Frontiers in Molecular Biosciences

Aromatiske aminosyrer er ligesom andre proteinogene aminosyrer byggestenene i proteiner og omfatter phenylalanin, tryptofan og tyrosin. Alle planter og mikroorganismer syntetiserer deres egne aromatiske aminosyrer for at lave proteiner (Braus, 1991; Tzin og Galili, 2010). Dyr har imidlertid mistet disse dyre metaboliske veje til syntese af aromatiske aminosyrer og må i stedet skaffe sig aminosyrerne gennem deres kost. Herbicider udnytter dette ved at hæmme enzymer, der er involveret i syntese af aromatiske aminosyrer, hvorved de bliver giftige for planter, men ikke for dyr (Healy-Fried et al., 2007).

I dyr og mennesker tjener aromatiske aminosyrer som forløbere for syntesen af mange biologisk/neurologisk aktive forbindelser, der er essentielle for at opretholde normale biologiske funktioner. Tyrosin er den første forløber for biosyntesen af dopa, dopamin, octopamin, noradrenalin og adrenalin osv., som er grundlæggende ved at fungere som neurotransmittere eller hormoner for dyr og mennesker (Vavricka et al., 2010). Desuden er tyrosin forløberen for melaninsyntese i de fleste organismer, herunder mennesker og dyr, og er særlig vigtig i insekter til beskyttelse (Whitten og Coates, 2017). Tryptofan er den første forløber for biosyntesen af tryptamin, serotonin, auxin, kynureniner og melatonin (Hardeland og Poeggeler, 2003; Mukherjee og Maitra, 2015). Kynureninsyre, et kynurenin, der produceres langs tryptofan-kynureninvejen, er en antagonist ved excitatoriske aminosyrereceptorer og spiller en rolle i beskyttelsen af neuroner mod overstimulering af excitatoriske neurotransmittere (Han et al., 2008). Mange enzymer, der er involveret i metabolisme af aromatiske aminosyrer, har været lægemiddelmål for sygdomme, herunder neurodegenerative sygdomme, skizofreni og kræft (Stone og Darlington, 2013; Selvan et al., 2016).

Dertil kommer, at da dyr eller mennesker, der ikke besidder det enzymatiske maskineri til de novo-syntese af aromatiske aminosyrer, skal få disse primære metabolitter fra deres kost, er metabolismen af aromatisk aminosyre af både værtsdyret og den hjemmehørende mikroflora vigtig for menneskers og alle dyrs sundhed. Blandt rækken af metabolitter i grænsefladen mellem disse mikroorganismer og værten er den essentielle aromatiske aminosyre tryptofan (Agus et al., 2018).

Vi er glade for de opdaterede oplysninger om metabolisme af aromatiske aminosyrer, der er dækket i artiklerne i vores forskningsemne. Samlet set er de artikler, der blev modtaget for dette emne: “Aromatisk aminosyremetabolisme”, herunder en samling af originale forsknings- og oversigtsartikler, gav opdaterede oplysninger om metabolisme af aromatiske aminosyrer og behandlede deres syntese og katabolisme i planter og mikrober, metaboliske enzymer i dyr og mennesker og struktur- og funktionsforhold for enzymer, der er involveret i metabolismen.

Et review af Parthasarathy et al., der indgår i dette emne, beskriver de aromatiske aminosyrebiosynteseveje i planter og mikrober, katabolisme i planter, nedbrydning via monoamin- og kynureninvejene i dyr, og katabolisme via 3-aryllactat- og kynureninvejene i dyreassocierede mikrober. L-Tyrosin er en aromatisk aminosyre, der syntetiseres de novo i planter og mikrober via to alternative veje, der formidles af et enzym fra TyrA-familien, præfenat eller arogenatdehydrogenase, som typisk findes i henholdsvis mikrober og planter. I forskningsartiklen af Schenck et al. blev det afsløret, at bakterielle homologer, der er nært beslægtede med plante-TyrAa’er, også har en sur rest i position 222 og arogenatdehydrogenaseaktivitet som planteenzymet, hvilket indikerer, at den bevarede molekylære mekanisme fungerede under evolutionen af arogenatspecifikke TyrAa’er i både planter og mikrober. Tryptofan er en anden aromatisk aminosyre, som kan oxideres af tryptofan 2,3-dioxygenase og indoleamin 2,3-dioxygenase i det første trin i tryptofankatabolismen hos dyr og mennesker. Selv om disse to enzymer katalyserer den samme reaktion, er sammensætningen af de katalytisk aktive, ternære enzym-substrat-ligand-komplekser endnu ikke fuldt opklaret. Nienhaus og Nienhaus opsummerede den nuværende viden om ternær kompleksdannelse i tryptofan 2,3-dioxygenase og indoleamin 2,3-dioxygenase og satte disse resultater i forbindelse med strukturelle særtræk ved deres aktive steder. Aromatiske aminosyrer kan også oxideres af phenylalanin-, tyrosin- eller tryptofanhydroxylase og derefter dekarboxyleres af aromatiske aminosyre-dekarboxylaser til aromatiske monoaminer. N-acyleringen af de aromatiske monoaminer ved arylalkylamin-N-acyltransferaser er for det meste forbundet med acetylering af serotonin til dannelse af N-acetylserotonin, en forløber i dannelsen af melatonin (Hardeland og Poeggeler, 2003; Mukherjee og Maitra, 2015). Insekter udtrykker flere arylalkylamin N-acyltransferaser for at regulere metabolismen af aromatiske aminosyrer (Hiragaki et al., 2015). For eksempel er 13 formodede arylalkylamin N-acyltransferaser blevet identificeret i Aedes aegypti (Han et al., 2012), og 8 formodede arylalkylamin N-acyltransferaser er blevet identificeret i Drosophila melanogaster (Amherd et al., 2000; Dempsey et al., 2014). O’Flynn et al. fremhævede den nuværende metabolomiske viden om de N-acylerede aromatiske aminosyrer og N-acylerede derivater af de aromatiske aminosyrer, den nuværende mekanistiske forståelse af arylalkylamin N-acyltransferaserne og udforskede muligheden for, at arylalkylamin N-acyltransferase tjener som insekt “rhymezymer”, der regulerer fotoperiodisme og andre rytmiske processer hos insekter.

Aromatisk aminosyremetabolisme involverer også nogle pyridoxal 5′-fosfat-afhængige enzymer, herunder decarboxylaser, aminotransferaser og aromatisk phenylacetaldehydsyntase. I den sidste oversigtsartikel i dette specialnummer leverede Liang et al. opdateret viden om pyridoxal 5′-fosfat-afhængige enzymer og opsummerede de strukturelle faktorer, der bidrager til reaktionsmekanismerne, især aktive site-rester, der er kritiske for at diktere reaktionsspecificiteten.

Author Contributions

Alle forfattere på listen har ydet et væsentligt, direkte og intellektuelt bidrag til arbejdet og godkendt det til offentliggørelse.

Funding

Funding blev ydet af National Natural Science Foundation of China (Grant No. 31860702).

Interessekonflikter

Forfatterne erklærer, at forskningen blev udført i fravær af kommercielle eller finansielle relationer, der kunne opfattes som en potentiel interessekonflikt.