D-aminoácido oxidase - D-amino acid oxidase

Não deve ser confundido com diamina oxidase ou D-aspartato oxidase .
D-aminoácido oxidase
Estrutura cristalina de RgDAAO (código PDB 1c0p) .png
Estrutura 3D de DAAO de levedura (monômero)
Identificadores
EC nº 1.4.3.3
CAS no. 9000-88-8
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
D-aminoácido oxidase
Identificadores
Símbolo DAO (DAAO)
Gene NCBI 1610
HGNC 2671
OMIM 124050
RefSeq NM_001917
UniProt P14920
Outros dados
Número CE 1.4.3.3
Locus Chr. 12 q24

A D-aminoácido oxidase ( DAAO ; também OXDA, DAMOX) é uma enzima com a função em nível molecular de oxidar D-aminoácidos aos correspondentes α-cetoácidos , produzindo amônia e peróxido de hidrogênio . Isso resulta em uma série de efeitos fisiológicos em vários sistemas, principalmente no cérebro. A enzima é mais ativa para D-aminoácidos neutros, e não ativa para D-aminoácidos ácidos. Um de seus alvos mais importantes em mamíferos é a D-Serina no sistema nervoso central . Ao direcionar este e outros D-aminoácidos em vertebrados , DAAO é importante na desintoxicação . O papel nos microrganismos é ligeiramente diferente, quebrando D-aminoácidos para gerar energia.

DAAO é expresso em uma ampla gama de espécies de leveduras a humanos. Não está presente em plantas ou bactérias que, em vez disso, usam D-aminoácido desidrogenase . DAAO em humanos é um candidato a gene de suscetibilidade e junto com G72 pode desempenhar um papel nos mecanismos glutamatérgicos da esquizofrenia . DAAO também desempenha um papel nos avanços biotecnológicos e médicos. A risperidona e o benzoato de sódio são inibidores da DAAO.

A D-aminoácido oxidase é diferente da diamina oxidase, que às vezes é chamada de DAO .

História

Em 1935, Hans Adolf Krebs descobriu a D-aminoácido oxidase após um experimento com homogenatos e aminoácidos de rim suíno . Pouco depois, Warburg e Christian observaram que a oxidase tinha um cofator FAD, tornando-a a segunda flavoenzima a ser descoberta. Nos anos seguintes, outros cientistas desenvolveram e aprimoraram o procedimento de purificação de uma D-aminoácido oxidase suína.

Em 1983, foram descobertos inibidores da oxidase. Em 2006, a estrutura 3D da oxidase foi publicada. Atualmente, a ligação entre a atividade humana da D-aminoácido oxidase (hDAAO) e a esquizofrenia está sendo pesquisada.

Estrutura e propriedades

conexão head-to-head hDAAO

Enquanto a D-aminoácido oxidase difere até certo ponto entre vários organismos , a estrutura é basicamente a mesma na maioria dos eucariotos , exceto plantas. Esta enzima é uma flavoproteína pertencente à família das oxidoredutases dependentes de FAD e atua no grupo CH-NH 2 de doadores de D-aminoácidos com oxigênio como aceitador. Também é considerada uma enzima peroxissômica contendo FAD como cofator. Cada DAO monómero tem uma FAD - domínio de ligação (FBD) contendo um Rossmann dobra , e um substrato domínio ligao ao (SBD) que também forma uma interface com o outro monómero na proteína. DAO existe como um dímero , com cada monômero contendo um FBD e SBD. Cada monômero é composto por 347 aminoácidos no DAO humano, embora, entre outros eucariotos, a proteína possa variar de 345 a 368 aminoácidos de comprimento. No DAO humano, os dois monômeros estão conectados de forma direta. DAO de outros organismos, como leveduras, podem estar presentes como dímeros da cabeça à cauda. O gene hDAAO é encontrado no cromossomo 12 e contém 11 exons.

O DAO é capaz de reduzir o oxigênio rapidamente e, quando reduzido, pode estabilizar a semiquinona vermelha aniônica e é capaz de formar uma ligação covalente com os sulfitos . Todas essas são propriedades típicas associadas às flavoproteínas . O DAAO humano tem propriedades ligeiramente diferentes de outras moléculas de DAAO, incluindo uma capacidade mais fraca de se ligar ao FAD e uma taxa reduzida de reação para algumas moléculas, como a flavina .

Ações no cérebro

DAO atua no cérebro para oxidar D-aminoácidos específicos usando a região FAD (região dinucleotídica de flavina adenina) e é comumente considerada como produzida no rombencéfalo, embora haja novas evidências de expressão de DAO também no prosencéfalo . O DAO presente no prosencéfalo parece estar inativo, entretanto, causando especulação sobre o tópico da função DAO no prosencéfalo em oposição ao rombencéfalo, onde a função é mais conhecida. O consenso é que DAO é produzido e é ativo em células gliais, mais especificamente em astrócitos cerebelares tipo 1 e tipo 2, e o aminoácido D-serina que é produzido por DAO nessas células mostrou aumentar o receptor NMDA sináptico atividade.

Impacto na esquizofrenia

Mais informações: Esquizofrenia § Mecanismos

Há evidências que mostram que a esquizofrenia, como fenômeno neural, está associada à função hiper e hipoglutamatérgica, mediada por receptores NMDA. A disfunção dos receptores NMDA e a sinalização hipoglutamatérgica correspondente produzem superestimulação dos receptores inotrópicos e levam à excitotoxicidade.

EsquizofreniaBrain

Foi demonstrado que a diminuição da atividade DAO leva a um aumento da atividade NMDA no hipotálamo . A inibição de DAO leva ao aumento dos níveis de D-serina que atuam como agonistas no NMDAR.

Um estudo confirmou o aumento da atividade NMDA e mostrou aumento da atividade DAO no cerebelo de indivíduos com esquizofrenia. O histórico genético do envolvimento de DAO na esquizofrenia é altamente debatido, e nenhuma evidência obrigatória foi encontrada para genes DAO estarem fortemente ligados à esquizofrenia. No entanto, o gene G72, que supostamente codifica o ativador da D-aminoácido oxidase, pode estar envolvido no desenvolvimento da esquizofrenia.

Regulamento

A proteína do fagote e o pLG72 são as proteínas atualmente conhecidas por interagir fisicamente e modular a DAAO humana. plG72 é o produto do gene G72 específico de primata, e níveis mais elevados de ambos foram observados em pacientes com esquizofrenia. Observou-se que a interação de plG72 com hDAAO causa uma inativação dependente do tempo com a oxidase. Acredita-se que isso seja causado pela ligação de plG72 que limita a quantidade da enzima que é cataliticamente competente e pode ser negada pelo cofator ou por quaisquer ligantes do sítio ativo. A estrutura do plG72 não está totalmente determinada, de modo que a interação física específica com hDAAO também não é totalmente compreendida. Experimentos com a proteína basson e hDAAO resultaram em uma diminuição na atividade enzimática semelhante a plG72. Os pesquisadores suspeitam que a proteína do fagote previne o esgotamento da D-Serina, particularmente no neurônio pré - sináptico .

Além disso, os pesquisadores se concentraram em compostos que poderiam atuar como inibidores de hDAAO. Mais de 500 compostos diferentes foram observados in vitro / in vivo para atuar como inibidores da oxidase e a maioria deles por inibição competitiva . Todos esses compostos têm duas porções principais semelhantes. A primeira parte é a parte plana que interage com o sítio ativo do hDAAO. A estrutura química do local planar é formada por um ou dois anéis fundidos e deve ter um grupo carboxílico carregado negativamente . A segunda porção é a cadeia do substrato , que pode participar da zona ativa ou da entrada da enzima. Além disso, os diferentes compostos são divididos em várias categorias (clássico, novo, segunda geração, terceira geração), dependendo das estruturas químicas. Um exemplo de um composto é o benzoato , que é um inibidor clássico. O grupo carboxílico do benzoato interage com Arg238, e o aromático interage com Tyr224 na zona ativa da oxidase.

Formulários

Biotecnologia

Síntese de cefalosporinas

A D-aminoácido oxidase é usada em biotecnologia principalmente para produzir antibióticos chamados cefalosporinas . O uso da D-aminoácido oxidase para a criação de antibióticos é uma produção patenteada de antibióticos e começou em 1970. Originalmente, a D-aminoácido oxidase usada neste processo foi retirada do rim de um porco e recebeu o nome de pkDAAO. PkDAAO é muito instável ao longo dos processos de síntese de antibióticos e, portanto, apresentou um baixo rendimento de antibióticos. Por meio de pesquisas contínuas, uma forma mais bem-sucedida de D-aminoácido oxidase foi descoberta a partir de uma espécie de levedura chamada Rhodotorula gracilis e, portanto, foi chamada de RgDAAO. RgDAAO agora é usado como o D-aminoácido oxidase primário usado em antibióticos de cefalosporina porque a imobilização em resinas de troca iônica comerciais cria um sistema mais estável que produz quantidades muito maiores de antibióticos.

Biossensor de D-aminoácido

A D-aminoácido oxidase reage aos D-aminoácidos e pode ser usada para detectar a quantidade de D-aminoácidos nos alimentos para atuar como um biossensor . Isso é importante devido aos efeitos dos D-aminoácidos no D-isômero ou múltiplos enantiômeros presentes nos alimentos tem sobre o valor nutricional. Quanto mais D-isômero ou múltiplos enantiômeros presentes nos alimentos, menor é o valor nutricional do alimento, portanto, usar D-aminoácido oxidase para detectá-los permite um aumento na seleção de alimentos nutricionalmente valiosos. Não há nenhuma evidência para provar que os D-aminoácidos são tóxicos, mas levanta muitas questões possíveis se alguns alimentos são tóxicos.

Médico

Tratamento de câncer

O RgDAAO é usado em um processo chamado terapia com pró- drogas enzimáticas direcionadas a genes (GDEPT) para tratar tumores em pacientes com câncer. Este tratamento usa RgDAAO como enzima e D-alanina como substrato para criar uma espécie reativa de oxigênio H2O2 como produto. H2O2 permeia através das células tumorais e danifica os biopolímeros . O dano causado pelo H2O2 cria um metabólito citotóxico de um pró-fármaco não tóxico dentro das células tumorais, que então cria uma substância tóxica apenas nessas células. Esse processo é benéfico para pacientes com câncer, porque esse tratamento é tóxico apenas para as células tumorais, enquanto a quimioterapia é tóxica para todas as células do corpo do paciente. A D-aminoácido oxidase também desempenha um papel na produção do ácido 4-metiltio-2-oxobutírico (MTOBA), que é usado como uma droga anticâncer que induz a apoptose das células cancerosas.

Tratamentos terapêuticos

A D-aminoácido oxidase é usada em tratamentos terapêuticos, como regulação de hormônios, regulação de hipertensão , tratamento de esquizofrenia, tratamento de transtornos psiquiátricos e cognitivos e possível redução da dor. Alterar a quantidade de transportadores de D-aminoácido oxidase com o uso de drogas tem efeitos terapêuticos na esquizofrenia. A D-aminoácido oxidase regula o D-Aspartato, que regula a secreção de melatonina , prolactina , testosterona , hormônio luteinizante e hormônio do crescimento . Ao regular a D-aminoácido oxidase, o D-aspartato também pode ser regulado e controlar a secreção do hormônio. A atividade aumentada da D-aminoácido oxidase foi correlacionada com transtornos psiquiátricos e cognitivos, portanto, a redução da D-aminoácido oxidase pode ter efeitos terapêuticos nesses transtornos. A D-aminoácido oxidase ajuda a produzir L-6-hidroxinorleucina, que então gera o Omapatrilato . Omapatrilat inibe a enzima de conversão da angiotensina e a endopeptidase neutra e reduz efetivamente a hipertensão. A D-aminoácido oxidase também pode ter efeito sobre os estímulos da dor, mas ainda não foi confirmado.

Veja também

links externos

Referências