La L -aminoácido aromático descarboxilasa ( AADC o AAAD ), también conocida como DOPA descarboxilasa ( DDC ), triptófano descarboxilasa y 5-hidroxitriptófano descarboxilasa , es una enzima liasa ( EC 4.1.1.28), ubicada en la región 7p12.2-p12.1.
La enzima utiliza fosfato de piridoxal (PLP), la forma activa de la vitamina B 6 , como cofactor . El PLP es esencial para el mecanismo de descarboxilación en AADC. En la enzima activa, el PLP está unido a la lisina -303 de AADC como una base de Schiff . Tras la unión del sustrato, la lisina-303 es desplazada por la amina del sustrato . Esto coloca el carboxilato del sustrato dentro del sitio activo de manera que se favorece la descarboxilación. La descarboxilación del sustrato produce un intermediario quinonoide, que posteriormente se protona para producir un aducto de base de Schiff de PLP y el producto descarboxilado. La lisina-303 puede luego regenerar la base de Schiff original, liberando el producto mientras retiene el PLP. [2]
Al investigar esta descarboxilación catalizada por PLP, se descubrió que existe una diferencia en la concentración y la dependencia del pH entre los sustratos. La DOPA se descarboxila de manera óptima a un pH de 6,7 y una concentración de PLP de 0,125 mM, mientras que las condiciones para la descarboxilación óptima del 5-HTP fueron un pH de 8,3 y 0,3 mM de PLP. [3]
La descarboxilasa de L-aminoácidos aromáticos es activa como homodímero . Antes de la adición del cofactor fosfato de piridoxal , la apoenzima existe en una conformación abierta. Tras la unión del cofactor, se produce una gran transformación estructural a medida que las subunidades se acercan y cierran el sitio activo. Este cambio conformacional da como resultado la holoenzima activa y cerrada. [4]
En modelos murinos deficientes en PLP , se ha observado que los niveles de dopamina no se desvían significativamente de los de los especímenes suplementados con PLP; sin embargo, la concentración de serotonina en el modelo cerebral deficiente fue significativa. Este efecto variable de la deficiencia de PLP indica posibles isoformas de AADC con especificidad de sustrato diferencial para DOPA y 5-HTP. Los estudios de diálisis también sugieren que la isoforma potencial responsable de la descarboxilación de DOPA tiene una mayor afinidad de unión para PLP que la de la descarboxilasa de 5-HTP. [3]
La regulación de AADC, especialmente en lo que se refiere a la descarboxilación de L-DOPA, ha sido estudiada extensamente. AADC tiene varios sitios conservados de reconocimiento de proteína quinasa A (PKA) y proteína quinasa G , con residuos S220, S336, S359, T320 y S429 todos como aceptores potenciales de fosfato. Estudios in vitro han confirmado que PKA y PKG pueden fosforilar AADC, causando un aumento significativo en la actividad. [5] [6] Además, se ha demostrado que los antagonistas del receptor de dopamina aumentan la actividad de AADC en modelos de roedores, mientras que la activación de algunos receptores de dopamina suprime la actividad de AADC. [7] Dicha regulación mediada por receptores es bifásica, con una activación inicial a corto plazo seguida de una activación a largo plazo. Se cree que la activación a corto plazo procede a través de la activación de la quinasa y la posterior fosforilación de AADC, mientras que la sensibilidad de la activación a largo plazo a los inhibidores de la traducción de proteínas sugiere la regulación de la transcripción del ARNm . [8]
El AADC cataliza varias reacciones de descarboxilación diferentes: [9]
Sin embargo, algunas de estas reacciones no parecen tener mucha o ninguna importancia biológica. Por ejemplo, la histamina se biosintetiza exclusivamente a través de la enzima histidina descarboxilasa en los seres humanos y otros organismos. [10] [11]
En la síntesis normal de los neurotransmisores dopamina y serotonina (5-HT), la AADC no es el paso limitante de la velocidad en ninguna de las reacciones. Sin embargo, la AADC se convierte en el paso limitante de la velocidad de la síntesis de dopamina en pacientes tratados con L -DOPA (como en la enfermedad de Parkinson ), y en el paso limitante de la velocidad de la síntesis de serotonina en personas tratadas con 5-HTP (como en la depresión leve o la distimia ). [ cita requerida ] La carbidopa inhibe la AADC fuera de la barrera hematoencefálica para inhibir la conversión prematura de L -DOPA en dopamina en el tratamiento de la enfermedad de Parkinson .
En los seres humanos, la AADC también es la enzima limitante de la velocidad en la formación de trazas de aminas . La deficiencia de l-aminoácidos aromáticos descarboxilasa se asocia con varios síntomas como retraso grave del desarrollo, crisis oculógiras y disfunción autonómica. El espectro molecular y clínico de la deficiencia de AAAC es heterogéneo. El primer caso de deficiencia de AADC se describió en Twin Brothers en 1990. Los pacientes pueden ser tratados con agonistas de la dopamina , inhibidores de la MAO y piridoxina ( vitamina B 6 ). [15] El fenotipo clínico y la respuesta al tratamiento son variables y se desconoce el resultado a largo plazo y funcional. Para proporcionar una base para mejorar la comprensión de la epidemiología, la correlación genotipo-fenotipo y el resultado de estas enfermedades, su impacto en la calidad de vida de los pacientes y para evaluar estrategias diagnósticas y terapéuticas, el Grupo de Trabajo Internacional sobre Trastornos Relacionados con los Neurotransmisores (iNTD), una organización no comercial, estableció un registro de pacientes. [16]
Los estudios inmunohistoquímicos han revelado que la AADC se expresa en varios tipos de células neuronales, como las neuronas serotoninérgicas y catecolaminérgicas . Las neuronas que expresan AADC pero no se consideran neuronas monoaminérgicas clásicas se denominan células D. También se han encontrado células inmunorreactivas para AADC en el tronco encefálico humano . Estas células incluyen células pigmentadas con melanina que normalmente se designan como catecolaminérgicas y también pueden ser serotoninérgicas. Se ha informado de una localización significativa de células dopaminérgicas que también son inmunorreactivas para AADC en la sustancia negra , el área tegmental ventral y la formación reticular mesencefálica . A diferencia de los informes anteriores sobre modelos animales, es poco probable que se observen células no aminérgicas (células D) en el cerebro humano. [17]
El gen que codifica la enzima se denomina DDC y se encuentra en el cromosoma 7 en los seres humanos. [18] Consta de 15 exones que codifican una proteína de 480 aminoácidos . [19] Se han investigado polimorfismos de un solo nucleótido y otras variaciones genéticas en relación con trastornos neuropsiquiátricos , por ejemplo, una deleción de un par de bases en 601 y una deleción de cuatro pares de bases en 722-725 en el exón 1 en relación con el trastorno bipolar [20] y el autismo . No se encontró ninguna correlación directa entre la variación genética y el autismo. [21]
Se han correlacionado más de 50 mutaciones de DDC con la deficiencia de AADC [22]. Esta condición es más frecuente en Asia, presumiblemente debido al efecto fundador . [23]
Se han observado eventos de empalme alternativo y promotores que conducen a varias formas de la enzima AADC. El uso único de ciertos promotores conduce a la transcripción de solo el primer exón para producir una isoforma extraneuronal , y el empalme del exón 3 conduce a un producto desprovisto de actividad enzimática. Los análisis a través de especímenes porcinos han dilucidado dos isoformas AADC, resultantes de la exclusión del exón 5 y los exones 5 y 6, que carecen de una porción del dominio descarboxilante. [19]
