Szlak CDP-cholina
Szlak CDP-choliny , po raz pierwszy zidentyfikowany przez Eugene'a P. Kennedy'ego w 1956 roku, jest dominującym mechanizmem, dzięki któremu komórki ssaków syntetyzują fosfatydylocholinę (PC) w celu włączenia do błon lub cząsteczek sygnałowych pochodzących z lipidów. Szlak CDP-choliny stanowi połowę tego, co jest znane jako szlak Kennedy'ego . Druga połowa to szlak CDP-etanoloamina , który jest odpowiedzialny za biosyntezę fosfolipidu fosfatydyloetanoloaminy (PE).
Szlak CDP-cholina rozpoczyna się od wychwytu egzogennej choliny do komórki. Pierwsza reakcja enzymatyczna jest katalizowana przez kinazę cholinową (CK) i obejmuje fosforylację choliny z wytworzeniem fosfocholiny . Fosfocholina jest następnie aktywowana przez dodanie CTP katalizowanej przez enzym ograniczający szybkość, CTP: cytydylotransferazę fosfocholiny, z wytworzeniem CDP-choliny . Ostatnim etapem szlaku jest dodanie cholinowej grupy czołowej do diacyloglicerolu (DAG) w celu utworzenia PC, katalizowanej przez fosfotransferazę cholino/etanoloaminową (CEPT).
Fosfatydylocholina może być przetwarzana przez fosfolipazy , tworząc różne metabolity.
Transport choliny
Komórki ssaków nie są w stanie syntetyzować wystarczających ilości choliny de novo , aby spełnić wymagania fizjologiczne, dlatego muszą polegać na egzogennych źródłach z diety. Wychwyt choliny jest realizowany głównie przez transporter choliny zależny od sodu (CHT) o wysokim powinowactwie i wymaga ATP jako źródła energii. Z drugiej strony cholina może dostać się do komórki poprzez aktywację białek transportujących kationy organiczne (OCT) o niskim powinowactwie, niezależnych od sodu i/lub transporterów karnityny/kationów organicznych (OCTN) i nie wymaga ATP. Wreszcie, cholina może dostać się do komórki przez transportery o pośrednim powinowactwie, które obejmują białko podobne do transportera choliny 1 (CTL1) .
Los zinternalizowanej choliny zależy od typu komórki. W neuronach presynaptycznych większość choliny zostanie acetylowana przez enzym acetylotransferazę cholinową , tworząc neuroprzekaźnik acetylocholinę . Większość innych komórek będzie fosforylować cholinę przez enzym kinazę cholinową, pierwszy zaangażowany etap szlaku CDP-cholina.
Kinaza cholinowa (CK)
Kinaza cholinowa (CK) jest białkiem cytozolowym , które katalizuje następującą reakcję:
- cholina + ATP ⇌ fosfocholina + ADP
Oprócz fosforylacji choliny, CK wykazano również, że fosforyluje etanoloaminę , prekursor innego ważnego glicerofosfolipidu, fosfatydyloetanoloaminy . CK działa jako dimer składający się z podjednostek α1, α2 lub β. Każda izoforma CK jest wszechobecna w tkankach, jednak CKα jest wzbogacony w jądrach i wątrobie, podczas gdy CKβ jest wzbogacony w wątrobie i sercu. Homozygotyczna delecja CKα jest śmiertelna dla embrionu po około 5 dniach, podczas gdy delecja CKβ nie.
W normalnych warunkach kinaza cholinowa nie jest etapem ograniczającym szybkość szlaku CDP-cholina. Jednak w szybko dzielących się komórkach występuje zwiększona ekspresja i aktywność CK w wyniku zwiększonego zapotrzebowania na syntezę PC.
CTP: cytydylotransferaza fosfocholiny (CCT)
CTP: cytydylotransferaza fosfocholiny (CCT), enzym ograniczający szybkość szlaku, jest enzymem jądrowym/cytozolowym i katalizuje następującą reakcję:
- fosfocholina + CTP ⇌ CDP-cholina + PP i
CCT działa jako dimer podjednostek α i β kodowanych odpowiednio przez Pcyt1a i Pcyt1b . CCTα ma cztery domeny; sygnał lokalizacji jądrowej (NLS), domena wiążąca błonę helikalną α, domena katalityczna i domena fosforylacji. Główną różnicą między izoformami α i β jest to, że CCTβ nie ma NLS, co skutkuje głównie cytozolową pulą CCTβ. Z drugiej strony obecność NLS skutkuje głównie pulą jądrową CCTα. CCTα przemieszcza się między jądrem (gdzie jest uważany za nieaktywny) do cytoplazmy, gdzie wiąże się z błonami i jest aktywowany w odpowiedzi na aktywatory lipidów lub podczas postępu cyklu komórkowego, gdy zapotrzebowanie na PC jest wysokie.
CCTα jest enzymem amfitropowym, co oznacza, że istnieje albo w postaci nieaktywnej, rozpuszczalnej, albo aktywnej, związanej z błoną. To, czy CCTα jest związane z błoną, jest w dużej mierze podyktowane względnym składem błon. Jeśli błony mają niską zawartość PC i są stosunkowo wzbogacone w lipidy anionowe, diacyloglicerol lub fosfatydyloetanoloaminę, CCT wstawia się do dwuwarstwy błony poprzez swoją domenę wiążącą błonę. To zdarzenie wiązania łagodzi autohamujące ograniczenie domeny katalitycznej, powodując spadek Km dla fosfocholiny.
Fosfotransferaza cholino/etanoloaminy (CEPT)
Fosfotransferaza cholinowo-etanoloaminowa (CEPT) lub fosfotransferaza cholinowa (CPT), ostatnia reakcja enzymatyczna w szlaku CDP-cholina, katalizuje następującą reakcję:
- CDP-cholina + 1,2-diacyloglicerol ⇌ fosfatydylocholina + CMP
Ostatni etap szlaku CDP-cholina jest katalizowany przez CPT lub CEPT i jest zlokalizowany odpowiednio w retikulum Golgiego lub retikulum endoplazmatycznym . CPT i CEPT są kodowane przez oddzielne geny, które mają 60% podobieństwa sekwencji . Obie izoformy zawierają 7 segmentów transbłonowych i α-helisę w pobliżu domeny katalitycznej, która jest wymagana do wiązania CDP-alkoholu.
CPT rozpoznaje tylko CDP-cholinę, podczas gdy CEPT rozpoznaje zarówno CDP-cholinę, jak i CDP-etanoloaminę. Przyczyna tej podwójnej specyficzności nie jest do końca znana. CEPT jest w dużej mierze uważany za enzym odpowiedzialny za większość syntezy PC, przy czym CPT odgrywa wyłączną rolę w aparacie Golgiego, gdzie może kontrolować poziomy prekursora DAG, ważnego wtórnego przekaźnika.
Ani CPT, ani CEPT nie są uważane za ograniczające szybkość, ale mogą być, jeśli DAG jest ograniczony.