タンパク質キナーゼAによるリン酸化の効果カテコールアミンのヒトチロシンヒドロキシラーゼアイソフォームへの結合に対する効果

カテコールアミン生合成の重要な調節ステップの触媒であるチロシンヒドロキシラーゼ（Tyrh）は、調節領域のセリン残基のcAMP依存性プロテインキナーゼA（PKA）によってリン酸化されます。ラット酵素の場合、PKAによるSer40のリン酸化は酵素活性の調節において重要です。リン酸化の効果は、ドーパミンとジヒドロキシフェニルアラニン（DOPA）による阻害から酵素を緩和することです。ヒトチロシンヒドロキシラーゼ（HTYRH）には4つのアイソフォームがあり、Met30後の挿入のサイズが異なります。ドーパとドーパミンの結合に対するPKAによるリン酸化の効果は、4つのヒトアイソフォームすべてについて決定されています。4.4から7.4 microMのリン酸化時のアイソフォーム1のDOPAのKD値の約2倍の増加があります。この効果は、より大きなアイソフォームとともに減少し、アイソフォーム4のKD値に対するリン酸化の影響がないようになります。ドーパミンは、4つの非リン酸化アイソフォームすべてで3 nm未満のKD値でより密接に結合します。リン酸化は、ドーパミンの少なくとも2桁の親和性を低下させ、主にドーパミンの解離の速度定数の増加により、リン酸化されたヒト酵素で約0.1ミクロムのKD値をもたらします。ドーパミンは、他の3つのアイソフォームよりも、リン酸化アイソフォーム1に対して約2倍少ない結合します。結果は、ラット酵素のために開発された調節モデルを拡張します。このモデルは、カテコールアミン結合とPKAによるリン酸化の反対効果によって活性が調節されます。DOPAの比較的高いKD値に対する小さな影響は、DOPAレベルがHTYRHの活性を調節しないことを示唆しています。

Tyrosine hydroxylase (TyrH), the catalyst for the key regulatory step in catecholamine biosynthesis, is phosphorylated by cAMP-dependent protein kinase A (PKA) on a serine residue in a regulatory domain. In the case of the rat enzyme, phosphorylation of Ser40 by PKA is critical in regulating the enzyme activity; the effect of phosphorylation is to relieve the enzyme from inhibition by dopamine and dihydroxyphenylalanine (DOPA). There are four isoforms of human tyrosine hydroxylase (hTyrH), differing in the size of an insertion after Met30. The effects of phosphorylation by PKA on the binding of DOPA and dopamine have now been determined for all four human isoforms. There is an increase of about two-fold in the Kd value for DOPA for isoform 1 upon phosphorylation, from 4.4 to 7.4 microM; this effect decreases with the larger isoforms such that there is no effect of phosphorylation on the Kd value for isoform 4. Dopamine binds more much tightly, with Kd values less than 3 nM for all four unphosphorylated isoforms. Phosphorylation decreases the affinity for dopamine at least two orders of magnitude, resulting in Kd values of about 0.1 microM for the phosphorylated human enzymes, due primarily to increases in the rate constant for dissociation of dopamine. Dopamine binds about two-fold less tightly to the phosphorylated isoform 1 than to the other three isoforms. The results extend the regulatory model developed for the rat enzyme, in which the activity is regulated by the opposing effects of catecholamine binding and phosphorylation by PKA. The small effects on the relatively high Kd values for DOPA suggest that DOPA levels do not regulate the activity of hTyrH.