Editorial: Aromatic Amino Acid Metabolism | Grain of sound

Aromatische aminozuren zijn, net als andere proteinogene aminozuren, de bouwstenen van eiwitten en omvatten fenylalanine, tryptofaan, en tyrosine. Alle planten en micro-organismen synthetiseren hun eigen aromatische aminozuren om eiwitten te maken (Braus, 1991; Tzin en Galili, 2010). Dieren hebben deze kostbare metabolische routes voor de synthese van aromatische aminozuren echter verloren en moeten in plaats daarvan de aminozuren via hun voeding verkrijgen. Herbiciden maken hier gebruik van door enzymen te remmen die betrokken zijn bij de synthese van aromatische aminozuren, waardoor ze giftig worden voor planten, maar niet voor dieren (Healy-Fried et al., 2007).

In dieren en mensen dienen aromatische aminozuren als precursors voor de synthese van vele biologisch/neurologisch actieve verbindingen die essentieel zijn voor het behoud van normale biologische functies. Tyrosine is de initiële precursor voor de biosynthese van dopa, dopamine, octopamine, noradrenaline, en epinefrine, enz., die van fundamenteel belang zijn door te functioneren als neurotransmitters of hormonen voor dieren en mensen (Vavricka et al., 2010). Daarnaast is tyrosine de precursor voor melaninesynthese in de meeste organismen, waaronder mensen en dieren, en is het vooral belangrijk bij insecten voor bescherming (Whitten en Coates, 2017). Tryptofaan is de initiële precursor voor de biosynthese van tryptamine, serotonine, auxine, kynurenine, en melatonine (Hardeland en Poeggeler, 2003; Mukherjee en Maitra, 2015). Kynureninezuur, een kynurenine, geproduceerd langs de tryptofaan-kynurenine pathway, is een antagonist bij excitatoire aminozuurreceptoren en speelt een rol bij het beschermen van neuronen tegen overstimulatie door excitatoire neurotransmitters (Han et al., 2008). Veel enzymen die betrokken zijn bij het metabolisme van aromatische aminozuren zijn drug targets geweest voor ziekten, waaronder neurodegeneratieve ziekten, schizofrenie en kanker (Stone en Darlington, 2013; Selvan et al., 2016).

Bovendien, aangezien dieren of mensen die niet beschikken over de enzymatische machinerie voor de novo synthese van aromatische aminozuren deze primaire metabolieten uit hun voeding moeten halen, is het metabolisme van aromatische aminozuren door zowel het gastheerdier als de residente microflora belangrijk voor de gezondheid van mensen en alle dieren. Onder de reeks metabolieten op het raakvlak tussen deze micro-organismen en de gastheer is het essentiële aromatische aminozuur tryptofaan (Agus et al., 2018).

We zijn verheugd over de bijgewerkte informatie over het metabolisme van aromatische aminozuren die in de artikelen van ons onderzoeksthema wordt behandeld. Over het algemeen zijn de artikelen die voor dit onderwerp zijn ontvangen: “Aromatic Amino Acid Metabolism,” inclusief een verzameling van originele onderzoeks- en overzichtsartikelen, bijgewerkte informatie over het metabolisme van aromatische aminozuren, en behandelden hun synthese en katabolisme in planten en microben, metabole enzymen in dieren en mensen, en structuur en functierelaties van enzymen betrokken bij het metabolisme.

Een overzichtsartikel van Parthasarathy et al. dat in dit onderwerp is opgenomen, beschrijft de biosynthesewegen van aromatische aminozuren in planten en microben, het katabolisme in planten, de afbraak via de monoamine- en kynureninepaden in dieren, en het katabolisme via de 3-aryllactaat- en kynureninepaden in dierlijk-geassocieerde microben. L-Tyrosine is een aromatisch aminozuur dat in planten en microben de novo wordt gesynthetiseerd via twee alternatieve routes die worden bemiddeld door een enzym uit de TyrA-familie, prefenaat, of arogenaatdehydrogenase, die respectievelijk typisch in microben en planten worden aangetroffen. In het onderzoeksartikel van Schenck et al. werd onthuld dat bacteriële homologen, die nauw verwant zijn aan plantaardige TyrA’s, ook een zuur residu op positie 222 hebben en arogenaatdehydrogenase-activiteit zoals het plantenenzym, hetgeen erop wijst dat het geconserveerde moleculaire mechanisme werkte tijdens de evolutie van arogenaat-specifieke TyrA’s in zowel planten als microben. Tryptofaan is een ander aromatisch aminozuur, dat kan worden geoxideerd door tryptofaan-2,3-dioxygenase en indoleamine-2,3-dioxygenase in de eerste stap in het tryptofaan katabolisme bij dieren en mensen. Hoewel deze twee enzymen dezelfde reactie katalyseren, is de assemblage van de katalytisch actieve, ternaire enzym-substraat-ligand complexen nog niet volledig opgelost. Nienhaus en Nienhaus gaven een overzicht van de huidige kennis van ternaire complexvorming in tryptofaan-2,3-dioxygenase en indoleamine-2,3-dioxygenase en brachten deze bevindingen in verband met structurele eigenaardigheden van hun actieve sites. Aromatische aminozuren kunnen ook worden geoxideerd door fenylalanine-, tyrosine-, of tryptofaanhydroxylase, en vervolgens gedecarboxyleerd door aromatische aminozuurdecarboxylases om aromatische monoamines te vormen. De N-acylering van de aromatische monoamines door arylalkylamine N-acyltransferasen wordt meestal geassocieerd met de acetylering van serotonine tot N-acetylserotonine, een precursor bij de vorming van melatonine (Hardeland en Poeggeler, 2003; Mukherjee en Maitra, 2015). Insecten brengen meer arylalkylamine N-acyltransferases tot expressie om het aromatische aminozuurmetabolisme te reguleren (Hiragaki et al., 2015). Er zijn bijvoorbeeld 13 putatieve arylalkylamine N-acyltransferases geïdentificeerd in Aedes aegypti (Han et al., 2012) en 8 putatieve arylalkylamine N-acyltransferases in Drosophila melanogaster (Amherd et al., 2000; Dempsey et al., 2014). O’Flynn et al. belichtten de huidige metabolomische kennis van de N-geacyleerde aromatische aminozuren en N-geacileerde derivaten van de aromatische aminozuren, het huidige mechanistische begrip van de arylalkylamine N-acyltransferases, en onderzochten de mogelijkheid dat arylalkylamine N-acyltransferase dienen als insect “rhymezymes” die het fotoperiodisme en andere ritmische processen in insecten reguleren.

Ook bij het metabolisme van aromatische aminozuren zijn enkele pyridoxaal 5′-fosfaat afhankelijke enzymen betrokken, waaronder decarboxylases, aminotransferases, en aromatische fenylacetaldehyde synthase. In het laatste overzichtsartikel van dit speciale nummer gaven Liang et al. bijgewerkte kennis van pyridoxaal 5′-fosfaat afhankelijke enzymen en vatten de structurele factoren samen die bijdragen aan de reactiemechanismen, met name actieve site residuen die cruciaal zijn voor het dicteren van de reactiespecificiteit.