stringtranslate.com

CYP2E1

Цитохром P450 2E1 (сокращенно CYP2E1 , EC 1.14.13.n7) является членом системы оксидазы смешанной функции цитохрома P450 , которая участвует в метаболизме ксенобиотиков в организме. Этот класс ферментов делится на ряд подкатегорий, включая CYP1, CYP2 и CYP3, которые как группа в значительной степени отвечают за расщепление чужеродных соединений у млекопитающих. [5]

Хотя сам CYP2E1 осуществляет относительно небольшое количество этих реакций (~4% известных окислений лекарственных препаратов, опосредованных P450), он и связанные с ним ферменты CYP1A2 и CYP3A4 отвечают за расщепление многих токсичных химических веществ из окружающей среды и канцерогенов, попадающих в организм, в дополнение к основным метаболическим реакциям, таким как окисление жирных кислот. [6]

Белок CYP2E1 локализуется в эндоплазматическом ретикулуме и индуцируется этанолом, диабетическим состоянием и голоданием. Фермент метаболизирует как эндогенные субстраты, такие как этанол, ацетон и ацеталь, так и экзогенные субстраты, включая бензол, четыреххлористый углерод, этиленгликоль и нитрозамины, которые являются премутагенами, обнаруженными в сигаретном дыме. Благодаря множеству субстратов этот фермент может быть вовлечен в такие разнообразные процессы, как глюконеогенез, цирроз печени, диабет и рак. [7]

Функция

CYP2E1 — это мембранный белок, экспрессируемый в больших количествах в печени, где он составляет почти 50% от общей мРНК печеночного цитохрома P450 [8] и 7% от белка печеночного цитохрома P450. [9] Таким образом, печень — это место, где большинство лекарственных препаратов подвергаются дезактивации CYP2E1 либо напрямую, либо путем облегченного выведения из организма.

Фермент CYP2E1 метаболизирует в основном небольшие полярные молекулы, включая токсичные лабораторные химикаты, такие как диметилформамид , анилин и галогенированные углеводороды (см. таблицу ниже) . Хотя эти окисления часто приносят пользу организму, некоторые канцерогены и токсины биоактивируются CYP2E1, что указывает на участие фермента в возникновении гепатотоксичности, вызванной определенными классами лекарств (см . раздел о значимости заболеваний ниже).

CYP2E1 также играет роль в нескольких важных метаболических реакциях, включая преобразование этанола в ацетальдегид и ацетат у людей, [10] где он работает вместе с алкогольдегидрогеназой и альдегиддегидрогеназой . В последовательности преобразования ацетил-КоА в глюкозу CYP2E1 преобразует ацетон через гидроксиацетон (ацетол) в пропиленгликоль и метилглиоксаль , предшественники пирувата , ацетата и лактата . [11] [12] [13]

CYP2E1 также осуществляет метаболизм эндогенных жирных кислот, такой как ω-1 гидроксилирование жирных кислот, таких как арахидоновая кислота , вовлекая его в важные сигнальные пути, которые могут связывать его с диабетом и ожирением. [14] Таким образом, он действует как монооксигеназа, метаболизируя арахидоновую кислоту в 19-гидроксиэйкозатетраеновую кислоту (19-HETE) (см. 20-гидроксиэйкозатетраеновая кислота ). Однако он также действует как эпоксигеназная активность для метаболизма докозагексаеновой кислоты в эпоксиды , в первую очередь 19 R ,20 S -эпоксиэйкозапентаеновой кислоты и изомеров 19 S ,20 R -эпоксиэйкозапентаеновой кислоты (называемых 19,20-EDP) и эйкозапентаеновой кислоты в эпоксиды, в первую очередь 17 R ,18 S -эйкозатетраеновой кислоты и изомеров 17 S ,18 R -эйкозатетраеновой кислоты (называемых 17,18-EEQ). [15] 19-HETE является ингибитором 20-HETE, широко активной сигнальной молекулы, например, она сужает артериолы , повышает кровяное давление, способствует воспалительным реакциям и стимулирует рост различных типов опухолевых клеток; Однако способность и значение 19-HETE in vivo в ингибировании 20-HETE не были продемонстрированы. Метаболиты EDP ( эпоксидокозапентаеновая кислота ) и EEQ ( эпоксиэйкозатетраеновая кислота ) обладают широким спектром активности. В различных моделях животных и исследованиях in vitro на тканях животных и человека они снижают гипертонию и восприятие боли; подавляют воспаление; ингибируют ангиогенез , миграцию эндотелиальных клеток и пролиферацию эндотелиальных клеток; и ингибируют рост и метастазирование линий клеток рака молочной железы и простаты человека. [16] [17] [18] [19] Предполагается, что метаболиты EDP и EEQ функционируют в организме человека так же, как и в животных моделях, и что, как продукты жирных кислот омега-3 , докозагексаеновой кислоты и эйкозапентаеновой кислоты, метаболиты EDP и EEQ способствуют многим полезным эффектам, приписываемым диетическим жирным кислотам омега-3. [16] [19] [20] Метаболиты EDP и EEQ являются короткоживущими, инактивируются в течение секунд или минут после образования эпоксидгидролазами , в частности растворимой эпоксидгидролазой , и поэтому действуют локально. CYP2E1 не считается основным фактором, способствующим образованию указанных эпоксидов [19]но может действовать локально в определенных тканях, делая это.

Субстраты

Ниже приведена таблица выбранных субстратов CYP2E1. Там, где перечислены классы агентов, могут быть исключения внутри класса.

Структура

CYP2E1 демонстрирует структурные мотивы, общие для других человеческих мембраносвязанных ферментов цитохрома P450 , и состоит из 12 основных α-спиралей и 4 β-слоев с короткими промежуточными спиралями, вкрапленными между ними. [14] Как и другие ферменты этого класса, активный центр CYP2E1 содержит атом железа , связанный с гемовым центром, который опосредует этапы переноса электронов , необходимые для проведения окисления его субстратов. Активный центр CYP2E1 является наименьшим из наблюдаемых в человеческих ферментах P450, с его небольшой емкостью, отчасти приписываемой введению изолейцина в положение 115. Боковая цепь этого остатка выступает над гемовым центром, ограничивая объем активного центра по сравнению с родственными ферментами, которые имеют менее объемные остатки в этом положении. [14] T 303 , который также выступает в активный центр, особенно важен для позиционирования субстрата над реакционноспособным железным центром и, следовательно, высококонсервативен многими ферментами цитохрома P450. [14] Его гидроксильная группа хорошо расположена для передачи водородной связи потенциальным акцепторам на субстрате, а его метильная группа также участвует в позиционировании жирных кислот в активном центре. [25] [26] Ряд остатков, проксимальных к активному центру, включая L 368, помогают создать суженный гидрофобный канал доступа, который также может быть важен для определения специфичности фермента по отношению к малым молекулам и ω-1 гидроксилированию жирных кислот. [14]

Выбранные остатки в активном центре CYP2E1. Созданы с использованием 3E4E (связаны с ингибитором 4-метилпиразолом).

Регулирование

Генетическая регуляция

У людей фермент CYP2E1 кодируется геном CYP2E1 . [27] Фермент был идентифицирован в печени плода, где он, как полагают, является преобладающим ферментом, метаболизирующим этанол, и может быть связан с тератогенезом , опосредованным этанолом . [28] У крыс в течение одного дня после рождения печеночный ген CYP2E1 активируется транскрипционно.

Экспрессия CYP2E1 легко индуцируется и может происходить в присутствии ряда его субстратов, включая этанол , [22] изониазид , [22] табак , [29] изопропанол , [6] бензол , [6] толуол , [6] и ацетон . [6] Для этанола в частности, по-видимому, существуют две стадии индукции: посттрансляционный механизм для повышения стабильности белка при низких уровнях этанола и дополнительная транскрипционная индукция при высоких уровнях этанола. [30]

Химическое регулирование

CYP2E1 ингибируется различными малыми молекулами, многие из которых действуют конкурентно . Два таких ингибитора, индазол и 4-метилпиразол , координируются с атомом железа активного центра и были кристаллизованы с рекомбинантным человеческим CYP2E1 в 2008 году, что дало первые настоящие кристаллические структуры фермента. [14] Другие ингибиторы включают диэтилдитиокарбамат [21] (при раке ) и дисульфирам [22] (при алкоголизме ).

Актуальность заболевания

CYP2E1 экспрессируется в высоких концентрациях в печени, где он выводит токсины из организма. [8] [9] При этом CYP2E1 биоактивирует различные распространенные анестетики, включая парацетамол (ацетаминофен) , галотан , энфлуран и изофлуран. [6] Окисление этих молекул CYP2E1 может приводить к образованию вредных веществ, таких как хлорид трифторуксусной кислоты из галотана [31] или NAPQI из парацетамола (ацетаминофена), и является основной причиной их наблюдаемой гепатотоксичности у пациентов.

CYP2E1 и другие ферменты цитохрома P450 могут непреднамеренно производить активные формы кислорода (ROS) в своем активном центре, когда катализ не координируется правильно, что приводит к потенциальному перекисному окислению липидов , а также окислению белков и ДНК. [14] CYP2E1 особенно восприимчив к этому явлению по сравнению с другими ферментами P450, что позволяет предположить, что уровни его экспрессии могут быть важны для негативных физиологических эффектов, наблюдаемых при ряде болезненных состояний. [14]

Уровни экспрессии CYP2E1 коррелируют с различными диетическими и физиологическими факторами, такими как потребление этанола, [32] диабет, [33] голодание, [34] и ожирение. [35] Похоже, что клеточные уровни фермента могут контролироваться молекулярным шапероном HSP90 , который при ассоциации с CYP2E1 обеспечивает транспорт в протеасому и последующую деградацию. Этанол и другие субстраты могут нарушать эту связь, что приводит к более высоким уровням экспрессии, наблюдаемым в их присутствии. [36] Повышенная экспрессия CYP2E1, сопровождающая эти состояния здоровья, может, таким образом, способствовать их патогенезу за счет увеличения скорости выработки ROS в организме. [14]

Согласно публикации 1995 года Y Hu et al., исследование на крысах выявило 8-9-кратное повышение CYP2E1 при голодании в одиночку, по сравнению с 20-кратным увеличением уровня фермента, сопровождающимся 16-кратным увеличением общей каталитической способности у крыс, которые были голодны и получали большие количества этанола в течение 3 последовательных дней. Голодание, по-видимому, повышает регуляцию продукции мРНК CYP2E1 в клетках печени, в то время как алкоголь, по-видимому, стабилизирует сам фермент после трансляции и, таким образом, защищает его от деградации нормальными клеточными протеолитическими процессами, давая этим двум независимым синергетическим эффектам.

Приложения

Деревья были генетически модифицированы для сверхэкспрессии фермента кролика CYP2E1. Эти трансгенные деревья использовались для удаления загрязняющих веществ из грунтовых вод, процесс, известный как фиторемедиация . [37]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000130649 – Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000025479 – Ensembl , май 2017 г.
  3. ^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  4. ^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  5. ^ Льюис ДФ, Лейк БГ, Бёрд МГ, Лоизу ГД, Дикинс М, Голдфарб П.С. (февраль 2003 г.). «Моделирование гомологии человеческого CYP2E1 на основе кристаллической структуры CYP2C5: исследование взаимодействий фермент-субстрат и фермент-ингибитор». Токсикология in Vitro . 17 (1): 93–105. doi :10.1016/s0887-2333(02)00098-x. PMID  12537967.
  6. ^ abcdef Rendic S, Di Carlo FJ (1997). «Ферменты цитохрома P450 человека: отчет о состоянии, суммирующий их реакции, субстраты, индукторы и ингибиторы». Обзоры метаболизма лекарств . 29 (1–2): 413–580. doi :10.3109/03602539709037591. PMID  9187528.
  7. ^ Общественное достояние  В этой статье использованы материалы из общедоступного источника "CYP2E1 cytochrome P450 family 2 subfamily E member 1 [ Homo sapiens (human) ]". Коллекция справочных последовательностей . Национальный центр биотехнологической информации .
  8. ^ ab Bièche I, Narjoz C, Asselah T, Vacher S, Marcellin P, Lidereau R, Beaune P, de Waziers I (сентябрь 2007 г.). "Количественная оценка уровней мРНК из семейств цитохромов (CYP)1, CYP2 и CYP3 в 22 различных тканях человека методом обратной транскриптазы-ПЦР". Pharmacogenetics and Genomics . 17 (9): 731–42. doi :10.1097/FPC.0b013e32810f2e58. PMID  17700362. S2CID  23317899.
  9. ^ ab Shimada T, Yamazaki H, Mimura M, Inui Y, Guengerich FP (июль 1994 г.). «Межиндивидуальные различия в ферментах цитохрома P-450 печени человека, участвующих в окислении лекарств, канцерогенов и токсичных химикатов: исследования с микросомами печени 30 японцев и 30 европеоидов». Журнал фармакологии и экспериментальной терапии . 270 (1): 414–23. PMID  8035341.
  10. ^ Хаяши С., Ватанабэ Дж., Каваджири К. (октябрь 1991 г.). «Генетические полиморфизмы в 5'-фланкирующей области изменяют транскрипционную регуляцию гена человеческого цитохрома P450IIE1». Журнал биохимии . 110 (4): 559–65. doi :10.1093/oxfordjournals.jbchem.a123619. PMID  1778977.
  11. ^ Glew, Robert H. "You Can Get There From Here: Acetone, Anionic Ketones and Even-Carbon Fatty Acids can Provide Substrates for Gluconeogenesis". Архивировано из оригинала 26 сентября 2013 г. Получено 8 марта 2014 г.
  12. ^ Miller ON, Bazzano G (июль 1965). «Метаболизм пропандиола и его связь с метаболизмом молочной кислоты». Annals of the New York Academy of Sciences . 119 (3): 957–73. Bibcode : 1965NYASA.119..957M. doi : 10.1111/j.1749-6632.1965.tb47455.x. PMID  4285478. S2CID  37769342.
  13. ^ Ruddick JA (1972). «Токсикология, метаболизм и биохимия 1,2-пропандиола». Toxicol Appl Pharmacol . 21 (1): 102–111. doi :10.1016/0041-008X(72)90032-4. PMID  4553872.
  14. ^ abcdefghi Porubsky PR, Meneely KM, Scott EE (ноябрь 2008 г.). «Структуры человеческого цитохрома P-450 2E1. Взгляд на связывание ингибиторов и субстратов с малым молекулярным весом и жирными кислотами». Журнал биологической химии . 283 (48): 33698–707. doi : 10.1074/jbc.M805999200 . PMC 2586265. PMID  18818195 . 
  15. ^ Westphal C, Konkel A, Schunck WH (ноябрь 2011 г.). «CYP-эйкозаноиды — новая связь между жирными кислотами омега-3 и сердечными заболеваниями?». Простагландины и другие липидные медиаторы . 96 (1–4): 99–108. doi :10.1016/j.prostaglandins.2011.09.001. PMID  21945326.
  16. ^ ab Fleming I (октябрь 2014 г.). «Фармакология оси цитохрома P450 эпоксигеназы/растворимой эпоксидгидролазы в сосудистой системе и сердечно-сосудистых заболеваниях». Pharmacological Reviews . 66 (4): 1106–40. doi :10.1124/pr.113.007781. PMID  25244930. S2CID  39465144.
  17. ^ Zhang G, Kodani S, Hammock BD (январь 2014). «Стабилизированные эпоксигенированные жирные кислоты регулируют воспаление, боль, ангиогенез и рак». Progress in Lipid Research . 53 : 108–23. doi : 10.1016/j.plipres.2013.11.003. PMC 3914417. PMID 24345640  . 
  18. ^ He J, Wang C, Zhu Y, Ai D (декабрь 2015 г.). «Растворимая эпоксидгидролаза: потенциальная цель для метаболических заболеваний». Журнал диабета . 8 (3): 305–13. doi : 10.1111/1753-0407.12358 . PMID  26621325.
  19. ^ abc Wagner K, Vito S, Inceoglu B, Hammock BD (октябрь 2014 г.). «Роль длинноцепочечных жирных кислот и их эпоксидных метаболитов в ноцицептивной сигнализации». Простагландины и другие липидные медиаторы . 113–115: 2–12. doi :10.1016/j.prostaglandins.2014.09.001. PMC 4254344. PMID  25240260 . 
  20. ^ Fischer R, Konkel A, Mehling H, Blossey K, Gapelyuk A, Wessel N, von Schacky C, Dechend R, Muller DN, Rothe M, Luft FC, Weylandt K, Schunck WH (март 2014 г.). «Пищевые жирные кислоты омега-3 модулируют профиль эйкозаноидов у человека в первую очередь через путь CYP-эпоксигеназы». Journal of Lipid Research . 55 (6): 1150–1164. doi : 10.1194/jlr.M047357 . PMC 4031946 . PMID  24634501. 
  21. ^ abcde Шведская экологическая классификация фармацевтических препаратов Факты для лиц, назначающих лекарства (Fakta för förskrivare)
  22. ^ abcdefghijklmno Flockhart DA (2007). «Взаимодействие лекарственных средств: таблица взаимодействия лекарственных средств с цитохромом P450». Медицинская школа Университета Индианы .Получено в июле 2011 г.
  23. ^ "Оценка Зопиклона" (PDF) . Всемирная организация здравоохранения. Основные лекарственные средства и продукты для здоровья . Всемирная организация здравоохранения. 2006. стр. 9 (Раздел 5. Фармакокинетика) . Получено 5 декабря 2015 г. .
  24. ^ "Верапамил: Информация о препарате. Лексикомп". UpToDate . Получено 2019-01-13 .
  25. ^ Fukuda T, Imai Y, Komori M, Nakamura M, Kusunose E, Satouchi K, Kusunose M (январь 1993 г.). «Замена Thr-303 P450 2E1 серином изменяет региоселективность его гидроксилазной активности жирных кислот». Журнал биохимии . 113 (1): 7–12. doi :10.1093/oxfordjournals.jbchem.a124006. PMID  8454577.
  26. ^ Fukuda T, Imai Y, Komori M, Nakamura M, Kusunose E, Satouchi K, Kusunose M (февраль 1994 г.). «Различные механизмы региоселекции гидроксилирования жирных кислот лауратными (омега-1)-гидроксилирующими P450, P450 2C2 и P450 2E1». Журнал биохимии . 115 (2): 338–44. doi :10.1093/oxfordjournals.jbchem.a124339. PMID  8206883.
  27. ^ Kölble K (декабрь 1993 г.). «Региональное картирование коротких тандемных повторов на человеческой хромосоме 10: ген цитохрома P450 CYP2E, D10S196, D10S220 и D10S225». Genomics . 18 (3): 702–4. doi :10.1016/S0888-7543(05)80378-7. PMID  8307581.
  28. ^ Raucy JL, Schultz ED, Wester MR, Arora S, Johnston DE, Omdahl JL, Carpenter SP (декабрь 1997 г.). «Цитохром P450 2E1 лимфоцитов человека, предполагаемый маркер алкоголь-опосредованных изменений в активности хлорзоксазона в печени». Drug Metabolism and Disposition . 25 (12): 1429–35. PMID  9394034.
  29. ^ Desai HD, Seabolt J, Jann MW (2001). «Курение у пациентов, получающих психотропные препараты: фармакокинетическая перспектива». CNS Drugs . 15 (6): 469–94. doi :10.2165/00023210-200115060-00005. PMID  11524025. S2CID  13197188.
  30. ^ Lieber CS (июнь 1999). «Микросомальная этанолокисляющая система (MEOS): первые 30 лет (1968-1998) — обзор». Алкоголизм: клинические и экспериментальные исследования . 23 (6): 991–1007. doi :10.1111/j.1530-0277.1999.tb04217.x. PMID  10397283.
  31. ^ Ray DC, Drummond GB (июль 1991). «Галотановый гепатит». British Journal of Anaesthesia . 67 (1): 84–99. doi : 10.1093/bja/67.1.84 . PMID  1859766.
  32. ^ Nanji AA, Zhao S, Sadrzadeh SM, Dannenberg AJ, Tahan SR, Waxman DJ (октябрь 1994 г.). «Значительно повышенная индукция цитохрома P450 2E1 и перекисное окисление липидов связаны с тяжелым поражением печени у крыс, получавших рыбий жир и этанол». Алкоголизм: клинические и экспериментальные исследования . 18 (5): 1280–5. doi :10.1111/j.1530-0277.1994.tb00119.x. PMID  7847620.
  33. ^ Koide CL, Collier AC, Berry MJ, Panee J (январь 2011 г.). «Влияние экстракта бамбука на печеночные биотрансформирующие ферменты — результаты исследования мышиной модели с ожирением и диабетом». Журнал этнофармакологии . 133 (1): 37–45. doi :10.1016/j.jep.2010.08.062. PMC 3471658. PMID  20832461 . 
  34. ^ Йоханссон И, Экстрём Г, Шольте Б, Пузыцки Д, Йорнвалл Х, Ингельман-Сундберг М (март 1988). "Этанол-, голодание- и ацетон-индуцируемые цитохромы Р-450 в печени крысы: регуляция и характеристики ферментов, принадлежащих к подсемействам генов IIB и IIE". Биохимия . 27 (6): 1925–34. doi :10.1021/bi00406a019. PMID  3378038.
  35. ^ Raucy JL, Lasker JM, Kraner JC, Salazar DE, Lieber CS, Corcoran GB (март 1991). «Индукция цитохрома P450IIE1 у тучных перекормленных крыс». Молекулярная фармакология . 39 (3): 275–80. PMID  2005876.
  36. ^ Китам ВО, Максимчук ОВ, Чащин М.О. (2012-12-17). "Возможные механизмы взаимодействия CYP2E1 с HSP90 и влияние этанола на них". BMC Structural Biology . 12 (1): 33. doi : 10.1186/1472-6807-12-33 . PMC 3544703 . PMID  23241420. 
  37. ^ Doty SL, James CA, Moore AL, Vajzovic A, Singleton GL, Ma C, Khan Z, Xin G, Kang JW, Park JY, Meilan R, Strauss SH, Wilkerson J, Farin F, Strand SE (октябрь 2007 г.). «Улучшенная фиторемедиация летучих загрязнителей окружающей среды с помощью трансгенных деревьев». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (43): 16816–21. Bibcode : 2007PNAS..10416816D. doi : 10.1073/pnas.0703276104 . PMC 2040402. PMID  17940038 . 

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки