Холин-О-ацетилтрансфераза

Холин-О-ацетилтрансфераза
Идентификаторы
Шифр КФ	2.3.1.6
Номер CAS	9012-78-6
Базы ферментов
IntEnz	IntEnz view
BRENDA	BRENDA entry
ExPASy	NiceZyme view
MetaCyc	metabolic pathway
KEGG	KEGG entry
PRIAM	profile
PDB structures	RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
Gene Ontology	AmiGO • EGO
Поиск
PMC	статьи
PubMed	статьи
NCBI	NCBI proteins
CAS	9012-78-6

Холин-О-ацетилтрансфераза
Доступные структуры PDB Поиск ортологов: PDBe RCSB Список идентификаторов PDB 2FY2, 2FY3, 2FY4, 2FY5
Идентификаторы
Псевдонимы	CHAT, CHOACTASE, CMS1A, CMS1A2, CMS6, choline O-acetyltransferase
Внешние ID	OMIM: 118490 MGI: 88392 HomoloGene: 40693 GeneCards: CHAT
Расположение гена (человек) Хр. 10-я хромосома человека[1] Локус 10q11.23 Начало 49,609,095 bp[1] Конец 49,667,942 bp[1]
Расположение гена (Мышь) Хр. 14-я хромосома мыши[2] Локус 14 B|14 19.4 cM Начало 32,130,160 bp[2] Конец 32,187,946 bp[2]
Паттерн экспрессии РНК Bgee Человек Мышь (ортолог) Наибольшая экспрессия в mucosa of transverse colon Наибольшая экспрессия в facial motor nucleus lumbar subsegment of spinal cord nucleus ambiguus anterior horn of spinal cord striatum of neuraxis central gray substance of midbrain neural layer of retina Дополнительные справочные данные BioGPS Дополнительные справочные данные
Генная онтология Молекулярная функция трансферазная активность acyltransferase activity choline O-acetyltransferase activity Компонент клетки цитоплазма цитозоль клеточное ядро пресинапс neuron projection Биологический процесс neurotransmitter biosynthetic process phosphatidylcholine biosynthetic process neurotransmitter secretion neuromuscular synaptic transmission acetylcholine biosynthetic process Источники: Amigo, QuickGO
Ортологи Вид Человек Мышь Entrez 1103 12647 Ensembl ENSG00000070748 ENSMUSG00000021919 UniProt P28329 Q8BQV2 RefSeq (мРНК) NM_020986 NM_001142929 NM_001142933 NM_001142934 NM_020549 NM_020984 NM_020985 NM_009891 RefSeq (белок) NP_001136401 NP_001136405 NP_001136406 NP_065574 NP_066264 NP_066265 NP_066266 NP_034021 Локус (UCSC) Chr 10: 49.61 – 49.67 Mb Chr 14: 32.13 – 32.19 Mb Поиск по PubMed Искать[3] Искать[4]
Информация в Викиданных
Смотреть (человек) Смотреть (мышь)

Холин-О-ацетилтрансфераза, также холин-ацетилтрансфераза, холинацетил-СоА-трансфераза (англ. Choline acetyltransferase, сокр. СhAT, ХАТ, но иногда и CAT) — фермент (КФ 2.3.1.6), из семейства ацилтрансфераз (класс трансферазы), катализирующий реакцию переноса ацетильной группы (CH₃-CO) от молекулы ацетил-CoA на молекулу субстрата — холина, с образованием ацетилхолина (АЦХ) и кофермента А, по уравнению:

ацетил-СоА + холин ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ ацетилхолин + CoA-SH.

Фермент катализирует очень важную реакцию, образовавшийся ацетилхолин выполняет роль нейромедиатора. Как и большинство белков нервных окончаний, СhAT синтезируется в теле нейрона (соме) и затем транспортируется в нервные терминали (окончания), где он имеет самую высокую концентрацию. Наличие данного фермента в нервных клетках, классифицирует такую клетку, как "холинергический" нейрон. В организме человека фермент холин-ацетилтрансфераза кодируется геном СHAT, локализованный в 10-й хромосоме^[5]. Белок состоит из последовательности 748 аминокислотных остатков и имеет молекулярную массу 82536 Да^[6].

Исследования последних двух десятилетий свидетельствуют о существовании одного гена ChAT, в котором закодировано несколько форм и изоформ фермента^[7].

3D структура ChAT была получена с помощью рентгеновской кристаллографии PDB:2FY2. Холин связывается в активном центре фермента нековалетно, между положительно заряженной аминогруппой холина и гидроксильной группой остатка тирозина — Tyr552, помимо этого происходит образование водородных связей между гидроксильной группы холина и остатка гистидина — His324.

Холин как субстрат размещается в кармане внутренней части ChAT, в то время как ацетил-CoA размещён в кармане на поверхности белка. Трёхмерная кристаллическая структура фермента показывает, что ацетильная группа молекулы ацетил-CoA примыкает к холинсвязывающему карману — минимизируя расстояние между ацетильной группой донора и акцептора.

• Структура связывающего участка холин-ацетилтрансферазы
• 
  Кристаллическая структура иона холина, который связывается в холин-ацетилтрансферазе. Показаны боковые цепи остатков аминокислот His324A и Tyr552A.
• 
  Стереоскопическое изображение холина и ацетил-CoA в активном центре ChAT.
• 
  Стереоскопическое изображение связывания молекулы холина и ацетил-CoA в активном центре ChAT — вид с альтернативного угла.

ChAT очень консервативна среди генома животных. В частности у млекопитающих имеется очень высокое сходство последовательностей. Человек и кошка, например, имеют 89 % идентичность последовательности ChAT. Идентичность последовательности с дрозофилой составляет около 30 %^[8].

Существуют две формы фермента: растворимая и мембранно-связанная^[9]. Растворимая форма составляет 80-90 % от общей активности фермента, в то время как связанная с мембраной форма отвечает за остальные 10-20 % активности^[10]. Тем не менее, уже давно существуют дебаты о том, как последняя форма ChAT связана с мембраной^[11]. В мембранно-связанной форме ChAT ассоциирован с синаптическими везикулами^[12].

Существуют две изоформы ChAT, обе закодированные в одной и той же последовательности. Общая изоформа ChAT (cChAT) присутствуют как в ЦНС, так и в ПНС. Периферическая изоформа ChAT (pChAT) преимущественно локализуется в ПНС организма человека, и возникает из-за пропуска экзона (экзоны 6-9) гена СHAT во время пост-транскрипционной модификации. Таким образом, аминокислотные последовательности очень похожи, однако, в pChAT отсутствуют части последовательности, присутствующие в cChAT.

Холинергические системы мозга представляют неизменный интерес нейробиологов в связи с их важной ролью в когнитивных функциях, функциях внимания и моторики. Дисфункция и дегенерация холинергических проекционных нейронов из подкорковых ядер переднего мозга, иннервирующих неокортекс и гиппокамп, лежит в основе патогенеза таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера и деменция с тельцами Леви, а также и других нервно-психических заболеваний, течение которых часто осложняется нарушениями в когнитивной сфере, таких как шизофрения, болезнь Паркинсона, сосудистая деменция при хронической ишемии головного мозга ^{[7][14][15][16][17][18][19][20]}.

Низкая экспрессия ChAT в холинергических нейронах моторных ядер спинного мозга является специфическим ранним признаком амиотрофического бокового склероза, множественные аномалии холинергической функции в моторных ядрах спинного мозга составляют этиологию врождённого миастенического синдрома, дисфункция холинергических интернейронов неостриатума несёт частичную ответственность за непроизвольные движения при болезни Харрингтона^[17][21][22].

В нервных окончаниях активность ChAT тесно связана с нейромедиаторной холинергической функцией. Долгое время, на основании кинетических расчётов, ChAT не относили к скорость-лимитирующим ферментам. По своим кинетическим характеристикам ХАТ не насыщается субстратами, холином и ацетил-CoA, в их физиологических концентрациях и поэтому считалось, что скорость синтеза зависела только от колебаний концентраций самих субстратов^[23][24]. Однако в последние десятилетия было выявлено множество других внутриклеточных факторов регуляции активности фермента, и эти данные свидетельствовали о важной регулирующей роли ChAT в синтезе ацетилхолина^[25][21]. Предполагается, что причиной ряда заболеваний являются спонтанные точечные мутации в молекуле ХАТ или её регуляторных белков, приводящие к дизрегуляции фермента или изменению способности к коммуникации с регуляторными факторами^[22][21]. Эти факты побуждают к интенсивному исследованию нейрональных, генетических и постгеномных, регуляторных механизмов метаболизма и секреторной активности ацетилхолина.

ChAT долго была общепризнана только как цитоплазматический, водорастворимый фермент, даже после того, как в 1967 году была обнаружена на синаптических мембранах. Позже было доказано существование ChAT как интегрального структурного белка. Многолетнее изучение in vitro свойств синаптической водорастворимой (с, синаптоплазматической) и мембраносвязанной (м) ChAT в разных функционально-метаболических условиях показало, что связь между активностью ChAT и холинергической секреторной функцией зависит от компартментализации фермента. Исследования такого рода in vivo отсутствуют.

Мутанты ChAT были выделены у нескольких видов, включая C. elegans, Drosophila и человека. Большинство нелетальных мутантов, имеющих фенотип не дикого типа, проявляют некоторую активность, но значительно меньшую, чем дикий тип.

У C. elegans несколько мутаций в ChAT были прослежены до гена cha-1. Все мутации приводят к значительному снижению активности ChAT. В некоторых случаях потеря активности может превышать 98 %. Фенотипические эффекты включают замедление роста, уменьшение размеров, некоординированное поведение и отсутствие чувствительности к ингибиторам холинэстеразы^[26]. Изолированные чувствительные к температуре мутанты у дрозофилы все были летальными. Перед смертью поражённые мухи демонстрируют изменения в поведении, включая неконтролируемые движения и изменение активности электроретинограммы^[27].

Ген человека, отвечающий за кодирование ChAT, называется CHAT. Мутации в CHAT были связаны с врождённым миастеническим синдромом — заболеванием, которое приводит к общему дефициту двигательных функций и слабости. Дополнительные симптомы включают фатальное апноэ. Из десяти выделенных мутантов 1 полностью лишён активности, 8 имеют значительно сниженную активность, и 1 имеет неизвестную функцию^[28].

При болезни Альцгеймера (БА) возникают трудности с памятью и познанием (когницией). Концентрация ацетилхолина и ChAT значительно снижена в неокортексе головного мозга и гиппокампе^[29]. Хотя потеря нервных клеток и дисфункция холинергических нейронов считается одним из факторов, способствующих развитию болезни Альцгеймера, она обычно не рассматривается как основной фактор в развитии этого заболевания. Предполагается, что агрегация и депонирование белка бета-амилоида нарушает метаболизм нейронов и приводит к дальнейшему повреждению холинергических аксонов в коре и холинергических нейронов в базальных отделах переднего мозга^[30].

Боковой амиотрофический склероз (БАС) — одно из наиболее распространённых заболеваний двигательных нейронов. При БАС наблюдается значительная потеря иммунореактивности ChAT. Существует гипотеза, что холинергическая функция вовлечена в неконтролируемое повышение концентрации внутриклеточного кальция (Ca²⁺), причина которого до сих пор остается неясной.

Неостигмин метилсульфат, антихолинэстеразный препарат, был использован для воздействия на ChAT. В частности, было показано, что применение неостигмина метилсульфата оказывает положительное воздействие на врождённый миастенический синдром^[31].

Было показано, что воздействие эстрадиола увеличивает ChAT у самок крыс^[32].