A colina acetiltransferase (normalmente abreviada como ChAT e ás veces como CAT) é un encima transferase responsable da síntese do neurotransmisor acetilcolina. A ChAT cataliza a transferencia dun grupo acetilo desde o coencima acetil-CoA á colina, orixinando acetilcolina (ACh). A ChAT atópase en alta concentración nas neuronas colinérxicas, do sistema nervioso central (SNC) e do sistema nervioso periférico (SNP). Igual que ocorre coa maioría das proteínas dos terminais nerviosos, a ChAT prodúcese no corpo celular da neurona e desde alí transpórtase ao terminal axónico, onde a súa concentración é a máxima. A presenza de ChAT nunha célula nerviosa clasifica esta célula como neurona "colinérxica". En humanos o encima colina acetiltransferase está codificado no xene CHAT do cromosoma 10.
Historia A colina acetiltransferase describírona por primeira vez David Nachmansohn e A. L. Machado en 1943. O bioquímico alemán Nachmansohn estivera estudando o proceso da transmisión do impulso nervioso e a utilización de reaccións químicas que renden enerxía nas células, ampliando os traballos de gañadores do premio Nobel como Otto Warburg e Otto Meyerhof sobre a fermentación, glicólise e contracción muscular. Baseándose en investigcións previas que mostraban que as "accións da acetilcolina sobre proteínas estruturais" eran responsables dos impulsos nerviosos, Nachmansohn e Machado investigaron a orixe da acetilcolina.
O modo de acción da "acetil transferase" era descoñecido na época do seu descubrimento; con todo, Nachmansohn hipotetizou a posibilidade de que o acetilfosfato ou a fosforilcolina intercambiasen o fosfato (procedente do ATP) coa colina ou un ión acetato. Ata 1945 non se descubriu o coencima A (CoA) de forma simultánea e independente por tres laboratorios, e o de Nachmansohn foi un deles. Seguidamente, en 1951, descubriuse o acetil-CoA, que daquela se chamaba “acetato activo”. A estrutura 3D da ChAT, derivada da rata, non se resolveu ata 60 anos despois, en 2004.
Estrutura Resolveuse a estrutura 3D da ChAT por cristalografía de raios X (). A colina únese no sitio activo da ChAT por medio de interaccións non covalentes entre a amina cargada positivamente da colina e o grupo hidroxilo da tirosina 552, ademais dun enlace de hidróxeno adicional entre o grupo hidroxilo da colina e un residuo de histidina, His324.
O substrato colina acomódase nun peto no interior da ChAT, mentres que o acetil-CoA encaixa nun peto situado na superficie da proteína. A estrutura cristalina tridimensional mostra que o grupo acetilo do acetil-CoA está lindante co peto de unión da colina, minimizando a distancia entre o doante do grupo acetilo e o receptor.
Homoloxía A ChAT está moi conservada nos xenomas animais. Entre as ChAT dos animais hai unha gran similitude de secuencia. As ChAT de humanos e gatos (Felis catus), por exemplo, teñen unha identidade de secuencia do 89 %. A identidade de secuencia con Drosophila é dun 30 %.
Formas da ChAT Hai dúas formas da ChAT: soluble e unida a membranas. A forma soluble supón o 80-90 % da actividade encimática total observada, mentres que a forma unida a membranas é responsable do resto. Porén, houbo moito debate sobre como esta última forma da ChAT se une ás membranas. A forma unida a membranas da ChAT está asociada con vesículas sinápticas.
Isoformas común e periférica da ChAT Existen dúas isoformas da ChAT, ambas as dúas codificadas pola mesma secuencia. O tipo común da ChAT (cChAT) está presente tanto no sistema nervioso central coma no periférico. O tipo periférico da ChAT (pChAT) exprésase preferentemente no SNP en humanos, e orixínase polo salto de exón (exon skipping) que afecta aos exóns 6–9, durante a modificación postranscricional. Por tanto, a súa secuencia de aminoácidos é moi similar; porén, a pChAT perdeu partes da secuencia que están presentes na cChAT. A isoforma pChAT descubriuse en 2000 baseándose na observación de que os anticorpos contra a ChAT do cerebro non podían marcar as neuronas colinérxicas periféricas como si o facían coas neuronas que se encontraban no propio cerebro. Este mecanismo de empalme de xenes que orixina as diferenzas entre a cChAT e a pChAT observouse en varias especies, incluíndo tanto vertebrados mamíferos coma invertebrados moluscos, o que suxire que este mecanismo produce algunha vantaxe evolutiva aínda non identificada.
Función miniatura|Síntese e transporte de acetilcolina (ACh) nas células
Os sistemas colinérxicos están implicados en numerosas funcións neurolóxicas. A alteración nalgunhas neuronas colinérxicas pode explicar as altercións observadas na enfermidade de Alzheimer. A proteína codificada por este xene sintetiza o neurotransmisor acetilcolina. A acetilcolina actúa sobre dúas clases de receptores no sistema nervioso central (muscarínicos e nicotínicos) que están cada un implicado en diferentes respostas fisiolóxicas. O papel da acetilcolina no receptor nicotínico aínda está investigándose. Probablemente está implicado nas vía de recompensa/reforzo, como indica a natureza adictiva da nicotina, que tamén se une ao receptor nicotínico. A acción muscarínica da acetilcolina no sistema nervioso central intervén na aprendizaxe e memoria. A perda de innervación colinérxica no neocórtex foi asociada coa perda de memoria, como se evidencia en casos de alzhéimer. No sistema nervioso periférico, as neuronas colinérxicas están implicadas no control de funcións viscerais como, entre outras, a contracción do músculo cardíaco e a función do tracto gastrointestinal.
Utilízase a miúdo como marcador inmunohistoquímico para as motoneuronas.
Mutacións Illáronse mutantes da ChAT en varias especies, como Caenorhabditis elegans, Drosophila e humanos. A maioría dos mutantes non letais que teñen un fenotipo de tipo non salvaxe mostran algunha actividade, pero menos significativamente que o tipo salvaxe.
En C. elegans varias mutacións na ChAT foron rastrexadas ao xene cha-1. Todas as mutacións teñen como resultado unha caída significativa na actividade da ChAT. A perda percentual de actividade pode chegar a ser do 98 % nalgúns casos. Os efectos fenotípicos inclúen o crecemento máis lento, a diminución do tamaño, o comportamento descoordinado e a falta de sensibilidade aos inhibidores da colinesterase. Os mutantes sensibles á temperatura illados en Drosophila eran todos letais. Antes da súa morte, as moscas afectadas mostraban un cambio de comportamento, incluíndo movementos incontrolados e un cambio na actividade no electrorretinograma.
O xene humano responsable de codificar a ChAT é o CHAT. As mutacións en CHAT foron ligadas á síndrome miasténica conxénita, unha doenza que causa unha deficiencia da función motora xeral e debilidade. Outro síntoma é unha apnea mortal. Dos dez mutantes illados, 1 mostraba unha falta completa de actividade, 8 presentaban unha diminución significativa da actividade, e 1 tiña unha función descoñecida.
Importancia clínica Enfermidade de Alzheimer A enfermidade de Alzheimer causa dificultades na memoria e na cognición. As concentracións de acetilcolina e de ChAT están notablemente reducidas no córtex cerebral e no hipocampo. Aínda que a perda celular e a disfunción das neuronas colinérxicas considérase que contribúe ao alzhéimer, xeralmente non se considera o factor primario no desenvolvemento desa doenza. Propúxose que a agregación e depólsito de proteína beta-amiloide, interfire co metabolismo das neuronas e causa danos nos axóns colinérxicos do córtex e nas neuronas colinérxicas no prosencéfalo basal.
Esclerose lateral amiotrófica A esclerose lateral amiotrófica (ELA) é unha das enfermidades máis comúns das neuronas motoras. Na ELA obsérvase unha perda significativa da inmunorreactividade da ChAT. Hipotetízase que a función colinérxica está implicada nun incremento incontrolado da concentración de calcio intracelular cuxa razón aínda segue sendo pouco clara.
Fármacos O metilsulfato de neostigmina, un axente anticolinesterase, foi utilizado para actuar sobre a ChAT. En concreto, o uso deste axente mostrou efectos positivos contra a síndrome miasténica conxénita.
A exposición ao estradiol incrementa a actividade da ChAT en ratas femia.
Notas
Véxase tamén Outros artigos Acetiltransferase
Ligazóns externas
Ligazóns externas
Categoría:Transferases