o triptofano é um aminoácido essencial que é usado para construir proteínas e é um precursor biossintético de numerosos compostos neurologicamente ativos. É provavelmente mais conhecido como o ponto de partida para a biossíntese de serotonina e melatonina. Embora a geração desses dois compostos possa ter atraído mais atenção no passado, uma via menos conhecida para o metabolismo do triptofano, a via da quinurenina, tem visto recentemente um aumento constante da atividade de pesquisa. A importância da via da quinurenina, que é responsável pelo catabolismo de ~99% do triptofano ingerido não usado para a síntese de proteínas , foi originalmente atribuída ao seu papel na biogênese do dinucleotídeo de nicotinamida adenina (NAD), no entanto, ligações aparentes com doenças neurodegenerativas, proliferação tumoral, inflamação e depressão estão atualmente conduzindo o estudo da via da quinurenina.
a via da cinurenina foi descoberta pela primeira vez em 1853 através da detecção de produtos excretados de animais alimentados com triptofano. No século seguinte, muito trabalho foi realizado para estabelecer as transformações químicas, enzimas envolvidas e possíveis relações de doenças da via da quinurenina. Na década de 1960, as enzimas Componentes da via da quinurenina foram totalmente elucidadas através do trabalho laborioso de extrair cada enzima componente do tecido mamífero, respectivamente, e determinar suas atividades correspondentes .Como a ligação entre a via da quinurenina e o transtorno depressivo maior se tornou mais aparente, a hipótese da serotonina foi proposta afirmando que, após a ativação, a via da quinurenina desviaria o triptofano disponível da produção de serotonina para um catabolismo adicional . Embora a correlação entre a atividade da via da quinurenina e a inflamação tenha sido confirmada em muitos casos, a hipótese da serotonina não sobreviveu em sua forma original. Foi mostrado que kynurenine via de ativação por interferon-α (IFN-α) não foi significativamente menor do que o triptofano concentração no líquido cefalorraquidiano, que levou para a inflamação, aumentando as quantidades de kynurenine caminho metabólitos, nomeadamente kynurenine, kynurenic ácido, e quinolinic ácido (QUIN), as concentrações no líquido cefalorraquidiano . A inflamação causada pela ativação da via da quinurenina também tem sido implicada na resistência ao tratamento de alguns pacientes que sofrem de depressão, bem como com pacientes submetidos a quimioterapia .
graças aos modernos métodos biológicos moleculares, bem como à descoberta de vias análogas da quinurenina em espécies bacterianas , as enzimas individuais da via da quinurenina foram recentemente capazes de ser estudadas no nível molecular. A primeira etapa e limitante da via da quinurenina é feita por triptofano 2,3-dioxigenase (TDO) ou indoleamina 2,3-dioxigenase (IDO). Essas enzimas dependentes de heme inserem oxigênio molecular através da ligação 2-3 da porção indol do triptofano e eram anteriormente conhecidas como triptofano pirrolase. TDO é um homotetramador com seletividade de substrato rígido que é encontrado principalmente no tecido hepático, enquanto IDO é um monômero com especificidade muito mais relaxada que é encontrada na maioria dos tecidos. Notavelmente, o IDO é cada vez mais reconhecido como uma ligação entre o sistema imunológico e a via da quinurenina, pois é ativado por citocinas e parece ter alguns efeitos anti-inflamatórios. Também está implicado nas habilidades supressoras de tumor do interferon-γ . Do ponto de vista da enzimologia mecanicista, essas enzimas são únicas, pois são as únicas dioxigenases conhecidas que empregam um grupo protético heme como cofator. Além disso, IDO é a única enzima, além da superóxido dismutase, que pode utilizar o superóxido como substrato, implicando-o na resposta ao estresse oxidativo.
o produto da reação catalisada por TDO/IDO, n-formilquinurenina, é então hidrolisado em quinurenina. Dependendo do tipo de tecido, a cinurenina continua em sua via em direção ao ciclo do ácido tricarboxílico ou é transformada em ácido cinurenico em células microgliais ou astrócitos, respectivamente . A quinurenina e seus metabólitos imediatos não parecem ter efeitos diretos nos neurônios; no entanto, eles possuem várias atividades pró e anti – oxidantes. Alternativamente, o ácido quinurênico antagoniza competitivamente os receptores de glutamato e inibe não competitivamente o receptor nicotínico de acetilcolina α7 .
mais abaixo na Via da cinurenina, uma segunda dioxigenase, ácido 3-hidroxiantranílico dioxigenase (HAO), é utilizada para abrir o anel aromático restante que pertenceu ao triptofano. HAO é um tipo III, não heme, dependente de ferro, extradiol dioxigenase . Embora não seja tão único quanto TDO/IDO, HAO ainda tem recursos interessantes. Notavelmente, HAOs de fontes bacterianas geralmente contêm um extra, domínio de ligação de metal semelhante à rubredoxina que não é necessário para a catálise. Este domínio não é encontrado em HAOs de fontes animais, deixando a questão quanto à função e significado de tal domínio de ligação de metal extra. Hao cliva o anel de ácido 3-hidroxiantranílico, um conhecido gerador de radicais livres, para criar α-amino-β-carboximuconato-ε-semialdeído, um composto que decai não enzimaticamente para o precursor do NAD, ácido quinolínico (QUIN). O interesse renovado na Via da kynurenina deve-se em grande parte à descoberta de que a Quina pode ativar seletivamente os receptores N-metil-D-aspartato (NMDA). Embora os níveis basais de QUIN não sejam tais que possam excitar significativamente os receptores NMDA, a ativação da via da quinurenina pode levar a níveis perigosos de QUIN, que estão associados a inúmeras doenças neurológicas: doença de Alzheimer, ansiedade, depressão, epilepsia, distúrbios neurocognitivos associados ao vírus da imunodeficiência humana e doença de Huntington . Acredita-se que a geração de QUIN seja o principal elo entre a via da quinurenina e a resposta inflamatória .
a próxima enzima na Via da quinurenina não apenas exibe química única, mas também é o principal ponto de ramificação entre uma formação não enzimática do precursor excitotóxico de NAD, QUIN e metabolismo adicional. Esta enzima É α-amino-β-carboximuconato-ε-semialdeído descarboxilase (ACMSD), a única descarboxilase dependente de metal conhecida, independente de oxigênio. A estrutura cristalina de raios-X desta enzima foi recentemente resolvida, e o trabalho bioquímico mostrou um mecanismo potencial para regular a atividade desta enzima. Foi demonstrado que apenas o homo-dímero forma de ACMSD é capaz de catalisar a descarboxilação do substrato, abrindo a porta para a possibilidade de que a modulação da estrutura quaternária da ACMSD pode ser o dominante mecanismo regulatório para esta enzima . Outra característica interessante do ACMSD é que tanto seu substrato quanto seu produto são instáveis e sofrerão eletrociclizações em QUIN e ácido picolínico, respectivamente. Embora haja uma riqueza de estudos que mostram os efeitos deletérios do ácido quinolínico, a literatura sobre o ácido picolínico é muito mais esparsa, e ainda não foi alcançado consenso quanto aos seus papéis e efeitos fisiológicos . Parece representar um beco sem saída metabólico para a via da quinurenina, pois é excretada.
Pelo menos nos estudos in vitro, o substrato de ACMSD é uma ordem de magnitude mais estável do que o seu produto , o que traz à tona a pergunta natural de como as taxas dessas duas não-enzimática de decaimento reações são controladas na célula. Responder a esta pergunta exigirá conhecimento detalhado do mecanismo enzimático de HAO, ACMSD e a próxima enzima na Via, α-aminomuconato-ε-semialdeído desidrogenase (AMSDH). A estrutura e o mecanismo do ACMSD são relativamente bem estudados e a estrutura do HAO é definida . No entanto, pouco se sabia sobre essa terceira enzima, que presumivelmente controla a partição entre o metabolismo adicional e a formação de ácido picolínico, até muito recentemente, quando a estrutura cristalina foi resolvida e o mecanismo catalítico proposto . AMSDH é um membro da superfamília aldeído desidrogenase e a primeira etapa de colheita de energia da via da quinurenina, oxidando seu substrato semialdeído enquanto reduz o NAD.
para resumir, a via metabólica primária para o catabolismo do triptofano em mamíferos produz compostos neuroativos, um dos quais, o ácido quinolínico, é o precursor biossintético da produção de NAD e um agonista dos receptores NMDA. A elevação das concentrações de ácido quinolínico nos fluidos cerebrospinais foi observada em várias doenças neurodegenerativas, e a injeção de ácido quinolínico exógeno pode causar neurodegeneração em camundongos. A via da quinurenina pode ser estimulada no cérebro pelo tratamento com IFN-α. Esses achados apontam para a produção de ácido quinolínico pela via quinurenina como um fator contribuinte para doenças neurodegenerativas associadas à inflamação.
em conclusão, a via da quinurenina é a principal via para o catabolismo do triptofano em células de mamíferos, e muitos dos intermediários e produtos dessa via estão implicados em inúmeras doenças neurológicas. Como tal, a via da kynurenina é um alvo maduro para a descoberta de drogas, especialmente porque tão pouco se sabe sobre sua regulação. A via da quinurenina também tem alguma conexão com o crescimento e proliferação do tumor através de uma de suas enzimas iniciadoras, IDO, e existem inibidores de IDO atualmente em ensaios clínicos de fase II. Nos últimos anos, o caminho da kynurenina recebeu maior atenção de médicos, biólogos e bioquímicos à medida que sua relevância médica se tornou mais aparente. Mesmo com o esforço renovado, ainda há uma falta de compreensão de como a produção do metabólito mais prejudicial, QUIN, é controlada e o trabalho deve ser feito para direcionar sua produção terapeuticamente. Existe uma necessidade atual de investigações sobre os mecanismos pelos quais a via da quinurenina é regulada, especialmente as enzimas envolvidas na formação de quina.
