Frontiers in Molecular Biosciences

Aromaattiset aminohapot, kuten muutkin proteinogeeniset aminohapot, ovat proteiinien rakennusaineita, ja niihin kuuluvat fenyylialaniini, tryptofaani ja tyrosiini. Kaikki kasvit ja mikro-organismit syntetisoivat omia aromaattisia aminohappojaan proteiinien valmistamiseksi (Braus, 1991; Tzin ja Galili, 2010). Eläimet ovat kuitenkin menettäneet nämä aromaattisten aminohappojen synteesiin liittyvät kalliit aineenvaihduntareitit, ja niiden on sen sijaan saatava aminohapot ravinnostaan. Herbisidit käyttävät tätä hyväkseen estämällä aromaattisten aminohappojen synteesiin osallistuvia entsyymejä, jolloin ne ovat myrkyllisiä kasveille mutta eivät eläimille (Healy-Fried ym., 2007).

Eläimillä ja ihmisillä aromaattiset aminohapot toimivat esiasteina monien sellaisten biologisesti/neurologisesti aktiivisten yhdisteiden synteesille, jotka ovat välttämättömiä normaalien biologisten toimintojen ylläpitämiseksi. Tyrosiini on alkuperäinen esiaste dopan, dopamiinin, oktopamiinin, noradrenaliinin ja adrenaliinin jne. biosynteesille, jotka ovat perustavanlaatuisia toimimalla neurotransmittereina tai hormoneina eläimille ja ihmisille (Vavricka et al., 2010). Lisäksi tyrosiini on melaniinisynteesin esiaste useimmissa organismeissa, myös ihmisissä ja eläimissä, ja se on erityisen tärkeä hyönteisille suojautumisen kannalta (Whitten ja Coates, 2017). Tryptofaani on tryptamiinin, serotoniinin, auxiinin, kynureniinien ja melatoniinin biosynteesin alkuperäinen esiaste (Hardeland ja Poeggeler, 2003; Mukherjee ja Maitra, 2015). Kynureniinihappo, kynureniini, jota tuotetaan tryptofaani-kynureniinireittiä pitkin, on antagonisti eksitatorisissa aminohapporeseptoreissa, ja sillä on rooli hermosolujen suojaamisessa eksitatoristen välittäjäaineiden aiheuttamalta liialliselta stimulaatiolta (Han ym., 2008). Monet aromaattisten aminohappojen aineenvaihduntaan osallistuvat entsyymit ovat olleet lääkekohteita sairauksissa, kuten neurodegeneratiivisissa sairauksissa, skitsofreniassa ja syövässä (Stone ja Darlington, 2013; Selvan ym., 2016).

Mikäli eläimillä tai ihmisillä, joilla ei ole entsymaattista koneistoa aromaattisten aminohappojen de novo -synteesiin, on lisäksi saatava nämä primaariset aineenvaihduntatuotteet ravinnostaan, sekä isäntäeläimen että isäntäeläimessä oleskelevan mikrobikasvuston harjoittama aromaattisten aminohappojen aineenvaihdunta on tärkeää ihmisten ja kaikkien eläinten terveyden kannalta. Näiden mikro-organismien ja isännän välisellä rajapinnalla olevien aineenvaihduntatuotteiden joukkoon kuuluu välttämätön aromaattinen aminohappo tryptofaani (Agus et al., 2018).

Olemme iloisia tutkimusaiheemme artikkeleissa käsitellyistä aromaattisten aminohappojen aineenvaihduntaa koskevista päivitetyistä tiedoista. Kaiken kaikkiaan tähän aiheeseen saadut artikkelit: ”Aromaattisten aminohappojen aineenvaihdunta”, mukaan lukien kokoelma alkuperäistutkimus- ja katsausartikkeleita, tarjosivat päivitettyä tietoa aromaattisten aminohappojen aineenvaihdunnasta ja käsittelivät niiden synteesiä ja kataboliaa kasveissa ja mikrobeissa, aineenvaihdunnan entsyymejä eläimissä ja ihmisissä sekä aineenvaihduntaan osallistuvien entsyymien rakenteen ja toiminnan suhteita.

Tässä aiheeseen sisältyvässä Parthasarathyn ym. katsauksessa kuvataan aromaattisten aminohappojen biosynteesireittejä kasveissa ja mikrobeissa, kataboliaa kasveissa, hajoamista monoamiini- ja kynureniinireittien kautta eläimissä sekä kataboliaa 3-aryllaaktaatti- ja kynureniinireittien kautta eläimiin liittyvissä mikrobeissa. L-tyrosiini on aromaattinen aminohappo, joka syntetisoidaan de novo kasveissa ja mikrobeissa kahta vaihtoehtoista reittiä pitkin TyrA-perheen entsyymin, prefenaatin tai arogenaattidehydrogenaasin, välityksellä, joita esiintyy tyypillisesti mikrobeissa ja kasveissa. Schenckin ym. tutkimusartikkelissa paljastui, että bakteerien homologeilla, jotka ovat läheisessä sukulaisuussuhteessa kasvien TyrA:han, on myös hapan jäännös asemassa 222 ja arogenaattidehydrogenaasiaktiivisuus kuten kasvientsyymillä, mikä osoittaa, että konservoitunut molekulaarinen mekanismi toimi arogenaattispesifisten TyrAa:iden evoluution aikana sekä kasveissa että mikrobeissa. Tryptofaani on toinen aromaattinen aminohappo, jonka tryptofaani-2,3-dioksygenaasi ja indoleamiini-2,3-dioksygenaasi voivat hapettaa tryptofaanikatabolian alkuvaiheessa eläimillä ja ihmisillä. Vaikka nämä kaksi entsyymiä katalysoivat samaa reaktiota, katalyyttisesti aktiivisten ternääristen entsyymi-substraatti-ligandi-kompleksien muodostumista ei ole vielä täysin selvitetty. Nienhaus ja Nienhaus tekivät yhteenvedon tryptofaani-2,3-dioksygenaasin ja indoleamiini-2,3-dioksygenaasin ternääristen kompleksien muodostumista koskevista nykyisistä tiedoista ja liittivät nämä havainnot niiden aktiivisten paikkojen rakenteellisiin erityispiirteisiin. Myös fenyylialaniini-, tyrosiini- tai tryptofaanihydroksylaasi voi hapettaa aromaattisia aminohappoja, minkä jälkeen aromaattisten aminohappojen dekarboksylaasit voivat dekarboksyloida ne aromaattisiksi monoamiineiksi. Aryylialkyyliamiini-N-asyylitransferaasien suorittama aromaattisten monoamiinien N-asetylointi liittyy useimmiten serotoniinin asetylointiin N-asetyyliserotoniinin muodostamiseksi, joka on melatoniinin muodostumisen esiaste (Hardeland ja Poeggeler, 2003; Mukherjee ja Maitra, 2015). Hyönteiset ilmentävät enemmän aryylialkyyliamiinin N-asyylitransferaaseja, jotta ne voivat säädellä aromaattisten aminohappojen aineenvaihduntaa (Hiragaki ym., 2015). Esimerkiksi Aedes aegypti -lajista on tunnistettu 13 putatiivista aryylialkyyliamiini N-asyltransferaasia (Han et al., 2012) ja Drosophila melanogasterista 8 putatiivista aryylialkyyliamiini N-asyltransferaasia (Amherd et al., 2000; Dempsey et al., 2014). O’Flynn et al. toivat esiin nykyisen metabolomisen tietämyksen N-asyloiduista aromaattisista aminohapoista ja aromaattisten aminohappojen N-asyloiduista johdannaisista, nykyisen mekanistisen ymmärryksen aryylialkyyliamiini N-asyltransferaaseista ja tutkivat mahdollisuutta, että aryylialkyyliamiini N-asyltransferaasit palvelevat hyönteisten ”rymezyymeinä”, jotka säätelevät fotoperiodismia ja muita rytmisiä prosesseja hyönteisissä.

Aromaattisten aminohappojen aineenvaihduntaan liittyy myös joitakin pyridoksaali-5′-fosfaatista riippuvaisia entsyymejä, mukaan lukien dekarboksylaasit, aminotransferaasit ja aromaattinen fenyyliasetaldehydisyntaasi. Tämän erikoisnumeron viimeisessä katsausartikkelissa Liang et al. antoivat päivitettyä tietoa pyridoksaali-5′-fosfaatista riippuvaisista entsyymeistä ja tekivät yhteenvedon reaktiomekanismeihin vaikuttavista rakenteellisista tekijöistä, erityisesti aktiivisen alueen jäännöksistä, jotka ovat kriittisiä reaktiospesifisyyden sanelemisen kannalta.

Tekijöiden panos

Kaikki luettelossa mainitut kirjailijat ovat osallistuneet merkittävällä tavalla suoraan ja henkisesti työhön, ja he ovat myös antaneet hyväksyntänsä teoksen julkaisemista varten.

Rahoitus

Rahoitus saatiin Kiinan kansalliselta luonnontieteelliseltä säätiöltä (Grant No. 31860702).

Conflict of Interest Statement

Tekijät ilmoittavat, että tutkimus suoritettiin ilman kaupallisia tai taloudellisia suhteita, jotka voitaisiin tulkita mahdolliseksi eturistiriidaksi.

Agus, A., Planchais, J. ja Sokol, H. (2018). Suolistomikrobiston säätely tryptofaanin aineenvaihdunnassa terveydessä ja sairaudessa. Cell Host Microbe 23, 716-724. doi: 10.1016/j.chom.2018.05.003

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar