階層リン酸化を介したヒトチロシンヒドロキシラーゼアイソフォームの微分調節

チロシンヒドロキシラーゼ（TH）は、カテコールアミンドーパミン、ノルアドレナリン、およびアドレナリンの生合成における速度制限酵素です。短期刺激に応答して、TH活性は主にセリン40のリン酸化によって制御されます。以前、セリン19のリン酸化は、セリン40のリン酸化速度を増加させることにより、階層メカニズムを介して間接的にTHを活性化できることを示しました。ラットTHにおけるセリン31のリン酸化は、in vitroで9倍のセリン40リン酸化速度を増加させます。無傷のウシクロマフィン細胞におけるセリン31のリン酸化は、セリン40リン酸化とTH活性のフォルスコリン誘発性の増加を2倍以上増強しました。人間は4番目のアイソフォームが含まれているという点でユニークですが、これらのアイソフォームの調節には有意差は示されていません。細胞外シグナル調節プロテインキナーゼ（ERK）によるセリン31でのヒトThアイソフォーム1のリン酸化は、セリン40のリン酸化速度の9倍の増加も生成しましたが、THアイソフォーム3および4ではほとんど効果が見られませんでした。ヒトTHアイソフォームをリン酸化しなかった2.セリン19のリン酸化の効果は、TH1よりもTH2の場合よりも強いセリン40（44）よりも強い。したがって、階層的なリン酸化は、2つの主要なヒトTHアイソフォーム（1および2）をERK経路に応答するアイソフォーム1のみで差次的に調節できるメカニズムを提供しますが、アイソフォーム2はカルシウム媒介イベントにより敏感です。

Tyrosine hydroxylase (TH) is the rate-limiting enzyme in the biosynthesis of the catecholamines dopamine, noradrenaline, and adrenaline. In response to short term stimuli TH activity is primarily controlled by phosphorylation of serine 40. We have previously shown that phosphorylation of serine 19 in TH can indirectly activate TH via a hierarchical mechanism by increasing the rate of phosphorylation of serine 40. Here we show that phosphorylation of serine 31 in rat TH increases the rate of serine 40 phosphorylation 9-fold in vitro. Phosphorylation of serine 31 in intact bovine chromaffin cells potentiated the forskolin-induced increase in serine 40 phosphorylation and TH activity more than 2-fold. Humans are unique in that they contain four TH isoforms but to date no significant differences have been shown in the regulation of these isoforms. Phosphorylation of the human TH isoform 1 at serine 31 by extracellular signal-regulated protein kinase (ERK) also produced a 9-fold increase in the rate of phosphorylation of serine 40, whereas little effect was seen in the TH isoforms 3 and 4. ERK did not phosphorylate human TH isoform 2. The effect of serine 19 phosphorylation on serine 40 (44 in TH2) phosphorylation is stronger in TH2 than in TH1. Thus hierarchical phosphorylation provides a mechanism whereby the two major human TH isoforms (1 and 2) can be differentially regulated with only isoform 1 responding to the ERK pathway, whereas isoform 2 is more sensitive to calcium-mediated events.