Hydrolaza fumaryloacetooctanu (FAH) jest homodimerem białkowym, który podczas reakcji hydrolizy rozszczepia fumaryloacetooctan na jego wiązaniu węgiel-węgiel. Jako krytyczny enzym w metabolizmie fenyloalaniny i tyrozyny, hydrolaza 4-fumaryloacetooctanu katalizuje ostatni etap katabolizmu 4-fumaryloacetooctanu i wody odpowiednio do acetooctanu, fumaranu i H + . Te reakcje hydrolityczne są niezbędne podczas metabolizmu aminokwasów aromatycznych u ludzi. Ponadto FAH nie ma wspólnych homologów sekwencji białek z innymi nukleotydami lub aminokwasami.
Mechanizm reakcji
Model miejsca aktywnego 4-fumaryloacetoacetazy związanej z miejscami wiązania metalu z ligandem i analogiem fumaryloacetooctanu. Analog fumaryloacetooctanu (zielony), Mg 2+ (niebieski), Ca 2+ (czerwony), reszty skoordynowane z substratem (beżowy)
Miejsce aktywne FAH zawiera Ca 2+ , który wiąże substrat i działa triada katalityczna Glu-His-Water, w której pierścień imidaksolowy His133 aktywuje nukleofilową cząsteczkę wody w celu zaatakowania wiązania węgiel-węgiel laktooctanu fumarylu, tworząc w ten sposób fumaran i acetooctan . Podobnie jak w przypadku szlaków związanych z fenyloalaniną, podłoże molekularne reakcji ma kluczowe znaczenie w metabolizmie ssaków, o czym świadczy obserwowana aktywność enzymów wątrobowych w niedoborze FAH podczas dziedzicznej tyrozynemii typu 1. U ludzi enzym ten ulega ekspresji głównie w wątrobie. FAH należy do hydroksylaz aminokwasowych. Aminotransferaza tyrozynowa ( TAT ), dioksygenaza 4-hydroksyfenylopirogronianu ( HPD ), 1,2-dioksygenaza homogentyzynianu ( HGD ), 4-hydroksylaza fenyloalaniny ( PAH ), izomeraza maleiloacetooctanu ( GSTZ1 ) i inne hydroksylazy kataboliczne aminokwasów są sprzężone w procesie biologicznym również proces hydroksylaz. Szlak FAH stanowi część głównego degradacji aminokwasu L-fenyloalaniny. W przypadku spożytej fenyloalaniny obrót do syntezy białek FAH jest bezpośrednio powiązany z metodologią opartą na leczeniu.
Ten obraz pokazuje konwersję 4-fumaryloacetooctanu do fumaranu i acetooctanu, a także związek z innymi szlakami rozpadu fenyloalaniny, które katalizują każdy etap i wymagane kofaktory.
Mutacje
Aktywność ludzkiej wątrobowej fumaryloacetooctanu fumarylohydrolazy została określona na podstawie acetylooctanu fumarylu jako substratu. Jako wrodzony błąd metabolizmu, tyrozynemia typu I wynika z niedoboru enzymatycznego szlaku katabolicznego hydrolazy fumaryloacetooctanu (FAH). Obecnie zgłaszane mutacje obejmują ciche mutacje, zamiany aminokwasów w ramach podstawień pojedynczych zasad, kodony nonsensowne i defekty splicingu. Mutacje rozprzestrzeniające się w genie FAH obserwuje skupiska reszt aminokwasowych, takich jak reszty alaniny i kwasu asparaginowego. Dziedziczna tyrozynemia typu 1 jest zaburzeniem metabolicznym o autosomalnym recesywnym sposobie dziedziczenia. Choroba jest spowodowana niedoborem hydrolazy fumaryloacetooctanowej (FAH), ostatniego enzymu na szlaku degradacji tyrozyny. Dziedziczna tyrozynemia typu 1 objawia się w postaci ostrej lub przewlekłej. Jednak objawy mogą pojawić się w mutacjach heterozygotycznych w genie FAH, jak udokumentowano w przypadku 12-letniego amerykańskiego chłopca z przewlekłą tyrozynemią typu 1. W szczególności matczyne allele kodonu 234 wykazują tę mutację, która zmienia tryptofan w glicynę. To prawdopodobnie sugeruje, że mutacje zmiany sensu HT1 również hamują aktywność enzymatyczną. Jest to również przypisywane obserwowanemu skupieniu między miejscami aktywnymi reszt aminokwasowych 230 i 250 wśród setek innych mutacji w genie FAH. Obecnie korelacja genu FAH z HT1 nie wiąże fenotypu klinicznego z genotypem.
Objawy
Możliwym objawem choroby jest rozwój dziedzicznej tyrozynemii typu 1 (HT1). Spowodowana brakiem hydrolazy fumaryloacetooctanu (FAH), ostatniego enzymu szlaku katabolicznego tyrozyny, HT 1 jest dziedziczona jako rzadka choroba autosomalna recesywna z częstością występowania w Europie 1 : 50 000. Jednak w odizolowanych częściach prowincji Quebec częstość występowania może sięgać nawet 1:2000, przy wskaźniku nosicielstwa 1:20, prawdopodobnie z powodu pojedynczej mutacji założycielskiej. Niedobór FAH prowadzi do gromadzenia się metabolitów alkilujących, które powodują uszkodzenie wątroby. Zaburzenie ma ostry, przewlekły lub średnio łagodny fenotyp. Postać ostra objawia się w ciągu pierwszego półrocza i charakteryzuje się niewydolnością wątroby, uszkodzeniem nerek i prawdopodobnie śmiercią w pierwszym roku życia. Postać przewlekła ma początek w wieku powyżej jednego roku po urodzeniu; krzywica i postępująca choroba wątroby często prowadzą do rozwoju raka wątrobowokomórkowego. Inne objawy mogą obejmować uszkodzenie kanalików nerkowych, martwicę wątroby, epizodyczne osłabienie, drgawki. Oprócz uszkodzenia wątroby i nerek wymienia się również zespół Fanconiego i kryzysy porfirowe.
Leczenie
Obecnie nie ma lekarstwa na tyrozynemię typu 1. Zdiagnozowane osoby wymagają przez całe życie specjalnych ograniczeń dietetycznych pod względem aminokwasów, fenyloalaniny i tyrozyny. Osoby dotknięte chorobą mogą być również leczone lekiem zatwierdzonym przez FDA o nazwie nityzynon. Zalecane leczenie należy rozpocząć jak najwcześniej po zdiagnozowaniu choroby. Test hamowania bakteryjnego, taki jak test Guthriego, może oprócz podwyższonego poziomu fenyloalaniny wykryć u noworodków niedobór FAH. Inne metody diagnostyczne obejmują pomiary fragmentacją metodą tandemowej spektrometrii mas. Niektóre osoby wymagają przeszczepu wątroby, jeśli choroba wątroby postępuje w zaawansowanym stadium przed rozpoczęciem leczenia dietetycznego.
Struktura
Kompletny genotyp FAH został wcześniej ustalony. Wszystkie możliwe prążki wykazują dwie szkodliwe mutacje. Przeanalizowano wpływ tych mutacji na większość nieprawidłowości w mRNA FAH. Identyfikacja defektów genów na obu allelach umożliwia wstępną analizę genotypowo-fenotypową pacjentów z przewlekłym, podostrym i ostrym HT 1. Gen FAH znajduje się w regionie chromosomu 15q25.1 i zawiera 14 eksonów . Koduje białko o wysokości 46 kDa. Odkryto wiele izoform białka, które powstały w wyniku alternatywnego składania . Gen ulega ekspresji głównie w wątrobie i nerkach.
Kvittingen EA, Jellum E, Stokke O (wrzesień 1981). „Oznaczenie fumarylohydrolazy fumaryloacetooctanu w aktywności ludzkiej wątroby z niedoborem w przypadku dziedzicznej tyrozynemii”. Clinica Chimica Acta; Międzynarodowy Dziennik Chemii Klinicznej . 115 (3): 311–9. doi : 10.1016/0009-8981(81)90244-8 . PMID 7296877 .
St-Louis M, Poudrier J, Phaneuf D, Leclerc B, Laframboise R, Tanguay RM (luty 1995). „Dwie nowe mutacje związane z dziedziczną tyrozynemią typu I”. Genetyka molekularna człowieka . 4 (2): 319–20. doi : 10.1093/hmg/4.2.319 . PMID 7757089 .
Kato S, Sekine S, Oh SW, Kim NS, Umezawa Y, Abe N, Yokoyama-Kobayashi M, Aoki T (grudzień 1994). „Budowa banku cDNA pełnej długości człowieka”. gen . 150 (2): 243–50. doi : 10.1016/0378-1119(94)90433-2 . PMID 7821789 .
Grompe M, St-Louis M, Demers SI, al-Dhalimy M, Leclerc B, Tanguay RM (sierpień 1994). „Pojedyncza mutacja genu hydrolazy fumaryloacetooctanu u francuskich Kanadyjczyków z dziedziczną tyrozynemią typu I”. The New England Journal of Medicine . 331 (6): 353–7. doi : 10.1056/NEJM199408113310603 . PMID 8028615 .
St-Louis M, Leclerc B, Laine J, Salo MK, Holmberg C, Tanguay RM (styczeń 1994). „Identyfikacja mutacji stop u pięciu fińskich pacjentów cierpiących na dziedziczną tyrozynemię typu I”. Genetyka molekularna człowieka . 3 (1): 69–72. doi : 10.1093/hmg/3.1.69 . PMID 8162054 .
Labelle Y, Phaneuf D, Leclerc B, Tanguay RM (lipiec 1993). „Charakterystyka ludzkiego genu hydrolazy acetooctanu fumarylu i identyfikacja mutacji zmiany sensu znoszącej aktywność enzymatyczną”. Genetyka molekularna człowieka . 2 (7): 941–6. doi : 10.1093/hmg/2.7.941 . PMID 8364576 .
Labelle Y, Puymirat J, Tanguay RM (styczeń 1993). „Lokalizacja komórek w mózgu szczura wykazujących ekspresję hydrolazy fumaryloacetooctanowej, enzymu z niedoborem dziedzicznej tyrozynemii typu 1”. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molekularne podstawy chorób . 1180 (3): 250–6. doi : 10.1016/0925-4439(93)90046-4 . PMID 8422430 .
Ploos van Amstel JK, Bergman AJ, van Beurden EA, Roijers JF, Peelen T, van den Berg IE, Poll-The BT, Kvittingen EA, Berger R (styczeń 1996). „Dziedziczna tyrozynemia typu 1: nowe mutacje typu missense, nonsens i splicing w ludzkim genie hydrolazy fumaryloacetooctanu; zmienność relacji genotyp-fenotyp”. Genetyka człowieka . 97 (1): 51–9. doi : 10.1007/bf00218833 . PMID 8557261 . S2CID 20070794 .
