Frontiers in Molecular Biosciences

Az aromás aminosavak, a többi fehérjealkotó aminosavhoz hasonlóan, a fehérjék építőkövei, többek között a fenilalanin, a triptofán és a tirozin. Minden növény és mikroorganizmus saját aromás aminosavakat szintetizál a fehérjék előállításához (Braus, 1991; Tzin és Galili, 2010). Az állatok azonban elvesztették az aromás aminosavak szintézisének ezeket a költséges anyagcsere-útvonalait, és ehelyett az aminosavakat a táplálékból kell beszerezniük. A gyomirtó szerek ezt kihasználják azzal, hogy gátolják az aromás aminosavak szintézisében részt vevő enzimeket, ezáltal a növényekre mérgezővé teszik őket, de az állatokra nem (Healy-Fried et al., 2007).

Az állatokban és az emberekben az aromás aminosavak számos olyan biológiailag/neurológiailag aktív vegyület szintézisének prekurzoraként szolgálnak, amelyek nélkülözhetetlenek a normál biológiai funkciók fenntartásához. A tirozin a dopa, a dopamin, az oktopamin, a noradrenalin és az adrenalin stb. bioszintézisének kezdeti prekurzora, amelyek alapvető fontosságúak azáltal, hogy neurotranszmitterként vagy hormonként működnek az állatok és az emberek számára (Vavricka et al., 2010). Ezenkívül a tirozin a melanin szintézisének prekurzora a legtöbb szervezetben, beleértve az embereket és az állatokat is, és különösen fontos a rovaroknál a védelem szempontjából (Whitten és Coates, 2017). A triptofán a triptamin, a szerotonin, az auxin, a kynureninek és a melatonin bioszintézisének kezdeti prekurzora (Hardeland és Poeggeler, 2003; Mukherjee és Maitra, 2015). A kynureninsav, a triptofán-kynurenin útvonal mentén termelődő kynurenin antagonista a gerjesztő aminosav-receptorokon, és szerepet játszik a neuronok védelmében a gerjesztő neurotranszmitterek túlstimulációjától (Han és mtsai., 2008). Az aromás aminosavak metabolizmusában részt vevő számos enzim gyógyszercélpontként szerepel olyan betegségek esetében, mint a neurodegeneratív betegségek, a skizofrénia és a rák (Stone és Darlington, 2013; Selvan et al., 2016).

Amellett, mivel az aromás aminosavak de novo szintéziséhez szükséges enzimatikus gépezettel nem rendelkező állatoknak vagy embereknek ezeket az elsődleges metabolitokat a táplálékból kell beszerezniük, az aromás aminosavaknak mind a gazdatest állat, mind a rezidens mikroflóra általi metabolizmusa fontos az emberek és minden állat egészsége szempontjából. Az ezen mikroorganizmusok és a gazdaszervezet közötti kapcsolódási ponton lévő metabolitok sorában az esszenciális aromás aminosav triptofán is szerepel (Agus et al., 2018).

Örömünkre szolgálnak a kutatási témánk cikkeiben tárgyalt aromás aminosavak anyagcseréjéről szóló frissített információk. Összességében a témához beérkezett cikkek: “Aromás aminosavak metabolizmusa”, beleértve az eredeti kutatási és áttekintő cikkek gyűjteményét, frissített információkat nyújtottak az aromás aminosavak metabolizmusával kapcsolatban, és foglalkoztak azok szintézisével és katabolizmusával növényekben és mikrobákban, az állatok és emberek metabolikus enzimjeivel, valamint az anyagcserében részt vevő enzimek szerkezetének és funkciójának összefüggéseivel.

A témakörben szereplő Parthasarathy és munkatársai által készített áttekintés ismerteti az aromás aminosavak bioszintézisének útjait növényekben és mikrobákban, a katabolizmust növényekben, a lebontást a monoamin és a kynurenin útvonalakon keresztül állatokban, valamint a katabolizmust a 3-arilaktát és a kynurenin útvonalakon keresztül az állatokkal társult mikrobákban. Az L-tirozin egy aromás aminosav, amelyet de novo szintetizálnak a növényekben és a mikrobákban két alternatív útvonalon keresztül, amelyeket egy TyrA családba tartozó enzim, a prefenát, illetve az arogenát-dehidrogenáz közvetít, jellemzően a mikrobákban, illetve a növényekben. Schenck és munkatársai kutatási cikkében kimutatták, hogy a növényi TyrA-kkal közeli rokonságban álló bakteriális homológok is rendelkeznek savas maradékkal a 222-es pozícióban és a növényi enzimhez hasonlóan arogenát-dehidrogenáz aktivitással, ami arra utal, hogy az arogenát-specifikus TyrAa evolúciója során konzervált molekuláris mechanizmus működött a növényekben és a mikrobákban egyaránt. A triptofán egy másik aromás aminosav, amelyet a triptofán 2,3-dioxygenáz és az indoleamin 2,3-dioxygenáz oxidálhat a triptofán katabolizmus kezdeti lépésében az állatokban és az emberekben. Bár ez a két enzim ugyanazt a reakciót katalizálja, a katalitikusan aktív, terner enzim-szubsztrát-ligandum komplexek felépítése még nem teljesen tisztázott. Nienhaus és Nienhaus összefoglalták a triptofán 2,3-dioxygenáz és az indoleamin 2,3-dioxygenáz terner komplexképződésével kapcsolatos jelenlegi ismereteket, és ezeket az eredményeket az aktív helyek szerkezeti sajátosságaival hozták összefüggésbe. Az aromás aminosavak fenilalanin-, tirozin- vagy triptofán-hidroxilázzal is oxidálhatók, majd aromás aminosavdekarboxilázok által dekarboxilálhatók aromás monoaminok kialakítására. Az aromás monoaminok arilalkil-amin N-acetiltranszferázok általi N-acetilálása többnyire a szerotonin acetilálásához kapcsolódik, hogy N-acetil-szerotonin képződjön, amely a melatonin képződésének egyik prekurzora (Hardeland és Poeggeler, 2003; Mukherjee és Maitra, 2015). A rovarok több arilalkilamin N-aciltranszferázt expresszálnak az aromás aminosavak anyagcseréjének szabályozása érdekében (Hiragaki és mtsai., 2015). Például 13 feltételezett arilalkilamin N-aciltranszferázt azonosítottak az Aedes aegyptiben (Han et al., 2012) és 8 feltételezett arilalkilamin N-aciltranszferázt azonosítottak a Drosophila melanogasterben (Amherd et al., 2000; Dempsey et al., 2014). O’Flynn és munkatársai kiemelték az N-acilált aromás aminosavak és az aromás aminosavak N-acilált származékainak jelenlegi metabolomikai ismereteit, az arilalkilamin N-aciltranszferázok jelenlegi mechanikai megértését, és feltárták annak lehetőségét, hogy az arilalkilamin N-aciltranszferázok rovar “ritmuszimként” szolgálnak a fotoperiodizmus és más ritmikus folyamatok szabályozására a rovarokban.

Az aromás aminosav-metabolizmusban néhány piridoxal 5′-foszfátfüggő enzim is részt vesz, köztük dekarboxilázok, aminotranszferázok és aromás fenilacetaldehid-szintáz. A különszám utolsó áttekintő cikkében Liang és munkatársai frissített ismereteket közöltek a piridoxal 5′-foszfátfüggő enzimekkel kapcsolatban, és összefoglalták a reakciómechanizmusokhoz hozzájáruló szerkezeti tényezőket, különösen a reakcióspecifikusság diktálása szempontjából kritikus aktívhely-maradékokat.

A szerzők hozzájárulása

A felsorolt szerzők mindegyike jelentősen, közvetlenül és intellektuálisan hozzájárult a munkához, és jóváhagyta azt a publikáláshoz.

Finanszírozás

A finanszírozást a Kínai Nemzeti Természettudományi Alapítvány biztosította (Grant No. 31860702).

Interdekütközési nyilatkozat

A szerzők kijelentik, hogy a kutatást olyan kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolatok hiányában végezték, amelyek potenciális érdekellentétként értelmezhetők.