorkhem I; Pikuleva IA (Ağustos 2004). "Escherichia coli'de insan sitokrom P450 46A1'in ifadesi: N- ve C-terminal modifikasyonlarının etkileri". Arch. Biochem. Biophys. 428 (1): 99–108. doi:10.1016 / j.abb.2004.05.012. PMID  15234274.
  8. ^ a b Direk N; Beyaz MN; Bjorkhem I; Johnson EF; Stout CD; Pikuleva IA (Temmuz 2008). "Beyindeki temel kolesterol hidroksilaz olan substrata bağlı ve substrat içermeyen sitokrom P450 46A1'in kristal yapıları". Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri. 105 (28): 9546–9551. Bibcode:2008PNAS..105.9546M. doi:10.1073 / pnas.0803717105. PMC  2474539. PMID  18621681.
  9. ^ a b Munro AW; Girvan HM; McLean KJ (Haziran 2007). "Bir (t) heme üzerindeki varyasyonlar - sitokrom P450 süper ailesindeki yeni mekanizmalar, redoks ortakları ve katalitik fonksiyonlar". Doğal Ürün Raporları. 24 (3): 585–609. doi:10.1039 / b604190f. PMID  17534532.
  10. ^ a b Ortiz de Montellano PR (Şubat 2010). "Sitokrom P450 enzimleriyle hidrokarbon hidroksilasyonu". Kimyasal İncelemeler. 110 (2): 932–948. doi:10.1021 / cr9002193. PMC  2820140. PMID  19769330.
  11. ^ a b Lund EG, Xie C, Kotti T, Turley SD, Dietschy JM, Russell DW (2003). "Farelerde kolesterol 24-hidroksilaz geninin devre dışı bırakılması, beyne özgü bir kolesterol değişim mekanizmasını ortaya çıkarır". J. Biol. Kimya. 278 (25): 22980–8. doi:10.1074 / jbc.M303415200. PMID  12686551.
  12. ^ Pikuleva IA; Norcross, R; Andersson, U; Shou, M; Nakayama, K; Bjorkhem, I; Pikuleva, IA (2003). "Beyinde kolesterol bozulmasını başlatan insan sitokrom P450 46A1'in geniş substrat özgüllüğü". Biyokimya. 42 (48): 14284–92. doi:10.1021 / bi035512f. PMID  14640697.
  13. ^ a b Direk N; Charvet C; Pikuleva IA; Stout CD (Ekim 2010). "Beyindeki kolesterol döngüsünü kontrol eden bir enzim olan CYP46A1'e ilaç bağlanmasının yapısal temeli". Biyolojik Kimya Dergisi. 285 (41): 31783–31795. doi:10.1074 / jbc.M110.143313. PMC  2951250. PMID  20667828.
  14. ^ Shafaati M; Olin M; Bavner A; Pettersson H; Rozell B; Meaney S; Parini P; Bjorkhem I (Ekim 2011). "24S-hidroksikolesterolün gelişmiş üretimi, in vivo karaciğer X reseptörü hedef genlerini harekete geçirmek için yeterli değildir". İç Hastalıkları Dergisi. 270 (4): 377–387. doi:10.1111 / j.1365-2796.2011.02389.x. PMID  21486371.
  15. ^ a b Cartagena CM; Burns MP; GW'yi yeniden kontrol edin (Mart 2010). "Lipid metabolizması genleri üzerindeki 24S-hidroksikolesterol etkileri, travmatik beyin hasarında modellenmiştir". Beyin Araştırması. 1319: 1–12. doi:10.1016 / j.brainres.2009.12.080. PMC  2826556. PMID  20053345.
  16. ^ Winblad B, Russell DW, Bjorkhem I (2001). "Alzheimer hastalarında beyin kolesterolünün dönüşü hakkında. Glial hücrelerde kolesterol-katabolik enzim CYP46'nın anormal indüksiyonu". Neurosci. Mektup. 314 (1–2): 45–8. doi:10.1016 / S0304-3940 (01) 02277-7. PMID  11698143.
  17. ^ Desai P; DeKosky ST; Kamboh MI (Ağustos 2002). "Kolesterol 24-hidroksilaz (CYP46) genindeki genetik varyasyon ve Alzheimer hastalığı riski". Sinirbilim Mektupları. 328 (1): 9–12. doi:10.1016 / s0304-3940 (02) 00443-3. PMID  12123847.
  18. ^ Kahverengi J; Theisler C; Silberman S; Magnuson D; Gottardi-Littell N; Lee JM; Yager D; Crowley J; Sambamurti K; Rahman MM; Reiss AB; Eckman CB; Wolozin B (Ağustos 2004). "Alzheimer hastalığında kolesterol hidroksilazların farklı ifadesi". Biyolojik Kimya Dergisi. 279 (33): 34674–34681. doi:10.1074 / jbc.M402324200. PMID  15148325.
  19. ^ Tian G; Kong Q; Lai L; Ray-Chaudhury A; Lin CLG (Mayıs 2010). "Kolesterol 24S-hidroksilazın artan ekspresyonu, glial glutamat taşıyıcı EAAT2'nin lipit salları ile ilişkisinin bozulmasına neden olur: Alzheimer hastalığında potansiyel bir rol". Nörokimya Dergisi. 113 (4): 978–989. doi:10.1111 / j.1471-4159.2010.06661.x. PMC  3010752. PMID  20193040.
  20. ^ Kolsch H; Lutjohann D; Ludwig M; Schulte A; Ptok U; Jessen F; von Bergmann K; Rao ML; Maier W; Heun R (2002). "Kolesterol 24S-hidroksilaz genindeki polimorfizm, Alzheimer hastalığı ile ilişkilidir". Moleküler Psikiyatri. 7 (8): 899–902. doi:10.1038 / sj.mp.4001109. PMID  12232784.
  21. ^ Ma SL; Tang NLS; Lam LCW; Chiu HFK (Mart 2006). "Kolesterol 24-hidroksilaz (CYP46A1) geninin polimorfizmleri ve bir Çin popülasyonunda Alzheimer hastalığı riski". Uluslararası Psikogeriatri / IPA. 18 (1): 37–45. doi:10.1017 / S1041610205003108. PMID  16734927.

Dış bağlantılar