Alfa-tubulina N-acetiltransferase - Alpha-tubulin N-acetyltransferase

Identificadores
EC nº 2.3.1.108
CAS no. 99889-90-4
Bancos de dados
IntEnz Vista IntEnz
BRENDA Entrada BRENDA
ExPASy NiceZyme view
KEGG Entrada KEGG
MetaCyc via metabólica
PRIAM perfil
Estruturas PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Ontologia Genética AmiGO / QuickGO

Em enzimologia , uma alfa-tubulina N-acetiltransferase ( EC 2.3.1.108 ) é uma enzima que é codificada pelo gene ATAT1.

Esta enzima pertence à família das transferases , especificamente aquelas aciltransferases que transferem grupos diferentes dos grupos aminoacil. O nome sistemático desta classe de enzimas é acetil-CoA: [alfa-tubulina] -L-lisina N6-acetiltransferase . Outros nomes de uso comum incluem alfa-tubulina acetilase , αTAT , ATAT1, TAT, alfa-TAT, alfa-tubulina acetiltransferase , tubulina N-acetiltransferase , acetil-CoA: alfa-tubulina-L-lisina N-acetiltransferase e acetil-CoA : [alfa-tubulina] -L-lisina 6-N-acetiltransferase .

Informação de proteína Valor
Massa molecular 46810 Da
Tamanho (tamanho do aminoácido) 421 aminoácidos
Propriedades de atividade enzimática
Indicadores cinéticos Valor
Km para alfa-tubulina livre 2,0 μM
Km para tubulina polimerizada 1,6 μM
Km para acetil-CoA 2,2 μM
Kcat para a acetilação de tubulina polimerizada 2,2 h -1
Kcat para a acetilação de tubulina livre 0,35 h -1
Kcat com acetil-CoA 1,47 h -1

Estrutura

Primário

Essa proteína possui um comprimento de 421 aminoácidos, entre os quais devemos destacar a Glutamina de número 58 (Gln ou Q), que é fundamental para a atividade catalítica.

Secundário

ATAT1 tem 8 hélices α , 10 cadeias β e uma volta. No entanto, apenas metade da proteína tem uma conformação secundária definida. O restante dessa proteína é intrinsecamente desordenado.

Estrutura secundária ATAT1
Representação da estrutura cristalina do complexo humano αTAT1-acetil-CoA

Domínios

ATAT1 não é uma proteína modular porque possui apenas um domínio localizado do primeiro aminoácido aos cento e noventa.

Regiões

Devem ser destacadas duas regiões importantes do ATAT1 (124-137 e 160-269), pois é aqui que se encontram os pontos de junção com o Acetil-coA .

Recentemente, estudos que descrevem a estrutura cristalina de ATAT1 sugerem que os resíduos 196 a 236 de ATAT1 humano (onde as lisinas acetiladas K210 e K221 estão localizadas) estão desordenados e não contribuem significativamente para a atividade catalítica. Em contraste, os resíduos acetilados K56 e K146 estão ambos dentro do domínio catalítico (hélices α1 e α3, respectivamente) e próximos ao local de ligação da acetil CoA, o que sugere que esses resíduos podem atuar como um intermediário para a transferência do grupo acetil . No entanto, mais dados estruturais com mutantes de autoacetilação são necessários para compreender totalmente este mecanismo e para testar a possibilidade de alterações conformacionais causadas pela autoacetilação de ATAT1.

Site ativo

ATAT1 contém uma bolsa de superfície conservada perto do sítio ativo composta em grande parte por resíduos hidrofóbicos e básicos, que provavelmente complementam a alça ácida contendo α-tubulina K40. O sítio ativo da proteína contém vários resíduos conservados que podem funcionar como bases gerais na reação: glutamina 58 (Q58), cisteína (C120) e ácido aspártico 157 (D157).

Isoformas

ATAT1 apresenta 7 isoformas diferentes devido ao splicing alternativo, processo que consiste na combinação de exons ao final do processo de transcrição. Consequentemente, a partir de um único gene, mais de um RNA mensageiro pode ser produzido.

As diferentes isoformas são:

  • Isoforma 1
    Isoforma de estrutura primária 1

A isoforma 1 é conhecida como sequência canônica. Isso significa que as alterações nas outras isoformas estarão relacionadas a essa sequência particular de aminoácidos.

  • Isoforma 2

A isoforma 2 é diferente da isoforma 1, pois a sequência dos aminoácidos 1-12 está ausente e a sequência do 13º ao 36º aminoácido é carregada pelo seguinte: MWLTWPFCFLTITLREEGVCHLES

  • Isoforma 3

É bastante semelhante à sequência canônica, a única diferença é que a sequência de aminoácidos na posição 195-218 (RPPAPSLRATRHSRAAAVDPTPAA) é substituída por prolina (P).

Comprimento e massa das isoformas de ATAT1
  • Isoforma 4

A isoforma 4 é diferente da sequência canônica, pois a sequência dos aminoácidos 323-333 da cadeia canônica (RGTPPGLVAQS) foi substituída por uma sequência diferente (SSLPRSEESRY). Além disso, a sequência de aminoácidos 334-421 está ausente.

  • Isoforma 5

Neste caso, a isoforma 5 difere da sequência canônica porque a sequência de aminoácidos 324-421 foi eliminada.

  • Isoforma 6

A isoforma 6 é provavelmente a isoforma que mais difere da seqüência canônica. A sequência de aminoácidos 195-218 (RPPAPSLRATRHSRAAAVDPTPAA) é substituída por prolina (P), tal como na isoforma 3; a sequência 323-333 (RGTPPGLVAQS) é alterada por (SSLPRSEESRY) e a sequência de aminoácidos 334-421 está ausente, assim como na isoforma 4.

  • Isoforma 7

A diferença entre a isoforma 7 e a sequência canônica é que a sequência de aminoácidos nas posições 195º-218º (RPPAPSLRATRHSRAAAVDPTPAA) foi alterada pela prolina (P) e também a sequência 334-421 está ausente.

Função molecular

Reação de acetilação do K40 lisina em alfa-tubulina, catalisada por ATAT1. O grupo acetil do Acetil-CoA é transferido para a lisina.

Os microtúbulos são polímeros tubulares altamente dinâmicos montados a partir de protofilamentos de dímeros da tubulina α / β e são essenciais para o transporte intracelular , organização arquitetônica, divisão celular, morfogênese celular e produção de força em células eucarióticas . Há uma modulação constante do equilíbrio entre subpopulações de microtúbulos dinâmicos de curta duração e estáveis ​​de longa duração na célula.

Embora os microtúbulos geralmente funcionem como polímeros dinâmicos, para algumas funções específicas eles requerem mais estabilidade. A acetilação é usada pela célula como um marcador para esses microtúbulos estáveis.

ATAT1 acetila especificamente 'Lys-40' em tubulina alfa no lado luminal dos microtúbulos. Esta é a única modificação pós-tradução conhecida no lúmen dos microtúbulos, mas ainda não se sabe como a enzima acessa o lúmen.

Os dois substratos para esta enzima são acetil-CoA e α-tubulina-L-lisina.

Apesar de sua semelhança com outras enzimas acetilantes, catalisa exclusivamente a reação de acetilação da tubulina.

Essa catálise ocorre quando a molécula de acetil-CoA ligada à enzima transfere seu grupo acetil para a lisina.

Esta é a reação catalisada por ATAT1:

Acetil-CoA + [alfa-tubulina] -L-lisina CoA + [alfa-tubulina] -N 6 -acetil-L-lisina

Vários experimentos concluíram que a acetilação é mais eficiente em substratos de microtúbulos do que em dímeros de α / β-tubulina livres. Isso ocorre porque, uma vez que o ATAT1 está no lúmen do microtúbulo, ele se difunde livremente e tem uma alta concentração efetiva de substrato.

Funções biológicas

Formação do hipocampo

ATAT1 tem um papel importante na formação do hipocampo , pois foi descoberto que camundongos sem ATAT1 possuem uma acetilação de tubulina deficiente e uma protuberância no giro dentado .

Resposta ao estresse e vias de sinalização

A acetilação da tubulina por ATAT1 mostrou ser elevada pela exposição da célula à radiação UV, bem como sua exposição a produtos químicos, como H 2 O 2 ou NaCl.

A acetilação da tubulina é uma das vias de sinalização da atividade da Na + e K + -ATPase.

Autofagia

A acetilação da tubulina também está envolvida na regulação da autofagia . É necessário para a fusão de autofagossomos com lisossomos. Quando há uma privação de nutrientes, a hiperacetilação da tubulina induzida pela fome é necessária para a ativação da autofagia. Esta é uma forma ativada quando a célula está sob estresse.

Migração neuronal e maturação

A α-tubulina é um alvo do complexo Elongator e na regulação de sua acetilação está subjacente à maturação dos neurônios de projeção cortical.

Função flagelar do esperma

A acetilação dos microtúbulos é necessária para a função flagelar normal do esperma . A supressão de ATAT1 em camundongos causa diminuição da motilidade dos espermatozoides e infertilidade masculina.

Migração celular

Microtúbulos estáveis ​​estão envolvidos nos processos de migração celular. Esses microtúbulos precisam de sua acetilação. Assim, a enzima ATAT1 é importante na migração celular.

Desenvolvimento embrionário

ATAT1 é muito importante no desenvolvimento de embriões no peixe-zebra . Alguns autores consideram que também pode ser crítico no desenvolvimento embrionário em mamíferos.

Ciliogênese

O ATAT 1 desempenha um papel importante na formação dos cílios. Na verdade, está sendo estudado que a ciliogênese pode ter um efeito no desenvolvimento da lateralidade no homo sapiens. Além disso, a alfa-tubulina N-acetiltransferase também é essencial para garantir que o conjunto do cílio primário possa funcionar em um estado de cinética normal.

Promove uma mecanosensação eficiente em C.elegans

Localização intracelular e funções associadas

Formação científica

Em 2010, foi descoberta a existência de uma α-tubulina N-acetiltransferase, não só em Tetrahymena e Caenorhabditis elegans , mas também em mamíferos . Além disso, dois grupos de pesquisa geraram camundongos knockout para ATAT1 , o que ocasionou camundongos com falta de acetilação em muitos tecidos. No entanto, sua distribuição intracelular ainda não era clara.

Descobertas recentes

Para descobrir a localização intracelular da α-tubulina N-acetiltransferase e algumas de suas funções, foi utilizada uma técnica de microscopia, denominada imunohistoquímica , que permite a diferenciação de diversas moléculas em uma célula através da utilização de um anticorpo e sua reação com um específico antígeno (neste caso, foi utilizado um anticorpo denominado anticorpo anti-ATAT1).

Neste estudo, o ATAT1 foi observado em diversos tecidos e os cientistas descobriram e puderam supor algumas de suas funções. Este último estudo permitiu revelar a distribuição intracelular de ATAT1 nas células ciliadas de alguns tecidos.

Localização

ATAT1 é conhecido por estar localizado em:

Traquéia

Localiza-se principalmente na região apical das células epiteliais , mas sua função ainda é um enigma.

Rim

O sinal imunopositivo causado pelo anticorpo anti-ATAT1 foi observado em células epiteliais do ducto coletor medular .

Retina

A α-tubulina N-acetiltransferase está localizada principalmente nas células fotorreceptoras . Além disso, acredita-se que ATAT1 esteja associado não apenas aos cílios conectores e aos axonemas do segmento externo (OS), mas também a todo o segmento interno (IS) e todo o segmento externo (OS). Portanto, pode desempenhar um papel importante no transporte intracilial de proteínas de sinal durante a sinalização sensível à luz em células fotorreceptoras.

Testis

No testículo, o anticorpo foi observado nos espermatócitos e espermátides, mas não nos espermatozoides. Nos espermatócitos, também foi verificado que o ATAT1 estava localizado ao redor do aparelho de Golgi, o que indica que essa proteína pode desempenhar um papel importante na espermatogênese.

Terceiro ventrículo

Embora ainda não esteja clara a função do ATAT1, ele também foi encontrado em outros tecidos, como o terceiro ventrículo do cérebro, mas sua função específica é desconhecida. No entanto, é considerado que desempenha um papel importante no desenvolvimento dos neurônios.

Localização subcelular

A alfa-tubulina N-acetiltransferase está localizada em várias partes da célula, como no citoesqueleto, no citoplasma ou na cavidade revestida de clatrina na membrana. Isso está intimamente relacionado a uma de suas funções principais, que é a catálise da acetilação dos microtúbulos.

Mutagênese e mutações

ATAT1 pode tender a sofrer um processo conhecido como mutagênese, segundo o qual, uma mutação genética é produzida. Isso pode ocorrer de forma espontânea ou, por outro lado, por ação de agentes mutagênicos. É possível classificar os diferentes resultados da mutagênese dependendo de qual dos 421 aminoácidos foi alterado.

Se a glutamina (Q), que ocupa a 58ª posição na seqüência de aminoácidos, for substituída pela alanina (A), ocorrerá uma perda na atividade da acetiltransferase. A consequência de uma mutação em que a isoleucina (I) em 64º lugar é trocada pela alanina (A) é uma forte redução na atividade da acetiltransferase.

Além disso, há uma série de mutações que causam redução da atividade da proteína. Estes são:

  1. A substituição da fenilalanina (F) pela alanina (A) na 105ª posição.
  2. A substituição da valina (v) pela alanina (A) na 106ª posição.
  3. Leucina (L) pela alanina (A) na 107ª posição.
  4. Ácido aspártico (D) pela alanina (A) na 108ª posição.
  5. Ácido glutâmico (E) pela alanina (A) na 115ª e 117ª posições.

Em alguns casos, essa redução da atividade é ainda mais forte, como nas seguintes mutações:

  1. Asparagina (N) pela alanina (A) na 182ª posição.
  2. Fenilalanina (F) pela alanina (A) na 183ª posição.

Existem algumas mutações que levam a um aumento da atividade, tais como:

  1. Ácido aspártico (D) pela alanina (A) na 109ª posição
  2. Ácido aspártico (D) pela arginina (R) na 109ª posição. É importante mencionar que este aumento de atividade é geralmente um evento marginal.
  3. Ácido glutâmico (E) pela alanina (A) na 111ª posição. Nesse caso, o aumento da atividade é em relação ao dobro.

Existem alguns casos em que a mutação do gene pode causar uma redução na acetilação dos microtúbulos. Como por exemplo:

  1. Cisteína (C) por alanina (A) na 120ª posição.
  2. Ácido aspártico (D) pelo ácido glutâmico (E) na 157ª posição.

No entanto, nem sempre uma mutação devido à substituição de um aminoácido por outro tem um efeito particular sobre a atividade da proteína. Existem alguns exemplos em que uma mutação não produz uma variação significativa do efeito catalítico da proteína. Estes são:

  1. Serina (S) pela alanina (A) na 61ª posição.
  2. Ácido glutâmico (E) pela arginina (R) na 111ª posição.

Modificações Pós-Tradicionais

ATAT1 sofre modificações pós-translacionais, que são alterações na proteína após ela ser traduzida pelos ribossomos. Os aminoácidos geralmente afetados por essas modificações estão nas posições 46, 146, 233, 244, 272, 276, 315. O principal efeito dessas modificações é um aumento na acetilação da tubulina.

Doenças associadas

Estudos knockout das enzimas de camundongos mostraram novas funções biológicas possíveis. Portanto, eles mostraram algumas doenças associadas também.

Por exemplo, níveis anormais de acetilação estão intimamente ligados a distúrbios neurológicos , câncer , doenças cardíacas e outras doenças.

Para algumas dessas doenças, uma possível solução é um incremento da enzima ATAT1. Para outros, um inibidor desta enzima é necessário para atingir o nível correto de acetilação.

Problemas neurológicos

Patologicamente, a acetilação da tubulina pode estar ligada a vários distúrbios neurológicos, como:

No entanto, ainda está sendo investigado se esses distúrbios são causados ​​diretamente por um nível de acetilação anormal feito pelo ATAT1.

No entanto, parece que a única doença associada que pode ser afirmada que é causada por uma diminuição da acetilação causada por ATAT1 é a lesão do axônio.

Câncer

Um aumento da acetilação da tubulina feito por ATAT1 pode desempenhar um papel importante em:

Inflamação e imunidade

Também foi ligeiramente demonstrado que um aumento da acetilação feito pela α-tubulina N-acetiltransferase poderia facilitar a entrada do vírus na célula.

Referências

Leitura adicional

Veja também