A acetilcolinesterase (símbolo de HGNCACHE; EC 3.1.1.7; nome sistemático acetilcolina acetilhidrolase), tamén coñecido como AChE, AChase ou acetilhidrolase, é a principal colinesterase do corpo humano. É un encima que cataliza a degradación por hidrólise da acetilcolina e algúns outros ésteres de colina que funcionan como neurotransmisores, segundo a seguinte reacción:
A AChE é unha hidrolase que hidroliza ésteres da colina. Ten unha alta actividade catalítica, xa que a molécula da AChE degrada unhas 25.000 moléculas de acetilcolina (ACh) por segundo, aproximándose ao límite permitido pola difusión do substrato.[2][3] O sitio activo da AChE comprende dous subsitios: o subsitio aniónico e o subsitio esterático. A estrutura e o mecanismo de acción da AChE foi dilucidada partir da estrutura cristalina do encima.[4][5]
O subsitio aniónico acomoda a amina cuaternaria positiva da acetilcolina, así como outros substratos catiónicos e inhibidores. Os substratos catiónicos non se unen a un aminoácido cargado negativamente no sitio aniónico, senón que interaccionan con 14 residuosaromáticos que tapizan unha garganta que leva cara ao sitio activo.[6][7][8] Todos os 14 aminoácidos na garganta aromática están moi conservados en diferentes especies.[9] Entre os aminoácidos aromáticos, o triptófano 84 é esencial e a súa substitución por alanina ten como resultado unha reactividade 3000 veces menor.[10] A garganta é aproximadamente de 20 ángstroms de profundidade e de 5 ángstroms de ancho.[11]
O subsitio esterático, onde se hidroliza a acetilcolina a acetato e colina, contén a tríade catalítica cos seguintes tres aminoácidos: serina 203, histidina 447 e glutamato 334. Estes tres aminoácidos son similares á tríade doutras serina proteases excepto que o glutamato é o terceiro membro en vez de aspartato. Ademais, a tríade ten quiralidade oposta á doutras proteases.[12] A reacción de hidrólise do éster carboxilo causa a formación dun acil-encima e colina libre. Despois, o acil-encima sofre un ataque nucleofílico por unha molécula de auga, axudado polo grupo histidina 440, liberando ácido acético e rexenerando o encima libre.[13][14]
Especies
A AChE atópase en moitas especies, incluíndo a humana e outros mamíferos, invertebrados e plantas.[15][16][17][18]
Nos humanos a AChE é un encima colinérxico implicado na hidrólise do neurotransmisor acetilcolina (ACh) nos seus constituíntes colina e acetato.[15]
En conxunto, en mamíferos a AChE intervén principalmente na terminación do impulso de transmisión en sinapses colinérxicas catalizando a hidrólise rápida do neurotransmisor acetilcolina.[15] En invertebrados, a AChE exerce unha función similar no proceso de condución nerviosa na unión neuromuscular. Está situada xeralmente nas membranas destes animais e controla as correntes iónicas en membranas excitables.[17][18]
En plantas, as funcións biolóxicas da AChE son menos claras, e a súa exisrencia foi recoñecida por probas indirectas da súa actiidade. Por exemplo, un estudo feito en Solanum lycopersicum (tomate) identificou 87 xenes SlAChE que conteñen o dominio lipase/acilhidrolase GDSL. O estudo tamén demostrou a regulación á alza e á baixa dos xenes SlAChE en condicións de estrés de salinidade.[15]
Algúns fungos mariños producen compostos que inhiben a AChE. Porén, o papel específico e os mecanismos da AChE en fungos non están tan ben estudados como nos mamíferos.[18] A presenza e función da AChE en bacterias non está ben documentada.[18]
Función biolóxica
Durante a neurotransmisión, a ACh libérase das neuronas presinápticas e pasa á fenda sináptica e únese a receptores para a ACh na membrana postsináptica, transmitindo o sinal procedene do nervio. A AChE, que tamén está localizada na membrana postsináptica, termina a transmisión do sinal ao hidrolizar a ACh. A colina liberada é captada de novo pola neurona presináptica e a ACh sintetízase combinándose con acetil-CoA pola acción da colina acetiltransferase.[19][20]
Un fármaco colinomimético altera este proceso actuando como un neurotransmisor colinérxico que é inmune á acción lítica da acetilcolinesterase.
Os inhibidores irreversibles da AChE poden causar parálise muscular, convulsións, constrición bronquial e morte por asfixia. Os organofosfatos, ésteres do ácido fosforico, son unha clase de inhibidores irreversibles da AChE.[22] A clivaxe dos organofosfatos pola AChE dá lugar a grupos fosforilo no sitio esterático, os cales son lentos de hidrolizar (tardan días) e poden quedar enlazados covalentemente. Os inhibidores irreversibles da AChE utilizáronse en insecticidas (por exemplo, no malathion) e gases nerviosos para a guerra química (por exemplo, Sarin e VX). Os carbamatos, ésteres do ácido N-metil carbámico, son inhibidores da AChE que se hidrolizan en horas e foron utilizados con fins médicos (por exemplo, fisostigmina para o tratamento do glaucoma). Os inhibidores irreversibles ocupan o sitio esteárico durante curtos períodos de tempo (segundos ou minutos) e utilízanse para tratar diversas doenzas do sistema nervioso central. A tetrahidroaminoacridina (THA) e o donepezil foron aprobados pola FDA norteamericana para mellorar a función cognitiva en pacientes da enfermidade de Alzheimer. A rivastigmina tamén se usa para tratar o alzhéimer e a demencia de corpos de Lewy, e o bromuro de piridostigmina úsase para tratar a miastenia grave.[23][24][25][26][27][28]
Un inhibidor endóxeno da AChE en neuronas é o microARNMir-132, que pode limitar a inflamación no cerebro ao silenciar a expresión desta proteína e permitir que a ACh actúe atenuando a inflamación.[29]
Tamén se viu que o principal ingrediente activo do cánnabis, o tetrahidrocannabinol, é un inhibidor competitivo da acetilcolinesterase.[30]
Distribución
A AChE atópase en moitos tipos de tecidos condutores: nervios e músculos, tecidos centrais e periféricos, fibras motoras e sensoriais, e fibras colinérxicas e non colinérxicas. A actividade da AChE é maior en neuronas motoras que en neuronas sensoriais.[31][32][33]
A acetilcolinesterase tamén se atopa nas membranas dos glóbulos vermellos, onde diferentes formas constitúen os antíxenos do grupo sanguíneo Yt.[34] A acetilcolinesterase existe en múltiples formas moleculares, as cales posúen propiedades catalíticas similares, pero difiren na súa ensamblaxe oligomérica e modo de adhesión á superficie celular.
Xene AChE
En mamíferos a acetilcolinesterase está codificada por un só xene, mentres que en invertebrados existen varios xenes para ela. Porén, os vertebrados superiores tamén codifican un parálogo estreitamente relacionado chamado BCHE (butirilcolinesterase) que ten un 50 % de identidade de aminoácidos coa ACHE.[35] A diversidade nos produtos transcritos polo xene único dos mamíferos orixínase por empalme alternativo do ARNm e asociacións postraducionais de subunidades catalíticas e estruturais. Coñécense tres formas: T (do inglés tail, 'cola'), R (do inglés readthrough, ~'ensaio previo') e H (de hidrófoba).[36]
AChET
A principal forma de acetilcolinesterase atopada no cerebro, músculo e outros tecidos, é a especie hidrófila, que forma oligómeros ligados a disulfuro coas subunidades estruturais de contido colaxenoso, ou lipídico. Nas unións neuromusculares a AChE exprésase nunha forma asimétrica, a cal se asocia con ColQ ou a subunidade. No sistema nervioso central está asociado con PRiMA, que significa en inglés Proline Rich Membrane Anchor (Áncora da Membrana Rica en Prolina) para orixinar a forma simétrica. En ambos os casos, a ColQ ou a áncora PRiMA serven para manter o encima na unión intercelular, concretamente ColQ na unión neuromuscular e PRiMA nas sinapses.
O terceiro tipo ata agora só se atopou nas raias Torpedo sp. e nos ratos, aínda que se hipotetiza a súa presenza noutras especies. Pénsase que está implicado na resposta ao estrés e, posiblemente, na inflamación.[38]
Para a acetilcolinesterase (AChE), os inhibidores reversibles son aqueles que non se unen irreversiblemente e desactivan a AChE.[39] Os fármacos que inhiben reversiblemente a acetilcolinesterase están sendo explorados como tratamentos para a enfermidade de Alzheimer e a miastenia grave, ente outras doenzas. Exemplos son a tacrina e o donepezil.[40]
A exposición aos inhibidores da acetilcolinesterase é unha das varias explicacións estudadas para os síntomas cognitivos crónicos que presentaban algúns veteranos que regresaron da guerra do golfo. Os soldados recibiron doses da AChEI bromuo de piridostigmina (PB) como protección contra armas químicas como os axentes nerviosos. Investigadores da Escola de Medicina da Universidade de Carolina do Sur, estudando os niveis de acetilcolina usando microdiálise e HPLC-ECD, determinaron que o bromuro de piridostigmina, cando se combinaba cun elemento de estrés, pode orixinar respostas cognitivas.[41]
↑Sussman JL, Harel M, Frolow F, Oefner C, Goldman A, Toker L, Silman I (agosto de 1991). "Atomic structure of acetylcholinesterase from Torpedo californica: a prototypic acetylcholine-binding protein". Science253 (5022): 872–9. Bibcode:1991Sci...253..872S. PMID1678899. doi:10.1126/science.1678899.
↑Radić Z, Gibney G, Kawamoto S, MacPhee-Quigley K, Bongiorno C, Taylor P (outubro de 1992). "Expression of recombinant acetylcholinesterase in a baculovirus system: kinetic properties of glutamate 199 mutants". Biochemistry31 (40): 9760–7. PMID1356436. doi:10.1021/bi00155a032.
↑Ordentlich A, Barak D, Kronman C, Ariel N, Segall Y, Velan B, Shafferman A (febreiro de 1995). "Contribution of aromatic moieties of tyrosine 133 and of the anionic subsite tryptophan 86 to catalytic efficiency and allosteric modulation of acetylcholinesterase". J. Biol. Chem.270 (5): 2082–91. PMID7836436. doi:10.1074/jbc.270.5.2082.
↑Ordentlich A, Barak D, Kronman C, Flashner Y, Leitner M, Segall Y, Ariel N, Cohen S, Velan B, Shafferman A (agosto de 1993). "Dissection of the human acetylcholinesterase active center determinants of substrate specificity. Identification of residues constituting the anionic site, the hydrophobic site, and the acyl pocket". J. Biol. Chem.268 (23): 17083–95. PMID8349597. doi:10.1016/S0021-9258(19)85305-X.
↑Tripathi A (outubro de 2008). "Acetylcholinsterase: A Versatile Enzyme of Nervous System". Annals of Neurosciences15 (4): 106–111. doi:10.5214/ans.0972.7531.2008.150403.
↑ 18,018,118,218,3Nie Y, Yang W, Liu Y, Yang J, Lei X, Gerwick WH, Zhang Y (2020). "Acetylcholinesterase inhibitors and antioxidants mining from marine fungi: Bioassays, bioactivity coupled LC–MS/MS analyses and molecular networking". Marine Life Science & Technology2 (4): 386–397. Bibcode:2020MLST....2..386N. doi:10.1007/s42995-020-00065-9.
↑Purves D, Augustine GJ, Fitzpatrick D, Hall WC, LaMantia AS, McNamara JO, White LE (2008). Neuroscience (4th ed.). Sinauer Associates. pp. 121–2. ISBN978-0-87893-697-7.
↑Taylor P, Hardman JG, Limbird LE, Molinoff PB, Ruddon RW, Gilman AG (1996). "5: Autonomic Pharmacology: Cholinergic Drugs". The Pharmacologial Basis of Therapeutics. THe McGraw-Hill Companies. pp. 161–174. ISBN978-0-07-146804-6. Arquivado dende o orixinal o 4 de marzo de 2016. Consultado o 26 de febreiro de 2012.
↑Raffe RB (2004). Autonomic and Somatic Nervous Systems in Netter's Illustrated Pharmacology. Elsevier Health Science. p. 43. ISBN978-1-929007-60-8.
↑Shaked I, Meerson A, Wolf Y, Avni R, Greenberg D, Gilboa-Geffen A, Soreq H (2009). "MicroRNA-132 potentiates cholinergic anti-inflammatory signaling by targeting acetylcholinesterase". Immunity31 (6): 965–73. PMID20005135. doi:10.1016/j.immuni.2009.09.019.
↑Koelle GB (1954). "The histochemical localization of cholinesterases in the central nervous system of the rat". Journal of Comparative Neurology100 (1): 211–35. PMID13130712. doi:10.1002/cne.901000108.
↑Johnson G, Moore SW (2012). "Why has butyrylcholinesterase been retained? Structural and functional diversification in a duplicated gene. 2012". Neurochem. Int.16 (5): 783–797. PMID22750491. doi:10.1016/j.neuint.2012.06.016.
↑Dori A, Ifergane G, Saar-Levy T, Bersudsky M, Mor I, Soreq H, Wirguin I (2007). "Readthrough acetylcholinesterase in inflammation-associated neuropathies". Life Sci.80 (24–25): 2369–74. PMID17379257. doi:10.1016/j.lfs.2007.02.011.
↑Millard CB, Kryger G, Ordentlich A, Greenblatt HM, Harel M, Raves ML, Segall Y, Barak D, Shafferman A, Silman I, Sussman JL (xuño de 1999). "Crystal structures of aged phosphonylated acetylcholinesterase: nerve agent reaction products at the atomic level". Biochemistry38 (22): 7032–9. PMID10353814. doi:10.1021/bi982678l.
Sussman JL, Harel M, Frolow F, Oefner C, Goldman A, Toker L, Silman I (1991). "Atomic structure of acetylcholinesterase from Torpedo californica: a prototypic acetylcholine-binding protein". Science253 (5022): 872–9. Bibcode:1991Sci...253..872S. PMID1678899. doi:10.1126/science.1678899.
Soreq H, Seidman S (2001). "Acetylcholinesterase--new roles for an old actor". Nature Reviews Neuroscience2 (4): 294–302. PMID11283752. doi:10.1038/35067589.
Shen T, Tai K, Henchman RH, McCammon JA (2003). "Molecular dynamics of acetylcholinesterase". Acc. Chem. Res.35 (6): 332–40. PMID12069617. doi:10.1021/ar010025i.
Pakaski M, Kasa P (2003). "Role of acetylcholinesterase inhibitors in the metabolism of amyloid precursor protein". Current Drug Targets. CNS and Neurological Disorders2 (3): 163–71. PMID12769797. doi:10.2174/1568007033482869.
Ehrlich G, Viegas-Pequignot E, Ginzberg D, Sindel L, Soreq H, Zakut H (1992). "Mapping the human acetylcholinesterase gene to chromosome 7q22 by fluorescent in situ hybridization coupled with selective PCR amplification from a somatic hybrid cell panel and chromosome-sorted DNA libraries". Genomics13 (4): 1192–7. PMID1380483. doi:10.1016/0888-7543(92)90037-S.
Shafferman A, Kronman C, Flashner Y, Leitner M, Grosfeld H, Ordentlich A, Gozes Y, Cohen S, Ariel N, Barak D (1992). "Mutagenesis of human acetylcholinesterase. Identification of residues involved in catalytic activity and in polypeptide folding". J. Biol. Chem.267 (25): 17640–8. PMID1517212. doi:10.1016/S0021-9258(19)37091-7.
Li Y, Camp S, Rachinsky TL, Getman D, Taylor P (1992). "Gene structure of mammalian acetylcholinesterase. Alternative exons dictate tissue-specific expression". J. Biol. Chem.266 (34): 23083–90. PMID1744105. doi:10.1016/S0021-9258(18)54466-5.
Velan B, Grosfeld H, Kronman C, Leitner M, Gozes Y, Lazar A, Flashner Y, Marcus D, Cohen S, Shafferman A (1992). "The effect of elimination of intersubunit disulfide bonds on the activity, assembly, and secretion of recombinant human acetylcholinesterase. Expression of acetylcholinesterase Cys-580----Ala mutant". J. Biol. Chem.266 (35): 23977–84. PMID1748670. doi:10.1016/S0021-9258(18)54380-5.
Bazelyansky M, Robey E, Kirsch JF (1986). "Fractional diffusion-limited component of reactions catalyzed by acetylcholinesterase". Biochemistry25 (1): 125–30. PMID3954986. doi:10.1021/bi00349a019.
Gaston SM, Marchase RB, Jakoi ER (1982). "Brain ligatin: a membrane lectin that binds acetylcholinesterase". J. Cell. Biochem.18 (4): 447–59. PMID7085778. doi:10.1002/jcb.1982.240180406.
Ordentlich A, Barak D, Kronman C, Ariel N, Segall Y, Velan B, Shafferman A (1995). "Contribution of aromatic moieties of tyrosine 133 and of the anionic subsite tryptophan 86 to catalytic efficiency and allosteric modulation of acetylcholinesterase". J. Biol. Chem.270 (5): 2082–91. PMID7836436. doi:10.1074/jbc.270.5.2082.
Maruyama K, Sugano S (1994). "Oligo-capping: a simple method to replace the cap structure of eukaryotic mRNAs with oligoribonucleotides". Gene138 (1–2): 171–4. PMID8125298. doi:10.1016/0378-1119(94)90802-8.
Ben Aziz-Aloya R, Sternfeld M, Soreq H (1994). "Promoter elements and alternative splicing in the human ACHE gene". Prog. Brain Res.98: 147–53. PMID8248502. doi:10.1016/s0079-6123(08)62392-4.
Massoulié J, Pezzementi L, Bon S, Krejci E, Vallette FM (1993). "Molecular and Cellular Biology of Cholinesterases". Prog. Brain Res.41 (1): 31–91. PMID8321908. doi:10.1016/0301-0082(93)90040-Y.
