Alfa-tubulin N-acetyltransferas

Identifierare
EG nr. 2.3.1.108
CAS-nr. 99889-90-4
Databaser
IntEnz IntEnz-vy
BRENDA BRENDA inträde
ExPASy NiceZyme-vy
KEGG KEGG inträde
MetaCyc Metabolisk väg
PRIAM profil
PDB- strukturer RCSB PDB PDBe PDB summa
Genontologi AmiGO / QuickGO
Sök
PMC artiklar
PubMed artiklar
NCBI proteiner

Inom enzymologi är ett alfa-tubulin N-acetyltransferas ( EC 2.3.1.108 ) ett enzym som kodas av ATAT1-genen.

Detta enzym tillhör familjen transferaser , speciellt de acyltransferaser som överför andra grupper än aminoacylgrupper. Det systematiska namnet på denna enzymklass är acetyl-CoA:[alfa-tubulin]-L-lysin N6-acetyltransferas . Andra namn i vanlig användning inkluderar alfa-tubulin acetylas , αTAT , ATAT1, TAT, alfa-TAT, alfa-tubulin acetyltransferas , tubulin N-acetyltransferas , acetyl-CoA: alfa-tubulin-L-lysin N-acetyltransferas och acetyl-CoA :[alfa-tubulin]-L-lysin 6-N-acetyltransferas .

Proteininformation Värde
Molekylär massa 46810 Da
Storlek (Aminosyrastorlek) 421 aminosyror
Enzymatisk aktivitetsegenskaper
Kinetiska indikatorer Värde
Km för gratis alfa-tubulin 2,0 μM
Km för polymeriserat tubulin 1,6 μM
Km för acetyl-CoA 2,2 μM
Kcat för acetylering av polymeriserat tubulin 2,2 h −1
Kcat för acetylering av fritt tubulin 0,35 h −1
Kcat med acetyl-CoA 1.47 h −1

Strukturera

Primär

Detta protein har en längd på 421 aminosyror, bland vilka vi måste lyfta fram Glutamin nummer 58 (Gln eller Q), som är avgörande för katalytisk aktivitet.

Sekundär

ATAT1 har 8 α-helix , 10 β-strängar och ett varv. Men bara hälften av proteinet har en definierad sekundär konformation. Resten av detta protein är i sig störd.

ATAT1 Sekundär struktur
Representation av kristallstrukturen hos humant αTAT1-acetyl-CoA-komplex

Domäner

ATAT1 är inte ett modulärt protein eftersom det bara har en domän lokaliserad från den första aminosyran till etthundranittio.

Regioner

Det måste markeras två viktiga regioner av ATAT1 (124-137 och 160-269), eftersom det är här där förbindelsepunkter med Acetyl-coA är.

Nyligen antyder studier som beskriver kristallstrukturen hos ATAT1 att resterna 196 till 236 av human ATAT1 (där acetylerade lysiner K210 och K221 finns) är oordnade och inte bidrar signifikant till katalytisk aktivitet. Däremot är acetylerade rester K56 och K146 båda inom den katalytiska domänen (al- och α3-helixar, respektive) och nära acetyl CoA-bindningsstället, vilket antyder att dessa rester kan fungera som en mellanprodukt för överföringen av acetylgruppen . Ytterligare strukturella data med autoacetyleringsmutanter behövs dock för att helt förstå denna mekanism och för att testa möjligheten till konformationsförändringar orsakade av ATAT1 autoacetylering.

Aktiv sida

ATAT1 innehåller en konserverad ytficka nära det aktiva stället som till stor del består av hydrofoba och basiska rester, som sannolikt kompletterar den sura slingan som innehåller α-tubulin K40. Proteinets aktiva ställe innehåller flera konserverade rester som potentiellt skulle kunna fungera som allmänna baser i reaktionen: glutamin 58 (Q58), cystein (C120) och asparaginsyra 157 (D157).

Isoformer

ATAT1 presenterar sju olika isoformer på grund av alternativ splitsning, en process som består i kombinationen av exoner under slutet av transkriptionsprocessen. Följaktligen kan mer tan en budbärar-RNA produceras från en enda gen.

De olika isoformerna är:

  • Isoform 1
    Primär struktur isoform 1

Isoform 1 är känd som den kanoniska sekvensen. Detta betyder att förändringarna i de andra isoformerna kommer att vara relaterade till denna speciella sekvens av aminosyror.

  • Isoform 2

Isoform 2 skiljer sig från isoform 1, eftersom sekvensen av aminosyrorna 1-12 saknas och sekvensen från den 13:e till den 36:e aminosyran laddas med följande: MWLTWPFCFLTITLREEGVCHLES

  • Isoform 3

Är ganska lik den kanoniska sekvensen, de enda skillnaderna är att aminosyrornas sekvens i 195:e-218:e positionen (RPPAPSLRATRHSRAAAVDPTPAA) ersätts av prolin (P).

Längd och massa av ATAT1:s isoformer
  • Isoform 4

Isoform 4 skiljer sig från den kanoniska sekvensen eftersom sekvensen av aminosyrorna 323-333 från den kanoniska kedjan (RGTPPGLVAQS) har ersatts av en annan sekvens (SSLPRSEESRY). Dessutom saknas sekvensen av aminosyrorna 334-421.

  • Isoform 5

I detta fall skiljer sig isoform 5 från den kanoniska sekvensen eftersom sekvensen av aminosyrorna 324-421 har eliminerats.

  • Isoform 6

Isoform 6 är förmodligen den isoform som skiljer sig mest från den kanoniska sekvensen. Sekvensen av aminosyrorna 195-218 (RPPAPSLRATRHSRAAAVDPTPAA) ersätts av prolin (P), precis som i isoform 3; sekvensen 323-333 (RGTPPGLVAQS) ändras av (SSLPRSEESRY) och sekvensen av aminosyrorna 334-421 saknas, precis som i isoform 4.

  • Isoform 7

Skillnaden mellan isoform 7 och den kanoniska sekvensen är att sekvensen av aminosyror i 195:e-218:e positionerna (RPPAPSLRATRHSRAAAVDPTPAA) har ändrats av prolin (P) och även sekvensen 334-421 saknas.

Molekylär funktion

Acetyleringsreaktion av K40-lysin i alfa-tubulin, katalyserad av ATAT1. Acetylgruppen i Acetyl-CoA överförs till lysinet.

Mikrotubuli är mycket dynamiska rörformiga polymerer sammansatta av protofilament av α/β- tubulin -dimerer och är väsentliga för intracellulär transport , arkitektonisk organisation, celldelning , cellulär morfogenes och kraftproduktion i eukaryota celler . Det finns en konstant modulering av balansen mellan dynamiska kortlivade och stabila långlivade mikrotubulisubpopulationer i cellen.

Även om mikrotubuli vanligtvis fungerar som dynamiska polymerer, kräver de för vissa specifika funktioner mer stabilitet. Acetyleringen används i cellen som en markör för dessa stabila mikrotubuli.

ATAT1 acetylerar specifikt 'Lys-40' i alfa-tubulin på den lumenala sidan av mikrotubuli. Detta är den enda kända posttranslationella modifieringen i mikrotubulus lumen, men det är fortfarande okänt hur enzymet kommer åt lumen.

De två substraten för detta enzym är Acetyl-CoA och α-tubulin-L-lysin.

Trots sin likhet med andra acetylerande enzymer katalyserar den uteslutande tubulinacetyleringsreaktionen.

Denna katalys inträffar när acetyl-CoA-molekylen fäst vid enzymet överför sin acetylgrupp till lysinet.

Detta är reaktionen som katalyseras av ATAT1:

Acetyl-CoA + [alfa-tubulin]-L-lysin CoA + [alfa-tubulin]-N 6 -acetyl-L-lysin

Flera experiment drog slutsatsen att acetyleringen är mer effektiv i mikrotubulisubstrat än i fria α/β-tubulin-dimerer. Detta beror på att när ATAT1 väl är i mikrotubulus lumen diffunderar den fritt och den har en hög effektiv substratkoncentration.

Biologiska funktioner

Bildandet av hippocampus

ATAT1 har en viktig roll i bildandet av hippocampus , eftersom det har visat sig att möss som saknar ATAT1 har en bristfällig tubulinacetylering och en utbuktning i dentate gyrus .

Respons på stress och signalvägar

Tubulinacetylering av ATAT1 har visat sig vara förhöjd av cellexponering för UV-strålning, såväl som dess exponering för kemikalier, såsom H 2 O 2 eller NaCl.

Tubulinacetylering är en av signalvägarna för Na +- och K + -ATPas-aktivitet.

Autofagi

Tubulinacetylering är också involverad i regleringen av autofagi . Det krävs för fusion av autofagosomer med lysosomer. När det finns en näringsbrist krävs svältinducerad tubulinhyperacetylering för autofagiaktivering. Detta är ett sätt som aktiveras när cellen är under stress.

Neuronal migration och mognad

α-tubulin är ett mål för Elongator-komplexet och i regleringen av dess acetylering ligger till grund för mognaden av kortikala projektionsneuroner.

Sperma flagellar funktion

Acetylering av mikrotubulierna krävs för normal spermies flagella funktion. ATAT1-dämpning hos möss orsakar minskad spermiemotilitet och manlig infertilitet.

Cellmigrering

Stabila mikrotubuli är involverade i cellmigreringsprocesser. Dessa mikrotubuli behöver sin acetylering. Således är ATAT1-enzymet viktigt vid cellmigration.

Embryonutveckling

ATAT1 är ganska viktigt för embryoutveckling hos zebrafiskar . Vissa författare anser att det också kan vara avgörande för embryonutveckling hos däggdjur.

Ciliogenes

ATAT 1 spelar en viktig roll i bildandet av cilia. Det studeras faktiskt att ciliogenes kan ha en effekt i utvecklingen av handenhet hos homo sapiens. Dessutom är alfa-tubulin N-acetyltransferas också viktigt för att säkerställa att den primära ciliumenheten kan fungera i ett tillstånd av normal kinetik.

Främjar en effektiv mekanosensation hos C.elegans

Intracellulär lokalisering och tillhörande funktioner

Vetenskaplig bakgrund

År 2010 upptäcktes förekomsten av ett α-tubulin N-acetyltransferas, inte bara i Tetrahymena och Caenorhabditis elegans , utan även hos däggdjur . Dessutom genererade två forskargrupper ATAT1- knockout-möss , vilket orsakade möss med brist på acetylering i många vävnader. Emellertid var dess intracellulära distribution fortfarande oklar.

Senaste upptäckter

För att upptäcka den intracellulära platsen för α-tubulin N-acetyltransferas och några av dess funktioner användes den en mikroskopiteknik, kallad immunhistokemi, som möjliggör differentiering av olika molekyler i en cell genom att använda en antikropp och dess reaktion med en specifik antigen (i detta fall användes en antikropp som kallas anti-ATAT1-antikropp).

I denna studie observerades ATAT1 i många vävnader och vetenskaper som upptäcktes och kunde anta några av dess funktioner. Denna sista studie gjorde det möjligt att avslöja den intracellulära fördelningen av ATAT1 i cilierade celler i vissa vävnader.

Plats

ATAT1 är känt för att vara belägen i:

Trakea

Den är manlig belägen vid den apikala regionen av epitelceller , men dess funktion är fortfarande en gåta.

Njure

Den immunopositiva signalen orsakad av anti-ATAT1-antikroppen observerades i epitelceller i den medullära uppsamlingskanalen .

Näthinnan

α-tubulin N-acetyltransferas är huvudsakligen lokaliserat i fotoreceptorceller . Dessutom tros ATAT1 vara associerad inte bara med de anslutande cilia och axonemen i det yttre segmentet (OS), utan också med hela det inre segmentet (IS) och hela det yttre segmentet (OS). Därför kan det spela ett viktigt dokument i intracilial transport av signalproteiner under ljusavkännande signalering i fotoreceptorceller.

Testis

I testiklarna observerades antikroppen i spermatocyter och spermatider, men inte i spermier. I spermatocyter sågs det också att ATAT1 var lokaliserat runt Golgi-apparaten, vilket indikerar att detta protein kan spela en viktig roll i spermatogenesen.

Tredje ventrikeln

Även om det fortfarande är oklart funktionen av ATAT1, hittades det också i andra vävnader som hjärnans tredje ventrikel , men dess specifika funktion är okänd. Det anses dock spela en viktig roll i neuronutveckling.

Subcellulär plats

Alfa-tubulin N-acetyltransferas finns i flera delar av cellen såsom i cytoskelettet, cytoplasman eller den klatrinbelagda gropen i membranet. Detta är nära relaterat till en av dess huvudfunktioner som är katalys av mikrotubulusacetylering.

Mutagenes och mutationer

ATAT1 kan tendera att genomgå en process som kallas mutagenes enligt vilken en genetisk mutation produceras. Detta kan inträffa spontant eller, å andra sidan, på grund av verkan av mutagener. Det är möjligt att klassificera de olika resultaten av mutagenes beroende på vilken av de 421 aminosyrorna som har förändrats.

Om glutamin (Q), som upptar den 58:e positionen i sekvensen av aminosyror ersätts med alanin (A), kommer en förlust av acetyltransferasaktiviteten att uppstå. Konsekvensen av en mutation där isoleucinen (I) på 64:e plats ändras av alanin (A) är en kraftig minskning av acetyltransferasaktiviteten.

Dessutom finns det en serie mutationer som orsakar en minskning av proteinaktiviteten. Dessa är:

  1. Ersättningen av fenylalanin (F) med alanin (A) i den 105:e positionen.
  2. Ersättningen av valin (v) med alanin (A) i den 106:e positionen.
  3. Leucin (L) av alanin (A) på 107:e plats.
  4. Asparaginsyra (D) av alanin (A) i den 108:e positionen.
  5. Glutaminsyra (E) av alanin (A) på 115:e och 117:e plats.

I vissa fall är denna minskning av aktivitet ännu starkare, såsom i följande mutationer:

  1. Asparagin (N) av alanin (A) i 182:a position.
  2. Fenylalanin (F) av alanin (A) på 183:e plats.

Det finns några mutationer som leder till ökad aktivitet som:

  1. Asparaginsyra (D) av alanin (A) i den 109:e positionen
  2. Asparaginsyra (D) av arginin (R) i den 109:e positionen. Det är viktigt att nämna att denna aktivitetsökning generellt sett är en marginell händelse.
  3. Glutaminsyra (E) av alanin (A) i den 111:e positionen. I det här fallet handlar aktivitetsökningen om det 2-faldiga.

Det finns vissa fall där mutationen av genen kan orsaka en minskning av acetyleringen av mikrotubuli. Som till exempel:

  1. Cystein (C) av alanin (A) i den 120:e positionen.
  2. Asparaginsyra (D) av glutaminsyra (E) på 157:e plats.

Icke desto mindre har inte alltid en mutation på grund av en substitution av en aminosyra med en annan en speciell effekt på proteinets aktivitet. Det finns några exempel där en mutation inte ger en signifikant variation av proteinets katalytiska effekt. Dessa är:

  1. Serin (S) av alanin (A) på 61:a position.
  2. Glutaminsyra (E) av arginin (R) i den 111:e positionen.

Post translationella ändringar

ATAT1 lider av post translationella modifieringar, som är förändringar i proteinet efter att det har översatts av ribosomer. Aminosyrorna som i allmänhet påverkas av dessa modifieringar är i position 46, 146, 233, 244, 272, 276, 315. Huvudeffekten av dessa modifieringar är en ökning av acetyleringen av tubulin.

Associerade sjukdomar

Knockoutstudier av musenzymerna har visat nya möjliga biologiska funktioner. Därför har de också visat några associerade sjukdomar.

Till exempel är onormala nivåer av acetylering nära kopplade till neurologiska störningar , cancer , hjärtsjukdomar och andra sjukdomar.

För vissa av dessa sjukdomar är en möjlig lösning en ökning av ATAT1-enzymet. För andra behövs en hämmare av detta enzym för att nå rätt nivå av acetylering.

Neurologiska störningar

Patologiskt kan tubulinacetylering vara kopplad till flera neurologiska störningar, såsom:

Det undersöks dock fortfarande om dessa störningar är direkt orsakade av en onormal nivå av acetylering gjord av ATAT1.

Icke desto mindre verkar det som om den enda associerade sjukdomen som kan konstateras som orsakas av en minskning av acetylering orsakad av ATAT1 är axonskada

Cancer

En ökning av tubulinacetylering gjord av ATAT1 kan spela en viktig roll i:

Inflammation och immunitet

Det har också påvisats något att en ökning av acetylering gjord av α-tubulin N-acetyltransferas skulle kunna underlätta inträdet av virus i cellen.

Vidare läsning

Se även

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Alpha-tubulin_N-acetyltransferase&oldid=1113226448 "