ALOX12 ( EC 1.13.11.31), также известный как арахидонат 12-липоксигеназа , 12-липоксигеназа , 12 S -липоксигеназа , 12-LOX и 12 S -LOX , представляет собой фермент типа липоксигеназы , который у людей кодируется геном ALOX12 , расположенным вместе с другими липоксигеназами на хромосоме 17p13.3. [5] [6] ALOX12 представляет собой белок массой 75 килодальтон , состоящий из 663 аминокислот.
Другие систематические названия ALOX12 включают 12S-липоксигеназу, 12-липоксигеназу тромбоцитарного типа, арахидонат: кислород 12-оксидоредуктазу, дельта12-липоксигеназу, 12Delta-липоксигеназу и липоксигеназу C-12. ALOX12, часто называемая 12-липоксигеназой пластинчатого тромбоцитарного типа, отличается от 12-липоксигеназы лейкоцитарного типа, которая встречается у мышей, крыс, коров и свиней, но не у людей. 12-липоксигеназа лейкоцитарного типа у этих видов животных имеет 73–86% аминокислотной идентичности с человеческим ALOX15, но только 57–66% идентичности с человеческим 12-липоксигеназой тромбоцитарного типа и, подобно ALOX15, метаболизирует арахидоновую кислоту в первую очередь до 15( S )-гидроперокси-5 Z ,8 Z ,11 Z ,13 E -эйкозатетраеновой кислоты (т. е. 15( S )-HpETE; см. 15-гидроксиэйкозатетраеновая кислота ). [7] Соответственно, лейкоцитарная 12-липоксигеназа грызунов считается ортологом ALOX15 и обозначается как Alox15 . [8]
Человеческие ALOX12 и ALOX15, а также лейкоцитарные Alox12 и Alox15 грызунов обычно называют 12/15-липоксигеназами на основании их способности метаболизировать арахидоновую кислоту как до 12( S )-HpETE, так и до 15( S )-HpETE, а также проводить тот же метаболизм с арахидоновой кислотой, которая этерифицируется с мембранными фосфолипидами ; человеческий ALOX15B производит 15( S )-HpETE, но не 12( S )-HpETE, и поэтому не считается 12/15-липоксигеназой. [9] Исследования роли ALOX12 в патофизиологии с использованием основных моделей для таких функциональных исследований, крыс и мышей, сложны, поскольку ни один из видов не обладает липоксигеназой , которая делает преобладающим 12( S )-HETE и, следовательно, метаболически эквивалентна ALOX12. [7] [9] Например, функции, выведенные для Alox12 у мышей, дефицитных по Alox12 с использованием методов нокаута , могут не указывать на аналогичную функцию ALOX12 у людей из-за различий в метаболической активности этих двух ферментов. Функция ALOX12 еще больше затуманена человеческим ALOX15, который метаболизирует арахидоновую кислоту в основном до 15( S )-HpETE, но также производит меньшие, но все еще значительные количества 12( S )-HpETE (см. ALOX15 ).
ALOX12 также отличается от арахидонат-12-липоксигеназы типа 12R (ALOX12B), которая метаболизирует арахидоновую кислоту до R -стереоизомера 12( S )-HpETE, а именно, 12( R )-гидроперокси-5 Z ,8 Z ,10 E ,14 Z -икозатетраеновой кислоты (12( R )-HpETE), продукта с совершенно иной патофизиологической ролью, чем у 12( S )-HpETE (см. ALOX12B ).
ALOX12, первоначально названный арахидонат-12-липоксигеназой, был впервые охарактеризован лауреатом Нобелевской премии Бенгтом И. Самуэльссоном и его знаменитым коллегой Матсом Хамбергом в 1974 году, показав, что тромбоциты человека метаболизируют арахидоновую кислоту не только по хорошо известному циклооксигеназному пути в простагландины и 12-гидроксигептадекатриеновую кислоту , но и по циклооксигеназно-независимому пути в 12( S )-гидроперокси-5,8,10,14-эйкозатетраеновую кислоту; эта активность была первой охарактеризованной липоксигеназной активностью млекопитающих. [10] В 1975 году этому метаболиту была приписана первая биологическая активность в исследованиях, показавших, что он имитирует хемотаксис нейтрофилов человека . [11] В течение нескольких лет после этого человеческий ALOX12 был очищен, охарактеризован биохимически и его ген был клонирован на молекулярном уровне . [7] [12]
Основываясь преимущественно на наличии его мРНК , человеческий ALOX12 распределяется преимущественно в тромбоцитах и лейкоцитах крови и на более низких уровнях в базальном слое эпидермиса (особенно в поражениях кожи при псориазе ), островках Лангерганса в поджелудочной железе и некоторых видах рака. [13]
Контроль активности ALOX12, по-видимому, в основном зависит от доступности его субстратов полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), которые высвобождаются из хранилища в мембранных фосфолипидах при стимуляции клеток. [14] Фермент участвует в метаболизме арахидоновой кислоты, проводя следующую химическую реакцию , в которой его субстратами являются арахидоновая кислота (также называемая арахидонатом или, химически, 5 Z ,8 Z ,11 Z ,14 Z -эйкозатетраеновая кислота) и O 2 (т. е. кислород ), а его продуктом является 12 S -гидроперокси-5 Z ,8 Z ,10 E ,14 Z -эйкозатетраеновая кислота (т. е. 12 S -гидропероксиэйкозатетраеновая кислота или 12 S -HpETE): [10] [15]
В клетках 12 S HpETE может далее метаболизироваться самим ALOX12, ALOXE3 или, возможно, другими, пока еще не полностью идентифицированными, синтезами гепоксилина в гепоксилин A3 (8 R/S -гидрокси-11,12-оксидо-5 Z ,9 E ,14 Z -эйкозатриеновая кислота) и B3 (10 R/S -гидрокси-11,12-оксидо-5 Z ,8 Z ,14 Z -эйкозатриеновая кислота): [16] [17] [18]
Гепоксилины могут способствовать определенным воспалительным реакциям, усиливать восприятие боли (например, тактильную аллодинию ), регулировать регионарный кровоток и способствовать регуляции артериального давления в моделях животных (см. Гепоксилины ). Однако гораздо чаще 12 S -HpETE быстро восстанавливается до своего гидроксильного продукта повсеместной клеточной пероксидазной активностью, образуя таким образом 12 S -гидрокси-5 Z ,8 Z ,10 E ,14 Z -эйкозатетраеновую кислоту, т. е. 12-гидроксиэйкозатетраеновую кислоту или 12 S -HETE: [19]
12 S -HETE способствует воспалительным реакциям, может быть вовлечен в восприятие пуритиса (т. е. зуда) на коже и регулирует региональный кровоток в моделях животных; он также способствует злокачественному поведению культивируемых человеческих раковых клеток, а также росту некоторых видов рака в моделях животных (см. 12-HETE ). В то время как арахидонат и 12( S )-HETE являются преобладающими субстратами и продуктами, соответственно, ALOX12, фермент также метаболизирует другие ПНЖК.
Он метаболизирует омега-3 жирную кислоту , докозагексаеновую кислоту (DHA, т.е. 4( Z ),7( Z ),10( Z ),13( Z ),16( Z ),19( Z )-докозагексаеновую кислоту в 14( R )-гидроперокси-4( Z ),8( Z ),10( Z ),12( E ),16( Z ),19( Z )-докозагексаеновую кислоту) (т.е. 17-гидроперокси-DHA)
Затем ALOX12 или неопознанный фермент типа эпоксидазы может метаболизировать этот промежуточный продукт в эпоксид, 13,14-эпокси-4( Z ),7( Z ),9( E ),11( E ),16( Z ),19( Z )-докозагексаеновую кислоту (т.е. 13,14-e-марезин)
Далее он метаболизируется в 7 R ,14 S -дигидрокси-4 Z ,8 E ,10 E ,12 Z ,16 Z ,19 Z -докозагексаеновую кислоту (т.е. Марезин 1) с помощью неопознанного фермента типа эпоксидгидролазы :
Марезин 1 обладает набором активностей, которые могут быть противоположны таковым 12( S )-HETE и гепоксилинов; он является представителем класса метаболитов ПНЖК, называемых специализированными проразрешающими медиаторами (СПМ), которые обладают противовоспалительной, обезболивающей и другой защитной активностью. [20] ALOX12 также действует на лейкотриен A4 (LTA4) в двухклеточной реакции, называемой трансцеллюлярным метаболизмом: человеческие нейтрофилы метаболизируют арахидоновую кислоту до ее 5,6-эпоксида, LTA4, и высвобождают этот промежуточный продукт в соседние нейтрофилы, которые метаболизируют его до липоксина A4 (5 S ,6 R ,15 S -тригидрокси-7 E ,9 E ,11 Z ,13 Z -эйкозатетраеновая кислота) и липоксина B4 (5 S ,14 R ,15 S -тригидрокси-6 E ,8 Z ,10 E ,12 E -эйкозатетраеновая кислота); оба липоксина являются СПМ со многими СПМ-подобными активностями (см. липоксин ). [21] ALOX12 может также метаболизировать меньшие количества DHA во вторичные продукты, включая 17-гидроперокси-DHA, 11-гидроперокси-DHA и 8,14-дигидрокси-DHA [20] ALOX12 может также метаболизировать 5( S )-HETE в 5 S ,12 S- дигидроксиэйкозатетраеновую кислоту (12,15-diHETE) и 15 S -HETE в 14,15 S -diETE. [14] Хотя эти соединения не были тщательно оценены на предмет биологической активности, было показано, что 17-гидроперокси-HDHA и восстановленный продукт, в который он быстро превращается в клетках, 17-гидрокси-HDHA, подавляют рост культивируемых клеток рака простаты человека, заставляя их входить в апоптоз . [22]
Исследования на грызунах, у которых отсутствует или дефицитна лейкоцитарная 12-липоксигеназа Alox12 (которая наиболее тесно связана с человеческим ALOX15), указывают на участие этого фермента в: а) предотвращении развития и осложнений диабета, вызванного диетой и/или генетическими факторами , дисфункции жировых клеток/тканей и ожирения; б) развитии атеросклероза и стеатогепатита ; б) регулировании сокращения, расширения, давления, ремоделирования и ангиогенеза кровеносных сосудов ; в) поддержании нормальной функции почек, нервной системы и мозга; и г) развитии болезни Альцгеймера . [8] [9] [23] В этих исследованиях обычно неясно, какой метаболит(ы) Alox12 был задействован, если таковые имелись.
Метаболический синдром представляет собой совокупность по крайней мере трех из пяти следующих медицинских состояний: абдоминальное (центральное) ожирение , повышенное артериальное давление , повышенный уровень глюкозы в плазме натощак (или явный диабет ), высокий уровень триглицеридов в сыворотке и низкий уровень липопротеинов высокой плотности (ЛПВП). Уровень ALOX12 и его метаболита 12( S )-HETE повышен в островках Лангерганса пациентов с диабетом 1-го или 2-го типа , а также в жировых клетках белой жировой ткани пациентов с патологическим ожирением и диабетом 2-го типа. [8] PP -клетки (т. е. гамма-клетки) островков поджелудочной железы, по-видимому, являются основным, если не единственным местом, где экспрессируется ALOX12 у этих пациентов. [8] Исследования предполагают, что в островках Лангерганса ALOX12 и его продукт 12( S )-HETE вызывают избыточную продукцию активных форм кислорода и воспаление, которые приводят к потерям в бета-клетках, секретирующих инсулин , и, таким образом, к диабету 1 и 2 типов, и что в жировой ткани избыток AlOX12, 12( S )-HETE, активных форм кислорода и воспаление приводят к дисфункции жировых клеток (см. также 12-HETE#Воспаление и воспалительные заболевания и 12-HETE#Диабет ). Действительно, в одном исследовании однонуклеотидный полиморфизм , rs2073438, [24], расположенный в интронной области гена ALOX12, был значительно связан с общей и процентной массой жира у страдающих ожирением по сравнению с молодыми китайскими мужчинами, не страдающими ожирением. [8] [13] [18] ALOX12 и 12( S )-HETE также участвуют в эссенциальной гипертонии (см. следующий раздел). Следовательно, ALOX12 и его метаболит(ы) могут способствовать развитию и/или прогрессированию ожирения, диабета, гипертонии и/или метаболического синдрома.
Селективный, но не полностью специфичный ингибитор ALOX12 снизил реакцию роста культивируемых эндотелиальных клеток человека на основной фактор роста фибробластов и фактор роста эндотелия сосудов (VEGF); это снижение было частично отменено 12( S )-HETE; 12( S )-HETE также стимулирует линии клеток простаты человека к выработке VEGF. [19] Эти результаты показывают, что реакция роста на два фактора роста включает в себя стимуляцию ими выработки 12( S )-HETE эндотелиальными клетками и, следовательно, ALOX12 может быть мишенью для снижения неоваскуляризации, которая способствует артритным и онкологическим заболеваниям. 12( S )-HETE также расширяет коронарные микроциркуляторные артерии человека, активируя калиевые каналы BKca гладких мышц этих сосудов и, следовательно, предполагается, что это гиперполяризующий фактор, происходящий из эндотелия . [9] [19] Наконец, один нуклеотидный вариант в гене ALOX12 (R261Q [3957 G>A]) был связан с эссенциальной гипертонией и повышением экскреции с мочой 12( S )-HETE у людей и может быть фактором, способствующим эссенциальной гипертонии (см. также 12-HETE#Артериальное давление ). [9] [25]
Пациенты с болезнью Альцгеймера или другими формами деменции имеют значительно более высокие уровни 12( S )-HETE (и 15( S )-HETE) в спинномозговой жидкости по сравнению с нормальными людьми того же возраста. Дополнительные исследования на моделях грызунов, несущих человеческие мутировавшие гены белка-предшественника амилоида и/или белка тау (см. белок тау#Клиническое значение ), которые вызывают синдромы, подобные деменции Альцгеймера, указывают на участие 12( S )-HETE, 15( S )-HETE и фермента типа 12/15-липоксигеназы в развитии и прогрессировании симптомов, подобных болезни Альцгеймера, и результатов у этих животных. [23] В одном исследовании было обнаружено повышение уровня мРНК ALOX12 в мозговой ткани пациентов с болезнью Альцгеймера по сравнению с контрольными пациентами. [13] Эти результаты предполагают, что ALOX12 (или ALOX15) может способствовать развитию болезни Альцгеймера у людей.
Исследования рака предстательной железы показывают, что линии клеток рака предстательной железы человека в культуре сверхэкспрессируют ALOX12, сверхпродуцируют 12( S )-HETE и реагируют на 12( S )-HETE увеличением скорости пролиферации, увеличением экспрессии интегринов на клеточной поверхности , увеличением выживаемости и задержкой апоптоза , а также увеличением продукции фактора роста эндотелия сосудов и ММП9 (т. е. матриксной металлопептидазы 9); селективные (но не полностью) специфические ингибиторы ALOX12 снижают пролиферацию и выживаемость этих клеток (см. также 12-HETE#рак простаты ). Эти данные свидетельствуют о том, что ALOX12 и его продукт 12( S )-HETE могут способствовать росту и распространению рака предстательной железы у людей. [19] Недавно гиперметилирование гена ALOX12 в ткани рака предстательной железы было связано с клиническими предикторами высокой частоты рецидивов заболевания. [26] Некоторые исследования показали, что 12( S )-HETE также способствует росту и/или связанному с этим прозлокачественному поведению различных других типов культивируемых линий раковых клеток (см. 12-HETE#Другие виды рака ). [19] Было показано, что ALOX12 взаимодействует с кератином 5 и LMNA , как было показано в библиотеке взаимодействия двухгибридных дрожжей из клеток эпидермоидной карциномы человека A431 ; эти белки являются кандидатами на регуляцию 12-LOX, особенно в опухолевых клетках. [27]
Хотя ALOX12 и его основные метаболиты, 12( S )-HpETE и 12( S )-HETE впервые были идентифицированы в тромбоцитах человека, их роль в функционировании тромбоцитов остается спорной и неясной; возможно, что метаболический путь ALOX12-12( S )-HETE имеет двойную функцию, стимулируя или ингибируя реакции тромбоцитов в зависимости от изучаемого стимулирующего агента и реакции, но ингибирование ALOX12 может в конечном итоге оказаться полезным для ингибирования свертывания крови, связанного с тромбоцитами. [19]
Ген ALOX12 имеет аллели восприимчивости (rs6502997, [28] rs312462, [29] rs6502998, [30] и rs434473 [31] ) к паразитарному заболеванию , врожденному токсоплазмозу человека . [13] [32] Таким образом, плод -носитель этих аллелей страдает повышенной восприимчивостью к этому заболеванию.