Frontiers in Molecular Biosciences

Gli aminoacidi aromatici, come gli altri aminoacidi proteinogenici, sono i mattoni delle proteine e comprendono la fenilalanina, il triptofano e la tirosina. Tutte le piante e i microrganismi sintetizzano i propri aminoacidi aromatici per produrre proteine (Braus, 1991; Tzin e Galili, 2010). Tuttavia, gli animali hanno perso queste costose vie metaboliche per la sintesi degli aminoacidi aromatici e devono invece ottenere gli aminoacidi attraverso la loro dieta. Gli erbicidi ne approfittano inibendo gli enzimi coinvolti nella sintesi degli aminoacidi aromatici, rendendoli così tossici per le piante ma non per gli animali (Healy-Fried et al., 2007).

Negli animali e negli uomini, gli aminoacidi aromatici servono come precursori per la sintesi di molti composti biologicamente/neurologicamente attivi che sono essenziali per mantenere le normali funzioni biologiche. La tirosina è il precursore iniziale per la biosintesi di dopa, dopamina, octopamina, norepinefrina ed epinefrina, ecc., che sono fondamentali funzionando come neurotrasmettitori o ormoni per animali ed esseri umani (Vavricka et al., 2010). Inoltre, la tirosina è il precursore della sintesi della melanina nella maggior parte degli organismi, compresi gli esseri umani e gli animali, ed è particolarmente importante negli insetti per la protezione (Whitten e Coates, 2017). Il triptofano è il precursore iniziale per la biosintesi di triptamina, serotonina, auxina, cinurenine e melatonina (Hardeland e Poeggeler, 2003; Mukherjee e Maitra, 2015). L’acido cinurenico, una cinurenina, prodotta lungo la via del triptofano-kinurenina, è un antagonista dei recettori degli aminoacidi eccitatori e svolge un ruolo nella protezione dei neuroni dalla sovrastimolazione dei neurotrasmettitori eccitatori (Han et al., 2008). Molti enzimi coinvolti nel metabolismo degli aminoacidi aromatici sono stati bersagli farmacologici per malattie tra cui malattie neurodegenerative, schizofrenia e tumori (Stone e Darlington, 2013; Selvan et al., 2016).

Inoltre, poiché gli animali o gli esseri umani che non possiedono il macchinario enzimatico per la sintesi de novo degli aminoacidi aromatici devono ottenere questi metaboliti primari dalla loro dieta, il metabolismo degli aminoacidi aromatici sia dall’animale ospite che dalla microflora residente sono importanti per la salute dell’uomo e di tutti gli animali. Tra la schiera di metaboliti all’interfaccia tra questi microrganismi e l’ospite c’è l’aminoacido aromatico essenziale triptofano (Agus et al., 2018).

Siamo lieti delle informazioni aggiornate sul metabolismo degli aminoacidi aromatici coperte negli articoli del nostro argomento di ricerca. Nel complesso, gli articoli che sono stati ricevuti per questo argomento: “Aromatic Amino Acid Metabolism”, tra cui una raccolta di ricerche originali e articoli di revisione, hanno fornito informazioni aggiornate sul metabolismo degli aminoacidi aromatici, e hanno affrontato la loro sintesi e catabolismo nelle piante e nei microbi, gli enzimi metabolici negli animali e nell’uomo, e le relazioni di struttura e funzione degli enzimi coinvolti nel metabolismo.

Una recensione di Parthasarathy et al. inclusa in questo topic, descrive le vie di biosintesi degli aminoacidi aromatici nelle piante e nei microbi, il catabolismo nelle piante, la degradazione attraverso le vie della monoammina e della kynurenina negli animali, e il catabolismo attraverso le vie del 3-arilattato e della kynurenina nei microbi associati agli animali. La L-tirosina è un aminoacido aromatico sintetizzato de novo nelle piante e nei microbi attraverso due vie alternative mediate da un enzima della famiglia TyrA, il prefenato, o l’arogenato deidrogenasi, che si trova tipicamente nei microbi e nelle piante, rispettivamente. Nell’articolo di ricerca di Schenck et al. è stato rivelato che gli omologhi batterici, strettamente legati ai TyrA delle piante, hanno anche un residuo acido in posizione 222 e attività di arogenato deidrogenasi come l’enzima delle piante, il che indica che il meccanismo molecolare conservato ha operato durante l’evoluzione dei TyrAa arogenato-specifici sia nelle piante che nei microbi. Il triptofano è un altro aminoacido aromatico, che può essere ossidato dalla triptofano 2,3 diossigenasi e dall’indoleamina 2,3 diossigenasi nella fase iniziale del catabolismo del triptofano negli animali e negli esseri umani. Anche se questi due enzimi catalizzano la stessa reazione, l’assemblaggio dei complessi ternari enzima-substrato-ligando cataliticamente attivi non è ancora completamente risolto. Nienhaus e Nienhaus hanno riassunto le conoscenze attuali sulla formazione di complessi ternari nella triptofano 2,3 diossigenasi e nell’indoleamina 2,3 diossigenasi e hanno collegato questi risultati alle peculiarità strutturali dei loro siti attivi. Gli aminoacidi aromatici possono anche essere ossidati da fenilalanina, tirosina, o triptofano idrossilasi, e poi decarbossilati da decarbossilasi di aminoacidi aromatici per formare monoamine aromatiche. L’N-acilazione delle monoamine aromatiche da parte delle arilalchilamine N-aciltransferasi è per lo più associata all’acetilazione della serotonina per formare N-acetilserotonina, un precursore nella formazione della melatonina (Hardeland e Poeggeler, 2003; Mukherjee e Maitra, 2015). Gli insetti esprimono più arilalchilamine N-aciltransferasi per regolare il metabolismo degli aminoacidi aromatici (Hiragaki et al., 2015). Per esempio, 13 arilalchilamine N-aciltransferasi putative sono state identificate in Aedes aegypti (Han et al., 2012) e 8 arilalchilamine N-aciltransferasi putative sono state identificate in Drosophila melanogaster (Amherd et al., 2000; Dempsey et al., 2014). O’Flynn et al. hanno evidenziato l’attuale conoscenza metabolomica degli aminoacidi aromatici N-acilati e dei derivati N-acilati degli aminoacidi aromatici, l’attuale comprensione meccanicistica delle arilalchilamine N-aciltransferasi, e hanno esplorato la possibilità che le arilalchilamine N-aciltransferasi servano come insetti “rhymezymes” regolando il fotoperiodismo e altri processi ritmici negli insetti.

Il metabolismo degli aminoacidi aromatici coinvolge anche alcuni enzimi piridossale 5′-fosfato dipendenti, tra cui decarbossilasi, aminotransferasi e fenilacetaldeide aromatica sintasi. Nell’articolo di revisione finale di questo numero speciale, Liang et al. hanno fornito una conoscenza aggiornata degli enzimi piridossal 5′-fosfato dipendenti e hanno riassunto i fattori strutturali che contribuiscono ai meccanismi di reazione, in particolare i residui del sito attivo critici per dettare la specificità della reazione.

Contributi degli autori

Tutti gli autori elencati hanno dato un contributo sostanziale, diretto e intellettuale al lavoro e lo hanno approvato per la pubblicazione.

Finanziamento

Il finanziamento è stato fornito dalla National Natural Science Foundation of China (Grant No. 31860702).

Conflict of Interest Statement

Gli autori dichiarano che la ricerca è stata condotta in assenza di relazioni commerciali o finanziarie che potrebbero essere interpretate come un potenziale conflitto di interessi.