D-Aminosäureoxidase - D-amino acid oxidase
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.png) 3D-Struktur von DAAO aus Hefe (Monomer)
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| Bezeichner | |||||||||
| EG-Nr. | 1.4.3.3 | ||||||||
| CAS-Nr. | 9000-88-8 | ||||||||
| Datenbanken | |||||||||
| IntEnz | IntEnz-Ansicht | ||||||||
| BRENDA | BRENDA-Eintrag | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme-Ansicht | ||||||||
| KEGG | KEGG-Eintrag | ||||||||
| MetaCyc | Stoffwechselweg | ||||||||
| PRIAM | Profil | ||||||||
| PDB- Strukturen | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Gen-Ontologie | AmiGO / QuickGO | ||||||||
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| D-Aminosäureoxidase | |||||||
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| Bezeichner | |||||||
| Symbol | DAO (DAAO) | ||||||
| NCBI-Gen | 1610 | ||||||
| HGNC | 2671 | ||||||
| OMIM | 124050 | ||||||
| RefSeq | NM_001917 | ||||||
| UniProt | P14920 | ||||||
| Andere Daten | |||||||
| EG-Nummer | 1.4.3.3 | ||||||
| Ort | Chr. 12 q24 | ||||||
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D-Aminosäureoxidase ( DAAO ; auch OXDA, DAMOX) ist ein Enzym mit der Funktion auf molekularer Ebene, D-Aminosäuren zu den entsprechenden α-Ketosäuren zu oxidieren und dabei Ammoniak und Wasserstoffperoxid zu produzieren . Dies führt zu einer Reihe von physiologischen Wirkungen in verschiedenen Systemen, vor allem im Gehirn. Das Enzym ist gegenüber neutralen D-Aminosäuren am aktivsten und gegenüber sauren D-Aminosäuren nicht aktiv. Einer seiner wichtigsten Angriffspunkte bei Säugetieren ist D-Serin im Zentralnervensystem . Indem es auf diese und andere D-Aminosäuren bei Wirbeltieren abzielt, ist DAAO für die Entgiftung wichtig . Die Rolle bei Mikroorganismen ist etwas anders, sie bauen D-Aminosäuren ab, um Energie zu erzeugen.
DAAO wird in einer Vielzahl von Spezies exprimiert, von Hefen bis zum Menschen. Es kommt weder in Pflanzen noch in Bakterien vor, die stattdessen D-Aminosäure-Dehydrogenase verwenden . DAAO beim Menschen ist ein potentielles Anfälligkeitsgen und könnte zusammen mit G72 eine Rolle bei den glutamatergen Mechanismen der Schizophrenie spielen . Die DAAO spielt auch eine Rolle sowohl beim biotechnologischen als auch beim medizinischen Fortschritt. Risperidon und Natriumbenzoat sind DAAO-Inhibitoren.
D-Aminosäureoxidase unterscheidet sich von Diaminoxidase , die beide manchmal als DAO bezeichnet werden .
Geschichte
Im Jahr 1935, Hans Adolf Krebs entdeckte D-Aminosäure-Oxidase nach einem Experiment mit Schweinenieren Homogenaten und Aminosäuren. Kurz darauf beobachteten Warburg und Christian, dass die Oxidase einen FAD-Cofaktor hatte, was sie zum zweiten entdeckten Flavoenzym machte . In den kommenden Jahren entwickelten und verbesserten andere Wissenschaftler das Reinigungsverfahren für eine porcine D-Aminosäureoxidase.
1983 wurden Inhibitoren für die Oxidase entdeckt. 2006 wurde die 3D-Struktur der Oxidase veröffentlicht. Derzeit wird der Zusammenhang zwischen der Aktivität der humanen D-Aminosäureoxidase (hDAAO) und Schizophrenie erforscht.
Aufbau und Eigenschaften
Während sich die D-Aminosäureoxidase in gewissem Maße zwischen verschiedenen Organismen unterscheidet , ist die Struktur bei den meisten Eukaryoten im Wesentlichen gleich , mit Ausnahme von Pflanzen. Dieses Enzym ist ein Flavoprotein, das zur FAD-abhängigen Oxidoreduktase-Familie gehört und auf die CH-NH 2 -Gruppe von D-Aminosäure-Donoren mit Sauerstoff als Akzeptor wirkt. Es wird auch als peroxisomales Enzym angesehen, das FAD als Cofaktor enthält. Jeder DAO Monomer hat eine FAD - Bindungsdomäne (FBD) , die ein Rossmann falten , und eine Substrat -bindenden Domäne (SBD) , die auch eine Schnittstelle mit dem anderen Monomer in dem Protein bildet. DAO existiert als Dimer , wobei jedes Monomer sowohl ein FBD als auch ein SBD enthält. Jedes Monomer besteht in der menschlichen DAO aus 347 Aminosäuren , obwohl das Protein unter anderen Eukaryoten zwischen 345 und 368 Aminosäuren lang sein kann. Bei der humanen DAO sind die beiden Monomere Kopf-an-Kopf verbunden. DAO anderer Organismen, wie Hefe, kann als Kopf-Schwanz-Dimere vorliegen. Das hDAAO-Gen befindet sich auf Chromosom 12 und enthält 11 Exons.
DAO ist in der Lage , Sauerstoff schnell zu reduzieren , und wenn es reduziert wird, kann es anionisches rotes Semichinon stabilisieren und ist in der Lage, eine kovalente Bindung mit Sulfiten zu bilden . Dies sind alles typische Eigenschaften von Flavoproteinen . Humanes DAAO hat leicht andere Eigenschaften als andere DAAO-Moleküle, einschließlich einer schwächeren Fähigkeit, FAD zu binden und einer verringerten Reaktionsgeschwindigkeit für einige Moleküle, wie z. B. Flavin .
Aktionen im Gehirn
DAO wirkt im Gehirn, um spezifische D-Aminosäuren unter Verwendung der FAD-Region (Flavin-Adenin-Dinukleotid-Region) zu oxidieren, und es wird allgemein angenommen, dass es im Hinterhirn produziert wird, obwohl es neue Hinweise auf eine DAO-Expression auch im Vorderhirn gibt . Die im Vorderhirn vorhandene DAO scheint jedoch inaktiv zu sein, was Spekulationen über die DAO-Funktion im Vorderhirn im Gegensatz zum Hinterhirn, wo die Funktion bekannter ist, verursacht. Der Konsens ist, dass DAO in Gliazellen produziert wird und aktiv ist, insbesondere in Kleinhirn-Typ-1- und Typ-2-Astrozyten, und die D-Serin-Aminosäure, die von DAO in diesen Zellen produziert wird, erhöht nachweislich den synaptischen NMDA-Rezeptor Aktivität.
Auswirkungen auf Schizophrenie
Es gibt Hinweise darauf, dass Schizophrenie als neurales Phänomen sowohl mit einer hyper- als auch mit einer hypoglutamatergen Funktion verbunden ist, die durch NMDA-Rezeptoren vermittelt wird. Eine Dysfunktion von NMDA-Rezeptoren und die entsprechende hypoglutamaterge Signalgebung führt zu einer Überstimulation inotroper Rezeptoren und führt zu Exzitotoxizität.
Es wurde gezeigt, dass eine verminderte DAO-Aktivität zu einer Erhöhung der NMDA-Aktivität im Hypothalamus führt . Die Hemmung von DAO führt zur Erhöhung der D-Serin-Spiegel, die als Agonisten am NMDAR wirken.
Eine Studie bestätigte die erhöhte NMDA-Aktivität und zeigte eine erhöhte DAO-Aktivität im Kleinhirn von Schizophrenie-Patienten. Der genetische Hintergrund der DAO-Beteiligung bei Schizophrenie wird stark diskutiert, und es wurden keine zwingenden Beweise dafür gefunden, dass DAO-Gene stark mit Schizophrenie verbunden sind. Allerdings könnte das G72-Gen, das angeblich den D-Aminosäureoxidase-Aktivator kodiert, an der Entwicklung von Schizophrenie beteiligt sein.
Verordnung
Bassoon-Protein und pLG72 sind die derzeit bekannten Proteine, die physikalisch interagieren und menschliches DAAO modulieren. pIG72 ist das Produkt des Primaten-spezifischen G72-Gens, und bei Schizophrenie-Patienten wurden höhere Spiegel von beiden beobachtet. Es wurde beobachtet, dass die Interaktion von pIG72 mit hDAAO eine zeitabhängige Inaktivierung mit der Oxidase verursacht. Es wird angenommen, dass dies durch die pG72-Bindung verursacht wird, die die Menge des katalytisch kompetenten Enzyms begrenzt , und kann durch den Cofaktor oder irgendeinen Liganden des aktiven Zentrums negiert werden. Die plG72-Struktur ist nicht vollständig bestimmt, so dass auch die spezifische physikalische Wechselwirkung mit hDAAO nicht vollständig verstanden wird. Experimente mit dem Basson-Protein und hDAAO haben zu einer Abnahme der enzymatischen Aktivität ähnlich der von pG72 geführt. Forscher vermuten, dass das Fagottprotein die D-Serin-Verarmung insbesondere im präsynaptischen Neuron verhindert.
Darüber hinaus konzentrierten sich die Forscher auf Verbindungen, die als hDAAO-Inhibitoren wirken könnten. Es wurde beobachtet, dass über 500 verschiedene Verbindungen in vitro/in vivo als Inhibitoren der Oxidase wirken, und die meisten von ihnen tun dies durch kompetitive Hemmung . Alle diese Verbindungen haben zwei ähnliche Hauptanteile. Der erste Teil ist der planare Teil, der mit dem aktiven Zentrum von hDAAO wechselwirkt. Die chemische Struktur des planaren Zentrums besteht aus einem oder zwei verschmolzenen Ringen und muss eine negativ geladene Carboxylgruppe aufweisen . Der zweite Teil ist die Substratkette , die an der aktiven Zone oder dem Eintritt des Enzyms teilnehmen kann. Darüber hinaus werden die verschiedenen Verbindungen in Abhängigkeit von den chemischen Strukturen in mehrere Kategorien (klassisch, neu, zweite Generation, dritte Generation) eingeteilt. Ein Beispiel für eine Verbindung ist Benzoat , ein klassischer Inhibitor. Die Carboxylgruppe von Benzoat interagiert mit Arg238, und der Aromat interagiert mit Tyr224 in der aktiven Zone der Oxidase.
Anwendungen
Biotechnologie
Cephalosporin-Synthese
D-Aminosäureoxidase wird in der Biotechnologie hauptsächlich zur Herstellung von Antibiotika namens Cephalosporine verwendet . Die Verwendung von D-Aminosäure-Oxidase zur Herstellung von Antibiotika ist eine patentierte Herstellung von Antibiotika und begann 1970. Ursprünglich wurde die dabei verwendete D-Aminosäure-Oxidase aus einer Schweineniere gewonnen und erhielt den Namen pkDAAO. PkDAAO ist während des gesamten Prozesses der Antibiotikasynthese sehr instabil und ergab daher eine geringe Antibiotikaausbeute. Durch fortgesetzte Forschung wurde eine erfolgreichere Form der D-Aminosäureoxidase aus einer Hefeart namens Rhodotorula gracilis entdeckt und wurde daher RgDAAO genannt. RgDAAO wird heute als primäre D-Aminosäureoxidase in Cephalosporin-Antibiotika verwendet, da die Immobilisierung auf kommerziellen Ionenaustauscherharzen ein stabileres System erzeugt, das viel höhere Antibiotikamengen liefert.
D-Aminosäure-Biosensor
D-Aminosäureoxidase reagiert mit D-Aminosäuren und kann als Biosensor verwendet werden, um die Menge an D-Aminosäuren in Lebensmitteln zu bestimmen . Dies ist aufgrund der Auswirkungen von D-Aminosäuren im D-Isomer oder mehreren Enantiomeren, die in Lebensmitteln vorhanden sind, auf den Nährwert wichtig . Je mehr D-Isomere oder mehrere Enantiomere in Lebensmitteln vorhanden sind, desto geringer ist der Nährwert des Lebensmittels, sodass der Einsatz von D-Aminosäureoxidase zum Nachweis dieser eine verstärkte Auswahl an ernährungsphysiologisch wertvollen Lebensmitteln ermöglicht. Es gibt keine Beweise dafür, dass D-Aminosäuren giftig sind, aber es gibt viele mögliche Bedenken, ob einige Lebensmittel giftig sind.
Medizinisch
Krebsbehandlung
RgDAAO wird in einem Verfahren verwendet, das als gengerichtete Enzym-Prodrug-Therapie (GDEPT) bezeichnet wird , um Tumore bei Krebspatienten zu behandeln. Diese Behandlung verwendet RgDAAO als Enzym und D-Alanin als Substrat, um eine reaktive Sauerstoffspezies H2O2 als Produkt zu erzeugen. H2O2 dringt in Tumorzellen ein und schädigt Biopolymere . Der durch H2O2 verursachte Schaden erzeugt einen zytotoxischen Metaboliten aus einem ungiftigen Prodrug in den Tumorzellen, der dann allein in diesen Zellen eine toxische Substanz erzeugt. Dieser Prozess ist für Krebspatienten von Vorteil, da diese Behandlung nur für Tumorzellen toxisch ist, während eine Chemotherapie für alle Zellen im Körper des Patienten toxisch ist. D-Aminosäureoxidase spielt auch eine Rolle bei der Produktion von 4-Methylthio-2-oxobuttersäure (MTOBA), die als Antikrebsmedikament verwendet wird, das die Apoptose von Krebszellen induziert.
Therapeutische Behandlungen
D-Aminosäureoxidase wird bei therapeutischen Behandlungen wie der Regulierung von Hormonen, der Regulierung von Bluthochdruck , der Behandlung von Schizophrenie, der Behandlung von psychiatrischen und kognitiven Störungen und einer möglichen Schmerzreduktion verwendet. Die Änderung der Menge der D-Aminosäureoxidase-Transporter durch die Einnahme von Medikamenten hat therapeutische Wirkungen auf die Schizophrenie. D-Aminosäureoxidase reguliert D-Aspartat, das die Sekretion von Melatonin , Prolaktin , Testosteron , luteinisierendem Hormon und Wachstumshormon reguliert . Durch die Regulierung der D-Aminosäureoxidase kann auch D-Aspartat reguliert werden und die Hormonsekretion kontrollieren. Erhöhte D-Aminosäureoxidase-Aktivität wurde mit psychiatrischen und kognitiven Störungen korreliert, so dass eine Verringerung der D-Aminosäureoxidase therapeutische Wirkungen auf diese Störungen haben kann. D-Aminosäureoxidase hilft bei der Produktion von L-6-Hydroxynorleucin, das dann Omapatrilat erzeugt . Omapatrilat hemmt das Angiotensin-Converting-Enzym und die neutrale Endopeptidase und reduziert effektiv den Bluthochdruck. D-Aminosäureoxidase kann auch eine Wirkung auf Schmerzreize haben, dies ist jedoch noch nicht bestätigt.
Siehe auch
Externe Links
- D-Aminosäure+Oxidase in der US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
- http://www.calzyme.com/commerce/catalog/spcategory.jsp?category_id=1043