Glutamat dekarboksilaz - Glutamate decarboxylase

Glutamik asit dekarboksilaz 1
GAD67 türetilen PDB : 2okj​
tanımlayıcılar
Sembol	GAD1
Alt. semboller	glutamat dekarboksilaz 1 (beyin, 67kD); GAD67
NCBI geni	2571
HGNC	4092
OMIM	605363
Referans Sırası	NM_000817
UniProt	Q99259
Diğer veri
EC numarası	4.1.1.15
yer	Chr. 2 q31
Aramak Yapılar İsviçre modeli Etki Alanları InterPro

Glutamat dekarboksilaz ya da glutamik asit dekarboksilaz ( GAD ) bir bir enzim katalize dekarboksilasyonu ve glutamat ile GABA ve CO ₂ . YAB kullanan PLP bir şekilde kofaktör . Reaksiyon şu şekilde ilerler:

HOOC-CH ₂ -CH ₂ -CH (NH ₂ ) -COOH → CO ₂ + HOOC-CH ₂ -CH ₂ -CH ₂ NH ₂

Memelilerde, GAD iki bulunmaktadır izoformları 67 ve 65 arasında molekül ağırlıkları olan kDa (GAD ₆₇ ve GAD ₆₅ iki farklı tarafından kodlanır), genler farklı ilgili kromozomların ( GAD1 ve GAD2 genleri kromozom 2 ve 10 , sırasıyla, insanlarda). GAD ₆₇ ve GAD ₆₅ GABA olarak kullanılan beyinde ifade edilmiştir nörotransmiter ve aynı zamanda olarak ifade edilmiştir insülin üreten β-hücrelerinin arasında pankreas türlere bağlı olarak değişen oranlarda. Ayrıca sentezlenebilir da birlikte, bu iki enzim, memelilerde GABA önemli fizyolojik kaynağı korumak putresin olarak enterik sinir sistemi , beyin, ve başka bir yerde eylemleri ile diamin oksidaz ve aldehit dehidrojenaz 1A1 .

Gelişmekte olan beyinde GAD _67'nin birkaç kesik transkript ve polipeptidi saptanabilir, ancak bunların işlevi, eğer varsa, bilinmemektedir.

Yapı ve Mekanizma

GAD'nin her iki izoformu da 3 ana alandan oluşan homodimerik yapılardır: PLP, C-terminal ve N-terminal alanları. Bu enzimin PLP-bağlama alanı, tip I PLP'ye bağımlı transferaz benzeri bir kıvrımı benimser. Reaksiyon, PLP ve Lys405 arasındaki Schiff baz bağlantısını içeren kanonik mekanizma yoluyla ilerler. PLP, bitişik bir histidin tortusu ile baz istifleme yoluyla yerinde tutulur ve GABA, karboksil grubu, arginin ile bir tuz köprüsü ve glutamin ile bir hidrojen bağı oluşturacak şekilde konumlandırılır.

Lys405'te Schiff baz bağlantısı ile PLP-glutamat kompleksi (yeşil renkle gösterilmiştir) içeren GAD67 aktif bölgesi. Kırmızı ile gösterilen yan zincir kalıntıları.

Dimerizasyon, aktif bölge bu arayüzde bulunduğundan ve 2 zincir arasındaki optimal ilişkiye müdahale eden mutasyonlar, şizofreni gibi patolojilerle bağlantılı olduğundan, işlevi sürdürmek için esastır. 2-keto-4-pentenoik asit (KPA) ve etil ketopentenoat (EKP) gibi GAD inhibitörleri tarafından dimerizasyon girişiminin de GABA üretiminde ve nöbet insidansında dramatik düşüşlere yol açtığı gösterilmiştir.

Katalitik aktiviteye dimer arayüzünde kısa bir esnek döngü aracılık eder (GAD67'de 432-442 artıkları ve GAD65'te 423-433). GAD67'de bu döngü bağlı kalır, aktif bölgeyi kaplar ve GABA üretimini sürdürmek için katalitik bir ortam sağlar; GAD65'teki hareketliliği, PLP'nin salınmasıyla sonuçlanan ve otoinaktivasyona yol açan bir yan reaksiyonu teşvik eder. Bu döngünün yapısı, otomatik inaktivasyon oranını da etkileyen C-terminal alanıyla yakından bağlantılıdır. Ayrıca, GABA'ya bağlı GAD65, özünde daha esnektir ve bir durumlar topluluğu olarak var olur, böylece Tip 1 diyabette görüldüğü gibi otoantijenite için daha fazla fırsat sağlar. Escherichia coli'den türetilen GAD , pH'a bağlı bir konformasyonel değişiklik dahil olmak üzere ek yapısal karmaşıklıklar gösterir. Bu davranış, asidik ortamlarda heksamerik proteinin N-terminalleri tarafından oluşturulan üçlü sarmal bir demetin varlığı ile tanımlanır.

Heksamerik E. coli GAD konformasyonel geçişi: düşük pH (solda), nötr pH (sağda).

GAD65 ve GAD67 Yönetmeliği

İki gen arasındaki kapsamlı dizi benzerliğine rağmen, GAD65 ve GAD67 insan vücudunda çok farklı roller üstlenir. Ek olarak, araştırmalar GAD65 ve GAD67'nin belirgin şekilde farklı hücresel mekanizmalar tarafından düzenlendiğini göstermektedir.

GAD ₆₅ ve GAD _67, GABA'yı hücrenin farklı yerlerinde, farklı gelişim zamanlarında ve işlevsel olarak farklı amaçlar için sentezler. GAD ₆₇ hücre boyunca eşit olarak yayılırken, GAD ₆₅ sinir terminallerinde lokalizedir. GAD ₆₇ , sinaptogenez ve nöral hasardan korunma gibi nörotransmisyonla ilgisi olmayan nöron aktivitesi için GABA'yı sentezler. Bu işlev, GABA'nın yaygın ve her yerde bulunmasını gerektirir. Ancak GAD ₆₅ , nörotransmisyon için GABA'yı sentezler ve bu nedenle sadece sinir terminallerinde ve sinapslarda gereklidir. Nörotransmisyona yardımcı olmak için GAD ₆₅ , Heat Shock Cognate 70 (HSC ₇₀ ), sistein dizisi proteini (CSP) ve bir kompleks olarak GABA'nın nörotransmisyon sırasında salınmak üzere veziküllere paketlenmesine yardımcı olan Veziküler GABA taşıyıcı VGAT ile bir kompleks oluşturur. GAD ₆₇ , erken gelişim sırasında kopyalanırken GAD ₆₅ , yaşamın ilerleyen zamanlarına kadar kopyalanmaz. GAD bu gelişim farkı ₆₇ ve GAD ₆₅ Her izoformun fonksiyonel özelliklerini yansıtmaktadır; GAD ₆₇ , normal hücresel işlev için gelişim boyunca gereklidir, GAD ₆₅ ise sinaptik inhibisyonun daha yaygın olduğu geliştirmede biraz sonrasına kadar gerekli değildir.

Fare beyninin Ventral Tegmental Alanında kırmızı Gad65, yeşil Gad67 ve Tirozin Hidroksilaz (mavi).

GAD ₆₇ ve GAD ₆₅ , çeviri sonrası olarak da farklı şekilde düzenlenir. Hem GAD ₆₅ hem de GAD ₆₇ , dinamik bir katalitik döngünün fosforilasyonu yoluyla düzenlenir, ancak bu izoformların düzenlenmesi farklıdır; GAD ₆₅ fosforilasyon ile aktive edilirken GAD ₆₇ fosforilasyon ile inhibe edilir. GAD67 ağırlıklı olarak aktif halde bulunurken (~%92), GAD65 ise ağırlıklı olarak inaktif halde bulunur (~%72). GAD ₆₇ , treonin 91'de protein kinaz A (PKA) tarafından fosforile edilirken GAD ₆₅ fosforile edilir ve bu nedenle protein kinaz C (PKC) tarafından düzenlenir. Hem GAD ₆₇ hem de GAD ₆₅ , Pyridoxal 5'-fosfat (PLP) tarafından çeviri sonrası olarak da düzenlenir ; GAD, PLP'ye bağlı olduğunda etkinleşir ve PLP'ye bağlı olmadığında devre dışıdır. GAD _67'nin çoğunluğu herhangi bir zamanda PLP'ye bağlanırken , GAD ₆₅ , nörotransmisyon için GABA gerektiğinde PLP'ye bağlanır. Bu, iki izoformun fonksiyonel özelliklerini yansıtır; GAD ₆₇ , normal hücresel işlev için her zaman aktif olmalıdır ve bu nedenle PLP tarafından sürekli olarak aktive edilirken, GAD ₆₅ sadece GABA sinir iletimi meydana geldiğinde aktive edilmelidir ve bu nedenle sinaptik ortama göre düzenlenir.

Farelerle yapılan çalışmalar da Gad67 ve Gad65 arasında işlevsel farklılıklar olduğunu göstermektedir. GAD67−/− fareler yarık damakla doğarlar ve doğumdan sonraki bir gün içinde ölürler, GAD65−/− fareler ise biraz artan nöbet eğilimi ile hayatta kalır. Ek olarak, GAD65+/- insanlarda DEHB'ye benzer şekilde tanımlanmış semptomlara sahiptir.

Sinir sistemindeki rolü

Hem GAD67 hem de GAD65, insan sinir sistemindeki tüm sinaps türlerinde bulunur. Buna dendrodendritik, aksosomatik ve aksodendritik sinapslar dahildir. Ön kanıtlar, GAD65'in daha fazik değişikliklere uğrayan görsel ve nöroendokrin sistemlerde baskın olduğunu göstermektedir. GAD67'nin tonik olarak aktif nöronlarda daha yüksek miktarlarda bulunduğuna da inanılmaktadır.

patolojideki rolü

Otizm

Hem GAD65 hem de GAD67, otizm vakalarında önemli ölçüde aşağı regülasyon yaşar. Otistik ve kontrol beyinlerinin karşılaştırılmasında, GAD65 ve GAD67, otistik beyinlerin parietal ve serebellar kortekslerinde ortalama %50'lik bir aşağı regülasyon yaşadı. Serebellar Purkinje hücreleri de %40'lık bir aşağı regülasyon bildirdi, bu da etkilenen serebellar çekirdeklerin beynin daha yüksek dereceli motor ve bilişsel alanlarına çıkışı bozabileceğini düşündürdü.

Şeker hastalığı

Hem GAD ₆₇ hem de GAD ₆₅ , daha sonra tip 1 diyabet veya gizli otoimmün diyabet geliştiren kişilerde otoantikorların hedefleridir . İmmün toleransı indükleyen yollarla GAD ₆₅ enjeksiyonlarının kemirgen modellerinde tip 1 diyabeti önlediği gösterilmiştir. Klinik çalışmalarda, GAD ₆₅ enjeksiyonlarının tip 1 diyabetli insanlarda 30 ay boyunca bir miktar insülin üretimini koruduğu gösterilmiştir.

katı insan sendromu

Bir referans anti-GAD65 monoklonal antikoru ile boyanmış sert insan insan beyinciği. İnce oklar, yalnızca anti-GAD65 monoklonal antikoru ile boyanan presinaptik terminalleri gösterir.

Glutamik asit dekarboksilaz'a (GAD) karşı yüksek otoantikor titreleri , sert insan sendromu (SPS) ile ilişkili olarak iyi belgelenmiştir . Glutamik asit dekarboksilaz, γ-aminobütirik asit (GABA) sentezinde hız sınırlayıcı enzimdir ve GABAerjik nöronların bozulmuş fonksiyonu SPS'nin patogenezinde rol oynar. GAD'a karşı otoantikorlar, nedensel ajan veya bir hastalık belirteci olabilir.

Şizofreni ve bipolar bozukluk

GAD mRNA ekspresyonunun önemli düzensizliği, reelinin aşağı regülasyonu ile birleştiğinde , şizofreni ve bipolar bozuklukta gözlenir . GAD _67'nin en belirgin aşağı regülasyonu, her iki bozuklukta da hipokampal stratum oriens tabakasında ve değişen derecelerde hipokampusun diğer tabaka ve yapılarında bulundu.

GAD ₆₇ inhibitör nörotransmitter sentezinde yer alan bir anahtar enzimdir GABA GAD düşük miktarlarda eksprese gösterilmiştir ve şizofreni kişi ₆₇ içinde dorsolateral prefrontal korteks sağlıklı kontrollerle karşılaştırıldığında. Şizofreni hastalarında azalmış GAD ₆₇ düzeylerinin altında yatan mekanizma belirsizliğini koruyor. Bazı ani erken gen, normal olarak bağlandığı Zif268, önerdi promotör GAD bölge ₆₇ ve GAD artar transkripsiyon ₆₇ , şizofreni hastalarında daha düşük olmaktadır ve böylece GAD seviyelerinin azalmasına katkıda ₆₇ . Dorsolateral prefrontal korteks (DLPFC) çalışma belleğinde yer aldığından ve şizofreni hastalarının DLPFC'sinde GAD ₆₇ ve Zif268 mRNA seviyeleri daha düşük olduğundan, bu moleküler değişiklik, en azından kısmen, hastalıkla ilişkili çalışma belleği bozukluklarından sorumlu olabilir. .

Parkinson hastalığı

Adeno-ilişkili bir viral vektör tarafından glutamik asit dekarboksilazın (GAD) 30 ila 75 yaşları arasındaki ilerlemiş, ilerleyici, levodopa-yanıtlı Parkinson hastalığı olan hastaların subtalamik çekirdeğine iki taraflı olarak verilmesi, tedavi süresince taban çizgisine göre önemli bir iyileşme ile sonuçlanmıştır. altı aylık bir çalışma.

serebellar bozukluklar

Hayvanlara GAD otoantikorlarının intraserebellar uygulaması, motonöronların uyarılabilirliğini arttırır ve öğrenmede yer alan bir molekül olan nitrik oksit (NO) üretimini bozar . Epitop tanıma, serebellar tutuluma katkıda bulunur. Azalan GABA seviyeleri, GABA reseptörlerinin alt tiplerinin daha düşük inhibisyonunun bir sonucu olarak glutamat seviyelerini arttırır. Daha yüksek glutamat seviyeleri mikroglia'yı aktive eder ve xc(-)'nin aktivasyonu hücre dışı glutamat salınımını arttırır.

Nöropatik ağrı

Siyatik sinirin periferik sinir hasarı (bir nöropatik ağrı modeli) , omurilik dorsal boynuzunda geçici bir GAD ₆₅ immünoreaktif terminal kaybına neden olur ve bu değişiklikler için ağrı davranışının gelişmesinde ve iyileştirilmesinde potansiyel bir rol oynadığını düşündürür.

Diğer Anti-GAD ile ilişkili nörolojik bozukluklar

Glutamik asit dekarboksilaz'a (GAD) karşı yönlendirilen antikorlar, ataksi , rijidite ve miyoklonus (PERM) ile ilerleyen ensefalomiyelit , limbik ensefalit ve epilepsi gibi merkezi sinir sistemi (CNS) disfonksiyonuna işaret eden diğer semptomları olan hastalarda giderek daha fazla bulunur . Epilepsideki anti-GAD antikorlarının paterni, tip 1 diyabet ve katı insan sendromundan farklıdır.

Diğer organizmalarda glutamat dekarboksilazın rolü

GABA sentezinin yanı sıra GAD, organizmaya bağlı ek işlevlere ve yapısal varyasyonlara sahiptir. İn Saccharomyces cerevisiae , GAD Ca bağlanan ^{2 +} düzenleyici protein kalmodulin (CaM) ve oksidatif strese yanıt olarak yer almaktadır. Benzer şekilde, bitkilerdeki GAD da kalmodulin'i bağlar. Bu etkileşim, C terminalindeki 30-50bp CAM bağlama alanında (CaMBD) meydana gelir ve GABA üretiminin uygun şekilde düzenlenmesi için gereklidir. Omurgalıların ve omurgasızların aksine, GAD tarafından üretilen GABA, CaM yoluyla hücre içi Ca2 ⁺ seviyelerini kontrol ederek abiyotik stres sinyali vermek için bitkilerde kullanılır . CAM bağlanma Ca açar ^{2 +} Ca bir artışa kanalları ve potansiyel ²⁺ Ca izin sitosolunda konsantrasyonlarda ²⁺ ikinci bir haberci olarak hareket edebilir ve aşağı akış yolaklarını aktive etmek için. GAD, CaM'ye bağlı olmadığında, CaMBD bir oto-inhibitör etki alanı olarak hareket eder, böylece stres yokluğunda GAD'yi devre dışı bırakır. İlginçtir, iki bitki türünde, pirinç ve elmada, Ca2+ /CAM'den bağımsız GAD izoformları keşfedilmiştir. Bu izoformların C-terminali, proteinin GAD'ye bağlanmasını önleyerek, CaMBD'de CaM ile etkileşime girmek için gerekli olan anahtar kalıntılarda ikameler içerir. Pirinçteki izoformun CaMBD'si hala bir oto-inhibitör etki alanı olarak işlev görürken, elmalardaki izoformdaki C-terminali böyle değildir. Son olarak, bitki GAD'nin yapısı bir heksamerdir ve pH'a bağlı aktiviteye sahiptir ve çoklu türlerde optimal pH 5.8'dir. aynı zamanda CaM varlığında pH 7.3'te önemli aktivite

Ayrıca glutamat dekarboksilazın kontrolünün, hasat sonrası narenciye ürün kalitesini iyileştirme olasılığına sahip olduğuna inanılmaktadır. Narenciye bitkilerinde yapılan araştırmalar glutamat dekarboksilazın sitrat metabolizmasında önemli bir rol oynadığını göstermiştir. Doğrudan maruz kalma yoluyla glutamat dekarboksilazın artmasıyla, bitkilerde sitrat seviyelerinin önemli ölçüde arttığı ve bununla birlikte hasat sonrası kalitenin korunmasının önemli ölçüde iyileştiği ve çürüme oranlarının düştüğü görülmüştür.

Bitkilerdeki GAD gibi, E. coli'deki GAD da bir heksamer yapıya sahiptir ve asidik pH altında daha aktiftir; E. coli GAD için optimum pH 3.8-4.6'dır. Bununla birlikte, bitki ve mayanın aksine, E. coli'deki GAD, işlev görmek için kalmodulin bağlanmasına ihtiyaç duymaz. Her iki izoform da biyokimyasal olarak aynı olmasına rağmen , E. coli'de ayrı genler tarafından kodlanan GadA ve GadB olmak üzere iki GAD izoformu da vardır. Enzim, asit direnci kazandırmada önemli bir rol oynar ve bakterilerin mide gibi yüksek asidik ortamlarda (pH < 2.5) geçici olarak hayatta kalmasına izin verir. Bu, GAD'ın glutamatı GABA'ya dekarboksile etmesiyle yapılır; bu, H+'nın bir reaktan olarak alınmasını gerektirir ve bakteri içindeki pH'ı yükseltir. GABA daha sonra E. coli hücrelerinden dışarı aktarılabilir ve yakındaki hücre dışı ortamların pH'ının artmasına katkıda bulunabilir.

Referanslar

Dış bağlantılar

• İlgili Medya Glutamat dekarboksilaz Wikimedia Commons
• Genetik, İfade Profilleme Şizofrenide GABA Eksikliklerini Destekliyor - Şizofreni Araştırma Forumu, 25 Haziran 2007.
• Uygun yapısal bilginin her genel PDB için Uniprot : Q99259 de (Glutamat 1 dekarboksilaz) PDBe-KB .
• Uygun yapısal bilginin her genel PDB için Uniprot : Q05329 de (Glutamat 2 dekarboksilaz) PDBe-KB .