biotechnologia


 
 

Cytochrom P450

Autor: Katarzyna Nabielec

Enzymy cytochromu P450 (CYP) to biaka transbonowe. Ich masa czsteczkowa wynosi ok. 50-55 kDa (Bogacz, 2009). W genomie ludzkim sklasyfikowano 58 izoenzymw CYP, ktre nale do 18 rodzin (Tomaszewski i in., 2008). Cytochromy te wystpuj w organizmach ywych, tj. bakteriach, grzybach, rolinach, zwierztach, a take u ludzi. Oprcz dojrzaych erytrocytw znajdziemy je, w kadym typie komrek ssaczych. Wysoka aktywno enzymw CYP stwierdzana jest w siateczce rdplazmatycznej hepatocytw oraz w komrkach wystpujcych w pucach, sercu, mzgu i nerkach (Winiewska i Mazerska, 2009). Biaka te najwysz aktywno wykazuj jednak w wtrobie i jelicie cienkim. To w tych narzdach zachodz najwaniejsze procesy detoksykacji (Pelkonen i in., 2008).

Budowa cytochromu P450 ssaka zostaa poznana m.in. dziki strukturze krystalicznej bakteryjnych enzymw P450 oraz modelowaniu molekularnemu czsteczek. Wiadomo, e w cytochromie znajduj si regiony, ktre odpowiadaj za wizanie substratw, hemu oraz transport elektronw. To hemoproteiny, ktre rni si pierwszorzdow struktur. Centrum aktywne hemu stanowi elazo (Bogacz, 2009). Winiewska i Mazerska (2009) opisuj centrum porfirynowo-elazowego cytochromu P450, jako atom elaza zwizany koordynacyjnie z czterema atomami azotu piercienia porfirynowego i dwoma osiowymi ligandami, z ktrych jeden stanowi reszta cysteiny. W stanie spoczynku kompleks porfiryny wystpuje w rwnowadze pomidzy struktur piciokoordynacyjnego wysokospinowego jonu Fe(III) z reszt cysteiny jako ligandem i szeciokoordynacyjnego niskospinowego jonu Fe(III) z czsteczk wody w pozycji trans w odniesieniu do reszty cysteiny. Enzym CYP450 by pierwszym, dla ktrego udao si okreli sekwencj aminokwasow. Zosta on wyizolowany z hepatocytw szczura. Enzymy P450 dziki sekwencji hydrofobowej (sygnaowa sekwencja kotwiczca) na swoich N – kocach, mog zakotwiczy si w bonie komrkowej (Bogacz, 2009).

Porwnanie budowy przestrzennej, gwnych enzymw CYP sugeruje, e ich trzeciorzdowa struktura jest identyczna. Zoone s z 16 acuchw aminokwasowych, z czego 12 posiada struktur α-helisy a 4 β-harmonijki (Sansen i in., 2007). Enzymy cytochromu P450 wraz z tlenkiem wgla, tworz kompleks, ktry wykazuje maksimum absorbancji przy dugoci fali – 450nm (Hames i Hooper, 2012).

Cytochromy P450 nale do nadrodziny monooksygenaz (Szaefer i in., 2013). To enzymy katalizujce reakcje, w ktrych jeden z atomw tlenu wprowadzony zostaje do czsteczki substratu powodujc jego hydroksylacj, drugi natomiast ulega redukcji do wody (Hames i Hooper, 2012; Botham i Mayes, 2018). Elektron z NADPH zostaje przejty przez enzymy P450 i zostaje przeniesiony na czsteczk tlenu. Na drodze monooksygenacji, enzymy CYP katalizuj reakcj utleniania egzo- i endogennych zwizkw chemicznych (Winiewska i Mazerska, 2009). Proces ten zachodzi zgodnie z reakcj: RH + O2 + NADPH + H+ → ROH + H2O + NADP+, gdzie RH - substrat, ROH - produkt

Mimo, e cytochrom P450 wystpuje w acuchu oddechowym jako kocowy element, jego rol jest hydroksylacja substratw (Stryer, 2003).

Zwizanie substratu z czsteczk biaka grupy hemowej, inicjuje cykl katalityczny cytochromu P450. Grupa ta po pobraniu elektronu z NADPH, prowadzi do redukcji Fe3+ do Fe2+, ktry wie si z czsteczk tlenu i tworzy addukt Fe2+-O2 (Bogacz, 2009). Fe3+ poczony z substratem znajduje si w piciokoordynacyjnym stanie. Jego potencja redukcyjny wynosi -170mV. Fe3+, ktry w stanie szeciokoordynacyjnym posiada potencja niszy (-270mV). Taka rnica w potencjaach zwiksza szybko redukcji atomu elaza (Winiewska i Mazerska, 2009). Addukt Fe2+-O2 ulega konformacji do trwalszego kompleksu Fe3+-O2-• (Bogacz, 2009). Nastpnie przyjty elektron powoduje utlenienie elaza do Fe3+ i powstaje Fe3+-O22-. Kompleks ten oddziauje z protonem, pochodzcym ze rodowiska, przez co wizanie O-O rozpada si, tworzy si czsteczka H2O oraz kompleks Fe3+=O. Rodnik wodorowy pochodzcy z substratu, zostaje przyjty przez ten kompleks i powstaje Fe3+-OH. Drugi, niesparowany elektron pozostaje w czsteczce substratu. Wspomniane dwa rodniki ulegaj przemianie i tworz produkt zawierajcy grup hydroksylow. Nastpuje odczenie otrzymanego produktu, a cytochrom P450 zostaje odtworzony (Isin i Guengerich, 2007).

U czowieka, w bonach retikulum endoplazmatycznego, znajduje si specjalny system transportu, dziki ktremu moliwe jest przeniesienie elektronw na cytochrom P450 z NADPH. Elektrony trafiaj na NADPH-zalen flawoprotein (reduktaz cytochromu P450). Reduktaza (CPR) oraz cytochrom stanowi niezalene biaka. CPR to przedstawiciel reduktaz diflawinowych (Winiewska i in., 2009). Grupami prostetycznymi tego enzymu s kofaktory: FMN (mononukleotyd flawinoadeninowy) oraz FAD (dinukleotyd flawinoadeninowy). Elektrony pochodzce z NADPH trafiaj kolejno na FMN, FAD i zostaj przekazane na hem cytochromu P450. Hem przenosi elektron na substrat (RH), ulegajc redukcji (Bogacz, 2009). W siateczce rdplazmatycznej komrek wtroby, obok cytochromu P450, znajduje si cytochrom b5, rwnie zawierajcy hem (Botham i Mayes, 2018). W zalenoci od formy cytochromu P450, cytochrom b5 moe bra udzia w przekazywaniu drugiego elektronu (Reed i Holenberg, 2003). Wykazano rwnie, e obecno i stenie cytochromu b5 ma wpyw na reakcje, ktre katalizuj izoenzymy CYP (Zhang i in., 2008).

Drugi system transportu, znajduje si w wewntrznej bonie mitochondrialnej. Elektrony z NADPH trafiaj na FAD, ktry pochodzi z reduktazy flawonoproteinowej. W zwizku z brakiem FMN, reduktaza mitochondrialna nie moe w sposb bezporedni przenie elektronw na hem cytochromu P450. Pomocne okazuje si biako elazo-siarkowe o niewielkich rozmiarach - adrenodoksyna (Bogacz, 2009). To niehemowe biako, przeprowadza transfer elektronu na utleniony cytochrom P450 oraz powoduje jego redukcj (Stryer, 2003).

Izoenzymy cytochromu P450 bior udzia w biotransformacji ksenobiotykw tj. lekw oraz zwizkw endogennych. Odgrywaj kluczow rol w przemianach toksyn i procesach kancerogenezy (Bogacz, 2009). Enzymy te powoduj aktywacj oraz inaktywacj lekw. Zaangaowane s take w metabolizm substancji obcych dla naszego organizmu, dostarczanych np. z poywieniem. Reakcje I fazy przemian ksenobiotykw, w ktrych bior udzia cytochromy P450 powoduj, e powstae produkty metabolizmu s lepiej rozpuszczalne w wodzie (Szaefer, 2013). Wykazuj te zdecydowanie lepsz polarno (Bogacz, 2009). Uatwia to wydalanie ksenobiotykw z organizmu (Szaefer, 2013). Za przemiany ponad 90% lekw odpowiadaj wsplnie izoenzymy: CYP2B6, 2C9, 2C19 i 2D6, ktre nale do rodzin CYP1-3 (Guengerich, 2008). Izoenzymy CYP bior udzia w biotransformacji zwizkw endogennych - kwasw tuszczowych, steroidw, kwasw ciowych oraz eikozanoidw (Seliskar i Rozman, 2007). Te ostatnie stanowi produkty przemian dwudziestowglowego kwasu arachidonowego, z wykorzystaniem epoksygenaz cytochromu P450 (Jawie i Olszanecki, 2017). W biosyntezie steroli i kwasw tuszczowych, bierze udzia kilka izoenzymw CYP. Kluczow rol odgrywa CYP51A1. Reakcja katalizowana przez ten izoenzym, to 14α-demetylacjalanosterolu. W jej wyniku powstaje cholesterol. Obecno CYP51A1 wykazano w jajnikach, jdrach, wtrobie, nadnerczach i nerkach (Winiewska i Mazerska, 2009).

Izoenzymy CYP7A1, CYP39A1, CYP7B1 peni znaczc funkcj, w pierwszym etapie biosyntezy kwasw tuszczowych z oksysterolu i cholesterolu, katalizujc reakcj hydroksylacji atomu wgla w pozycji 7 (Winiewska, 2008; Winiewska i Mazerska, 2009). W syntezie kwasw tuszczowych bierze udzia rwnie CYP8B1, ktry katalizuje reakcj 12α-hydroksylacji. Izoenzym CYP27A1 jest niezbdny do syntezy oksysteroli i reakcji utlenienia steroli. CYP7B1 bierze udzia w alternatywnym szlaku syntezy kwasw tuszczowych. Katalizuje 7-hydroksylacj 27-hydroksycholesterolu oraz kwasu 3β-hydroksy-5-cholestenowego (Winiewska, 2008). W przemian cholesterolu do 24S-hydroksycholesterolu (oksysterolu), zaangaowany jest rwnie CYP46A1, ktry wystpuje przede wszystkim w neuronach orodkowego ukadu nerwowego. Oksysterol w przeciwiestwie do cholesterolu, jest bardziej polarny i moe swobodnie pokonywa barier krew-mzg. Wraz z krwiobiegiem, powraca do wtroby i przeksztaca si w kwasy ciowe. Moe take zosta wydalony z organizmu w postaci glukuronianw i siarczanw. Dziki tym procesom, moliwe jest wydzielenie cholesterolu z komrek mzgu oraz jego obieg w organizmie. CYP46A1 bierze zatem udzia, w utrzymaniu rwnowagi poziomu cholesterolu, jak rwnie spenia wan rol w hamowaniu rozwoju chorb neurodegeneracyjnych np. choroby Alzheimera (Ohyama, 2006). Wykazano, e obecno, powstaej w wyniku tranzycji T-C intronu drugiego, odmiany polimorficznej CYP46A1, wie si z ryzykiem rozwoju choroby Alzheimera (Winiewska i Mazerska, 2009).

Izoenzymy CYP bior udzia w metabolizmie witaminy D3. CYP27A1 katalizuje, przebiegajc w wtrobie, hydroksylacj atomu wgla C-25. Drugim etapem szlaku metabolicznego, zachodzcym w nerkach, jest 1-α-hydroksylacja, katalizowana przez CYP27B1. W wyniku tej reakcji powstaje 1α,25-dihydroksywitamina D3 - aktywna forma wit. D3. Izoenzym CYP24 jest katalizatorem procesu inaktywacji tej formy, stanowi wic razem w CYP27B1 czynnik regulujcy stenie witaminy D3 w surowicy.

Izoenzymy rodziny CYP26 - CYP26A1 oraz CYP26B1, wystpuj w wtrobie i zaangaowane s w przemiany kwasu retinowego (pochodna witaminy A). CYP26A1 jest katalizatorem hydroksylacji pochodnych trans tego kwasu (Winiewska, 2008). CYP26A1 oraz CYP26B1 nie rozpoznaj kwasu cis-retinowego (Winiewska i Mazerska, 2009).

Enzymy cytochromu P450 katalizuj reakcje monooksygenacji. Jednak rodzaj substratu oraz miejsce w czsteczce, do ktrego przyczony zostanie atom tlenu, pozwala enzymom CYP uczestniczy rwnie w reakcjach: dehydratacji, dehalogenacji, dehydrogenacji, redukcji, izomeryzacji i dimeryzacji. Reakcje utlenienia, ktre s katalizowane przez te enzymy obejmuj reakcje: hydroksylacji, dealkilacji, monooksygenacji heteroatomw i epoksydacji.

Hydroksylacja to najbardziej powszechna przemiana, ktra jest katalizowana przez cytochromy P450 (Bogacz, 2009). Enzymy CYP hydroksyluj fenobarbital (pochodna kwasu barbiturowego), powodujc zwikszenie jego rozpuszczalnoci, co za tym idzie uatwia wydalenie tego zwizku z organizmu. Hydroksylacji ulegaj take wielopiercieniowe wglowodory aromatyczne (Stryer, 2003) . Dealkilacja to reakcja hydroksylacji, ktra zachodzi w pozycji α w stosunku do heteroatomw. Przykadem jest atom tlenu w eterach lub azot w aminach i amidach. Rozpad wizania skutkuje O-, S- i N-dealkilacj np. N-dealkilacja imiprapiny (lek o dziaaniu przeciwdepresyjnym). Monooksygenacja heteroatomw to np. reakcja hydroksylacji wizania N-H, atomu azotu w aminach lub amidach I- i II-rzdowych. Powstajce N- hydroksyloaminy, przeksztacaj si w I-rzdowe aminy. Te z kolei s metabolizowane do zwizkw nitrozopochodnych (Bogacz, 2009).Reakcje epoksydacji prowadz do otrzymania epoksydw. To zwizki reaktywne o waciwociach toksycznych. Ich reakcja z DNA moe zapocztkowa procesy kancerogenezy. Przykadem takiego zwizku jest epoksyd benzo[a]pirenu (Alexandrov i in., 2006). Najprawdopodobniej, niektre izoenzymy cytochromu P450, w momencie braku odpowiedniego substratu mog wytwarza reaktywne formy tlenu (RTF), ulegajc autooksydacji. RTF bd uszkadza zasady purynowe i pirymidynowe, tym samym indukowa apoptoz (Bogacz, 2009).

Polimorfizm oraz poziom ekspresji genw kodujcych enzymy CYP, maj wpyw na zdolno metabolizowania przez te biaka biofarmaceutykw i innych substancji chemicznych. Polimorfizm wpywa na struktur genw izoenzymw cytochromu P450, ktre s istotne w procesie biotransformacji lekw (Niemira i in., 2009). Nale do nich: CYP2A6, 2C9, 2C19, 2D6, 2E1 oraz 3A4. Kady z tych izoenzymw wystpuje w kilku odmianach polimorficznych. Wyrnia si trzy typy pacjentw, w zalenoci od zdolnoci metabolizowania lekw. Pierwsza grupa to tzw. “przecitnie metabolizujcy”, ktrych forma izoenzymu CYP jest typowa. Osoby ze zmienionym jednym z alleli kodujcych enzym CYP, s heterozygotami i okrelamy je jako „porednio metabolizujce”. Pacjenci „sabo metabolizujcy” s najczciej homozygot recesywn. Charakteryzuj si zmniejszon aktywnoci izoenzymu lub nawet jego brakiem. Osoby „bardzo intensywnie metabolizujce” mog natomiast posiada wicej ni dwie kopie genu (Weinshilboum, 2003). Enzym CYP2D6 wykazuje aktywno hydroksylazy debryzochiny. Jest najlepiej poznan izoform cytochromu P450 (Smolik i in., 2011). Poznano 40 rnicych si midzy sob odmian polimorficznych tego biaka. Oznacza si je symbolami *1 do *43 i obejmuj one m.in. 26 alleli, ktre koduj niefunkcjonalny enzym i 6 alleli, kodujcych enzym o niskiej aktywnoci (Niemira i in., 2009). Takie zrnicowanie genetyczne CYP2D6, ma swoje konsekwencje, gdy enzym ten uczestniczy w metabolizmie ok. 25% stosowanych farmaceutykw (Smolik i in., 2011) takich jak: leki antydepresyjne, β-blokery czy opioidy (Niemira i in., 2009). Enzym CYP2D6 kodowany jest przez gen 450 db1, nalecy do rodziny CYP2D. Znajduje si on na chromosomie 22q13.1. To gen skadajcy si z 9 egzonw, zbudowany z 1491 par zasad, kodujcych 497 aminokwasw. Ulega ekspresji w mzgu, wtrobie i jelicie. Zidentyfikowano 196 polimorfizmw pojedynczego nukleotydu enzymu CYP2D6 (Smolik i in., 2011). Nieaktywny enzym CYP2D6 posiada 20% osb nalecych do kaukaskiej grupy etnicznej oraz ok. 1% reszty populacji. 6% ludzkoci nie posiada tego enzymu. Pacjenci sabo metabolizujcy, naraeni s na wystpowanie toksycznych dziaa niepodanych stosowanego leku, gdy zahamowany metabolizm obnia tempo jego wydalania z organizmu. Przykadem s leki antydepresyjne. Farmaceutyki przeciwblowe, opioidowe i antyarytmiczne, wymagaj enzymatycznej aktywacji, std brak izoenzymu CYP2D6 obnia rwnie skuteczno tych lekw (Niemira i in., 2009). Zauwaono powizanie wystpowania polimorfizmw w CYP2D6 z predyspozycj do zachorowania na nowotwory i choroby neurologiczne. U osb wolno metabolizujcych, stwierdzono zwikszon zachorowalno na padaczk i chorob Parkinsona. Natomiast pacjenci szybko utleniajcy leki, mog by bardziej naraeni na nowotwr pcherza moczowego, jder, szyjki macicy, puc czy piersi (Wojtczak i Skrtkowicz, 2009). CYP2C9 metabolizuje ponad sto lekw. Znanych jest kilka odmian tego enzymu np. CYP2C9*2, CYP2C9*3, rnice si jednym aminokwasem, ktre wystpuj u okoo 20% caej populacji kaukaskiej oraz u 2-3% w azjatyckiej grupie etnicznej. Ich obecno powoduje obnienie metabolizmu lekw: antykoagulacyjnych (acenokumarol, warfaryna), niesteroidowych lekw przeciwzapalnych (diklofenak, ibuprofen) i lekw przeciwpadaczkowych (fenytoina). Pacjenci posiadajcy wersj genu CYP2C9*3, charakteryzuj si bardzo sab zdolnoci metabolizowania warfaryny, ktra obnia krzepliwo krwi. U takich osb, lek wystpuje we krwi w wysokim steniu. Stwarza to zagroenie krwotoku wewntrznego. Z kolei pacjenci z wersjami CYP2C9*2 i CYPC9*3, naraeni s na zwikszone stenie fenytoiny we krwi, co jest toksyczne dla ukadu nerwowego. W obu tych przypadkach konieczne jest zastosowanie zmniejszonej dawki leku (Niemira i in., 2009). CYP2C19 metabolizuje niewielk liczb lekw (Niedzielska i in., 2007). Odmiany polimorficzne tego izoenzymu zostay odkryte podczas bada przemian mefenytoiny, ktr stosuje si w leczeniu padaczki. Zdecydowanie wicej osb sabo metabolizujcych wystpuje w Azji, ni w kaukaskiej grupie etnicznej. Poznano okoo 15 alleli genu kodujcego CYP2C19, z czego sze (CYP2C19*2 do CYP2C19*8) koduj nieaktywny enzym. Najczciej wystpujce allele to: CYP2C19*2 (posiada mutacj w 5 egzonie) oraz CYP2C19*3 (zawiera kodon „stop”) (Niemira i in., 2009). Te dwa warianty powstaj na skutek zmiany pojedynczego nukleotydu. Polimorfizm genu kodujcego izoenzym CYP2C19, moe skutkowa skrceniem acuchw polipeptydowych, powstaniem przedwczesnych kodonw stop lub pozbawieniem aktywnoci enzymu (Niedzielska i in., 2007). Lek metabolizowany przez enzym CYP2C19 to omeprazol, ktry jest inhibitorem pompy protonowej. Jego zadaniem jest zmniejszenie wydzielania kwasw odkowych. Terapia ta stosowana jest m.in. w leczeniu wrzodw odka. Jednak u pacjentw sabo utleniajcych lek, stwierdzono wzrost stenia protonw (Mathijssen i van Schaik, 2006). Izoenzym CYP3A4 to jeden z najwaniejszych enzymw cytochromu P450 komrek wtroby i jelita cienkiego. Aktywno tego enzymu wykazano rwnie w odku, pucach i jelicie grubym oraz niektrych komrkach nowotworowych. To kluczowy enzym biorcy udzia w przemianach metabolicznych wielu zwizkw endogennych oraz lekw. Gen kodujcy CYP3A4 znajduje si na 7 chromosomie (7q22.1) (Winiewska i Mazerska, 2009). Poznano okoo 40 alleli tego genu. CYP3A4*1B jest najbardziej powszechn odmian polimorficzn (Niemira i in., 2009). Leki, ktre posiadaj w swojej budowie ugrupowania o charakterze lipofilnym s najczstszymi substratami CYP3A4. Nale do nich antybiotyki (cyklosporyna, erytromycyna), leki psychotropowe (triazolam, midazolam), leki przeciwnowotworowe (ifosfamid, cyklofosfamid i inne) oraz leki stosowane w schorzeniach ukadu krenia (diltiazem, nifedypina). Reakcje metabolizujce wyej wymienione grupy lekw to gwnie: hydroksylacja, ktrej ulegaj grupy benzylowe oraz alifatyczne fragmenty czsteczki, oksydacyjna N-dealkilacja, zachodzca w erytromycynie, lidokainie i N-dehalogenacja. Zwizki przeciwnowotworowe takie jak cyklofosfamid, ulegaj specyficznej 4-hydroksylacji. Spord zwizkw endogennych (kortyzol, testosteron, estradiol, progesteron) podstawow reakcj katalizowan przez CYP3A4 jest 6β-hydroksylacja testosteronu. Zwizki metabolizowane przez ten izoenzym charakteryzuj si obecnoci acuchw lub piercieni wglowodorowych, posiadajcych waciwoci lipofilowe oraz grup aminowych i hydroksylowych o charakterze polarnym. Konsekwencj oddziaywa hydrofobowych, midzy izoenzymem a substratem jest ich wzajemne zwizanie. Ta reakcja wymaga jednak usunicia czsteczek wody z centrum aktywnego enzymu. (Winiewska i Mazerska, 2009). CYP3A4*1B wystpuje u ponad 50% caej populacji Afroamerykanw i u 5% populacji kaukaskiej, nie zaobserwowano obecnoci tego genu u Azjatw. Znaczenie wystpowania mutacji w obrbie izoenzymu CYP3A4 nie jest do koca wyjanione. Okazuje si, e wikszo reakcji metabolizowanych przez prawidowy i zmutowany enzym CYP3A4, w tym metabolizm progesteronu i testosteronu, zachodzi w podobny sposb. Wyjtek stanowi zmiana w procesie metabolizowania testosteronu w obecnoci CYP3A4*17 oraz CYP3A4*18. Nie stwierdzono wic, czy mutacje izoenzymu CYP3A4, maj wpyw na przebieg procesw transformacji lekw, katalizowanych przez to biako. Uwaa si, e polimorfizmy izoenzymu CYP3A4 nie s istotne w przemianach lekw oraz wydalaniu ich z organizmu (Niemira i in., 2009). CYP2B6 jest jednym z gwnych enzymw katalizujcych transformacj lekw przeciwnowotworowych. Gen kodujcy ten izoenzym, posiada 25 rnych alleli. Aktywno CYP2B6 wykazuje zwizek z pci. Obnion aktywno tego biaka, w reakcji N-demetylacji S-mefenytoiny, mona zauway u 20% mczyzn i 7 % kobiet (Mathijssen i van Schaik, 2006). Izoforma CYP2B6*6 katalizuje reakcj 4-hydroksylacji cyklofosfamidu (lek przeciwnowotworowy), jak rwnie bierze udzia w transformacji leku - efawirenz - stosowanego podczas terapii pacjentw chorych na HIV. CYP1A2 metabolizuje zwizki kancerogenne. U osb intensywnie metabolizujcych, podwyszony poziom tego izoenzymu, powoduje zwikszenie stenia we krwi metabolitw: policyklicznych wglowodorw aromatycznych (benzopiren), amin heterocyklicznych, pochodzcych z ywnoci lub mykotoksyn (aflatoksyna) (Niemira i in., 2009).

Wykazano, e kontrola ekspresji enzymw CYP, odbywa si na poziomie transkrypcji. Substancje egzogenne wpywaj na aktywno receptorw jako ligandy, ktre aktywuj czynniki transkrypcyjne (Bogacz, 2009). Do takich czynnikw nale biaka z rodziny bHLH-PAS, jak rwnie receptory jdrowe, do ktrych zaliczamy NHR - hormonalne receptory jdrowe. Ahr (receptor wglowodorw aromatycznych) jest przedstawicielem bHLH-PAS. Ahr aktywowany jest przez wielopiercieniowe zwizki organiczne, takie jak dioksyny i ich pochodne (Niemira i in., 2009). Receptory NHR podzielono na trzy klasy. Klas I stanowi receptory steroidowe: progesteronowy, estrogenowy, androgenowy, glukokortykoidowy oraz mineralokortykoidowy. Do II klasy receptorw NHR zaliczamy: receptor tyroidowy, receptor kwasu retinolowego oraz receptor witaminy D. Klasa III to tzw. receptory „sieroce” (receptory, dla ktrych pocztkowo nie znano ligandu) (Bain i in., 2007). Zaliczamy tutaj: CAR - konstytutywny receptor androstanu, PXR - receptor pregnanu, PPAR - receptor, ktry jest aktywowany przez proliferatory peroksysomw, LXR - wtrobowy receptor X, FXR - receptor kwasw ciowych oraz RXR - receptor retinoidowy. Wyej wymienione czynniki, okrela si jako receptory ksenobiotykw (XR), gdy wanie od nich zaley aktywno biologiczna zwizkw egzogennych(Niemira i in., 2009).

Receptor Ahr powoduje hamowanie ekspresji enzymw z podrodziny CYP1A1, A2 oraz B1, a take wybranych genw kodujcych w II fazie metabolizmu ksenobiotykw. Dioksyny stanowice ligandy receptorw Ahr, posiadaj waciwoci toksyczne i mog by odpowiedzialne za wiksze uszkodzenia DNA u osb z podwyszonym poziomem CYP1A. Czynniki CAR i PXR bior udzia w regulacji ekspresji genw, kodujcych izoenzymy gwnie podrodziny CYP3A, ktre to odpowiadaj za metabolizm lekw (Bogacz, 2009). Receptory NHR na swoim C-kocu zawieraj: domen wic ligand (LBD), domen wic DNA (DBD), domeny, ktre aktywuj transkrypcj (AF-1 i AF-2) oraz centraln domen typu „zawias” (Monostory i Pascussi, 2008). Domena DBD zbudowana jest z dwch palcw cynkowych, ktre umoliwiaj rozpoznanie sekwencji, jak rwnie zwizanie si biaka w miejscu regulatorowym duego rowka DNA. Na domen LBD skadaj si: α-helisy, sygna, ktry kieruje do jdra komrkowego i motyw, ktry odpowiada za zmian konformacji receptora. Na swoim C-kocu domena LBD zawiera motyw AF-2, ktry podobnie jak AF-1, aktywuje transkrypcj. Zanim jednak domena zwie si z DNA, nastpuje modyfikacja chromatyny, ktra prowadzi do jej rozlunienia. W momencie gdy receptor nie jest aktywny, chromatyna wystpuje w stanie skondensowanym, a transkrypcja zostaje zahamowana (Niemira i in., 2009).

Badania dowiody, e wiele ksenobiotykw jest induktorami receptorw jdrowych izoenzymw cytochromu P450 (Honkakoski i Negishi, 2000). Geny kodujce enzymy CYP oraz receptory jdrowe, pozostaj w zalenoci o charakterze sprzenia zwrotnego. Enzymy metabolizuj specyficzne ligandy receptorw, wpywajc jednoczenie na ich odpowied, ktra prowadzi do indukcji ekspresji genw tych wanie enzymw (Niemira i in., 2009).

CAR i PXR to receptory, ktre porednicz w regulacji enzymw oraz biaek transportujcych, biorcych udzia w biotransformacji lekw. Oddziaywania pomidzy zastosowanymi farmaceutykami, wi si z aktywacj receptorw. Hyperforyna i rifampicyna aktywuj PXR, natomiast fenytoina i fenobarbital receptor CAR. Stymulacja tych receptorw, wie si z obnieniem stenia farmaceutykw, przeksztacanych przez izoenzymy CYP, ktre to ulegaj jednoczesnej indukcji (Wilson i Kliewer, 2002). W przypadku lekw nowotworowych aktywacja PXR rwnie ma istotne znaczenie. Antymitotyczne leki przeciwnowotworowe takie jak: docetaksol i paklitaksol posiadaj dziaanie wywoujce odmienne interakcje lek-lek. Badania wykazay, e traktowanie komrek paklitaksolem, spowodowao indukcj syntezy enzymu CYP3A4. Takiej zdolnoci nie posiada jednak docetaksol, gdy powoduje on zmian konformacji receptora LBD, czego konsekwencj jest brak indukcji ekspresji genu CYP3A4 (Niemira i in., 2009).

Poznany zosta rwnie inny mechanizm regulacji izoenzymw cytochromu P450. Zachodzi on podczas transkrypcji z udziaem czynnikw transkrypcyjnych: HNF1, HFN6, HNF4, HNF3 oraz C/EBP. Trzy ostatnie reguluj stenie hepatocytowego czynnika jdrowego HNF1α, ktrego dziaanie powoduje aktywacj ekspresji CYP1A2 i CYP2E1. Czynnik HNF4, ktry wie si z DNA w regionie HPF1, bierze udzia w regulacji izoenzymw podrodzin: CYP2A, CYP2D oraz CYP3A.

Na ekspresj genw CYP maj wpyw czynniki fizjologiczne i rodowiskowe. Konstytutywna ekspresja genw izoenzymw cytochromu P450, zaley rwnie od cytokin, czynnikw wzrostu, hormonw endogennych oraz przebytych chorb wtroby, stresu czy infekcji (Bogacz, 2009).

Bibliografia:
1. ALEXANDROV K., M. ROJAS i C. RONALDO, 2006. DNA damage by benzo(a)pyrene in human cells is increased by cigarette smoke and decreased by a filter containing rosemary extract, which lowers free radicals. Cancer Research, 66(24), 11938-11945.
2. BAIN D., A. HENEGHAN, K. CONNAGHAN-JONES i M. MIURA 2007. Nuclear receptor structure: implications for function. Annual Review of Physiology, 69, 201-220.
3. BOGACZ A., 2010. Ocena wpywu wybranych rolin leczniczych na poziom transkrypcji genw CYP3A1 i CYP 2D2 w badaniach in vivo. Pozna. Rozprawa doktorska.
4. BOTHAM K. i P. MAYES, 2018. Biochemia Harpera. Warszawa: Wydawnictwo Lekarskie PZWL.
5. GUENGERICH F., 2008. Cytochrome p450 and chemical toxicology. Chemical Research in Toxicology, 21(1), 70-83.
6. HAMES D. i N. HOOPER, 2012.Krtkie wykady. Biochemia. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.
7. HONKAKOSKI P. i M. NEGISHI, 2000. Regulation of Cytochrome P450 (CYP) genes by nuclear receptors. Biochemical Journal, 347(2), 321-337
8. ISIN E. i F. GUENGERICH, 2007. Complex reactions catalyzed by Cytochrome P450 enzymes. Biochimica et Biophysica Acta, 1770(3), 314-329.
9. JAWIE J. i R. OLSZANECKI, 2017. Farmakologia autakoidw. W: R. KORBUT, red. Farmakologia. Warszawa: Wydawnictwo Lekarskie PZWL, s. 129 -209.
10. MATHIJSSEN R. i R. VAN SCHAIK, 2006. Genotyping and phenotyping Cytochrome P450: perspectives for cancer treatment. EuropeanJournal of Cancer, 42(2), 141-148.
11. MONOSTORY K. i J. PASCUSSI, 2008. Regulation of Drug-metabolizing Human Cytochrome P450s. Acta Chimica Slovenica, 55, 20-37.
12. NIEDZIELSKA E., D. WJCIK, A. DOROSZKO, W. PIETRAS, M. NIEDZIELSKA i A. CHYBICKA, 2007. Rola polimorfizmu genetycznego w metabolizmie lekw stosowanych w leczeniu dzieci z ostrymi biaaczkami. Acta Haematologica Polonica, 38(1), 37–46.
13. NIEMIRA M., A. WINIEWSKA i Z. MAZERSKA, 2009. Rola polimorfizmu i zrnicowanej ekspresji genw cytochromw P450 w metabolizmie ksenobiotykw. Postpy Biochemii, 55(3), 279-289.
14. OHYAMA Y., S. MEANEY, M. HEVERIN, L. EKSTRM, A. BRAFMAN, M.SHAFIR, U. ANDERSSON, M. OLIN, G. EGGERTSEN, U. DICZFALUSY, E. FEINSTEIN i I. BJRKHEM, 2006. Studies on the transcriptional regulation of cholesterol 24-hydroxylase (CYP46A1): marked insensitivity toward different regulatory axes. The Journal of Biological Chemistry, 281(7), 3810-3820.
15. PELKONEN O., M. TURPEINEN, J. HAKKOLA, P. HONKAKOSKI, J. HUKKAKEN i H. RAUNIO, 2008. Inhibition and induction of human cytochrome P450 enzymes: current status. Archives of Toxicology, 82(10), 667-715.
16. REED J. i P. HOLLENBERG, 2003. Comparison of substrate metabolism by cytochromes P450 2B1, 2B4, and 2B6: Relationship of heme spin state, catalysis, and the effects of cytochrome b5. Journal of Inorganic Biochemistry, 93(3-4), 152-160.
17. SANSEN S., M. HSU, C. STOUT i E. JOHNSON, 2007. Structural insight into the altered substrate specificity of human cytochrome P450 2A6 mutants. Archives of Biochemistry and Biophysics, 464(2), 197-206.
18. SELISKAR M. i D. ROZMAN, 2007. Mammalian cytochromes P450-importance of tissue specificity. Biochimica et Biophysica Acta, 1770(3), 458-466.
19. SMOLIK S., D. DOMAL-KWIATKOWSKA i L. WGLARZ, 2011. Polimorfizm genetyczny wybranych alleli cytochromu CYP2D6 u pacjentw z kardiomiopati rozstrzeniow i zapaleniem minia sercowego. Annales Academiae Medicae Silesiensis, 65(3), 34-40.
20. STRYER L., 2003. Biochemia. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.
21. SZAEFER H., M. CICHOCKI i A. MAJCHRZAK-CELISKA, 2013. Nowe cytochromy P450 jako biomarkery i potencjalne cele oddziaywania w chemioprewencji i terapii nowotworw. Postpy Higieny i Medycyny Dowiadczalnej, 67, 709-718.
22. TOMASZEWSKI P., G. KUBIAK-TOMASZEWSKA i J. PACHECKA, 2008. Cytochrome P450 polymorphism - molecular, metabolic and pharmacogenetic aspect. II. Participation of CYP isoenzymes in the metabolism of endogenous substances and drugs. Acta Poloniae Pharmaceutica-Drug Research, 65(3), 307-318, ISSN 0001-6837.
23. WEINSHILBOUM R., 2003. Inheritance and drug response. The New England Journal of Medicine, 348(6), 529-537.
24. WILSON T. i S. KLIEWER, 2002. PXR, CAR and drug metabolism. Nature Reviews Drug Discovery, 1(4), 259-266.
25. WINIEWSKA A. i Z. MAZERSKA, 2009. Izoenzymy cytochromu P450 w metabolizmie zwizkw endo- i egzogennych. Postpy biochemii, 55(3), 259-271.
26. WINIEWSKA A., 2008. Metaboliczna transformacja in vitro przeciwnowotworowych pochodnych 9-amino-1-nitroakrydyny w aspekcie ich dziaania przeciwnowotworowego i toksycznoci oglnej. Gdask. Rozprawa doktorska.
27. WINIEWSKA A., K. JAGIEO i Z. MAZERSKA, 2009. Reduktaza NADPH: cytochrom P450 - nie tylko partner cytochromu P450. Postpy Biochemii, 55(3), 272-278.
28. ZHANG Y., W. ZHANG, H. YANG, W. ZHOU, C. HU i L. ZHANG, 2008. Two cytochrome P450 aromatase genes in the hermaphrodite ricefield eel Monopterusalbus: mRNA expression during ovarian development and sex change. Journal of Endocrinology, 199(2), 317-331.




Podrcznik biotechnologii

Kto jest online

106 anonymous users oraz 0 registered users online.

Jeste niezarejestrowanym lub niezalogowanym uytkownikiem.


 
 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania spoecznociowego.Tu zrealizuj si Twoje pomysy. Portal popularnonaukowy

Portal: Redakcja . Wsppraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeone 2006-2016 e-biotechnologia.pl
stat4u