D-aminoácido oxidasa - D-amino acid oxidase

No confundir con Diamino oxidasa o D-aspartato oxidasa .
D-aminoácido oxidasa
Estructura cristalina de RgDAAO (código PDB 1c0p) .png
Estructura 3D de DAAO de levadura (monómero)
Identificadores
CE no. 1.4.3.3
No CAS. 9000-88-8
Bases de datos
IntEnz Vista IntEnz
BRENDA Entrada BRENDA
FÁCIL NiceZyme vista
KEGG Entrada KEGG
MetaCyc camino metabólico
PRIAM perfil
Estructuras PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Ontología de genes AmiGO / QuickGO
D-aminoácido oxidasa
Identificadores
Símbolo DAO (DAAO)
Gen NCBI 1610
HGNC 2671
OMIM 124050
RefSeq NM_001917
UniProt P14920
Otros datos
Número CE 1.4.3.3
Lugar Chr. 12 q24

La D-aminoácido oxidasa ( DAAO ; también OXDA, DAMOX) es una enzima con la función a nivel molecular de oxidar los D-aminoácidos a los correspondientes α-cetoácidos , produciendo amoníaco y peróxido de hidrógeno . Esto da como resultado una serie de efectos fisiológicos en varios sistemas, sobre todo en el cerebro. La enzima es más activa frente a los D-aminoácidos neutros y no activa frente a los D-aminoácidos ácidos. Uno de sus objetivos más importantes en los mamíferos es la D-Serina en el sistema nervioso central . Al apuntar a este y otros D-aminoácidos en vertebrados , DAAO es importante en la desintoxicación . El papel en los microorganismos es ligeramente diferente, descomponiendo los D-aminoácidos para generar energía.

DAAO se expresa en una amplia gama de especies, desde levaduras hasta humanos. No está presente en plantas ni en bacterias que, en cambio, utilizan D-aminoácido deshidrogenasa . La DAAO en humanos es un gen de susceptibilidad candidato y, junto con G72, puede desempeñar un papel en los mecanismos glutamatérgicos de la esquizofrenia . DAAO también juega un papel en los avances biotecnológicos y médicos. La risperidona y el benzoato de sodio son inhibidores de DAAO.

La D-aminoácido oxidasa es diferente de la diamino oxidasa que a veces se denomina DAO .

Historia

En 1935, Hans Adolf Krebs descubrió la D-aminoácido oxidasa después de un experimento con homogeneizados de riñón porcino y aminoácidos. Poco después, Warburg y Christian observaron que la oxidasa tenía un cofactor FAD, lo que la convertía en la segunda flavoenzima descubierta. En los años siguientes, otros científicos desarrollaron y mejoraron el procedimiento de purificación de una D-aminoácido oxidasa porcina.

En 1983 se descubrieron inhibidores de la oxidasa. En 2006, se publicó la estructura 3D de la oxidasa. Actualmente, se está investigando el vínculo entre la actividad de la D-aminoácido oxidasa humana (hDAAO) y la esquizofrenia.

Estructura y propiedades

Conexión cabeza a cabeza hDAAO

Si bien la D-aminoácido oxidasa difiere hasta cierto punto entre varios organismos , la estructura es básicamente la misma en la mayoría de los eucariotas , excluidas las plantas. Esta enzima es una flavoproteína que pertenece a la familia de las oxidorreductasa dependiente de FAD y actúa sobre el grupo CH-NH 2 de donantes de D-aminoácidos con oxígeno como aceptor. También se considera una enzima peroxisomal que contiene FAD como cofactor. Cada DAO monómero tiene un FAD - dominio de unión (FBD) que contiene un Rossmann doblez , y un sustrato de dominio de unión a (SBD) que también forma una interfase con el otro monómero en la proteína. La DAO existe como un dímero , y cada monómero contiene tanto un FBD como un SBD. Cada monómero está compuesto por 347 aminoácidos en la DAO humana, aunque, entre otros eucariotas, la proteína puede variar de 345 a 368 aminoácidos de longitud. En la DAO humana, los dos monómeros están conectados cara a cara. La DAO de otros organismos, como la levadura, puede estar presente como dímeros de la cabeza a la cola. El gen hDAAO se encuentra en el cromosoma 12 y contiene 11 exones.

La DAO es capaz de reducir el oxígeno rápidamente y, cuando se reduce, puede estabilizar la semiquinona roja aniónica y es capaz de formar un enlace covalente con los sulfitos . Todas estas son propiedades típicas asociadas con las flavoproteínas . La DAAO humana tiene propiedades ligeramente diferentes de otras moléculas de DAAO, incluida una capacidad más débil para unirse a FAD y una menor velocidad de reacción para algunas moléculas, como la flavina .

Acciones en el cerebro

La DAO actúa en el cerebro para oxidar D-aminoácidos específicos utilizando la región FAD (región de dinucleótidos de flavina adenina) y se cree comúnmente que se produce en el rombencéfalo, aunque también hay nueva evidencia de expresión de DAO en el prosencéfalo . Sin embargo, la DAO presente en el prosencéfalo parece estar inactiva, lo que provoca especulaciones sobre el tema de la función de la DAO en el prosencéfalo en contraposición al rombencéfalo, donde la función es más conocida. El consenso es que la DAO se produce y es activa en las células gliales, más específicamente en los astrocitos cerebelosos tipo 1 y tipo 2, y se ha demostrado que el aminoácido D-serina producido por la DAO en estas células aumenta el receptor sináptico de NMDA. actividad.

Impacto en la esquizofrenia

Más información: Esquizofrenia § Mecanismos

Existe evidencia que demuestra que la esquizofrenia, como fenómeno neural, está asociada con una función tanto hiperglutamatérgica como hipoglutamatérgica, mediada por los receptores NMDA. La disfunción de los receptores NMDA y la correspondiente señalización hipoglutamatérgica produce sobreestimulación de los receptores inotrópicos y conduce a excitotoxicidad.

Esquizofrenia Cerebro

Se ha demostrado que la disminución de la actividad de DAO conduce a un aumento de la actividad de NMDA en el hipotálamo . La inhibición de DAO conduce al aumento de los niveles de D-serina que actúan como agonistas en el NMDAR.

Un estudio confirmó el aumento de la actividad de NMDA y mostró un aumento de la actividad de DAO en el cerebelo de los sujetos con esquizofrenia. El trasfondo genético de la participación de DAO en la esquizofrenia es muy debatido y no se ha encontrado evidencia obligatoria de que los genes DAO estén fuertemente vinculados a la esquizofrenia. Aunque, el gen G72, que supuestamente codifica el activador de D-aminoácido oxidasa, puede estar involucrado en el desarrollo de la esquizofrenia.

Regulación

La proteína fagot y pLG72, son las proteínas conocidas actualmente para interactuar físicamente y modular la DAAO humana. plG72 es el producto del gen G72 específico de primates, y se observaron niveles más altos de ambos en pacientes con esquizofrenia. Se observó que la interacción de plG72 con hDAAO causaba una inactivación dependiente del tiempo con la oxidasa. Se cree que esto es causado por la unión de pG72 que limita la cantidad de enzima que es catalíticamente competente, y puede ser anulada por el cofactor o cualquier ligando del sitio activo. La estructura de plG72 no está completamente determinada, por lo que tampoco se comprende completamente la interacción física específica con hDAAO. Los experimentos con la proteína basson y hDAAO han dado como resultado una disminución de la actividad enzimática similar a plG72. Los investigadores sospechan que la proteína fagot previene el agotamiento de D-serina, particularmente en la neurona presináptica .

Además, los investigadores se centraron en compuestos que podrían actuar como inhibidores de hDAAO. Se ha observado que más de 500 compuestos diferentes in vitro / in vivo actúan como inhibidores de la oxidasa y la mayoría de ellos lo hace por inhibición competitiva . Todos estos compuestos tienen dos porciones principales similares. La primera parte es la parte plana que interactúa con el sitio activo de hDAAO. La estructura química del sitio plano está formada por uno o dos anillos fusionados y debe tener un grupo carboxílico cargado negativamente . La segunda parte es la cadena del sustrato , que puede participar en la zona activa o entrada de la enzima. Además, los diferentes compuestos se dividen en múltiples categorías (clásico, novedoso, segunda generación, tercera generación) en función de las estructuras químicas. Un ejemplo de compuesto es el benzoato , que es un inhibidor clásico. El grupo carboxílico del benzoato interactúa con Arg238 y el aromático interactúa con Tyr224 en la zona activa de la oxidasa.

Aplicaciones

Biotecnología

Síntesis de cefalosporinas

La D-aminoácido oxidasa se usa en biotecnología principalmente para producir antibióticos llamados cefalosporinas . El uso de D-aminoácido oxidasa para la creación de antibióticos es una producción patentada de antibióticos y comenzó en 1970. Originalmente, la D-aminoácido oxidasa utilizada en este proceso se tomó del riñón de un cerdo y recibió el nombre de pkDAAO. PkDAAO es muy inestable a lo largo de los procesos de síntesis de antibióticos y, por lo tanto, dio un bajo rendimiento de antibióticos. A través de la investigación continua, se descubrió una forma más exitosa de D-aminoácido oxidasa a partir de una especie de levadura llamada Rhodotorula gracilis y, por lo tanto, se denominó RgDAAO. RgDAAO ahora se usa como la D-aminoácido oxidasa primaria usada en antibióticos de cefalosporina porque la inmovilización en resinas de intercambio iónico comerciales crea un sistema más estable que produce cantidades mucho más altas de antibióticos.

Biosensor de D-aminoácidos

La D-aminoácido oxidasa reacciona con los D-aminoácidos y se puede utilizar para detectar la cantidad de D-aminoácidos en los alimentos para que actúen como biosensor . Esto es importante debido a los efectos que tienen los D-aminoácidos en el isómero D o múltiples enantiómeros presentes en los alimentos sobre el valor nutricional. Cuanto más isómero D o enantiómeros múltiples presente en los alimentos, menor es el valor nutricional del alimento, por lo que el uso de D-aminoácido oxidasa para detectarlos permite un aumento en la selección de alimentos nutricionalmente valiosos. No hay evidencia que demuestre que los D-aminoácidos sean tóxicos, pero plantea muchas preocupaciones sobre si algunos alimentos son tóxicos.

Médico

Tratamiento para el cáncer

RgDAAO se usa en un proceso llamado terapia de profármacos enzimáticos dirigida por genes (GDEPT) para tratar tumores en pacientes con cáncer. Este tratamiento utiliza RgDAAO como enzima y D-alanina como sustrato para crear una especie de oxígeno reactivo H2O2 como producto. El H2O2 penetra a través de las células tumorales y daña los biopolímeros . El daño causado por el H2O2 crea un metabolito citotóxico a partir de un profármaco no tóxico dentro de las células tumorales, que luego crea una sustancia tóxica solo en esas células. Este proceso es beneficioso para los pacientes con cáncer, porque este tratamiento es tóxico solo para las células tumorales, mientras que la quimioterapia es tóxica para todas las células del cuerpo del paciente. La D-aminoácido oxidasa también juega un papel en la producción del ácido 4-metiltio-2-oxobutírico (MTOBA), que se utiliza como fármaco contra el cáncer que induce la apoptosis de las células cancerosas.

Tratamientos Terapéuticos

La D-aminoácido oxidasa se utiliza en tratamientos terapéuticos como la regulación de hormonas, la regulación de la hipertensión , el tratamiento de la esquizofrenia, el tratamiento de trastornos psiquiátricos y cognitivos y la posible reducción del dolor. Cambiar la cantidad de transportadores de D-aminoácido oxidasa con el uso de fármacos tiene efectos terapéuticos sobre la esquizofrenia. La D-aminoácido oxidasa regula el D-aspartato, que regula la secreción de melatonina , prolactina , testosterona , hormona luteinizante y hormona del crecimiento . Al regular la D-aminoácido oxidasa, el D-Aspartato también se puede regular y controlar la secreción de hormonas. El aumento de la actividad de la D-aminoácido oxidasa se ha correlacionado con trastornos psiquiátricos y cognitivos, por lo que la reducción de la D-aminoácido oxidasa puede tener efectos terapéuticos sobre estos trastornos. La D-aminoácido oxidasa ayuda a producir L-6-hidroxinorleucina, que luego genera Omapatrilat . Omapatrilat inhibe la enzima convertidora de angiotensina y la endopeptidasa neutra y reduce eficazmente la hipertensión. La D-aminoácido oxidasa también puede tener un efecto sobre los estímulos de dolor, pero aún no está confirmado.

Ver también

enlaces externos

Referencias