ACY1

Acylase I (AA1, Aminoacylase I) ist ein Mitglied der Aminoacylase-Familie von Enzymen, die eine breite Palette von Substraten deacetylieren. Es handelt sich um ein homodimeres, zinkbindendes Metalloenzym, das im Zytosol lokalisiert ist und die Hydrolyse von N-acyl-Gruppen in L-Aminosäuren katalysiert, einschließlich der N-acetylierten Derivate von Serin, Alanin, Glycin, Methionin, Glutaminsäure, Leucin und Valin.

Klassifikation

Acylase I gehört zu den Aminoacylasen. Aminoacylasen wurden in vier Gruppen klassifiziert: Acylase I (EC 3.5.1.14, N-acylamino-Säure-Hydrolase), Aspartoacylase (EC 3.5.1.15, N-acetyl-L-aspartat-Amidohydrolase), Acyllysin-Acylase (EC 3.5.17, N-acetyl-L-lysin-Amidohydrolase) und Acylase III. Acylase I zeigt eine Präferenz für aliphatische N-acyl-R-Aminosäuren. Aspartoacylase und Acyllysin-Acylase sind selektiv für N-acetyl-L-asparaginsäure bzw. N-acetyl-L-lysin. Acylase III zeigt eine Präferenz für N-acyl-aromatische Aminosäuren. Acylase I ist gut charakterisiert als ein zinkhaltiges, homodimeres Protein mit einer Untereinheit von Mr 43.000. Acylase III wurde nicht im Detail untersucht. Acylasen I und III können die beobachtete Hydrolyse von xenobiotisch abgeleiteten Mercapturaten (S-substituierte N-acetyl-L-Cystein) in vivo in Kaninchen, Ratten und Meerschweinchen sowie durch Extrakte von Nieren- und Lebergewebe von Kaninchen, Ratten und Meerschweinchen katalysieren.

Biologische Funktion

Obwohl eine große Anzahl von Studien dem intrazellulären Katabolismus verschiedener Proteine gewidmet wurde, ist bisher wenig über den Abbau von N-acylierte Proteinen bekannt, die bis zu 50 % bis 80 % der gesamten löslichen Proteine in verschiedenen Zelllinien ausmachen können. Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass der letzte Schritt, der am Katabolismus von N-acylierten Proteinen beteiligt ist, auf die kombinierte Wirkung von zwei komplementären Enzymen zurückzuführen sein könnte: N-acylpeptid-Hydrolase, die die N-acylamino-Säure aus den entsprechenden N-acylpeptiden erzeugt, und Acylase, die die freie N-terminale Aminosäure freisetzt. Kürzlich wurde vorgeschlagen, dass Acylasen eine Rolle bei der Bioaktivierung einiger Xenobiotika spielen könnten und auch am interorganischen Prozess von xenobiotisch abgeleiteten Aminosäurekonjugaten beteiligt sind. Darüber hinaus wurden porcine intestinale und Nieren-Acylasen I erfolgreich verwendet, um die Synthese von N-acyl-L-Methionin-Derivaten in wässrigen Medien zu katalysieren, was darauf hindeutet, dass Acylase I auch am Proteinacylierungsprozess in vivo beteiligt sein könnte und dass sie zusammen mit Acetyltransferasen am Acylierungsprozess teilnehmen könnte.

Acylase I-katalysierte Deacetylierung von NAC

Die Deacylierung von N-acyl-L-Aminosäuren (NAC) wird von Aminoacylasen katalysiert. NAC ist ein Antioxidans mit chemopräventiven und therapeutischen Effekten und wird klinisch zur Behandlung von Paracetamol-Toxizität sowie bei kongestiven und obstruktiven Lungenerkrankungen eingesetzt. NAC kann direkt als Antioxidans wirken oder als L-Cystein-Prodrug dienen und somit die Glutathionsynthese unterstützen. Obwohl NAC für die Therapie von HIV-1-Infektionen vorgeschlagen wurde, konnte die Behandlung von AIDS-Patienten mit NAC die Glutathionkonzentrationen im Plasma oder in peripheren mononukleären Blutzellen nicht erhöhen. NAC wird in isolierten Hepatozyten deacetylisiert und unterstützt die Glutathionsynthese in diesen Zellen. Auch menschliche Endothelzellen, Rattenlungen-, Darm- und Leberhomogenate sowie menschliche Leberhomogenate katalysieren die Deacetylierung von NAC.

Acylase I-Mangel

In EBV-transformierten Lymphoblasten war die Aktivität der Aminoacylase I vermindert. Der Verlust der Aktivität war auf verringerte Mengen des Aminoacylase I-Proteins zurückzuführen. Die Menge an mRNA für die Aminoacylase I war verringert. Die DNA-Sequenzierung des kodierenden ACY1-Gens zeigte eine homozygote c.1057 C > T-Transition, die eine p.Arg353Cys-Substitution vorhersagt.

Hohe Mengen an N-acetylierten Aminosäuren wurden bei Patienten mit Aminoacylase I-Mangel nachgewiesen, einschließlich der Derivate von Serin, Glutaminsäure, Alanin, Methionin, Glycin und geringeren Mengen von Threonin, Leucin, Valin und Isoleucin. Unter den proteolytischen Systemen, die am intrazellulären Katabolismus intrinsischer Proteine beteiligt sind, wird der intrazelluläre Katabolismus von N-acetylierten Proteinen durch das ATP-ubiquitinabhängige Proteasom vermittelt. Dieses große Komplex zerlegt Proteine in Peptide mit 5–30 Aminosäureresten. N-acetylierten Peptide werden dann von der Acylpeptid-Hydrolase mit der Freisetzung der N-acetylierten Aminosäure und eines kürzeren freien Peptids gespalten. Im nächsten Schritt hydrolysiert die Aminoacylase I die N-acetylierten Aminosäuren zu Acetat und ihrer freien Aminosäure.

Anwendungen

Aminoacylasen kommen in einer Vielzahl von Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen vor, und viele dieser Enzyme sind in der M20-Familie der Metallopeptidasen klassifiziert. Acylase I ist ein wichtiges Enzym im Aminosäurestoffwechsel von Organismen und gehört zu den führenden 10 Enzymen, die in der Biotechnologie verwendet werden, aufgrund ihrer industriellen Anwendungen und chiralen Spezifität. Die am häufigsten verwendeten Quellen von Acylase I sind die Nieren von Schweinen und Pilze wie Aspergillus oryzae und Aspergillus melleus. Acylase I, ein leicht verfügbares und kostengünstiges Enzym, das hauptsächlich in der industriellen Produktion von enantiopuren L-Aminosäuren aus ihren N-acetyl-Derivaten verwendet wird, zeigt eine Hydrolyse der Ester und Amide von natürlichen und nicht-natürlichen Aminosäuren mit hoher Enantioselektivität. Acylase I katalysiert die asymmetrische Hydrolyse von N-acetyl-DL-Aminosäuren zu L-Aminosäuren und unhydrolysierten N-acetyl-D-Aminosäuren. Acylase I wurde auch erfolgreich auf die enantioselektive Acylierung von Alkoholen und Aminen in organischen Medien angewendet.

Referenzen