Koliiniasetyylitransferaasi on aivoissa tuotettu entsyymi. Tämä entsyymi on vastuussa välittäjäaineiden asetyylikoliinin tuottamisesta, minkä se tekee yhdistämällä koliinin ja asetaatin. Asetyylikoliini on tärkeä toimintojen, kuten lihasten supistumisen, sykkeen säätelyn ja oppimisen kannalta. Koliiniasetyylitransferaasi suorittaa tämän toimenpiteen kolinergisten neuronien sisällä, jolloin syntyy asetyylikoliinia, joka vapautuu synapsiin, kun neuroni aktivoituu.
Solut valmistavat koliiniasetyylitransferaasia karkeassa endoplasmisessa verkkokalvossa, joka sijaitsee neuronin solurungossa. Kun entsyymi on tuotettu, se liikkuu hitaasti aksonin läpi kulkevien mikrotubulusten läpi, neuronin pitkän osan, jonka läpi sähköiset signaalit kulkevat. Lopulta molekyyli saapuu aksonin päähän, joka on neuronin osa, joka on lähimpänä synapsia. Täällä se alkaa tuottaa asetyylikoliinia.
Suurella entsyymillä nimeltä asetyylikoentsyymi A (asetyyli-CoA) on tärkeä rooli prosessissa. Asetyyli-CoA toimittaa asetaattiryhmiä kemiallisiin reaktioihin, joita tapahtuu koko kehossa, erityisesti sitruunahapposykliä, jota jokainen solu käyttää aineenvaihduntaprosessissa. Asetyyli-CoA sitoutuu myös koliiniasetyylitransferaasiin. Kun koliini saapuu läheiseen rakoon, se kiinnittyy asetaattiryhmään, jolloin muodostuu asetyylikoliinia. Koentsyymi A vapautuu sivutuotteena ja sitoutuu vapaasti uuteen asetaattiryhmään.
Tuloksena on asetyylikoliini. Asetyylikoliinimolekyylit kerätään synaptisiin rakkuloihin, pieniin kalvoihin, joilla neuroni voi karkottaa. Kun neuroni “syttyy”, se vapauttaa nämä molekyylit synaptiseen halkeamaan, jossa ne voivat laukaista seuraavan neuronin kiinnittymällä spesifisiin reseptoreihin. Asetyylikoliini on erityisen monipuolinen välittäjäaine ja voi aiheuttaa erilaisia vaikutuksia erityyppisiltä neuroneilta.
Kolinergiseen järjestelmään kuuluu välittäjäaine asetyylikoliini, reseptorit, joihin se sitoutuu, ja neuronit, joihin nämä reseptorit vaikuttavat. Kolinerginen järjestelmä on yksi tärkeimmistä ja hyvin tutkituista neurotransmissiojärjestelmistä. Keho käyttää asetyylikoliinia ja kolinergistä järjestelmää eri toimintoihin. Aivojen ulkopuolella se auttaa stimuloimaan lihasten supistumista ja säätelemään sykettä. Aivoissa sillä on rooli perustavanlaatuisissa mielenterveysprosesseissa, kuten muistissa, oppimisessa ja palkkion tunteessa. Se on myös järjestelmä, johon nikotiini vaikuttaa ja joka on siten vastuussa savukkeista riippuvuudesta.
Koliiniasetyylitransferaasia tuottaa CHAT -niminen geeni. CHAT -geenistä on useita eri versioita, jotka kaikki voivat tuottaa onnistuneesti koliiniasetyylitransferaasia. Joskus kuitenkin tämän geenin mutaatiot johtavat siihen, että aiottua entsyymiä ei tuoteta tehokkaasti. Nämä mutaatiot yhdessä havaittujen koliiniasetyylitransferaasipuutosten kanssa näyttävät korreloivan sekä Alzheimerin taudin että skitsofrenian kanssa.