メラトニンリズム生成酵素：松果体におけるセロトニンN-アセチルトランスフェラーゼの分子調節

脊椎動物の生理学の著しく一定の特徴は、循環におけるメラトニンの毎日のリズムであり、毎日の光/暗いサイクルのホルモンシグナルとして機能します。メラトニンレベルは常に夜に上昇します。このホルモンリズムの生化学的基礎は、松果体のメラトニン合成に関与する酵素の1つです。すべての脊椎動物で、酵素活性は夜間に高い。これは、内部の概日時計と光の影響を反映しています。この酵素のダイナミクスは驚くべきものです。酵素活性の夜間の増加の大きさは、脊椎動物の種から種へのベースで7〜150倍の範囲です。すべての場合において、AA-NAT活性の夜間レベルは、光への暴露後、非常に急速に減少します。これらの変化の分子基盤の研究における大きな進歩は、酵素をコードするcDNAのクローニングでした。これにより、AA-NATの生物学と構造とそれがどのように規制されているかについての理解が急速に進歩しました。構造的特徴、組織分布、酵素活性とタンパク質の密接な関連など、この酵素のいくつかの一定の特徴が明らかになりました。しかし、酵素の調節に関与する分子メカニズムの種間のいくつかの顕著な違いが発見されています。羊では、AA-NAT mRNAレベルは24時間の期間にわたって比較的少ない変化を示し、AA-NAT活性の変化は主にタンパク質レベルで規制されています。ラットでは、AA-NATもタンパク質レベルで調節されています。しかし、さらに、AA-NAT mRNAレベルは150倍のリズムを示します。これは、AA-NAT遺伝子の発現の周期的なAMP依存的調節を反映しています。鶏肉では、周期的なアンプは主にタンパク質レベルで作用し、Aa-nat mRNAのリズムは松果体内の時計に関連する非循環AMP依存のメカニズムによって駆動されます。最後に、マスでは、AA-NAT mRNAレベルはほとんど変化がなく、活動は松果体に直接作用する光によって調節されます。メラトニンで同じ目標を達成するために脊椎動物の間で進化したさまざまなメカニズムは、メラトニンが脊椎岩の環境照明のホルモンシグナルとして果たす重要な役割を果たします。

A remarkably constant feature of vertebrate physiology is a daily rhythm of melatonin in the circulation, which serves as the hormonal signal of the daily light/dark cycle: melatonin levels are always elevated at night. The biochemical basis of this hormonal rhythm is one of the enzymes involved in melatonin synthesis in the pineal gland-the melatonin rhythm-generating enzyme-serotonin N-acetyltransferase (arylalkylamine N-acetyltransferase, AA-NAT, E.C. 2.3.1.87). In all vertebrates, enzyme activity is high at night. This reflects the influences of internal circadian clocks and of light. The dynamics of this enzyme are remarkable. The magnitude of the nocturnal increase in enzyme activity ranges from 7- to 150-fold on a species-to-species basis among vertebrates. In all cases the nocturnal levels of AA-NAT activity decrease very rapidly following exposure to light. A major advance in the study of the molecular basis of these changes was the cloning of cDNA encoding the enzyme. This has resulted in rapid progress in our understanding of the biology and structure of AA-NAT and how it is regulated. Several constant features of this enzyme have become apparent, including structural features, tissue distribution, and a close association of enzyme activity and protein. However, some remarkable differences among species in the molecular mechanisms involved in regulating the enzyme have been discovered. In sheep, AA-NAT mRNA levels show relatively little change over a 24-hour period and changes in AA-NAT activity are primarily regulated at the protein level. In the rat, AA-NAT is also regulated at a protein level; however, in addition, AA-NAT mRNA levels exhibit a 150-fold rhythm, which reflects cyclic AMP-dependent regulation of expression of the AA-NAT gene. In the chicken, cyclic AMP acts primarily at the protein level and a rhythm in AA-NAT mRNA is driven by a noncyclic AMP-dependent mechanism linked to the clock within the pineal gland. Finally, in the trout, AA-NAT mRNA levels show little change and activity is regulated by light acting directly on the pineal gland. The variety of mechanisms that have evolved among vertebrates to achieve the same goal-a rhythm in melatonin-underlines the important role melatonin plays as the hormonal signal of environmental lighting in vertebrates.