Indoletilamina N

Jun 16, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 280 (2023) Citare questo articolo

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L'indoletilammina N-metiltransferasi (INMT) è un enzima di transmetilazione che utilizza il donatore di metile S-adenosil-L-metionina per trasferire gruppi metilici a gruppi amminici di composti accettori di piccole molecole. L'INMT è meglio conosciuto per il suo ruolo nella biosintesi della N,N-dimetiltriptamina (DMT), un composto psichedelico presente nel cervello dei mammiferi e in altri tessuti. Nei mammiferi, si ritiene che la biosintesi della DMT avvenga tramite la doppia metilazione della triptamina, dove l'INMT catalizza prima la biosintesi della N-metiltriptamina (NMT) e poi della DMT. Tuttavia, non è noto se l’INMT sia necessario per la biosintesi del DMT endogeno. Per testare questo, abbiamo generato un nuovo modello di ratto knockout per INMT e studiato la metilazione della triptamina utilizzando test enzimatici radiometrici, cromatografia su strato sottile e spettrometria di massa tandem con cromatografia liquida ad altissime prestazioni. Abbiamo anche studiato la metilazione della triptamina nell'INMT ricombinante di ratto, coniglio e umano. Riportiamo che i tessuti cerebrali e polmonari sia dei ratti selvatici che di quelli knockout per l'INMT mostrano livelli uguali di attività triptamina-dipendente, ma che i prodotti enzimatici non sono né NMT né DMT. Inoltre, l'INMT del ratto non era sufficiente per la biosintesi di NMT o DMT. Questi risultati suggeriscono un percorso enzimatico alternativo per la biosintesi del DMT nei ratti. Questo lavoro motiva lo studio di nuovi percorsi per la biosintesi endogena del DMT nei mammiferi.

L'indoletilammina N-metiltransferasi (INMT) è un enzima di transmetilazione che catalizza il trasferimento di gruppi metilici dal cofattore S-adenosil-L-metionina (SAM) a gruppi amminici di substrati accettori di piccole molecole1. L'enzima ha un'ampia specificità di substrato per diverse ammine endogene e altre piccole molecole; la triptamina e la N-metiltriptamina (NMT) sono generalmente considerate i substrati primari dell'enzima2,3. In una reazione in due fasi che utilizza SAM come donatore di metile, INMT catalizza il trasferimento di un gruppo metilico alla catena laterale amminica della triptamina per formare prima NMT e poi N, N-dimetiltriptamina (DMT) (Fig. 1). Questo percorso fu descritto per la prima volta nel 1961 da Axelrod4 che utilizzò un test enzimatico radiometrico e una cromatografia su strato sottile per dimostrare che estratti di polmone di coniglio incubati con triptamina e C14-SAM producevano C14-NMT e C14-DMT. Questo studio è stato uno dei primi a dimostrare che i metaboliti "psicotomimetici" potrebbero essere formati enzimaticamente da composti presenti in natura.

La via biosintetica del DMT nei mammiferi. Si ritiene che la metilazione della triptamina per formare N,N-dimetiltriptamina avvenga tramite una reazione in due fasi catalizzata dall'enzima indoletilammina-N-metiltransferasi (INMT), con N-metiltriptamina (NMT) come intermedio. Il cofattore S-adenosil-L-metionina (SAM) funge da donatore di metile, con la S-adenosil-L-omocisteina (SAH) come sottoprodotto di questo trasferimento di metile.

L'espressione dell'mRNA dell'INMT è stata studiata in diverse specie di mammiferi ed è stata riscontrata nel cervello, nel fegato e nei polmoni di coniglio1, in diversi tessuti umani tra cui cuore, polmone, fegato e ghiandola surrenale5, nonché nel cervello, fegato, polmone, rene, cuore e ghiandola surrenale del ratto6. Inoltre, l'espressione della proteina INMT è stata dimostrata nei tessuti della ghiandola pineale, del midollo spinale e della retina del macaco Rhesus7. Gli estratti di tessuti polmonari, in particolare di coniglio, hanno storicamente mostrato una maggiore espressione di INMT e una maggiore attività metilante nei confronti della triptamina e dell'NMT, rispetto ad altri tessuti1,8,9. Di conseguenza, l'INMT del coniglio è stato il primo INMT ad essere clonato e caratterizzato, seguito subito dopo dall'INMT umano1,5. Quando espresse in cellule COS-1, entrambe le proteine ​​ricombinanti hanno dimostrato sufficienza per la metilazione della triptamina con valori Km (mM) apparenti di (media ± SEM) 0,27 ± 0,05 e 2,92 ± 0,07 rispettivamente1,5.

Sebbene i ruoli endogeni dell'INMT non siano completamente compresi, l'enzima è forse meglio conosciuto per la sua funzione nella metilazione della triptamina endogena per formare il composto psichedelico doppiamente metilato DMT10. La DMT ha una somiglianza strutturale con il neurotrasmettitore serotonina (5-HT), produce effetti psichedelici quando somministrata agli esseri umani11 ed è presente a livello endogeno in una varietà di specie vegetali, nonché nei tessuti dei mammiferi e nei fluidi corporei12. La presenza di DMT endogeno è stata confermata per la prima volta negli esseri umani nel 1965 tramite analisi del sangue e delle urine13 ed è stata successivamente confermata nel sangue, nelle urine e nel liquido cerebrospinale umano con una varietà di sofisticate tecniche analitiche, tra cui la gascromatografia (GC) e la metodica ad alte prestazioni. cromatografia liquida (HPLC) accoppiata con spettrometria di massa (MS) (vedere riferimento 14 per una revisione approfondita). Tuttavia, il campionamento in vivo della DMT nel cervello è stato limitato agli studi sui roditori, essendo i ratti la specie più studiata a questo scopo. Numerosi rapporti hanno confermato la presenza di DMT endogeno nel cervello di ratto e in altri tessuti. Saavedra e Axelrod hanno eseguito iniezioni intracisternali di C14-triptamina nei ratti e hanno dimostrato il recupero di C14-NMT e C14-DMT nell'intero cervello tramite cromatografia su strato sottile con più sistemi di solventi15. Beaton e Morris hanno rilevato e quantificato la DMT da estratti di cervello intero di ratti non trattati a vari stadi di sviluppo utilizzando GC-MS16. Kärkkäinen et al. ratti pretrattati con un inibitore della monoaminossidasi (IMAO) e hanno riscontrato la presenza di DMT nei tessuti di reni, polmoni, fegato e cervello utilizzando la spettrometria di massa tandem HPLC (MS/MS)17. Barker et al. hanno analizzato campioni di perfusato raccolti tramite microdialisi nella corteccia occipitale di ratti non trattati che si comportavano liberamente e hanno confermato la presenza di DMT utilizzando LC-MS/MS18. Infine, Dean et al. hanno utilizzato l'HPLC con rilevamento della fluorescenza per quantificare la DMT in campioni di perfusato raccolti dalla corteccia occipitale di ratti non trattati che si comportavano liberamente e hanno mostrato che i livelli endogeni di DMT variavano da 0,05 a 2,2 nM6.