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 человека кодируется геном ALOX12 , который располагается вместе с другими липойксгеназами 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, 12дельта-липоксигеназу и липоксигеназу C-12. ALOX12, часто называемая 12-липоксигеназой пластинчатого тромбоцитарного типа, отличается от 12-липоксигеназы лейкоцитарного типа, которая обнаруживается у мышей, крыс, коров и свиней, но не у людей. 12-липоксигеназа лейкоцитарного типа у этих видов животных на 73–86% идентична аминокислотам ALOX15 человека , но только на 57–66% идентична 12-липоксигеназе тромбоцитарного типа человека и, подобно ALOX15, метаболизирует арахидоновую кислоту преимущественно до 15( S ). -гидроперокси-5Z , 8Z , 11Z , 13E - эйкозатетраеновая кислота (т.е. 15( S )-HpETE; см. 15-гидроксиэйкозатетраеновая кислота ). [7] Соответственно, 12-липоксигеназа лейкоцитов грызунов считается ортологом ALOX15 и обозначается как Alox15 . [8]
Человеческие ALOX12 и ALOX15 вместе с Alox12 и Alox15 лейкоцитарного типа грызунов обычно называют 12/15-липоксигеназами на основании их способности метаболизировать арахидоновую кислоту как до 12( S )-HpETE, так и до 15( S )-HpETE и осуществлять тот же метаболизм. на арахидоновой кислоте, которая этерифицирована до мембранных фосфолипидов ; человеческая ALOX15B образует 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 обеспечивает преобладание 12( S )-HETE и, следовательно, метаболически эквивалентна ALOX12. . [7] [9] Например, функции, предполагаемые для Alox12 у мышей с дефицитом Alox12 с использованием методов нокаута , могут не указывать на аналогичную функцию для ALOX12 у людей из-за различий в метаболической активности этих двух ферментов. Функция ALOX12 еще более затуманена человеческим ALOX15, который метаболизирует арахидоновую кислоту преимущественно до 15( S )-HpETE, но также образует меньшие, но все же 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 -икозатетраеновая кислота (12( R )-HpETE), продукт с совершенно иной патофизиологической ролью, чем у 12( S )-HpETE (см. ALOX12B ).
ALOX12, первоначально называвшаяся арахидонат-12-липоксигеназой, была впервые охарактеризована нобелевским лауреатом 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-гидроксигептадекатриеновая кислота , а также независимым от циклооксигеназы путем к 12( S )-гидроперокси-5,8,10,14-эйкозатетраеновой кислоте; эта активность была первой охарактеризованной активностью липоксигеназы 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, биохимически охарактеризован, а его ген молекулярно клонирован . [7] [12]
В зависимости от наличия мРНК человеческий ALOX12 распределяется преимущественно в тромбоцитах и лейкоцитах крови , а также на более низких уровнях в базальном слое эпидермиса (особенно при поражениях кожи при псориазе ), островках Лангерганса в поджелудочной железе и при некоторых видах рака. . [13]
Контроль активности ALOX12, по-видимому, основывается главным образом на доступности его субстратов полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), которые высвобождаются из запасов в мембранных фосфолипидах в результате клеточной стимуляции. [14] Фермент участвует в метаболизме арахидоновой кислоты , проводя следующую химическую реакцию , в которой его субстратами являются арахидоновая кислота (также называемая арахидонатом или, химически, как 5 Z ,8 Z ,11 Z ,14 Z -эйкозатетраеновая кислота) и O 2 (т.е. кислород ) и 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 дополнительно метаболизироваться с помощью самого ALOX12, ALOXE3 или, возможно, других, еще не полностью идентифицированных, синтезов гепоксилина до гепоксилина 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 стимулировать определенные воспалительные реакции, усиливать восприятие боли (т. е. тактильную аллодинию ), регулировать региональный кровоток и способствовать регуляции артериального давления на животных моделях (см. Гепоксилины ). Гораздо чаще, однако, 12 S -HpETE быстро восстанавливается до своего гидроксильного продукта за счет повсеместной активности клеточной пероксидазы, в результате чего образуется 12 S -гидрокси-5 Z ,8 Z ,10 E ,14 Z - эйкозатетраеновая кислота, т.е. 12-гидроксиэйкозатетраеновая кислота или 12 С -ХЕТЭ: [19]
12 S -HETE способствует воспалительным реакциям, может участвовать в возникновении пурита (т.е. зуда) кожи и регулирует региональный кровоток на животных моделях; он также способствует злокачественному поведению культивируемых раковых клеток человека, а также росту некоторых видов рака на животных моделях (см. 12-HETE ). Хотя арахидонат и 12( S )-HETE являются преобладающими субстратами и продуктами ALOX12 соответственно, фермент также метаболизирует другие ПНЖК.
Он метаболизирует жирные кислоты омега-3 , докозагексаеновую кислоту (DHA, т.е. 4( Z ),7( Z ),10( Z ),13( Z ),16( Z ),19( Z )-докозагексаеновую кислоту до 14( R )-гидроперокси-4( Z ),8( Z ),10( Z ),12( E ),16( Z ),19( Z )-докозагексаеновая кислота) (т.е. 17-гидроперокси-ДГК)
Затем ALOX12 или неопознанный фермент типа эпоксидазы могут метаболизировать это промежуточное соединение до эпоксида, 13,14-эпокси-4( Z ),7( Z ),9( E ),11( E ),16( Z ),19 ( Z )-докозагексаеновая кислота (т.е. 13,14-е-марезин)
Далее она метаболизируется до 7R , 14S - дигидрокси-4Z , 8E , 10E , 12Z , 16Z , 19Z - докозагексаеновой кислоты (т.е. марезина 1) с помощью неидентифицированного фермента типа эпоксидгидролазы :
Марезин 1 обладает набором активностей, которые могут противоречить активности 12( S )-HETE и гепоксилинов; он принадлежит к классу метаболитов ПНЖК, называемых специализированными медиаторами разрешения проблем (СПМ), которые обладают противовоспалительной, обезболивающей и другой защитной активностью. [20] ALOX12 также действует на лейкотриен А4 (LTA4) в двухклеточной реакции, называемой трансклеточным метаболизмом: нейтрофилы человека метаболизируют арахидоновую кислоту до ее 5,6-эпоксида, LTA4, и высвобождают этот промежуточный продукт близлежащим нейтрофилам, которые метаболизируют его до липоксина А4 ( 5 S ,6 R ,15 S -тригидрокси-7 E ,9 E ,11 Z ,13 Z -эйкозатетраеновая кислота) и липоксин 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 также может метаболизировать меньшие количества DHA до вторичных продуктов, включая 17-гидроперокси-DHA, 11-гидроперокси-DHA и 8,14-дигидрокси-DHA. [20] ALOX12 также может метаболизировать 5( S )-HETE до 5 S ,12S - дигидроксиэйкозатетраеновая кислота (12,15-диЭТЭ) и от 15 S -HETE до 14,15 S -диЭТЭ. [14] Хотя эти соединения не были тщательно оценены на биологическую активность, было показано, что 17-гидроперокси-ГДГА и восстановленный продукт, в который он быстро превращается в клетках, 17-гидрокси-ГДГА, ингибируют рост культивированного рака простаты человека. клетки, заставляя их вступить в апоптоз . [22]
Исследования на грызунах, у которых отсутствует или наблюдается дефицит 12-липоксигеназы лейкоцитарного типа Alox12 (которая наиболее тесно связана с человеческой ALOX15), показывают, что этот фермент участвует в: а) предотвращении развития и осложнений диабета , вызванного диетой и/или генетически вызванного ; дисфункция жировых клеток/тканей и ожирение; б) развитие атеросклероза и стеатогепатита ; б) регуляция сокращения, расширения, давления, ремоделирования и ангиогенеза кровеносных сосудов ; в) поддержание нормальной функции почек, нервной системы и мозга; и г) развитие болезни Альцгеймера . [8] [9] [23] В этих исследованиях обычно неясно, какой именно метаболит(ы) Alox12 был замешан.
Метаболический синдром представляет собой совокупность как минимум трех из пяти следующих заболеваний: абдоминальное (центральное) ожирение , повышенное кровяное давление , повышенный уровень глюкозы в плазме натощак (или явный диабет ), высокий уровень триглицеридов в сыворотке крови и низкий уровень липопротеинов высокой плотности (ЛПВП). ) уровни. ALOX12 и его метаболит 12( S )-HETE повышены в островках Лангерганса у пациентов с диабетом 1 или 2 типа, а также в жировых клетках белой жировой ткани у больных диабетом 2 типа с морбидным ожирением. [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 показывают, что в островках Лангерганса ALOX12 и его 12( S )-HETE продукт вызывают избыточное производство активных форм кислорода и воспаление, что приводит к потере инсулин -секретирующих бета-клеток и, следовательно, 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 жировой массой у тучных людей по сравнению с молодыми китайцами, не страдающими ожирением. [8] [13] [18] ALOX12 и 12( S )-HETE также участвуют в эссенциальной гипертензии (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 снижал реакцию роста культивируемых эндотелиальных клеток человека на основной фактор роста фибробластов и фактор роста эндотелия сосудов (VEGF); это восстановление было частично обращено вспять 12( S )-HETE; 12( S )-HETE также стимулирует клеточные линии простаты человека вырабатывать VEGF. [19] Эти результаты позволяют предположить, что реакция роста на два фактора роста включает стимуляцию выработки 12( S )-HETE эндотелиальными клетками и, следовательно, что ALOX12 может быть мишенью для снижения неоваскуляризации, которая способствует артриту и раковым заболеваниям. 12( S )-HETE также расширяет коронарные артерии микроциркуляции человека, активируя калиевые каналы BKca в гладких мышцах этих сосудов , и поэтому предполагается, что он является гиперполяризующим фактором эндотелиального происхождения . [9] [19] Наконец, однонуклеотидный вариант гена ALOX12 (R261Q [3957 G>A]) связан с эссенциальной гипертензией и повышением экскреции 12( S )-HETE с мочой у людей и может быть фактор, способствующий развитию 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 мутированные гены белка-предшественника амилоида и/или тау-белка (см. тау-белок#Клиническое значение ), которые вызывают синдромы, подобные деменции Альцгеймера, указывают на участие 12( S )-HETE, 15( S )-HETE и Фермент типа 12/15-липоксигеназы в развитии и прогрессировании симптомов и проявлений болезни Альцгеймера у этих животных. [23] В одном исследовании было обнаружено повышенное содержание мРНК ALOX12 в тканях головного мозга пациентов с болезнью Альцгеймера по сравнению с пациентами из контрольной группы. [13] Эти результаты позволяют предположить, что ALOX12 (или ALOX15) может способствовать развитию болезни Альцгеймера у людей.
Исследования рака простаты показывают, что клеточные линии рака простаты человека в культуре сверхэкспрессируют ALOX12, сверхпродуцируют 12( S )-HETE и отвечают на 12( S )-HETE увеличением скорости пролиферации, увеличением экспрессии интегринов на клеточной поверхности , увеличением их выживаемость и задержка их апоптоза , а также увеличение продукции ими фактора роста эндотелия сосудов и MMP9 (т.е. матриксной металлопептидазы 9); селективные (но не полностью) специфические ингибиторы ALOX12 снижали пролиферацию и выживаемость этих клеток (см. также 12-HETE#рак простаты ). Эти данные позволяют предположить, что ALOX12 и его продукт 12( S )-HETE могут способствовать росту и распространению рака простаты у людей. [19] Недавно гиперметилирование гена ALOX12 в ткани рака простаты было связано с клиническими предикторами высокой частоты рецидивов заболевания. [26] Некоторые исследования показали, что 12( S )-HETE также способствует росту и/или связанному с ним 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 , что было проверено в дрожжевой библиотеке двухгибридных взаимодействий из клеток эпидермоидной карциномы человека A431 ; эти белки являются кандидатами на регулирование 12-LOX, особенно в опухолевых клетках. [27]
Хотя впервые выявлено в тромбоцитах человека, роль ALOX12 и его основных метаболитов, 12( S )-HpETE и 12( S )-HETE в функции тромбоцитов остается спорной и неясной; возможно, что метаболический путь ALOX12-12( S )-HETE имеет двойную функцию: стимулировать или ингибировать реакцию тромбоцитов в зависимости от стимулирующего агента и изученной реакции, но ингибирование ALOX12 может в конечном итоге оказаться полезным для ингибирования тромбоцитарного свертывания крови. [19]
Ген ALOX12 имеет аллели предрасположенности (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.