ACY1

Acylase I (AA1, Aminoacylase I) ist ein Mitglied der Enzymfamilie der Aminoacylasen, die ein breites Spektrum an Substraten deacetylieren. Es handelt sich um ein homodimeres, zinkbindendes Metalloenzym im Zytosol, das die Hydrolyse von N‑Acylgruppen in L‑Aminosäuren katalysiert, einschließlich der N‑acetylieren Derivate von Serin, Alanin, Glycin, Methionin, Glutaminsäure, Leucin und Valin.

Klassifizierung

Acylase I gehört zu den Aminoacylasen. Aminoacylasen wurden in vier Gruppen klassifiziert: Acylase I (EC 3.5.1.14, N‑Acylamino­säure‑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 zinkhaltiges, homodimeres Protein mit einem Untereinheits‑Mr von 43.000. Acylase III wurde bislang nicht im Detail untersucht. Acylasen I und III könnten in vivo bei Kaninchen, Ratten und Meerschweinchen sowie in Nieren‑ und Lebergewebeextrakten dieser Spezies die beobachtete Hydrolyse von aus Xenobiotika abgeleiteten Mercapturaten (S‑substituierte N‑Acetyl‑L‑Cysteine) katalysieren.

Biologische Funktion

Obwohl zahlreiche Studien dem intrazellulären Katabolismus verschiedener Proteine gewidmet sind, ist bislang wenig über den Abbau N‑acylierter Proteine bekannt, die in verschiedenen Zelllinien bis zu 50 % bis 80 % der gesamten löslichen Proteine ausmachen können. Es wurde vorgeschlagen, dass der letzte Schritt im Katabolismus N‑acylierter Proteine auf der kombinierten Wirkung zweier komplementärer Enzyme beruht: der N‑Acylpeptid‑Hydrolase, die aus den entsprechenden N‑Acylpeptiden die N‑Acylaminosäure generiert, und der Acylase, die die freie N‑terminale Aminosäure freisetzt. Kürzlich wurde zudem vorgeschlagen, dass Acylasen eine Rolle bei der Bioaktivierung bestimmter Xenobiotika spielen könnten und außerdem an der interorganischen Verarbeitung xenobiotisch abgeleiteter Aminosäure‑Konjugate beteiligt sind. Darüber hinaus wurden intestinale und renale Acylasen I vom Schwein erfolgreich eingesetzt, um in wässrigem Medium die Synthese von N‑Acyl‑L‑Methionin‑Derivaten zu katalysieren, was darauf hindeutet, dass Acylase I möglicherweise auch in vivo an der Proteinacylierung beteiligt ist und gemeinsam mit Acetyltransferasen am Acylierungsprozess mitwirkt.

Durch Acylase I katalysierte Deacetylierung von NAC

Die Deacylierung von N‑Acyl‑L‑Amino‑ (NAC‑) Säuren wird durch 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 dadurch die Glutathion‑Synthese unterstützen. Obwohl NAC für die Therapie von HIV‑1‑Infektionen vorgeschlagen wurde, führte die Behandlung von AIDS‑Patienten mit NAC nicht zu einem Anstieg der Glutathion‑Konzentrationen im Plasma oder in peripheren mononukleären Blutzellen. NAC wird in isolierten Hepatozyten deacetylisiert und unterstützt in diesen Zellen die Glutathion‑Synthese. Auch humane Endothelzellen, Homogenate aus Rattenlunge, Darm und Leber sowie Homogenate aus humaner Leber katalysieren die Deacetylierung von NAC.

Acylase‑I‑Mangel

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

Bei Patienten mit Aminoacylase‑I‑Mangel wurden hohe Mengen N‑acetylierter Aminosäuren nachgewiesen, einschließlich der Derivate von Serin, Glutaminsäure, Alanin, Methionin und Glycin sowie geringerer Mengen von Threonin, Leucin, Valin und Isoleucin. Unter den proteolytischen Systemen, die am intrazellulären Katabolismus körpereigener Proteine beteiligt sind, wird der intrazelluläre Abbau N‑acetylierter Proteine durch das ATP‑Ubiquitin‑abhängige Proteasom vermittelt. Dieser große Komplex baut Proteine zu Peptiden mit 5–30 Aminosäureresten ab. N‑acetylierte Peptide werden anschließend durch die Acylpeptid‑Hydrolase gespalten, wobei die N‑acetylierte Aminosäure und ein kürzeres freies Peptid freigesetzt werden. Im nächsten Schritt hydrolysiert Aminoacylase I die N‑acetylierte Aminosäure zu Acetat und der freien Aminosäure.

Anwendungen

Aminoacylasen kommen in einer Vielzahl von Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen vor, und viele dieser Enzyme werden der M20‑Familie der Metallopeptidasen zugeordnet. Acylase I ist ein wichtiges Enzym im Aminosäurestoffwechsel von Organismen und zählt aufgrund ihrer industriellen Anwendungen und chiralen Spezifität zu den zehn am häufigsten in der Biotechnologie eingesetzten Enzymen. Die am häufigsten verwendeten Quellen für Acylase I sind Schweineniere und Pilze wie Aspergillus oryzae und Aspergillus melleus. Acylase I, ein leicht verfügbares und kostengünstiges Enzym, das hauptsächlich in der industriellen Herstellung enantiomerenreiner L‑Aminosäuren aus deren N‑Acetyl‑Derivaten eingesetzt wird, hydrolysiert nachweislich Ester und Amide natürlicher und nicht‑natürlicher Aminosäuren mit hoher Enantioselektivität. Acylase I katalysiert die asymmetrische Hydrolyse von N‑Acetyl‑DL‑Aminosäuren zu L‑Aminosäuren und nicht hydrolysierten N‑Acetyl‑D‑Aminosäuren. Acylase I wurde zudem erfolgreich für die enantioselektive Acylierung von Alkoholen und Aminen in organischem Medium eingesetzt.

Literatur