Принимаются работы для предстоящего выпуска.

Молекулярная медицина Научно-практический рецензируемый журнал

Молекулярная медицина

ОБЗОР2026, № 2

Трансаминазы аминокислот с разветвленной цепью: структура, молекулярно-генетические аспекты, функциональная и патогенетическая роль

Мартусевич А.К., Тужилкин А.Н., Чернышева А.Д. Попов А.В.

Авторы и аффилиации

https://elibrary.ru/qcurco
А.К. Мартусевич(1, 3, 4), А.Н. Тужилкин(1), А.Д. Чернышева(3), А.В. Попов(2)
1-ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет
им. Н.И. Лобачевского», Российская Федерация, 603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23; 2-ФГБУН
«Государственный научный центр Российской Федерации “Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова” Российской академии наук», Российская Федерация, 117997, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 16/10; 3-ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный агротехнологический
университет им. Л.Я. Флорентьева», Российская Федерация, 603117, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 97; 4Ассоциация российских озонотерапевтов, Российская Федерация, 603117, Нижний Новгород, ул. Панина, 9

Страницы
57–64
Опубликовано
2026
Рубрика
ОБЗОР
Молекулярная медицина, 2026, № 2Выпуск2026, № 2Открыть выпуск →
Для цитирования

Аннотация

В данном обзоре систематизированы современные данные об аминотрансферазах с разветвленной цепью (BCAT). Подробно рассмотрены их молекулярная структура, классификация как ферментов укладки IV типа, зависимых от пиридоксальфосфата (PLP), и особенности катализа. Показаны различия между двумя основными изоферментами — митохондриальным (BCATm) и цитозольным (BCATc), их тканевая специфичность и функции. Освещена ключевая роль BCAT в метаболизме BCAA, включая регуляцию синтеза белка через путь mTOR, гомеостаз глюкозы и азота. Особое внимание уделено патогенетическому значению BCAT: их участию в развитии нейродегенеративных заболеваний (через синтез нейротрансмиттера глутамата), онкологических процессов (глиобластома, лейкозы, рак желудка и молочной железы), а также связи с инсулинорезистентностью и старением. Обсуждается потенциал BCAT как мишеней для фармакологического воздействия, в частности, ингибирование BCAT c препаратом габапентином. Рассмотрены перспективы изучения BCAT для разработки новых терапевтических стратегий при метаболических, неврологических и онкологических заболеваниях.

Ключевые слова

Авторы и аффилиации

https://elibrary.ru/qcurco
А.К. Мартусевич(1, 3, 4), А.Н. Тужилкин(1), А.Д. Чернышева(3), А.В. Попов(2)
1-ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет
им. Н.И. Лобачевского», Российская Федерация, 603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23; 2-ФГБУН
«Государственный научный центр Российской Федерации “Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова” Российской академии наук», Российская Федерация, 117997, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 16/10; 3-ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный агротехнологический
университет им. Л.Я. Флорентьева», Российская Федерация, 603117, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 97; 4Ассоциация российских озонотерапевтов, Российская Федерация, 603117, Нижний Новгород, ул. Панина, 9

Литература

Hutson S. Structure and function of branched chain aminotransferases. Progress in nucleic acid research and molecular biology. 2001; 70: 175–206.

Adeva-Andany M.M., López-Maside L., Donapetry-Garcia C., Fernández-Fernández C., Sixto-Leal C. Enzymes involved in branched-chain amino acid metabolism in humans. Amino Acids. 2017; 49: 1005–28.

Cooper A.J., Meister A. An appreciation of Professor Alexander E. Braunstein. The discovery and scope of enzymatic transamination. Biochimie. 1989; 71: 387–404.

Robert A. Pyridoxal phosphate-dependent enzymes. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Protein Structure and Molecular Enzymology. 1995; 1248 (2): 81–96.

Bixel M.G., Hutson S.M., Hamprecht B. Distribution of branched chain aminotransferases among rat brain cells in culture. J Neurochem. 1996; 66: 62.

Jhee K.-H., Yoshimura T., Miles E., Takeda S., Miyahara I., Hirotsu K., Soda K., Kawata Y., N. Esaki. J. Biochem. (Tokyo). 2000; 128: 679–86.

Bixel M., Shimomura Y., Hutson S., Hamprecht B. Distribution of key enzymes of branched-chain amino acid metabolism in glial and neuronal cells in culture. The Journal of Histochemistry and Cytochemistry. 2001; 49: 407–18.

Toney M.D. Controlling reaction specificity in pyridoxal phosphate enzymes. Biochim Biophys Acta. 2011; 1814: 1407–18.

Ananieva E.A., Patel C.H., Drake C.H., Powell J.D., Hutson S.M. Cytosolic branched chain aminotransferase (BCATc) regulates mTORC1 signaling and glycolytic metabolism in CD4+ T cells. J. Biol. Chem. 2014; 289: 18793–804.

. Ko J.-H. et al. BCAT1 affects mitochondrial metabolism independently of leucine transamination in activated human macrophages. J. of cell science. 2020; 133: 22.

. Conway M.E. Emerging moonlighting functions of the branched-chain aminotransferase proteins. Antioxid. Redox Signal. 2020; 10: 1089.

McKenzie P. et al. Metabolon formation regulates branched-chain amino acid oxidation and homeostasis. Nature metabolism. 2022; 4: 1775–91.

Harris M., El Hindy M., Usmari-Moraes M., Hudd F., Shafei M., Dong M., Hezwani M., Clark P., House M., Forshaw T. et al. BCAT-induced autophagy regulates Aβ load through an interdependence of redox state and PKC phosphorylation-implications in Alzheimer’s disease. Free Radic. Biol. Med. 2020; 152: 755–66.

. Lin H.M., Kaneshige M., Zhao L., Zhang X., Hanover J.A., Cheng S.Y. An isoform of branched-chain aminotransferase is a novel co-repressor for thyroid hormone nuclear receptors. The J. of Biological Chemistry. 2001; 276 (51): 48196–205. DOI: 10.1074/jbc.M104320200.

Hutson S.M et al. Role of branched-chain aminotransferase isoenzymes and gabapentin in neurotransmitter metabolism. J. of neurochemistry 1998; 71 (2): 863–74. DOI: 10.1046/j.1471-4159.1998.71020863.x

. Hutson S.M., Lieth E., LaNoue K.F. Function of leucine in excitatory neurotransmitter metabolism in the central nervous system. J. Nutr. 2001; 131 (3): 846–50. DOI: 10.1093/jn/131.3.846S.

. Liliana F.et al. BCAT1 redox function maintains mitotic fidelity. Cell reports. 2023; 42 (3): 112217. DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112217

. Islam M.M., Wallin R., Wynn R.M., Conway M., Fujii H., Mobley J.A,. Chuang D.T,. Hutson S.M. A novel branched-chain amino acid metabolic. Protein-protein interactions in a supramolecular complex. J. Biol. Chem. 2007; 282 (16): 11893–903. DOI: 10.1074/jbc.M700198200

. Roberson P.A. et al. Skeletal muscle amino acid transporter and BCAT2 expression prior to and following interval running or resistance exercise in mode-specific trained males. Amino acids. 2018; 50 (7): 961–5. DOI: 10.1007/s00726-018-2570-2

. Shimomura Y., Murakami T., Nakai N., Nagasaki M., Harris R. Exercise Promotes BCAA Catabolism: Effects of BCAA Supplementation on Skeletal Muscle during Exercise. The Journal of nutrition. 2004; 134: 1583–7. DOI: 10.1093/jn/134.6.1583S.

. Adeva-Andany M.M., López-Maside L., Donapetry-Garcia C., Fernández-Fernández C., Sixto-Leal C. Enzymes involved in branched-chain amino acid metabolism in humans. Amino Acids. 2017; 49 (6): 1005–28. DOI: 10.1007/s00726-017-2412-7.

. Mitch W.E., Walser M., Sapir D.G. Nitrogen sparing induced by leucine compared with that induced by its keto analogue, alpha-ketoisocaproate, in fasting obese man. J. Clin. Invest. 1981; 67: 553–62.

. Bodner-Leidecker A., Wendel U., Saudubray J.M., Schadewaldt P. Branched-chain l-amino acid metabolism in classical maple syrup urine disease after orthotopic liver transplantation. J. Inherit. Metab. Dis. 2000; 23 (8): 805–18.

. Borthwick J.A., Ancellin N., Bertrand S.M., Bingham R.P., Carter P.S., Chung C.W., Churcher I., Dodic N., Fournier C., Francis P.L., Hobbs A., Jamieson C., Pickett S.D., Smith S.E., Somers D.O., Spitzfaden C., Suckling C.J., Young R.J. Structurally diverse mitochondrial branched chain aminotransferase (BCATm) leads with varying binding modes identified by fragment screening. J. Med. Chem. 2016; 59 (6): 2452–67. DOI: 10.1021/ acs.jmedchem.5b01607

. Shu X., Zhan P.P., Sun L.X., Yu L., Liu J., Sun L.C., Yang Z.H., Ran Y.L., Sun Y.M. BCAT1 Activates PI3K/AKT/mTOR Pathway and Contributes to the Angiogenesis and Tumorigenicity of Gastric Cancer. Front Cell Dev Biol. 2021; 9: 659260. DOI: 10.3389/fcell.2021.659260.

. Neinast M., Murashige D., Arany Z. Branched chain amino acids. Ann. Rev. Physiol. 2019; 81: 139–64. DOI: 10.1146/annurev-physiol-020518-114455.

. Nie C., He T., Zhang W., Zhang G., Ma X. Branched chain amino acids: beyond nutrition metabolism. Int. J. Mol. Sci. 2018; 19: 954. DOI: 10.3390/ijms19040954.

Papathanassiu A.E., Ko J.-H., Imprialou M., Bagnati M., Srivastava P.K., Vu H.A., et al. BCAT1 controls metabolic reprogramming in activated human macrophages and is associated with inflammatory diseases. Nat. Commun. 2017; 8: 16040. DOI: 10.1038/ncomms16040.

Raffel S., Falcone M., Kneisel N., Hansson J., Wang W., Lutz C. et al. BCAT1 restricts αKG levels in AML stem cells leading to IDHmut-like DNA hypermethylation. Nature. 2017; 551: 384–8. DOI: 10.1038/nature24294.

. Tönjes M., Barbus S., Park Y.J., Wang W., Schlotter M., Lindroth A.M. et al. BCAT1 promotes cell proliferation through amino acid catabolism in gliomas carrying wild-type IDH1. Nat. Med. 2013; 19: 901–8. DOI: 10.1038/nm.3217.

. Meurs N., Deepak N. Driving with Both Feet: Supplementing AKG While Inhibiting BCAT1 Leads to Synthetic Lethality in GBM. Cancer research. 2022; 82 (13): 2354–6. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-22-1619

. Zhang L., Han J. Branched-chain amino acid transaminase 1 (BCAT1) promotes the growth of breast cancer cells through improving mTOR-mediated mitochondrial biogenesis and function. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2017; 486: 224–31. DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.02.101

. Zhang B. et al. Targeting BCAT1 Combined with α-Ketoglutarate Triggers Metabolic Synthetic Lethality in Glioblastoma.” Cancer research. 2013; 82: 2388–402. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-21-3868

. Raffel S., Falcone M., Kneisel N., Hansson J., Wang W., Lutz C.et al. BCAT1 restricts αKG levels in AML stem cells leading to IDHmut-like DNA hypermethylation. Nature. 2017; 551 (7680): 384–8. DOI: 10.1038/nature24294

. Zhu Z., Achreja A., Meurs N., Animasahun O., Owen S., Mittal A. et al. Tumour-reprogrammed stromal BCAT1 fuels branched-chain ketoacid dependency in stromal-rich PDAC tumours. Nat Metab. 2020; 2: 775–92.

. Zhenyukh O., Civantos E., Ruiz-Ortega M., Sánchez M. S., Vázquez C., Peiró C., Egido J., Mas S. High concentration of branched-chain amino acids promotes oxidative stress, inflammation and migration of human peripheral blood mononuclear cells via mTORC1 activation. Free Radic. Biol. Med. 2017; 104: 165–77. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2017.01.009.

. Nong X. et al. The mechanism of branched-chain amino acid transferases in different diseases: Research progress and future prospects. Front. Oncol. 2022; 12: 988290. DOI: 10.3389/fonc.2022.988290

Hillier J. et al. The BCAT1 CXXC Motif Provides Protection against ROS in Acute Myeloid Leukaemia Cells. Antioxidants. 2022; 11 (4): 683. DOI: 10.3390/antiox11040683

. Go M. et al. BCAT1 promotes osteoclast maturation by regulating branched-chain amino acid metabolism. Experimental & molecular medicine. 2022; 54 (6): 825–33. DOI: 10.1038/s12276-022-00775-3

Coles S.J. et al. Differential redox potential between the human cytosolic and mitochondrial branched-chain aminotransferase. Acta biochimica et biophysica Sinica. 2012; 44 (2): 172–6. DOI: 10.1093/abbs/gmr103

. Goto M., Miyahara I., Hirotsu K., Conway M., Yennawar N., Islam M.M., Hutson S.M. Structural determinants for branched-chain aminotransferase isozyme-specific inhibition by the anticonvulsant drug gabapentin. J Biol Chem. 2005; 280: 37246–56.

. Yennawar N.H., Islam M.M., Conway M., Wallin R., Hutson S.M. Human mitochondrial branched chain aminotransferase isozyme: structural role of the CXXC center in catalysis. J. Biol. Chem. 2006; 281: 39660–71.

. Mansfeld J. et al. Branched-chain amino acid catabolism is a conserved regulator of physiological ageing. Nature Commun. 2015; 6: 10043. DOI: 10.1038/ncomms10043

. Conway M.E., Yennawar N., Wallin R., Poole L.B., Hutson S.M. Human mitochondrial branched chain aminotransferase: structural basis for substrate specificity and role of redox active cysteines. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Proteins and Proteomics. 2003; 1647 (1–2): 61–5. DOI: 10.1016/S1570-9639(03)00051-7.

. Harper A.E., Miller R.H., Block K.P. Branched-chain amino acid metabolism. Annual Review of Nutrition. 1984; 4 (1): 409–54. DOI: 10.1146/annurev.nu.04.070184.002205.

. D’Mello J.P. Amino Acids in Human Nutrition and Health. CABI. 2012.

. Lesnik C., Kaletsky R., Ashraf J.M. et al. Enhanced branched-chain amino acid metabolism improves age-related reproduction in C. elegans. Nat Metab. 2024; 6: 724–40. https://doi.org/10.1038/s42255-024-00996-y

. Davoodi J. et al. Overexpression and characterization of the human mitochondrial and cytosolic branched-chain aminotransferases. The Journal of biological chemistry. 1998; 273 (9): 4982–9. DOI: 10.1074/jbc.273.9.4982

. Abumrad N.N., Jefferson L.S., Rannels S.R., Williams P.E., Cherrington A.D., Lacy W.W. Role of insulin in the regulation of leucine kinetics in the conscious dog. J. Clin. Invest. 1982; 70: 103 1–41.

Для цитирования

Мартусевич А.К., Тужилкин А.Н., Чернышева А.Д. Попов А.В. (2026). Трансаминазы аминокислот с разветвленной цепью: структура, молекулярно-генетические аспекты, функциональная и патогенетическая роль. Молекулярная медицина, 24(2), 57–64. https://doi.org/10.29296/24999490-2026-02-08
BibTeX .bibRIS .ris

Поиск статей и быстрая навигация

Навигация