Case Western Reserve'i ülikooli meditsiinikooli teadlased on avastanud mehhanismi, mis võimaldab ensüümil letsitiin: retinoolatsüültransferaas (LRAT) säilitada A-vitamiini – protsessi, mis on nägemise jaoks hädavajalik.
"Ilma selle teabeta ei olnud meie teadmised piisavad, et mõista ensüümi mutatsioonidest põhjustatud pimeduse molekulaarseid mehhanisme," ütles Case Western Reserve'i farmakoloogia dotsent ja uuringu autor Marcin Golczak.
Teadlased loodavad, et uut teavet kasutatakse degeneratiivsete silmahaiguste väikemolekulaarsete ravimeetodite kavandamiseks. Sama LRAT-i ensümaatilist aktiivsust, mis võimaldab spetsiifilistel rakkudel absorbeerida A-vitamiini, saab kasutada väikese molekuliga ravimite silma transportimiseks. Need ravimid kogunevad silma kudedesse, vähendades efektiivset annust ja vähendades süsteemsete kõrv altoimete riski.
Nende töö on avaldatud ajakirjas Nature Chemical Biology.
Golczak, meditsiiniüliõpilane Avery E. Sears, farmakoloogiaõpetaja Philip D. Kiser ja farmakoloogia õppetool Krzysztof Palczewski võrdlesid LRAT ja N1pC/P60 perekonda kuuluvate lähed alt seotud ensüümide funktsiooni. Nad leidsid, et väikesed variatsioonid valgujärjestustes määravad substraadi spetsiifilisuse – ained, millele ensüümid toimivad – ja seega reguleerivad nende ensüümide füsioloogilisi funktsioone.
LRAT reguleerib A-vitamiini omastamist rakkudes, aidates muuta selle kasutatavaks retinüülestriks. Retinüülester on meie silmade toimimiseks hädavajalik. Järelikult põhjustab LRAT puudumine A-vitamiini puudust ja pimedust.
Erinev alt LRAT-st ei töötle lähisugulane HRAS-i sarnane kasvaja supressor 3, mida nimetatakse HRASLS3-ks, A-vitamiini, kuid osaleb triglütseriidide lagunemise reguleerimises valgetes rasvarakkudes. Triglütseriidid pakuvad kehakudedele energiaallikat. Kuid liigne kogunemine põhjustab rasvumist ja sellega seotud metaboolset sündroomi, suurendades südamehaiguste, diabeedi ja muude terviseprobleemide riski.
Hiired, kellel puudus HRASLS3, ei võtnud kaalus juurde, kui neile toideti kõrge kalorsusega dieeti – isegi hiired, kes olid geneetiliselt muundatud olema rasvunud ja kellel puudus leptiin – hormoon, mis annab imetajatele märku, kui nad on piisav alt toitu söönud.
Nende ensüümide funktsioonid olid teada, kuid siiani on vähe aru saadud sellest, mis võimaldab lähisugulastel oma erinevaid töid teha. Teadlased uurisid, kuidas LRAT erineb oma ülejäänud valguperekonnast.
"Ensümaatiliste aktiivsuste areng geenide dubleerimise, mutatsiooni ja selektsiooni kaudu on viinud metaboolsete võimete praeguse mitmekesisuseni, " ütles Golczak."Meie uuringud selgitavad, milline modifikatsioon raku ensümaatilises masinavärgis võimaldab selgroogsetel tõhus alt omastada ja säilitada liigset A-vitamiini."
Üldiselt on kahel valgul ühine molekulaarstruktuur. Kuid katalüütilises domeenis on LRAT-i sisestus 11 aminohappest, mis HRASLS-il puuduvad, millele järgneb LRAT-is konserveerunud, kuid HRASLS-i sugulastel nägemata 19 aminohappeline venitus, leidsid teadlased.
Erinevuste mõju testimiseks lõid teadlased kimäärsed valgud, milles nad asendasid HRASLS3 ja selle kahe lähima sugulase, HRASLS2 ja HRASLS4, 30 aminohappelise järjestuse LRAT-i järjestusega.
Modifitseerimata HRASLS-valgud ei suutnud katalüüsida A-vitamiini muutumist retinüülestriks. Kuid modifitseeritud HRASLS-valgud tootsid tugev alt retinüülestrit.
Järjestuse asendamisest tingitud mehaaniliste muutuste mõistmiseks määras meeskond HRASLS3/LRAT kimäärse ensüümi kristallstruktuuri 2,2 angströmi juures.
Nad leidsid, et asendamine tõi kaasa suured struktuurilised ümberkorraldused, sealhulgas interaktsioonid kahe valgu molekuli vahel ja domeenide vahetus naabersubühikute vahel.
Ümberkorraldused soodustavad uut ensümaatilist aktiivsust, muutes aktiivse saidi arhitektuuri, valgu/lipiidmembraani interaktsioone ja soodustades seondumist erineva substraadiga – antud juhul A-vitamiiniga.
