Cyclische imines vormen een algemene klasse van chemische verbindingen die de metabolieten omvat van geneesmiddelen die worden gebruikt om een ​​breed scala aan aandoeningen te behandelen. Met name β-carboline-alkaloïden zijn uitgebreid onderzocht als geneesmiddelen, uitstekende bio-activiteiten vertonen, en zijn gebruikt bij behandelingen voor hypertensie. Echter, ondanks een aanzienlijk begrip van de biosynthese die cyclische imines vormt, de afbraak van deze verbindingen is niet goed begrepen. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Universiteit van Tsukuba hebben cyclische imine-metaboliserende micro-organismen uit de bodem geïsoleerd, identificeerde een cyclisch imine-metaboliserend enzym, en stelde zijn katalytisch mechanisme voor. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Een van de eenvoudigste β-carboline-alkaloïden is harmaline, wat een bioactief bestanddeel is van de medicinale plant Peganum harmala. De wortels, zaden, bladeren en schors van P. harmala zijn gebruikt in de traditionele geneeskunde in verschillende culturen over de hele wereld. Met dit in gedachten, de onderzoekers veronderstelden dat de door de planten geproduceerde harmaline moet worden afgebroken door micro-organismen in de omringende bodem.

"We waren in staat om de harmaline-metaboliserende bacterie Arthrobacter sp. C-4A te isoleren uit de grond rond de wortels van P. harmala, " legt hoofdauteur Toshiki Nagakubo uit. "Vervolgens, het specifieke enzym dat betrokken was bij de katalyse werd geïsoleerd uit de bacteriën, en we identificeerden het als koperamineoxidase. Dit is de eerste keer dat er een verband is gelegd tussen koperamineoxidase en de opening van de cyclische iminering."

Als gevolg van hun bevindingen, de onderzoekers stelden een tweestapsmechanisme voor voor het enzymatisch breken van de koolstof-stikstof dubbele binding die specifiek is voor imineverbindingen. Naast het identificeren van koperamineoxidase als de katalysator, het team kon aantonen dat hetzelfde enzym geïsoleerd uit verschillende bacteriën een vergelijkbaar effect had op de afbraak. Gezien het brede scala aan organismen, inclusief mensen, die β-carboline-alkaloïden produceren, deze uitbreiding van het algemene begrip van cyclische imine-afbraak heeft het potentieel om veel onderzoeksgebieden te beïnvloeden.

"Onze bevindingen voegen een interessante dimensie toe aan de huidige kennis over koperamine-oxidasen, " studie corresponderende auteur Michihiko Kobayashi legt uit. "We hopen dat ons mechanisme en de overdraagbaarheid van onze waarnemingen het mogelijk zullen maken om verdere katalytische fysiologische processen te identificeren en tot significante ontwikkelingen in de farmacologie te leiden."