カルニチンアシルトランスフェラーゼの構造と機能

カルニチンアシルトランスフェラーゼは、カルニチンとコエンザイムA（COA）の間のアシル基の交換を触媒します。これらの酵素には、カルニチンアセチルトランスフェラーゼ（CRAT）、カルニチンオクタノイルトランスフェラーゼ（CROT）、およびカルニチンパルミトイルトランスフェラーゼ（CPTS）が含まれます。CPT-IおよびCPT-IIは、ミトコンドリア膜を横切る輸送を可能にすることにより、ミトコンドリアにおける長鎖脂肪酸のベータ酸化に不可欠です。CPT-Iの活性は、脂肪酸酸化のための重要な調節メカニズムであるマロニルCoAによって阻害されます。CPT酵素の突然変異または調節不全は、多くの深刻で致命的なヒト疾患に関連しており、これらの酵素は2型糖尿病と肥満に対する治療薬の発生のための有望な標的です。マウスクラットの結晶構造を単独で、その基質カルニチンまたはCOAと複雑なものにしました。構造には2つのドメインが含まれています。驚くべきことに、これらの2つのドメインは同じバックボーンフォールドを共有しています。これは、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼとジヒドロリポイルトランスアセチルゼのそれにも似ています。アクティブサイトは、2つのドメイン間の界面にあり、酵素の中心を通って伸びるトンネルにあります。カルニチンとCOAは、このトンネル、触媒His343残基の反対側に縛られています。構造情報は、カルニチンアシルトランスフェラーゼによる触媒を理解し、阻害剤を設計するための分子基盤を提供します。さらに、我々の構造情報は、基質カルニチンが反応中間体のオキシアニオンを安定化することにより触媒を支援する可能性があることを示唆しています。

Carnitine acyltransferases catalyze the exchange of acyl groups between carnitine and coenzyme A (CoA). These enzymes include carnitine acetyltransferase (CrAT), carnitine octanoyltransferase (CrOT), and carnitine palmitoyltransferases (CPTs). CPT-I and CPT-II are crucial for the beta-oxidation of long-chain fatty acids in the mitochondria by enabling their transport across the mitochondrial membrane. The activity of CPT-I is inhibited by malonyl-CoA, a crucial regulatory mechanism for fatty acid oxidation. Mutation or dysregulation of the CPT enzymes has been linked to many serious, even fatal human diseases, and these enzymes are promising targets for the development of therapeutic agents against type 2 diabetes and obesity. We have determined the crystal structures of murine CrAT, alone and in complex with its substrate carnitine or CoA. The structure contains two domains. Surprisingly, these two domains share the same backbone fold, which is also similar to that of chloramphenicol acetyltransferase and dihydrolipoyl transacetylase. The active site is located at the interface between the two domains, in a tunnel that extends through the center of the enzyme. Carnitine and CoA are bound in this tunnel, on opposite sides of the catalytic His343 residue. The structural information provides a molecular basis for understanding the catalysis by carnitine acyltransferases and for designing their inhibitors. In addition, our structural information suggests that the substrate carnitine may assist the catalysis by stabilizing the oxyanion in the reaction intermediate.