Aldehyddehydrogenas 3 familj, medlem A1

ALDH3A1
Tillgängliga strukturer PDB Ortologisk sökning: Lista över PDB-id-koder
Identifierare
	, ALDH3, ALDHIII, aldehyddehydrogenas 3 familjemedlem A1, Aldehyde dehydrogenas 3 familj, medlem A1
Externa IDs
Genplacering ( Human ) Chr. Band Start Slutet
Genplacering ( Mus ) Chr. Band Start Slutet
RNA uttrycksmönster Bgee Mänsklig Mus (ortolog) BioGPS
Genontologi Molekylär funktion Cellkomponent Biologisk process Källor: Amigo / QuickGO
Ortologer Arter Mänsklig Mus Entrez Ensembl UniProt RefSeq (mRNA) RefSeq (protein) Plats (UCSC) PubMed -sökning
Wikidata
Visa/redigera människa Visa/redigera mus

Aldehyddehydrogenas, dimert NADP-föredraget är ett enzym som hos människor kodas av ALDH3A1 -genen .

Aldehyddehydrogenaser oxiderar olika aldehyder till motsvarande syror. De är involverade i avgiftningen av alkoholhärledd acetaldehyd och i metabolismen av kortikosteroider , biogena aminer, neurotransmittorer och lipidperoxidation. Enzymet som kodas av denna gen bildar en cytoplasmatisk homodimer som företrädesvis oxiderar aromatiska aldehydsubstrat. Genen är lokaliserad inom Smith-Magenis syndrom på kromosom 17.

ALDH3A1-uttrycket är särskilt högt i hornhinnan hos däggdjursarter, vilket omfattar från 5 till 50 % av innehållet av lösligt protein, men är nästan frånvarande i hornhinnan hos andra ryggradsdjur.

Struktur och mekanism

ALDH3A1 bundet till NAD+

ALDH3A1 är en homodimer som består av alfaspiraler (43,8%), betablad (4,2%), p-loopvarv (28,2%) och slumpmässiga spolar (23,8%). Den katalytiska resten – Cys244 – är belägen på ett aktivt ställe som innehåller en Rossmann-veckning som binder enzymets kofaktor, NAD(P)+.

ALDH3A1:s katalytiska mekanism speglar den hos andra enzymer i familjen aldehyddehydrogenas. Svavelatomen i Cys244 angriper aldehydsubstratets karbonyl i en nukleofil attack som frisätter en hydridjon. Hydridjonen accepteras av NAD(P)+ bunden till Rossmann-vecket. Unika interaktioner mellan kofaktorn och Rossmann-vecket underlättar en isomerisering av enzymet som frisätter kofaktorn samtidigt som det aktiva ställets integritet bibehålls. En vattenmolekyl kommer in i det aktiva stället och aktiveras därefter av en glutamatrest. Det aktiverade vattnet attackerar sedan tioesterenzym-substratkomplexet i en nukleofil reaktion som regenererar det fria enzymet och frisätter motsvarande karboxylsyra.

Inblandning i lipidperoxidation

Stökiometrisk ekvation som representerar metabolismen av ett aldehydsubstrat genom ALDH3A1 med användning av NADP+ som en kofaktor

Elektroniska excitationer av alken och aromatiska funktionella grupper tillåter vissa nukleinsyror , proteiner , fettsyror och organiska molekyler att absorbera ultraviolett strålning (UVR). Måttlig UVR-exponering oxiderar specifika proteiner som så småningom fungerar som signalmedel för en rad metabola och inflammatoriska vägar. Överexponering för UVR kan å andra sidan vara skadligt för vävnaden. I närvaro av molekylärt syre leder UVR till bildandet av reaktiva syrearter (ROS) som är inblandade i många nedbrytningsvägar. I fallet med lipidperoxidation reagerar ROS med fleromättade fettsyror som är belägna i lipiddubbelskiktet i cellmembranet för att producera lipidradikaler. Dessa lipidradikaler förökar sig, skadar lipiddubbelskiktet ytterligare och producerar lipidhydroperoxider. Den slutliga nedbrytningen av lipidhydroperoxider frigör en mängd olika aldehyder , som på grund av sin stabilitet och förmåga att reagera cellulära nukleofiler är både cytotoxiska och genotoxiska till sin natur. ALDH3A1 spelar en avgörande roll i metabolismen av dessa aldehyder till deras motsvarande karboxylsyror i däggdjurshornhinna och saliv. 4-Hydroxynonenal (4HNE) – som ALDH3A1 metaboliserar med Vmax _på 27 754 mol NADPH/min•mg och en skenbar Km _på 362 mikromolar – är den vanligaste aldehyden som produceras i LPO av arakidonsyra och linolsyra . Dess stabilitet och flera reaktivitetsställen (kol-kol dubbelbindning, hydroxylgrupp och karbonyl) gör 4HNE till en potent hämmare av celltillväxt , enzymaktiviteter, kalciumbindning och proteinsyntes . Det är också involverat i konsumtionen av glutation och förändringen av signaltransduktion och genuttryck .

Roll i hornhinnan

Struktur som visar aminosyrarester som bryts ned under UVR-exponering. Visade är tryptofan -81, cystein -223, cystein -229, tryptofan -234, metionin -295 och metionin -366

ALDH3A1 utgör cirka 10-40% av det vattenlösliga proteinet i däggdjurshornhinnan . Direkt exponering för UVR och molekylärt syre gör hornhinnan mottaglig för ROS och 4HNE. Studier där kaniner transfekterades med gener som tillåter dem att överuttrycka mänsklig ALDH3A1 i sina hornhinnestromala fibroblaster dokumenterar ALDH3A1:s mest kritiska funktion är att skydda hornhinnan från oxidativ stress . I hornhinnan ALDH3A1: (1) förhindrar bildandet av 4-HNE-proteinaddukter som skulle hindra proteiners funktion; (2) är effektivare för att metabolisera 4-HNE än andra jämförbara medel såsom glutation (GSH); (3) skyddar hornhinnecellerna från 4-HNE-inducerad apoptos ; (4) minskar konsumtionen av GSH genom att lindra 4HNE GSH-addukter; (5) och lindrar 4-HNE:s hämning av 20S- proteasaktiviteten .

Självmordsreaktion på UVR

Men bara en bråkdel av den totala koncentrationen av ALDH3A1 i hornhinnan används för att metabolisera aldehyder . Denna observation har utlöst flera undersökningar av ALDH3A1:s roll bortom aldehydmetabolism. Även om den fullständiga omfattningen av ALDH3A1:s funktion ännu inte är fast etablerad, finns det starka bevis som tyder på att ALDH3A1 tjänar till att upprätthålla den cellulära redoxbalansen såväl som den strukturella integriteten och transparensen av hornhinnan. En studie visar att ALDH3A1 inte bara indirekt skyddar hornhinnan från UVR-inducerad oxidativ stress genom att metabolisera aldehyder, utan också skyddar vävnaden direkt, genom att konkurrerande absorbera UVR i ett "självmordssvar" som minskar skador på andra proteiner i hornhinnan. % procent av UVR som hornhinnan utsätts för absorberas av ADLH3A1. ALDH3A1:s absorption av UVR oxiderar flera viktiga aminosyrarester , vilket leder till konformationsförändringar som omvandlar alfa- och beta-arken till slumpmässiga spolar. Dessa konformationsförändringar lindrar i slutändan dimerstrukturen. Denna förlust av sekundär och tertiär struktur leder till proteinaggregation och fullständig förlust av enzymaktivitet . Peptidkartläggning och spektroskopiska experiment avslöjar att förlusten av aktivitet inte är ett resultat av Cys244-oxidation (som tillsammans med det aktiva stället förblir intakt under fotoexcitation), utan istället på grund av nedbrytningen av andra viktiga aminorester (främst metionin och tryptofan ). Dessa aminosyrarester bryts ned under oxidativ stress, vilket leder till bildandet av icke-reducerbara tvärbindningar som stabiliserar de lösliga aggregaten. Tryptofan oxideras till exempel dubbelt för att generera ROS såsom H ₂ O ₂ , som framkallar ytterligare oxidation och adduktion. Ändå säkerställer förekomsten av ALDH3A1 i hornhinnan att detta självmordssvar varken hindrar aldehydmetabolismen eller leder till bildningen av olösliga aggregat som skulle påverka hornhinnans transparens.

Katarakt i mänskligt öga

Konsekvenser av ALDH3A1-brist

Ytterligare klargörande av ALDH3A1:s roll i hornhinnan har tillhandahållits genom gen-knockout-studier där gener som kodar för ALDH3A1 togs bort från mössgenom. Det visade sig att ALDH3A1-nullmöss uppvisade lägre proteasomaktivitet, högre hastigheter av proteinnedbrytning/oxidation och högre GSH-, 4HNE- och malondialdehyd -proteinadduktnivåer - vilket alla bidrog till utvecklingen av grå starr och opaciteter i de subscapulara regionerna av hornhinnan inom en månads ålder. Dessa observationer på ALDH3A1-nullmöss bekräftar att ALDH3A1:s roll sträcker sig bortom enzymatisk metabolism; som omfattar funktioner för att upprätthålla den strukturella integriteten och transparensen av hornhinnan.

externa länkar

• Humant ALDH3A1- genomplacering och ALDH3A1- geninformationssida i UCSC Genome Browser .
• Översikt över all strukturell information som finns tillgänglig i det preliminära budgetförslaget för UniProt : P30838 (aldehyddehydrogenas, dimert NADP-föredraget) i det preliminära PDBe-KB .

Vidare läsning

•   Yoshida A (1993). "Molekylär genetik av humant aldehyddehydrogenas". Farmakogenetik . 2 (4): 139–47. doi : 10.1097/00008571-199208000-00001 . PMID 1306115 .
•   Vasiliou V, Bairoch A, Tipton KF, Nebert DW (2000). "Eukaryota aldehyddehydrogenas (ALDH) gener: mänskliga polymorfismer och rekommenderad nomenklatur baserad på divergerande evolution och kromosomal kartläggning". Farmakogenetik . 9 (4): 421–34. PMID 10780262 .
•    Eckey R, Timmann R, Hempel J, et al. (1991). "Biokemisk, immunologisk och molekylär karakterisering av ett "högt Km" aldehyddehydrogenas". Adv. Exp. Med. Biol . Framsteg inom experimentell medicin och biologi. 284 : 43–52. doi : 10.1007/978-1-4684-5901-2_6 . ISBN 978-1-4684-5903-6 . PMID 1905102 .
•    Yin SJ, Vagelopoulos N, Wang SL, Jörnvall H (1991). "Strukturella egenskaper hos magaldehyddehydrogenas skiljer dimert aldehyddehydrogenas som ett "variabelt" enzym. "Variabla" och "konstanta" enzymer inom alkohol- och aldehyddehydrogenasfamiljerna. " FEBS Lett . 283 (1): 85–8. doi : 10.1016/0014-5793(91)80559-L . PMID 2037078 . S2CID 40581255 .
•    Santisteban I, Povey S, West LF, et al. (1986). "Kromosomtilldelning, biokemiska och immunologiska studier på ett humant aldehyddehydrogenas, ALDH3". Ann. Brum. Genet . 49 (Pt 2): 87–100. doi : 10.1111/j.1469-1809.1985.tb01680.x . PMID 4073832 . S2CID 40029910 .
•   Teng YS (1981). "Masaldehyddehydrogenas: rapport om ett nytt lokus". Brum. Här . 31 (2): 74–7. doi : 10.1159/000153181 . PMID 7228061 .
•   Dyck LE (1995). "Polymorfism av ett klass 3-aldehyddehydrogenas som finns i mänsklig saliv och i hårrötter". Alkohol. Clin. Exp. Res . 19 (2): 420–6. doi : 10.1111/j.1530-0277.1995.tb01525.x . PMID 7625577 .
•   Maruyama K, Sugano S (1994). "Oligo-capping: en enkel metod för att ersätta lockstrukturen för eukaryota mRNA med oligoribonukleotider". Gene . 138 (1–2): 171–4. doi : 10.1016/0378-1119(94)90802-8 . PMID 8125298 .
•    Hsu LC, Yoshida A (1993). "Människans magaldehyddehydrogenas, ALDH3". Adv. Exp. Med. Biol . Framsteg inom experimentell medicin och biologi. 328 : 141–52. doi : 10.1007/978-1-4615-2904-0_16 . ISBN 978-1-4613-6259-3 . PMID 8493892 .
•   Rogers GR, Markova NG, De Laurenzi V, et al. (1997). "Genomisk organisation och uttryck av genen för humant fettaldehyddehydrogenas (FALDH)" . Genomik . 39 (2): 127–35. doi : 10.1006/geno.1996.4501 . PMID 9027499 .
•    Tsukamoto N, Chang C, Yoshida A (1997). "Mutationer associerade med Sjögren-Larssons syndrom". Ann. Brum. Genet . 61 (Pt 3): 235–42. doi : 10.1046/j.1469-1809.1997.6130235.x . PMID 9250352 . S2CID 26756621 .
•   Suzuki Y, Yoshitomo-Nakagawa K, Maruyama K, et al. (1997). "Konstruktion och karakterisering av ett fullängdsanrikat och ett 5'-ändsanrikat cDNA-bibliotek". Gene . 200 (1–2): 149–56. doi : 10.1016/S0378-1119(97)00411-3 . PMID 9373149 .
•   Rekha GK, Devaraj VR, Sreerama L, et al. (1998). "Hämning av humant klass 3 aldehyddehydrogenas och sensibilisering av tumörceller som uttrycker betydande mängder av detta enzym mot oxazafosforiner, av klorpropamidanaloger". Biochem. Pharmacol . 55 (4): 465–74. doi : 10.1016/S0006-2952(97)00475-9 . PMID 9514081 .
•    Simpson JC, Wellenreuther R, Poustka A, et al. (2001). "Systematisk subcellulär lokalisering av nya proteiner identifierade genom storskalig cDNA-sekvensering" . EMBO Rep . 1 (3): 287–92. doi : 10.1093/embo-reports/kvd058 . PMC 1083732 . PMID 11256614 .
•   Rodriguez-Zavala JS, Weiner H (2002). "Strukturella aspekter av aldehyddehydrogenas som påverkar dimer-tetramerbildning". Biokemi . 41 (26): 8229–37. doi : 10.1021/bi012081x . PMID 12081471 .
•   Yang M, Coles BF, Delongchamp R, et al. (2003). "Effekter av ADH3, CYP2E1 och GSTP1 genetiska polymorfismer på deras uttryck i kaukasisk lungvävnad". Lungcancer . 38 (1): 15–21. doi : 10.1016/S0169-5002(02)00150-2 . PMID 12367788 .