tryptofaani on välttämätön aminohappo, jota käytetään proteiinin rakentamiseen ja joka on biosynteettinen esiaste lukuisille neurologisesti aktiivisille yhdisteille. Se tunnetaan luultavasti parhaiten serotoniinin ja melatoniinin biosynteesin lähtöpaikkana. Vaikka näiden kahden yhdisteen synty on saattanut kerätä eniten huomiota aiemmin, vähemmän tunnettu tryptofaanin metabolian reitti, kynureniinireitti, on viime aikoina nähnyt jatkuvasti lisääntyvää tutkimustoimintaa. Kynureniinireitin merkitys , joka selittää noin 99%: n niellyn tryptofaanin katabolian, jota ei käytetä proteiinisynteesiin, on alun perin katsottu sen rooliin nikotiiniamidiadeniinidinukleotidin (NAD) biogeneesissä, mutta näennäiset yhteydet neurodegeneratiivisiin sairauksiin, kasvaimen proliferaatioon, tulehdukseen ja masennukseen ajavat tällä hetkellä kynureniinireitin tutkimusta.
kynureniinireitti löydettiin ensimmäisen kerran vuonna 1853 tryptofaania syöttäneiden eläinten erittyneiden tuotteiden avulla. Seuranneella vuosisadalla tehtiin paljon työtä kynureniinireitin kemiallisten muunnosten, entsyymien ja mahdollisten tautisuhteiden selvittämiseksi. 1960-luvulla kynureniinireitin komponenttientsyymit selvitettiin täysin työläällä työllä, jossa kukin komponentti entsyymi erotettiin nisäkkäiden kudoksesta ja määritettiin niiden vastaava toiminta .
kun yhteys kynureniinireitin ja vakavan masennushäiriön välillä kävi ilmeisemmäksi, ehdotettiin serotoniinihypoteesia, jonka mukaan aktivaation yhteydessä kynureniinireitti ohjaisi käytettävissä olevan tryptofaanin pois serotoniinin tuotannosta kohti edelleen kataboliaa . Vaikka kynureniinireitin aktiivisuuden ja tulehduksen välinen korrelaatio on monissa tapauksissa vahvistettu, serotoniinihypoteesi ei ole säilynyt alkuperäisessä muodossaan. Interferoni-α: n (IFN-α) aiheuttama kynureniinireitin aktivaatio ei pienentänyt merkitsevästi tryptofaanipitoisuutta selkäydinnesteessä, vaikka se johti tulehdukseen lisäämällä kynureniinireitin metaboliittien eli kynureniinin, kynureenihapon ja kinoliinihapon (QUIN) pitoisuuksia aivo-selkäydinnesteessä . Kynureniinireitin aktivaation aiheuttaman tulehduksen on myös todettu vaikuttavan hoitoresistenssiin joillakin masennuspotilailla sekä solunsalpaajahoitoa saavilla potilailla .
nykyaikaisten molekyylibiologisten menetelmien sekä vastaavien kynureniinireittien löytämisen ansiosta kynureniinireitin yksittäisiä entsyymejä on viime aikoina pystytty tutkimaan molekyylitasolla. Kynureniinireitin ensimmäistä ja nopeutta rajoittavaa vaihetta valmistaa tryptofaani-2,3-dioksigenaasi (TDO) tai indoleamiini-2,3-dioksigenaasi (IDO). Nämä hemistä riippuvaiset entsyymit sijoittavat molekyylitason happea tryptofaanin indoliosan 2-3-sidoksen poikki ja tunnettiin aiemmin nimellä tryptofaanipyrrolaasi. TDO on homotetrameeri, jolla on jäykkä substraattiselektiivisyys, jota esiintyy enimmäkseen maksakudoksessa, kun taas IDO on monomeeri, jolla on paljon rennompi spesifisyys, joka löytyy useimmista kudoksista. Erityisesti, IDO on yhä tunnustettu yhteys immuunijärjestelmän ja kynureniini reitti, koska se aktivoituu sytokiinit ja näyttää olevan joitakin anti-inflammatorinen vaikutus. Se liittyy myös interferoni-γ: n kasvainvaimennuskykyyn . Mekanistisen entsymologian näkökulmasta nämä entsyymit ovat ainutlaatuisia, sillä ne ovat ainoat tunnetut dioksigenaasit, jotka käyttävät hemiproteesiryhmää kofaktorina. Lisäksi IDO on superoksididismutaasin ohella ainoa entsyymi, joka voi käyttää superoksidia substraattinaan, jolloin se osallistuu oksidatiiviseen stressivasteeseen.
TDO / IDO-katalysoidun reaktion tuote, N-formyylikynureniini, hydrolysoituu kynureniiniksi. Kudostyypistä riippuen kynureniini joko jatkaa kulkuaan kohti trikarboksyylihappokiertoa tai muuntuu kynureenihapoksi mikrogliasoluissa tai astrosyyteissä vastaavasti . Kynureniini ja sen välittömät metaboliitit eivät vaikuta suoraan neuroneihin, mutta niillä on erilaisia pro – ja antioksidantteja. Vaihtoehtoisesti kynureenihappo antagonisoi kilpailevasti glutamaattireseptoreita ja estää kilpailevasti α7-nikotiinista asetyylikoliinireseptoria .
Kynureniinireittiä alempana käytetään toista dioksigenaasia, 3-hydroksiantraniilihappodioksigenaasia (HAO), jäljellä olevan tryptofaaniin aikoinaan kuuluneen aromaattisen renkaan avaamiseen. HAO on tyypin III, ei-Hemi, raudasta riippuvainen ekstradiolidioksigenaasi . Vaikka HAO ei ole yhtä ainutlaatuinen kuin TDO/IDO, siinä on silti mielenkiintoisia ominaisuuksia. Erityisesti bakteerilähteistä peräisin olevat HAOs: t sisältävät usein ylimääräisen, rubredoksiinin kaltaisen metallia sitovan domeenin, joka ei ole välttämätön katalyysille. Tätä verkkotunnusta ei löydy Haos: ista eläinlähteistä, mikä jättää kysymyksen tällaisen ylimääräistä metallia sitovan verkkotunnuksen toiminnasta ja merkityksestä. Hao pilkkoo tunnetun vapaiden radikaalien generaattorin 3-hydroksiantraniilihapon renkaan muodostaen α-amino-β-karboksymukonaatti-ε-semialdehydin, joka hajoaa ei-entsymaattisesti NAD: n esiasteeksi kinoliinihapoksi (QUIN). Uusi kiinnostus kynureniinireittiä kohtaan johtuu suurelta osin siitä, että KVIINI voi selektiivisesti aktivoida N-metyyli-D-aspartaattireseptoreita (NMDA). Vaikka Quinin perusarvot eivät ole sellaisia, että ne voivat merkittävästi kiihottaa NMDA-reseptoreita, kynureniinireitin aktivointi voi johtaa vaarallisiin KVINITASOIHIN, jotka liittyvät lukuisiin neurologisiin sairauksiin: Alzheimerin tautiin, ahdistukseen, masennukseen, epilepsiaan, ihmisen immuunikatovirukseen liittyviin neurokognitiivisiin häiriöihin ja Huntingtonin tautiin . Kvin-sukupolven uskotaan olevan tärkein yhteys kynureniinireitin ja tulehdusreaktion välillä .
kynureniinireitin seuraava entsyymi ei ainoastaan osoita ainutlaatuista kemiaa, vaan se on myös tärkein haarautumiskohta eksitotoksisen NAD: n esiasteen, KVIININ, ei-entsymaattisen muodostumisen ja jatkoaineenvaihdunnan välillä. Tämä entsyymi on α-amino-β-karboksymukonaatti-ε-semialdehydidekarboksylaasi (ACMSD), joka on ainoa tunnettu metalliriippuvainen, hapesta riippumaton dekarboksylaasi. Tämän entsyymin Röntgenkristallirakenne on äskettäin ratkaistu, ja biokemiallinen työ on osoittanut mahdollisen mekanismin tämän entsyymin toiminnan säätelyyn. Osoitettiin, että vain acmsd: n homo-dimeerimuoto pystyy katalysoimaan substraatin dekarboksylaatiota, mikä avaa oven sille mahdollisuudelle, että ACMSD: n kvaternaarirakenteen modulaatio voi olla tämän entsyymin hallitseva säätelymekanismi . Acmsd: n toinen mielenkiintoinen piirre on se, että sekä sen substraatti että sen tuote ovat epästabiileja ja käyvät läpi sähkösyklaatiot KVINIIN ja pikoliinihappoon. Vaikka kinoliinihapon vahingollisia vaikutuksia osoittavia tutkimuksia on runsaasti, pikoliinihappoa koskeva kirjallisuus on paljon niukempaa, eikä sen fysiologisista rooleista ja vaikutuksista ole vielä päästy yksimielisyyteen . Se näyttää edustavan kynureniinireitin metabolista umpikujaa, koska se erittyy.
ainakin in vitro-tutkimuksissa ACMSD: n substraatti on suuruusluokkaa stabiilimpi kuin sen tuote, mikä herättää luonnollisen kysymyksen siitä , miten näiden kahden ei-entsymaattisen hajoamisreaktion nopeuksia kontrolloidaan solussa. Tähän kysymykseen vastaaminen edellyttää yksityiskohtaista tietoa Hao: n, ACMSD: n ja reitin seuraavan entsyymin, α-aminomukonaatti-ε-semialdehydidehydrogenaasin (AMSDH), entsymaattisesta mekanismista. ACMSD: n rakennetta ja mekanismia on tutkittu suhteellisen hyvin , ja hao: n rakenne on määritelty . Tästä kolmannesta entsyymistä, joka oletettavasti säätelee jakautumista jatkoaineenvaihdunnan ja pikoliinihapon muodostumisen välillä, tiedettiin kuitenkin vain vähän, kunnes aivan äskettäin kiderakenne ratkaistiin ja katalyyttistä mekanismia ehdotettiin . AMSDH kuuluu aldehydidehydrogenaasi-superperheeseen ja kynureniinireitin ensimmäiseen energiakeruuvaiheeseen, jolloin se hapettaa semialdehydisubstraattinsa pelkistäen samalla NAD: tä.
yhteenvetona voidaan todeta, että nisäkkäiden tryptofaanikatabolian ensisijainen metaboliareitti tuottaa neuroaktiivisia yhdisteitä, joista yksi, kinoliinihappo, on sekä NAD: n tuotannon biosynteettinen esiaste että NMDA-reseptorien agonisti. Kinoliinihappopitoisuuksien kohoamista aivo-selkäydinnesteissä on havaittu useissa hermorappeumasairauksissa, ja eksogeenisen kinoliinihapon ruiskuttaminen voi aiheuttaa hiirille hermorappeumaa. KYNURENIINIREITTIÄ voidaan stimuloida aivoissa IFN-α-hoidolla. Nämä löydökset viittaavat siihen, että kynureniinireitin kautta tapahtuva kinoliinihapon tuotanto vaikuttaa osaltaan tulehdukseen liittyviin hermoston rappeutumissairauksiin.
yhteenvetona voidaan todeta, että kynureniinireitti on tärkein tryptofaanikatabolian reitti nisäkkäiden soluissa, ja monet tämän reitin välituotteet ja tuotteet liittyvät lukuisiin neurologisiin sairauksiin. Sinällään kynureniinireitti on kypsä kohde lääkkeen löytämiselle, varsinkin kun sen säätelystä tiedetään niin vähän. Kynureniinireitti on myös jonkin verran yhteyttä kasvaimen kasvuun ja proliferaatioon yhden sen aloittavan entsyymin, IDO: n, kautta, ja on olemassa IDO-estäjiä tällä hetkellä vaiheen II kliinisissä tutkimuksissa . Viime vuosina kynureniinireitti on saanut enemmän huomiota lääkäreiltä, biologeilta ja biokemisteiltä, kun sen lääketieteellinen merkitys tuli ilmeisemmäksi. Uusituista ponnisteluista huolimatta ei vieläkään ymmärretä, miten todennäköisesti kaikkein haitallisimman metaboliitin, Quinin, tuotantoa valvotaan ja miten sen tuotanto on kohdennettava terapeuttisesti. Tällä hetkellä on tarpeen tutkia kynureniinireitin säätelymekanismeja, erityisesti kviinin muodostumiseen osallistuvia entsyymejä.
