Struktura
Struktura je određena pomoću podataka dobivenih difrakcijom x-zrakama.[1] Sastoji se od 221 aminokiseline te je molekulska masa humanog proteina jednaka 24.3 kDa. COMT sadrži jednu domenu koja se sastoji od 8 alfa uzvojnica omotanih oko nakupine od 7 beta listova.[2] Protein uvijek dolazi u kompleksu s kosupstratom S-adenozil metioninom (SAM), ionom magnezija i kompetitivnim inhibitorom 3,5-dinitrokateholom. Te tri molekule čine aktivno mjesto COMT-a. Aktivno mjesto sastoji se od katalitičkog mjesta u kojem su vezani ion magnezija i supstrat, koje se nalazi u plitkom utoru na površini proteina te od vezne regije za S-adenozil metionin, koja se nalazi u unutrašnjosti proteinske strukture.[3] Postoje dva oblika COMT-a. Jedan oblik je topivi COMT (S-COMT). Drugi oblik je membranski COMT (MB-COMT) koji na N-kraju lanca sadrži dodatnih 50 aminokiselina koje ga usidruju u membranu. To je integralni membranski protein čije se katalitičko mjesto nalazi sa citoplazmatske strane membrane.[1]
Funkcija
COMT je enzim koji katalizira prijenos metilne skupine na atom kisika molekule akceptora, odnosno, O-metilaciju i time osigurava inaktivaciju kateholaminskih neuroprijenosnika i kateholnih hormona uključujući dopamin, norepinefrin, kofein i estrogene. Također, skraćuje biološki poluživot određenih neuroaktivnih lijekova, poput L-DOPA, alfa-metil DOPA i izoproterenola.
Funkciju uvelike određuje polimorfizam COMT gena, konkretno zamjena valina na poziciji 158 metioninom (Val158Met) rezultira redukcijom u aktivnosti enzima i sposobnosti metaboliziranja neuroprijenosnika i kateholoestrogena.[4] Kako bi enzim bio funkcionalan, od iznimne je važnosti da se ligandi vežu određenim redoslijedom. SAM, odgovoran za doniranje metilne skupine kateholu, u početku se veže za enzim putem induciranog prianjanja. Zatim se veže kation dvovalentnog metala preko koordinacijskih veza na nekoliko kiselih ostataka i jedna molekula vode u aktivnom mjestu. Metalni kation kritičan je za poravnavanje SAM-a u konformaciji prikladnoj za katalizu sa supstratom, no ako se metal prvi veže, tada SAM ne može pristupiti svom mjestu vezanja.[5] Funkcionalna aktivnost COMT-a bitno ovisi i o prirodi vezanog metala.[6]
MB-COMT glavni je oblik COMT-a u mozgu jer ima veći afinitet za dopamin od S-COMT i pretpostavlja se da igra važnu ulogu u modulaciji kortikalne dopaminske signalizacije. C-terminalna katalitička domena MB-COMT u izvanstaničnom prostoru sugerira da MB-COMT može inaktivirati sinaptički i ekstrasinaptički dopamin na površine presinaptičkih i postsinaptičkih neurona. S-COMT je glavni oblik COMT u perifernim tkivima, uključujući jetru i krv, a pretpostavlja se da igra važnu ulogu u detoksikaciji i metabolizmu kateholnih spojeva.[4]
Uloga u bolesti
Dok su struktura i funkcija katehol-O-metiltransferaze već razjašnjeni, njegova uloga u staničnim putevima i patološkim stanjima i dalje je predmet aktivnog istraživanja.
Zbog svoje kritične uloge u degradaciji sinaptičkog dopamina, ovaj protein najviše djeluje na neurobiologiju spoznaje, emocija, regulacije sna, ovisničkog ponašanja, neurodegeneraciju. COMT Val158Met polimorfizam uzrokuje promjene u strukturi i funkciji prefrontalnog korteksa, čime povećava rizik od anksioznosti, depresije, bipolarnog poremećaja, shizofrenije i ostalih mentalnih bolesti.[7] COMT gen regulira razine dopamina u prefrontalnom korteksu koje djeluju za radnu memoriju i izvršno funkcioniranje – uzrokuje bržu progresiju Alzheimerove bolesti i manju šansu za preživljenjem.[3] COMT inhibitori koriste se u liječenju Parkinsonove bolesti kao lijekovi adjuvansi, oni povećavaju biodostupnost i poluživot lijeka, omogućujući bolju penetraciju lijeka kroz krvno-moždanu barijeru.[8]
Izvori
- ↑ 1,0 1,1 Vidgren J, Svensson LA, Liljas A. (1994). "Crystal structure of catechol O-methyltransferase". Nature 368: 354-358. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8127373/
- ↑ Vidgren J, Tilgmann C, Lundström K, Liljas A. (1991). "Crystallization and preliminary X-ray investigation of a recombinant form of rat catechol O-methyltransferase". Proteins 11: 233-236. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/1749777/
- ↑ 3,0 3,1 Bonifácio MJ, Palma PN, Almeida L, Soares-da-Silva P (2007). "Catechol-O-methyltransferase and its inhibitors in Parkinson’s disease". CNS Drug Rev 13: 352-379. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17894650/
- ↑ 4,0 4,1 Chen J, Song J, Yuan P, Tian Q, Ji Y, Ren-Patterson R (2011). "Orientation and Cellular Distribution of Membrane-bound Catechol-O-methyltransferase in Cortical Neurons: IMPLICATIONS FOR DRUG DEVELOPMENT". J Biol Chem 286: 34752-34760. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21846718/
- ↑ "Structural Mechanism of S-Adenosyl Methionine Binding to Catechol O-Methyltransferase | PLOS ONE". https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0024287
- ↑ Sparta M, Alexandrova AN. (2012). "How Metal Substitution Affects the Enzymatic Activity of Catechol-O-Methyltransferase". PLOS ONE 7: e47172. https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0047172
- ↑ Bastos P, Gomes T, Ribeiro L (2017). "Catechol-O-Methyltransferase (COMT): An Update on Its Role in Cancer, Neurological and Cardiovascular Diseases". Rev Physiol Biochem Pharmacol 173: 1-39. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28456872/
- ↑ Serretti A, Olgiati P (2012). "Catechol-O-Methyltransferase and Alzheimer’s Disease: A Review of Biological and Genetic Findings". CNS Neurol Disord 11: 299-305. https://www.ingentaconnect.com/content/ben/cnsnddt/2012/00000011/00000003/art00013