Acyl-CoA synthetase family member 3 (ACSF3) je mitochondriální enzym kódovaný genem ACSF3. Je nezbytný pro odbourávání kyseliny malonové a kyseliny methylmalonové a poskytuje prekurzor pro mitochondriální syntézu mastných kyselin (mtFAS). Enzym patří do rodiny acyl-CoA syntetáz.
Struktura ACSF3 leží na lidském chromozomu 16. Skládá se ze 14 exonů a kóduje čtyři alternativně sestříhané mRNA, které kódují dvě izoformy proteinu ACSF3:
Izoforma 1 Tři varianty transkriptu kódují protein o 576 aminokyselinách s molekulovou hmotností přibližně 64,1 kDa s předpokládanou N-terminální mitochondriální cílovou sekvencí (MTS) zahrnující prvních 58 nebo 83 zbytků v závislosti na metodě predikce. Experimentální studie potvrdily, že zralý protein se lokalizuje do mitochondriálního matrix.
Pozorované posttranslační modifikace: Acetylace na lysinu 565 (K565)
Izoforma 2 Jedna varianta transkriptu kóduje kratší protein o 311 aminokyselinách, jehož translace začíná na start kodonu, který je ve srovnání s izoformou 1 umístěn dále podél sekvence mRNA.
Funkce
Degradace kyseliny malonové Mitochondriální původ kyseliny malonové není znám, ale prochází plazmatickými membránami pouze v omezené míře, přičemž její absorpce se zvyšuje v kyselých podmínkách, a vstupuje do mitochondrií prostřednictvím dikarboxylátového transportéru SLC25A10. Za hlavní zdroj se považuje neenzymatická hydrolýza cytosolického malonyl-CoA z de novo syntézy mastných kyselin, přičemž hladiny korelují s lipogenní aktivitou. Další příspěvky mohou pocházet z acyl-CoA thioesteráz, acetyl-CoA karboxylace, oxaloacetátové dekarboxylace, oxidace malondialdehydu a metabolismu β-alaninu. Exogenní příspěvky mohou také pocházet ze stravy, protože volná kyselina malonová se vyskytuje v rostlinách, jako jsou luštěniny.
Přeměnou kyseliny malonové na malonyl-CoA hraje ACSF3 klíčovou roli při odstraňování intramitochondriálního malonátu, silného inhibitoru mitochondriálního dýchání. Malonát kompetitivně inhibuje sukcinátdehydrogenázu (SDH), enzym, který funguje jak v cyklu kyseliny citronové (TCA cyklus), tak jako komplex II elektronového transportního řetězce. Prostřednictvím této aktivity ACSF3 vykonává metabolickou editační funkci, která zabraňuje toxicitě malonátu a umožňuje metabolicky vysoce aktivním buňkám udržovat dýchání.
Degradace kyseliny methylmalonové Kyselina methylmalonová vzniká jako vedlejší produkt hydrolýzy methylmalonyl-CoA v metabolické dráze propionátu a je recyklována ACSF3 na methylmalonyl-CoA, který se vrací zpět do této dráhy. Podle myšího modelu s inaktivovaným Acsf3 byl jako hlavní faktor přispívající k akumulaci kyseliny methylmalonové identifikován katabolismus threoninu.
K udržení mitochondriální funkce a prevenci metabolické acidózy je nutné účinné zbavení se kyselin malonové a methylmalonové. Konkrétně kyselina methylmalonová narušuje aktivitu sukcinátdehydrogenázy nepřímo tím, že interferuje s importem sukcinátu do mitochondrií, nikoli přímou enzymatickou inhibicí. V myších osteoblastových buněčných modelech potlačovala osteogenní diferenciaci a mineralizaci kostní matrix down regulací osteogenních markerových genů, čímž propojila ACSF3-zprostředkované zbavování se kyseliny methylmalonové s tvorbou kosti.
Syntéza mitochondriálního malonyl-CoA Vzhledem k tomu, že malonyl-CoA je meziprodukt nepropustný pro membrány, vyžaduje lokální syntézu v mitochondriích. Ačkoli přesný původ mitochondriálního malonyl-CoA zůstává předmětem diskusí, předpokládá se, že je poskytován ACSF3 z kyseliny malonové a mitochondriální izoformou acetyl-CoA karboxylázy 1 (mtACC1) z acetyl-CoA. Mitochondriální malonyl-CoA je nezbytný pro mitochondriální syntézu mastných kyselin, malonylaci lysinu a syntézu acetyl-CoA.
Mitochondriální syntéza mastných kyselin V syntéze mastných kyselin v mitochondriích (mtFAS) slouží malonyl-CoA jako prekurzor jednotky prodlužující řetězec malonyl-ACP (C3), která v kondenzační reakci s uvolňováním CO2 prodlužuje řetězec mastných kyselin vázaných na ACP o dva uhlíky za reakci. Výsledné druhy acyl-ACP mají různé funkce v závislosti na délce řetězce: například oktanoyl-ACP (C8) je nezbytný pro biosyntézu kyseliny lipoové, kofaktoru klíčových mitochondriálních multienzymových komplexů, jako je komplex pyruvátdehydrogenázy (PDC), komplexu 2-oxoglutarátdehydrogenázy (OGDC), komplexu 2-oxoadipátdehydrogenázy (OADHC), komplexu rozvětveného řetězce α-ketokyseliny dehydrogenázy (BCKDHC) a systému štěpení glycinu (GCS). Druhy s delším řetězcem (C10-16) alostericky aktivují síť proteinů LYRM. U člověka tato síť zahrnuje nejméně 12 proteinů a reguluje mitochondriální translaci, biogenezi železo-sírových klastrů a sestavování komplexů elektronového transportního řetězce.
Malonylace lysinu Malonylace lysinu je dynamická posttranslační modifikace, při které malonyl-CoA dodává malonylové skupiny zbytkům lysinu, čímž obrací jejich kladný náboj. To může změnit konformaci proteinů, jejich aktivitu a interakce mezi proteiny a bylo spojeno s energetickým metabolismem, zejména glykolýzou a β-oxidací. ACSF3 reguluje rytmickou malonylaci lysinu mitochondriálních proteinů závislou na výživě tím, že řídí dostupnost malonyl-CoA, čímž moduluje jaterní metabolické dráhy, jako je mobilizace glykogenu, syntéza lipidů a akumulace triglyceridů. Bylo zjištěno, že rozsah malonylování lysinu se liší u různých typů buněk.
Syntéza acetyl-CoA Přeměna malonyl-CoA na acetyl-CoA pomocí malonyl-CoA dekarboxylázy (MCD), který se poté může dostat do citrátového cyklu, dokončuje proces rozkladu kyseliny malonové. Současně to omezuje hromadění malonyl-CoA, o kterém se předpokládá, že inhibuje ACSF3 prostřednictvím zpětné vazby, a tím pomáhá udržovat odbourávání kyseliny malonové touto cestou.
Syntéza mitochondriálního methylmalonyl-CoA Methylmalonyl-CoA je také membránově nepropustný meziprodukt, a proto musí být syntetizován lokálně v mitochondriích. Mitochondriální zásoba methylmalonyl-CoA je dodávána metabolickou cestou propionátu, s dodatečným příspěvkem ACSF3 aktivací kyseliny methylmalonové. Methylmalonyl-CoA je nezbytný pro syntézu sukcinyl-CoA a methylmalonylaci lysinu.
Syntéza sukcinyl-CoA Přeměna methylmalonyl-CoA na sukcinyl-CoA pomocí methylmalonyl-CoA mutázy podporuje anaplerotické doplňování meziproduktů citrátového cyklu. Jeho význam se liší podle typu tkáně a hladiny metabolitů a je zvláště výrazný v mozku, kde udržování zásoby α-ketoglutarátu podporuje produkci GABA a glutaminu. Mitochondriální sukcinyl-CoA je také nezbytný pro fosforylaci na úrovni substrátu v citrátovém cyklu, biosyntézu hemu, využití ketolátek a sukcinylaci lysinu.
Methylmalonylace lysinu Methylmalonylací lysinu, patogenní posttranslační modifikací, vyžaduje methylmalonyl-CoA jako donor, přičemž ACSF3 přispívá k jeho dostupnosti.
Klinický význam patogenní varianta genu ACSF3 způsobuje kombinovanou malonovou a methylmalonovou acidurii (CMAMMA) Epigenetická studie zjistila rozdílnou methylaci DNA genu ACSF3 v plicní tkáni plodu vystavené kouření matky, což naznačuje potenciální roli ve vývoji chronické obstrukční plicní nemoci (COPD). ACSF3 se podílí na patofyziologii steatotického onemocnění jater spojeného s metabolickou dysfunkcí (MASLD). Jeho exprese je zvýšená u myších modelů s vysokým obsahem tuků ve stravě, stejně jako u obezity a alkoholického onemocnění jater, které jsou spojeny s narušeným metabolismem mastných kyselin v mitochondriích a zvýšenou peroxidací lipidů. Deacetylace ACSF3 mitochondriální deacetylázou sirtuin 3 (SIRT3) vede ke snížení stability a podporuje degradaci ACSF3, což za podmínek stravy s vysokým obsahem tuků zlepšuje jaterní lipidovou homeostázu a snižuje steatózu u myších modelů.
Funkční studie na lidských buňkách a myších modelech ukazují, že ACSF3 je nezbytný pro udržení mitochondriální aktivity a nepřímo ovlivňuje osteogenezi tím, že omezuje hromadění kyseliny methylmalonové, čímž propojuje lidský metabolismus, výšku a stravu.
Reference
Kategorie:Geny Kategorie:Enzymy