CPT1A
Karnitin-palmitoiltransferaza I (CPT1), znana i kao karnitin-aciltransferaza I, CPTI, CAT1, CoA:karnitin-aciltransferaza (CCAT) ili palmitoilCoA-transferaza I, je mitohondrijski enzim odgovoran za stvaranje acil-karnitina katalizacijom prijenosa acilne grupe dugolančanog masnog acil-CoA iz koenzima A u l-karnitin. Proizvod je često palmitoilkarnitin (prema tome i naziv), ali podloge mogu biti i druge masne kiseline.[5][6] Dio je porodice enzima zvanih karnitin-aciltransferaze.[7] Ovaj "pripravak" omogućava naknadno kretanje acil-karnitina iz citosola u međumembranski prostor mitohondrija.
Poznate su tri izoforme CPT1: CPT1A, CPT1B i CPT1C. CPT1 je povezan sa vanjskom mitohondrijskom membranom. Ovaj enzim može se inhibirati malonil-CoA, prvim međuproduktom koji nastaje tokom sinteze masnih kiselina. Njegova uloga u metabolizmu masnih kiselina čini CPT1 važnim u mnogim metaboličkim poremećajima, poput dijabetesa. Budući da njegova kristalna struktura nije poznata, ostaje utvrditi tačan njegovog mehanizma djelovanja.
Aminokiselinska sekvenca
[uredi | uredi izvor]Dužina polipeptidnog lanca je 773 aminokiseline, a molekulska težina 88.368 Da.[8]
| 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MAEAHQAVAF | QFTVTPDGID | LRLSHEALRQ | IYLSGLHSWK | KKFIRFKNGI | ||||
| ITGVYPASPS | SWLIVVVGVM | TTMYAKIDPS | LGIIAKINRT | LETANCMSSQ | ||||
| TKNVVSGVLF | GTGLWVALIV | TMRYSLKVLL | SYHGWMFTEH | GKMSRATKIW | ||||
| MGMVKIFSGR | KPMLYSFQTS | LPRLPVPAVK | DTVNRYLQSV | RPLMKEEDFK | ||||
| RMTALAQDFA | VGLGPRLQWY | LKLKSWWATN | YVSDWWEEYI | YLRGRGPLMV | ||||
| NSNYYAMDLL | YILPTHIQAA | RAGNAIHAIL | LYRRKLDREE | IKPIRLLGST | ||||
| IPLCSAQWER | MFNTSRIPGE | ETDTIQHMRD | SKHIVVYHRG | RYFKVWLYHD | ||||
| GRLLKPREME | QQMQRILDNT | SEPQPGEARL | AALTAGDRVP | WARCRQAYFG | ||||
| RGKNKQSLDA | VEKAAFFVTL | DETEEGYRSE | DPDTSMDSYA | KSLLHGRCYD | ||||
| RWFDKSFTFV | VFKNGKMGLN | AEHSWADAPI | VAHLWEYVMS | IDSLQLGYAE | ||||
| DGHCKGDINP | NIPYPTRLQW | DIPGECQEVI | ETSLNTANLL | ANDVDFHSFP | ||||
| FVAFGKGIIK | KCRTSPDAFV | QLALQLAHYK | DMGKFCLTYE | ASMTRLFREG | ||||
| RTETVRSCTT | ESCDFVRAMV | DPAQTVEQRL | KLFKLASEKH | QHMYRLAMTG | ||||
| SGIDRHLFCL | YVVSKYLAVE | SPFLKEVLSE | PWRLSTSQTP | QQQVELFDLE | ||||
| NNPEYVSSGG | GFGPVADDGY | GVSYILVGEN | LINFHISSKF | SCPETDSHRF | ||||
| GRHLKEAMTD | IITLFGLSSN | SKK |
Struktura
[uredi | uredi izvor]
CPT1 je integralni membranski protein koji postoji u tri izoforme u tkivima sisara: CPT1A, CPT1B i CPT1C. Prve dvije su izražene na vanjskoj mitohondrijskoj membrani većine tkiva, ali njihovi relativni omjeri variraju među tkivima. CPT1A prevladava u lipogenim tkivima poput jetre, dok CPT1B prevladava u tkivima poput srca i skeletnih mišića koji imaju visok oksidacijski kapacitet masnih kiselina smeđih masnih ćelija.[9][10] Obje izoforme su integralni proteini vanjske membrane mitohondrija kroz dvije transmembranske regije u peptidnom lancu. Topologiju membrane CPT1A opisao je [11] Politopski je, s N- i C-krajevima izloženim na citosolnom aspektu OMM-a, s kratkom petljom koja povezuje dvija transmembranska domena koji strše u međumembranski prostor mitohondrija.
Treća izoforma (CPT1C), identificirana je 2002. godine i eksprimirana je i u mitohondrijeama i u endoplazmatskom retikulumu.[12] Normalno se eksprimira samo u neuronima (mozak), iako je njegova ekspresija povećana u određenim tipovima čelijaa raka.[13]
Tačna struktura bilo koje izoforme CPT1 još nije utvrđena, iako su stvoreni različiti modeli in silico za CPT1, zasnovani na blisko povezanim karnitin-aciltransferazama, kao što je karnitin-acetiltransferaza (CRAT).[14]
Važna strukturna razlika između CPT1 i CPT2, CRAT i karnitin-oktanoiltransferaza (COT) je u tome što CPT1 sadrži dodatni domen na svom N-terminalu. koji se sastoji od oko 160 aminokiselina. Utvrđeno je da je ovaj dodatni N-terminalni domen važan za ključnu inhibitornu molekulu CPT1, malonil-CoA, i djeluje kao prekidač koji čini CPT1A više ili manje osjetljivim na inhibiciju malonil-CoA.[15]
Za dva različita mjesta vezanja predloženo je da postoje u CPT1A i CPT1B. Čini se da "mjesto" ili "mjesto CoA" veže i malonil-CoA i palmitoil-CoA, kao i druge molekule koje sadrže koenzim A, što sugerira da enzim veže ove molekule interakcijom sa koenzim A grupom. Predloženo je da se malonil-CoA na ovom mjestu može ponašati kao kompetitivni inhibitor CPT1A. Predloženo je drugo "O mjesto" za vezanje malonil-CoA čvršće od A mjesta. Za razliku od A mjesta, O mjesto se veže za malonil-CoA putem dikarbonilne grupe malonatnog dijela malonil-CoA. Vezivanje malonil-CoA ili na A i O mjesto inhibira djelovanje CPT1A isključujući vezivanje karnitina za CPT1A.[16] Budući da kristalna struktura CPT1A tek treba biti izolirana i snimljena, njegova tačna struktura ostaje da se razjasni.
Funkcija
[uredi | uredi izvor]Enzimski mehanizam
[uredi | uredi izvor]Budući da podaci o kristalnoj strukturi još nisu dostupni, tačan mehanizam CPT1 trenutno nije poznat. Postavljeno je nekoliko različitih pretpostavki o mogućim mehanizmima za CPT1, a oba uključuju histidinski ostatak 473 kao ključni katalitski ostatak. Jedan takav mehanizam zasnovan na modelu karnitin-acetiltransferaze prikazan je dolje, u kojem His 473 deprotonira karnitin dok obližnji serinski ostatak stabilizira tetraedarski oksianionski međuprodukt.[7]
Predložen je drugačiji mehanizam koji sugerira da katalitska trijada sastavljena od ostataka Cys-305, His-473 i Asp-454 izvodi korak prenosa acila iz kataliza.[17] Ovaj katalitski mehanizam uključuje stvaranje tioacil-enzima kovalentnog intermedijera sa Cys-305.
Biološka funkcija
[uredi | uredi izvor]Ovaj katalitički mehanizam uključuje stvaranje tioacil-enzima kovalentnog intermedijera sa Cys-305. Sistem karnitin-palmitoiltransferaze je bitan korak u beta-oksidaciji dugolančanih masnih kiselina . Ovaj sistem prijenosa je neophodan jer, dok se masne kiseline aktiviraju (u obliku tioesterske veze s koenzimom A) na vanjskoj membrani mitohondrija, aktivirane masne kiseline moraju se oksidirati unutar mitohondrijske matrice. Dugolančane masne kiseline, kao što je palmitoil-CoA, za razliku od kratko- i srednjelančanih masnih kiselina, ne mogu slobodno difundirati kroz unutrašnju mitohondrijsku membranu i zahtijevaju transport šatl sistema do mitohondrijskih matrica.[18]
Karnitin-palmitoiltransferaza I je prva komponenta i korak ograničavanja brzine sistema karnitin-palmitoiltransferaze, katalizirajući prijenos acilne grupe iz koenzima A u karnitin, u oblik palmitoilkarnitin. A translokaza zatim prenosi acil-karnitin kroz unutrašnju membranu mitohondrija gdje se pretvara natrag u palmitoil-CoA.
Djelujući kao akceptor acilne grupe, karnitin također može imati ulogu regulacije unutarćelijskog omjera CoA: acil-CoA.[19]
Regulacija
[uredi | uredi izvor]Malonil-CoA inhibira CPT1, iako tačan mehanizam inhibicije ostaje nepoznat. Pokazalo se da je izoforma CPE skeletnih mišića i srca, CPT1B, 30-100 puta osjetljivija na inhibiciju malonil-CoA od CPT1A. Ova inhibicija je dobra meta za buduće pokušaje regulacije CPT1 za liječenje metaboličkih poremećaja.[20]
Acetil-CoA karboksilaza (ACC), enzim koji katalizira stvaranje malonil-CoA iz acetil-CoA, važan je u regulaciji metabolizma masnih kiselina. Naučnici su pokazali da su ACC2 nokaut-miševi smanjili tjelesnu masu i težinu u odnosu na divlji tip miševa. To je rezultat smanjene aktivnosti ACC-a koja uzrokuje naknadno smanjenje koncentracija malonil-CoA. Ove smanjene razine malonil-CoA zauzvrat sprečavaju inhibiciju CPT1, uzrokujući krajnje povećanje oksidacije masnih kiselina.[21] Budući da čelijee srca i skeletnih mišića imaju nizak kapacitet za sintezu masnih kiselina, ACC u njima može djelovati samo kao regulatorni enzim.
Klinički značaj
[uredi | uredi izvor]Oblik "CPT1A" povezan je s nedostatkom karnitin-palmitoiltransferaze I.[22] Ovaj rijetki poremećaj donosi rizik od jetrene encefalopatije, hipoketonske hipoglikemije, napada i iznenadne neočekivane smrti u djetinjstvu.[23]
CPT1 je povezan sa dijabetes tip 2 i insulinskom rezistencijom. Takve bolesti, uz mnoge druge zdravstvene probleme, uzrokuju povišenje razine slobodnih masnih kiselina (FFA) kod ljudi, nakupljanje masti u skeletnim mišićima i smanjuje sposobnost mišića da oksidiraju masne kiseline. CPT1 je bio uključen u doprinos ovim simptomima. Povećana razina malonil-CoA uzrokovana hiperglikemijom i hiperinsulinemijom inhibira CPT1, što uzrokuje naknadno smanjenje transporta dugoglančanih masnih kiselina u mitohondrije mišića i srca, smanjujući oksidaciju masnih kiselina u takvim ćelijama. Manevriranje LCFA dalje od mitohondrija dovodi do uočenog povećanja razine FFA i nakupljanja masti u skeletnim mišićima.[24][25]
Njegova važnost u metabolizmu masnih kiselina čini CPT1 potencijalno korisnim enzimom na koji se treba usredotočiti i u razvoju liječenja mnogih drugih metaboličkih poremećaja.[26]
Interakcije
[uredi | uredi izvor]Poznato je da CPT1 stupa u interakciju s mnogim proteinima, uključujući i one iz porodice NDUF, PKC1 i ENO1.[27]
Kod HIV-a, Vpr pojačava PPARbeta/delta-indukovanu PDK4, karnitin-palmitoiltransferaznuu I (CPT1) ekspresiju iRNK u ćelijama.[28] Nokdaun CPT1A skriningom biblioteke shRNK inhibira replikaciju HIV-1 u kultiviranim Jurkat T-ćelijama.[29]
Također pogledajte
[uredi | uredi izvor]Reference
[uredi | uredi izvor]- ^ a b c GRCh38: Ensembl release 89: ENSG00000110090 - Ensembl, maj 2017
- ^ a b c GRCm38: Ensembl release 89: ENSMUSG00000024900 - Ensembl, maj 2017
- ^ "Human PubMed Reference:". National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
- ^ "Mouse PubMed Reference:". National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
- ^ van der Leij FR, Huijkman NC, Boomsma C, Kuipers JR, Bartelds B (2000). "Genomics of the human carnitine acyltransferase genes". Molecular Genetics and Metabolism. 71 (1–2): 139–53. doi:10.1006/mgme.2000.3055. PMID 11001805.
- ^ Bonnefont JP, Djouadi F, Prip-Buus C, Gobin S, Munnich A, Bastin J (2004). "Carnitine palmitoyltransferases 1 and 2: biochemical, molecular and medical aspects". Molecular Aspects of Medicine. 25 (5–6): 495–520. doi:10.1016/j.mam.2004.06.004. PMID 15363638.
- ^ a b Jogl G, Tong L (Jan 2003). "Crystal structure of carnitine acetyltransferase and implications for the catalytic mechanism and fatty acid transport". Cell. 112 (1): 113–22. doi:10.1016/S0092-8674(02)01228-X. PMID 12526798. S2CID 18633987.
- ^ "UniProt, P50416". Pristupljeno 20. 8. 2021.
- ^ Brown NF, Hill JK, Esser V, Kirkland JL, Corkey BE, Foster DW, McGarry JD (Oct 1997). "Mouse white adipocytes and 3T3-L1 cells display an anomalous pattern of carnitine palmitoyltransferase (CPT) I isoform expression during differentiation. Inter-tissue and inter-species expression of CPT I and CPT II enzymes". The Biochemical Journal. 327 (1): 225–31. doi:10.1042/bj3270225. PMC 1218784. PMID 9355756.
- ^ Lee J, Ellis JM, Wolfgang MJ (Jan 2015). "Adipose fatty acid oxidation is required for thermogenesis and potentiates oxidative stress-induced inflammation". Cell Reports. 10 (2): 266–279. doi:10.1016/j.celrep.2014.12.023. PMC 4359063. PMID 25578732.
- ^ Fraser F, Corstorphine, CG, Zammit, VA (maj 1997). "Topology of carnitine palmitoyltransferase I in the mitochondrial outer membrane". Biochemical Journal. 323 (3): 711–718. doi:10.1042/bj3230711. PMID 1218374.
- ^ Price N, van der Leij F, Jackson V, Corstorphine C, Thomson R, Sorensen A, Zammit V (Oct 2002). "A novel brain-expressed protein related to carnitine palmitoyltransferase I". Genomics. 80 (4): 433–442. doi:10.1006/geno.2002.6845. PMID 12376098.
- ^ Casals N, Zammit VA, Herrero L, Fado R, Rodriguez R, Serra D (Dec 2016). "Carnitine palmitoyltransferase 1C: From Cognition to Cancer". Progr Lipid Res. 61: 134–148. doi:10.1016/j.plipress.2015.11.004. PMID 26708865.
- ^ Morillas M, López-Viñas E, Valencia A, Serra D, Gómez-Puertas P, Hegardt FG, Asins G (maj 2004). "Structural model of carnitine palmitoyltransferase I based on the carnitine acetyltransferase crystal". The Biochemical Journal. 379 (Pt 3): 777–784. doi:10.1042/BJ20031373. PMC 1224103. PMID 14711372.
- ^ Rao JN, Warren GZ, Estolt-Povedano S, Zammit VA, Ulmer TS (2011). "An environment-dependent structural switch underlies the regulation of carnitine palmitoyltransferase 1A". J Biol Chem. 286: 42545–42554. doi:10.1074/jbc.MIII.306951. PMC 3234983.
- ^ López-Viñas E, Bentebibel A, Gurunathan C, Morillas M, de Arriaga D, Serra D, Asins G, Hegardt FG, Gómez-Puertas P (Jun 2007). "Definition by functional and structural analysis of two malonyl-CoA sites in carnitine palmitoyltransferase 1A". The Journal of Biological Chemistry. 282 (25): 18212–24. doi:10.1074/jbc.M700885200. PMID 17452323.
- ^ Liu H, Zheng G, Treber M, Dai J, Woldegiorgis G (Feb 2005). "Cysteine-scanning mutagenesis of muscle carnitine palmitoyltransferase I reveals a single cysteine residue (Cys-305) is important for catalysis". The Journal of Biological Chemistry. 280 (6): 4524–4531. doi:10.1074/jbc.M400893200. PMID 15579906.
- ^ Berg JM, Tymoczo JL, Stryer L, "Biochemistry", 6th edition 2007
- ^ Jogl G, Hsiao YS, Tong L (Nov 2004). "Structure and function of carnitine acyltransferases". Annals of the New York Academy of Sciences. 1033 (1): 17–29. doi:10.1196/annals.1320.002. PMID 15591000. S2CID 24466239.
- ^ Shi J, Zhu H, Arvidson DN, Woldegiorgis G (Feb 2000). "The first 28 N-terminal amino acid residues of human heart muscle carnitine palmitoyltransferase I are essential for malonyl CoA sensitivity and high-affinity binding". Biochemistry. 39 (4): 712–717. doi:10.1021/bi9918700. PMID 10651636.
- ^ Abu-Elheiga L, Oh W, Kordari P, Wakil SJ (Sep 2003). "Acetyl-CoA carboxylase 2 mutant mice are protected against obesity and diabetes induced by high-fat/high-carbohydrate diets". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (18): 10207–10212. doi:10.1073/pnas.1733877100. PMC 193540. PMID 12920182.
- ^ Ogawa E, Kanazawa M, Yamamoto S, Ohtsuka S, Ogawa A, Ohtake A, Takayanagi M, Kohno Y (2002). "Expression analysis of two mutations in carnitine palmitoyltransferase IA deficiency". Journal of Human Genetics. 47 (7): 342–7. doi:10.1007/s100380200047. PMID 12111367.
- ^ Collins SA, Sinclair G, McIntosh S, Bamforth F, Thompson R, Sobol I, Osborne G, Corriveau A, Santos M, Hanley B, Greenberg CR, Vallance H, Arbour L (2010). "Carnitine palmitoyltransferase 1A (CPT1A) P479L prevalence in live newborns in Yukon, Northwest Territories, and Nunavut". Molecular Genetics and Metabolism. 101 (2–3): 200–204. doi:10.1016/j.ymgme.2010.07.013. PMID 20696606.
- ^ Rasmussen BB, Holmbäck UC, Volpi E, Morio-Liondore B, Paddon-Jones D, Wolfe RR (Dec 2002). "Malonyl coenzyme A and the regulation of functional carnitine palmitoyltransferase-1 activity and fat oxidation in human skeletal muscle". The Journal of Clinical Investigation. 110 (11): 1687–93. doi:10.1172/JCI15715. PMC 151631. PMID 12464674.
- ^ McGarry JD, Mills SE, Long CS, Foster DW (Jul 1983). "Observations on the affinity for carnitine, and malonyl-CoA sensitivity, of carnitine palmitoyltransferase I in animal and human tissues. Demonstration of the presence of malonyl-CoA in non-hepatic tissues of the rat". The Biochemical Journal. 214 (1): 21–8. doi:10.1042/bj2140021. PMC 1152205. PMID 6615466.
- ^ Schreurs M, Kuipers F, van der Leij FR (2010). "Regulatory enzymes of mitochondrial beta-oxidation as targets for treatment of the metabolic syndrome". Obesity Reviews. 11 (5): 380–8. doi:10.1111/j.1467-789X.2009.00642.x. PMID 19694967. S2CID 24954036.
- ^ Havugimana PC, Hart GT, Nepusz T, Yang H, Turinsky AL, Li Z, Wang PI, Boutz DR, Fong V, Phanse S, Babu M, Craig SA, Hu P, Wan C, Vlasblom J, Dar VU, Bezginov A, Clark GW, Wu GC, Wodak SJ, Tillier ER, Paccanaro A, Marcotte EM, Emili A (Aug 2012). "A census of human soluble protein complexes". Cell. 150 (5): 1068–81. doi:10.1016/j.cell.2012.08.011. PMC 3477804. PMID 22939629.
- ^ Shrivastav S, Zhang L, Okamoto K, Lee H, Lagranha C, Abe Y, Balasubramanyam A, Lopaschuk GD, Kino T, Kopp JB (Sep 2013). "HIV-1 Vpr enhances PPARβ/δ-mediated transcription, increases PDK4 expression, and reduces PDC activity". Molecular Endocrinology. 27 (9): 1564–76. doi:10.1210/me.2012-1370. PMC 3753422. PMID 23842279.
- ^ Yeung ML, Houzet L, Yedavalli VS, Jeang KT (Jul 2009). "A genome-wide short hairpin RNA screening of jurkat T-cells for human proteins contributing to productive HIV-1 replication". The Journal of Biological Chemistry. 284 (29): 19463–73. doi:10.1074/jbc.M109.010033. PMC 2740572. PMID 19460752.
Vanjski linkovi
[uredi | uredi izvor]