Frontiers in Molecular Biosciences

Aromatiska aminosyror, liksom andra proteinogena aminosyror, är byggstenar i proteiner och inkluderar fenylalanin, tryptofan och tyrosin. Alla växter och mikroorganismer syntetiserar sina egna aromatiska aminosyror för att göra proteiner (Braus, 1991; Tzin och Galili, 2010). Djur har dock förlorat dessa kostsamma metaboliska vägar för syntes av aromatiska aminosyror och måste i stället få aminosyrorna via kosten. Herbicider utnyttjar detta genom att hämma enzymer som är involverade i syntesen av aromatiska aminosyror, vilket gör dem giftiga för växter men inte för djur (Healy-Fried et al., 2007).

I djur och människor tjänar aromatiska aminosyror som prekursorer för syntesen av många biologiskt/neurologiskt aktiva föreningar som är viktiga för att upprätthålla normala biologiska funktioner. Tyrosin är den första prekursorn för biosyntesen av dopa, dopamin, oktopamin, noradrenalin och adrenalin etc. som är grundläggande genom att fungera som neurotransmittorer eller hormoner för djur och människor (Vavricka et al., 2010). Dessutom är tyrosin prekursor för melaninsyntesen i de flesta organismer, inklusive människor och djur, och är särskilt viktigt hos insekter för skydd (Whitten och Coates, 2017). Tryptofan är den första prekursorn för biosyntesen av tryptamin, serotonin, auxin, kynureniner och melatonin (Hardeland och Poeggeler, 2003; Mukherjee och Maitra, 2015). Kynurensyra, ett kynurenin som produceras längs tryptofan-kynureninvägen, är en antagonist vid excitatoriska aminosyrereceptorer och spelar en roll för att skydda neuroner från överstimulering av excitatoriska neurotransmittorer (Han et al., 2008). Många enzymer som är involverade i ämnesomsättningen av aromatiska aminosyror har varit läkemedelsmål för sjukdomar, inklusive neurodegenerativa sjukdomar, schizofreni och cancer (Stone och Darlington, 2013; Selvan et al., 2016).

Därtill kommer att eftersom djur eller människor som inte har det enzymatiska maskineriet för de novo-syntesen av aromatiska aminosyror måste erhålla dessa primära metaboliter från sin föda är ämnesomsättningen av aromatiska aminosyror hos både värddjuret och den bofasta mikrofloran viktig för hälsan hos människor och alla djur. Bland den rad av metaboliter i gränssnittet mellan dessa mikroorganismer och värden finns den essentiella aromatiska aminosyran tryptofan (Agus et al., 2018).

Vi är glada över den uppdaterade informationen om ämnesomsättningen av aromatiska aminosyror som behandlas i artiklarna i vårt forskningsämne. Överlag är de artiklar som inkom för detta ämne: ”Aromatisk aminosyrametabolism”, inklusive en samling originalforsknings- och översiktsartiklar, gav uppdaterad information om ämnesomsättningen av aromatiska aminosyror och behandlade deras syntes och katabolism i växter och mikrober, metaboliska enzymer hos djur och människor samt struktur- och funktionsförhållanden hos enzymer som är involverade i ämnesomsättningen.

En översikt av Parthasarathy et al. som ingår i detta ämne beskriver de aromatiska aminosyrornas biosyntetiska vägar i växter och mikrober, katabolism i växter, nedbrytning via monoamin- och kynureninvägarna i djur och katabolism via 3-aryllaktat- och kynureninvägarna i djurassocierade mikrober. L-Tyrosin är en aromatisk aminosyra som syntetiseras de novo i växter och mikrober via två alternativa vägar som förmedlas av ett enzym ur TyrA-familjen, prefenat eller arogenatdehydrogenas, som vanligtvis finns i mikrober respektive växter. I forskningsartikeln av Schenck et al. avslöjades att bakteriehomologer, som är nära besläktade med växt-TyrAa, också har en sur rest i position 222 och arogenatdehydrogenasaktivitet som växtenzymet har, vilket tyder på att den bevarade molekylära mekanismen fungerade under evolutionen av arogenatspecifika TyrAa i både växter och mikrober. Tryptofan är en annan aromatisk aminosyra som kan oxideras av tryptofan 2,3-dioxygenas och indoleamin 2,3-dioxygenas i det första steget i tryptofankatabolismen hos djur och människor. Även om dessa två enzymer katalyserar samma reaktion är sammansättningen av de katalytiskt aktiva, ternära enzym-substrat-ligandkomplexen ännu inte helt klarlagd. Nienhaus och Nienhaus sammanfattade den nuvarande kunskapen om ternär komplexbildning i tryptofan 2,3-dioxygenas och indoleamin 2,3-dioxygenas och relaterade dessa fynd till strukturella särdrag hos deras aktiva platser. Aromatiska aminosyror kan också oxideras av fenylalanin-, tyrosin- eller tryptofanhydroxylas och sedan dekarboxyleras av aromatiska aminosyradekarboxylaser för att bilda aromatiska monoaminer. N-acyleringen av de aromatiska monoaminerna av arylalkylamin-N-acyltransferaser är oftast förknippad med acetyleringen av serotonin för att bilda N-acetylserotonin, en prekursor vid bildandet av melatonin (Hardeland och Poeggeler, 2003; Mukherjee och Maitra, 2015). Insekter uttrycker fler arylalkylamin-N-acyltransferaser för att reglera ämnesomsättningen av aromatiska aminosyror (Hiragaki et al., 2015). Till exempel har 13 förmodade arylalkylamin N-acyltransferaser identifierats i Aedes aegypti (Han et al., 2012) och 8 förmodade arylalkylamin N-acyltransferaser har identifierats i Drosophila melanogaster (Amherd et al., 2000; Dempsey et al., 2014). O’Flynn et al. lyfte fram den nuvarande metabolomiska kunskapen om N-acylerade aromatiska aminosyror och N-acylerade derivat av aromatiska aminosyror, den nuvarande mekanistiska förståelsen av arylalkylamin N-acyltransferaserna och undersökte möjligheten att arylalkylamin N-acyltransferas tjänar som insekts ”rhymezymer” som reglerar fotoperiodism och andra rytmiska processer hos insekter.

Aromatisk aminosyrametabolism involverar också vissa pyridoxal 5′-fosfatberoende enzymer, inklusive dekarboxylaser, aminotransferaser och aromatiskt fenylacetaldehydsyntas. I den sista översiktsartikeln i detta specialnummer gav Liang et al. uppdaterad kunskap om pyridoxal 5′-fosfatberoende enzymer och sammanfattade de strukturella faktorer som bidrar till reaktionsmekanismerna, särskilt aktiva platsrester som är kritiska för att diktera reaktionsspecificiteten.

Författarbidrag

Alla författare som anges har gjort ett väsentligt, direkt och intellektuellt bidrag till arbetet, och godkänt det för publicering.

Finansiering

Finansiering tillhandahölls av National Natural Science Foundation of China (Grant No. 31860702).

Intressekonfliktförklaring

Författarna förklarar att forskningen utfördes i avsaknad av kommersiella eller ekonomiska relationer som skulle kunna tolkas som en potentiell intressekonflikt.