APRT

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Einleitung

APRT ist ein Enzym des Purin-Salvage-Stoffwechsels, das 5'-Adenosin aus Adenin zurückgewinnt. Bei APRT-Mangel wird Adenin durch Xanthin-Dehydrogenase (auch als Xanthinoxidase bezeichnet) zu DHA umgewandelt; dieses wird renal eliminiert, ist jedoch im Urin weitgehend unlöslich und lagert sich in den Nierentubuli ab, was zu einer obstruktiven Nephropathie und kristallinen Nephropathie führt.

Struktur

APRT ist ein Homodimer mit 179 Aminosäureresten pro Monomer. Die Reste A131, L159, V25 und R27 sind für die Purinspezifität der humanen APRT von Bedeutung. Die katalytische Stelle der APRT mit den Reaktanten Adenin und PRPP wurde aufgeklärt. Es wird angenommen, dass die „Hood“-Region für die Purinspezifität wichtig ist, während die flexible Schleife die Moleküle innerhalb des aktiven Zentrums fixiert. Der Kernbereich ist in vielen APRT hoch konserviert. Die Hood-Region, die die Adenin-Bindungsstelle enthält, weist innerhalb der Enzymfamilie eine höhere Variabilität auf. Ein 13-Reste-Motiv umfasst die PRPP-Bindungsregion und beinhaltet zwei benachbarte saure Reste sowie mindestens einen umgebenden hydrophoben Rest.

Abbildung 1. Struktur von APRT.

Funktion

APRT katalysiert Mg²⁺-abhängige Reaktionen, die Purinbasen in die entsprechenden Nukleotide umwandeln. Es kommt in einer Vielzahl von Organismen vor, darunter Pflanzen, Säugetiere und parasitäre Protozoen. APRT transportiert das durch oxidative Phosphorylierung in der mitochondrialen Matrix gebildete ATP über die innere Membran in die Mitochondrien und transportiert anschließend ADF aus den Mitochondrien in die Mitochondrien. Daher koppelt APRT nicht nur den Energieproduktionsprozess der Mitochondrien an den Energieverbrauchsprozess der Zellen, sondern beeinflusst auch die Energieproduktion von Gewebezellen und damit die Funktion der Gewebezellen.

Mechanismus

APRT folgt einem doppelt geordneten sequenziellen Mechanismus unter Bildung eines ternären Komplexes. Das Enzym bindet zunächst PRPP und anschließend Adenin. Nach dem Phosphoribosyltransfer verlässt zuerst Pyrophosphat den Komplex, gefolgt von AMP. Kinetische Studien haben gezeigt, dass der Phosphoribosyltransfer relativ schnell ist, während die Produktfreisetzung (insbesondere von AMP) geschwindigkeitsbestimmend ist. In der humanen APRT wird das N9-Proton des Adenins durch Glu104 abstrahiert, wodurch der Sauerstoff-Kohlenstoff-Übergangszustand gebildet wird. Dieser wirkt als nukleophiles Reagenz und greift das heterokapsidische Kohlenstoffatom von PRPP an, wodurch AMP entsteht und Pyrophosphat aus PRPP verdrängt wird. Der Mechanismus der APRT ist im Allgemeinen konsistent mit dem anderer APRT, die die Fähigkeit beibehalten, α-1-Pyrophosphat aus PRPP mittels eines stickstoffhaltigen nukleophilen Reagenzes in einem SN1- oder SN2-Angriff zu verdrängen.

Erkrankungen

Der APRT-Mangel (APRTD) ist eine seltene autosomal-rezessive Stoffwechselerkrankung infolge einer Mutation des APRT-Gens. APRT ist ein Enzym des Purinstoffwechsels, das die Bildung von 5'-Adenosinmonophosphat (5'-AMP) und Pyrophosphat (PP) aus Adenin und 5-Phosphoribosyl-1-pyrophosphat katalysiert. Bei Patientinnen und Patienten mit vollständigem APRT-Mangel wird Adenin durch Xanthinoxidase (XO) zu dem hochgradig unlöslichen und nephrotoxischen Derivat 2,8-Dihydroxyadenin (2,8-DHA) oxidiert, was durch intratubuläre kristalline Ausfällung zu Urolithiasis und Nierenversagen führt. Das APRT-Gen, lokalisiert auf Chromosom 16q24, ist etwa 2,6 kb lang, enthält fünf Exons und vier Introns und kodiert ein Protein mit 180 Aminosäureresten. Das humane Enzym, das in verschiedenen Zelltypen einschließlich Erythrozyten vorkommt, ist ein Homodimer aus zwei identischen Untereinheiten mit einem Molekulargewicht von etwa 19.481 Da. Derzeit sind zwei durch alternatives Spleißen erzeugte Isoformen bekannt: Isoform 1 (P07741-1) und Isoform 2 (P07741-2); Isoform 1 gilt als die „kanonische“.