stringtranslate.com

Эпоксидгидролаза 2

Растворимая эпоксидгидролаза (sEH) — это бифункциональный фермент , который у людей кодируется геном EPHX2 . [5] [6] [7] sEH является членом семейства эпоксидгидролаз . Этот фермент, обнаруженный как в цитозоле , так и в пероксисомах , связывается со специфическими эпоксидами и преобразует их в соответствующие диолы . Другая область этого белка также обладает липид-фосфатфосфатной активностью. Мутации в гене EPHX2 связаны с семейной гиперхолестеринемией . [5]

Распределение в тканях

Хотя sEH наиболее выражен в печени, он также экспрессируется в других тканях, включая эндотелий сосудов , лейкоциты, эритроциты, гладкомышечные клетки, адипоциты и проксимальные канальцы почек . [6] В мозге человека фермент широко распространен, в основном в телах нейрональных клеток, а также в астроцитах и ​​олигодендроцитах. [8]

Катализируемые реакции

Реакции, катализируемые растворимой эпоксидгидролазой

Форма sEH во внутриклеточной среде представляет собой гомодимер с двумя различными видами активности в двух отдельных структурных доменах каждого мономера: активностью C-концевой эпоксидгидролазы ( растворимая эпоксидгидролаза : EC 3.3.2.10) и активностью N-концевой фосфатазы ( липид-фосфатфосфатаза : EC 3.1.3.76). [6] sEH преобразует эпоксиды или трехчленные циклические эфиры в соответствующие им диолы посредством добавления молекулы воды. [6] Полученные диолы более растворимы в воде, чем исходные эпоксиды, и поэтому легче выводятся организмом. [6]

C-term-EH катализирует присоединение воды к эпоксиду с образованием вицинального диола (реакция 1). [6] Nterm-phos гидролизует фосфатные моноэфиры, такие как липидные фосфаты, с образованием спиртов и фосфорной кислоты (реакция 2). [6] C-term-EH гидролизует один важный класс липидных сигнальных молекул, который включает множество эпоксиэйкозатриеновых кислот (EET), которые обладают вазоактивными, противовоспалительными и анальгетическими свойствами. [9]

sEH также, по-видимому, является гепоксилингидролазой, которая отвечает за инактивацию эпоксиспиртовых метаболитов арахидоновой кислоты, гепоксилина A3 и гепоксиина B3. [10] [11]

Открытие

sEH был впервые идентифицирован в цитозольной фракции печени мыши по его активности на эпоксидсодержащих субстратах, таких как ювенильный гормон и липидные эпоксиды, такие как эпоксистеарат. [12] Было показано, что растворимая активность EH отличается от активности микросомальной эпоксидгидролазы (mEH), ранее обнаруженной с другой селективностью субстрата и клеточной локализацией, чем mEH. Исследования с использованием липидного эпоксида в качестве субстрата обнаружили эту активность в растворимой фракции многих органов, хотя и в меньшем количестве, чем в печени и почках. [13] Активность фермента была обнаружена у кроликов, мышей и крыс, а также у людей, и теперь считается, что она повсеместно распространена у позвоночных. [14] Предложенный фермент был сначала назван цитозольной эпоксидгидролазой; однако после его открытия внутри пероксисом некоторых органов он был переименован в растворимую эпоксидгидролазу или sEH. [14]

Функция

sEH имеет ограниченную селективность к субстрату и не гидролизует какие-либо токсичные или мутагенные ксенобиотики . [6] Напротив, sEH играет важную роль в метаболизме in vivo эндогенных липидных эпоксидов, таких как EET и оксид сквалена , ключевого промежуточного продукта в синтезе холестерина. [6] EET представляют собой липидные сигнальные молекулы, которые функционируют аутокринным и паракринным образом. [15] Они образуются, когда арахидоновая кислота метаболизируется цитохромом p450s (CYPs). [15] Эти ферменты эпоксидируют двойные связи в арахидоновой кислоте с образованием четырех региоизомеров. [6] Арахидоновая кислота также является предшественником простагландинов и лейкотриенов, которые производятся циклооксигеназами и липоксигеназами соответственно. [9] Эти липиды играют роль в астме, боли и воспалении и являются мишенями нескольких фармацевтических препаратов. [16] Рецептор или рецепторы EET не были идентифицированы, но было разработано несколько инструментов для изучения биологии EET, в том числе ингибиторы малых молекул sEH, имитаторы EET и генетические модели sEH. Благодаря использованию этих инструментов, а также самих EET, было обнаружено, что EET обладают противовоспалительными и вазоактивными свойствами. [6] Было использовано несколько моделей заболеваний, включая гипертонию, вызванную Ang-II , и хирургические модели ишемии мозга и сердца. Также использовались модели in vitro, такие как изолированные коронарные кольца и анализы агрегации тромбоцитов . [6]

Предложенную роль sEH в регуляции гипертонии можно использовать в качестве простой модели функции sEH в почках. [17] Здесь EET являются вазодилататорными и могут рассматриваться как балансирующие другие вазоконстрикторные сигналы. sEH гидролизует EET с образованием дигидроксиэйкозатриеновых кислот (DHET). [17] Эти молекулы более растворимы в воде и легче метаболизируются другими ферментами, поэтому вазодилататорный сигнал удаляется из места действия через экскрецию, склоняя баланс вазоконстрикторных и вазодилататорных сигналов в сторону вазоконстрикции. Это изменение в липидной сигнализации увеличивает сосудистое сопротивление кровотоку и артериальному давлению. [6] Снижая активность эпоксидгидролазы sEH и тем самым отключая основной путь метаболизма EET, уровни этих молекул могут быть стабилизированы или увеличены, увеличивая кровоток и снижая гипертонию. [17] Это снижение активности sEH может быть достигнуто в генетических моделях, в которых sEH был выключен, или с помощью использования низкомолекулярных ингибиторов sEH. [18]

Эта упрощенная модель осложняется рядом факторов in vivo. EET демонстрируют различные свойства в разных сосудистых руслах. [15] DHET легче выводятся, но они еще не полностью охарактеризованы и могут обладать биологическими свойствами сами по себе, усложняя баланс сигналов, описанных в упрощенной модели. [6] Существуют эпоксиды других липидов, помимо арахидоновой кислоты, такие как эпоксиды омега-3 докозагексаеновой кислоты ( DHA ) и эйкозапентаеновой кислоты (EPA). [19] Было показано, что эти липидные эпоксиды оказывают биологические эффекты in vitro, в которых они ингибируют агрегацию тромбоцитов. [20] Фактически, в некоторых анализах они более эффективны, чем EET. [21] Другие эпоксидированные липиды включают лейкотоксин с 18 атомами углерода и изолейкотоксин. [22] Диэпоксид линолевой кислоты может образовывать тетрагидрофурандиолы, [23]

sEH метаболизирует биологически активные эпоксиспиртовые метаболиты арахиновой кислоты, гепоксилин A3 (8-гидрокси-11 S ,12 S эпокси-(5 Z ,8 Z ,14 Z )-эйкозатриеновая кислота) в триоксилин A3 (8,11,12-тригидрокси-(5 Z ,9 E ,14 Z )-эйкозатриеновая кислота) и гепоксилин B3 (10-гидрокси-11 S ,12 S эпокси-(5 Z , 9 E , 14 Z )-эйкозатриеновая кислота) в триокслин B3 (10,11,12-тригидрокси-(5 Z ,9 E ,14 Z )-эйкозатриеновая кислота. [24] Эти тригидроксипродукты обычно считаются неактивными, и путь sEH обычно считается ограничивающим действие гепоксилинов. [11] [24]

Было показано, что фосфатазная активность sEH гидролизует in vitro липидные фосфаты, такие как терпеновые пирофосфаты или лизофосфатидные кислоты . [6] Исследования предполагают потенциальную роль sEH в регуляции биосинтеза и метаболизма холестерина в мозге. Если N-концевой домен sEH регулирует метаболизм холестерина, это означает, что более высокие уровни его фосфатазной активности могут потенциально увеличивать концентрацию холестерина в мозге. [25] Однако его биологическая роль до сих пор неизвестна.

Клиническое значение

Через метаболизм EET и других липидных медиаторов sEH играет роль в ряде заболеваний, включая гипертонию , гипертрофию сердца , артериосклероз , ишемию мозга и сердца / реперфузионное повреждение , рак и боль. [15] Из-за его возможной роли в сердечно-сосудистых и других заболеваниях sEH рассматривается как фармакологическая цель, и доступны мощные ингибиторы малых молекул. [18]

Из-за последствий для здоровья человека sEH рассматривался в качестве фармацевтической цели, и несколько ингибиторов sEH были разработаны в частном и государственном секторах. [18] Один из таких ингибиторов, UC1153 (AR9281), был направлен на клиническое исследование фазы IIA для лечения гипертонии компанией Arête Therapeutics. [26] Однако UC1153 не прошел клиническое исследование, во многом из-за его плохих фармакокинетических свойств. [18] После этого исследования другой ингибитор sEH, GSK2256294, разработанный для лечения хронической обструктивной болезни легких компанией GlaxoSmithKline, вошел в фазу предварительного набора в клиническое исследование фазы I для тучных курильщиков. [27] EicOsis разрабатывает и применяет ингибиторы sEH для лечения хронической боли у людей, домашних животных и лошадей. Было показано, что ингибитор EC 1728 успешно лечит ламинит у лошадей и облегчает воспалительную боль у собак и кошек, и в настоящее время проходит клинические испытания на лошадях. Ингибитор sEH EC 5026 был выбран в качестве терапевтического средства для диабетической невропатии и недавно вошел в фазу 1 клинических испытаний. [28] Таким образом, интерес к sEH как терапевтической цели сохраняется. Другой препарат, описанный как тромболитик с малыми молекулами и множественными механизмами действия, SMTP-7 , как было обнаружено, действует как ингибитор sEH, но все еще находится на ранних стадиях эксперимента. [29] [30]

Одно из указаний на возможную терапевтическую ценность ингибирования sEH получено из исследований, изучающих физиологически значимые однонуклеотидные полиморфизмы (SNP) sEH в популяциях людей. [31] Исследования риска развития коронарной артерии у молодых взрослых (CARDIA) и риска атеросклероза в сообществах (ARIC) связывают SNP в кодирующей области sEH с ишемической болезнью сердца. [32] [33] В этих исследованиях были идентифицированы два несинонимичных SNP, R287Q и K55R. R287Q изменяет аргинин в позиции 287 в наиболее частом аллеле на глутамин , в то время как K55R изменяет лизин в позиции 55 на аргинин. R287Q был связан с кальцификацией коронарных артерий у афроамериканской популяции, участвующей в исследовании CARDIA. [32] [34] Аллель K55R связан с риском развития ишемической болезни сердца у представителей европеоидной расы, участвовавших в исследовании ARIC, где он также был связан с более высоким риском гипертонии и ишемического инсульта у гомозиготных мужчин . [33]

Примечания

Ссылки

  1. ^ abc GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000120915 – Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000022040 – 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. ^ ab "Ген Энтреза: Эпоксидгидролаза 2, цитоплазматическая".
  6. ^ abcdefghijklmno Morisseau C, Hammock BD (2013). «Влияние растворимой эпоксидгидролазы и эпоксиэйкозаноидов на здоровье человека». Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol . 53 : 37–58. doi : 10.1146/annurev-pharmtox-011112-140244. PMC 3578707. PMID  23020295 . 
  7. ^ Harris TR, Hammock BD (сентябрь 2013 г.). «Растворимая эпоксидгидролаза: структура гена, экспрессия и делеция». Gene . 526 (2): 61–74. doi :10.1016/j.gene.2013.05.008. PMC 3733540 . PMID  23701967. 
  8. ^ Sura P, Sura R, Enayetallah AE, Grant DF (2008). «Распределение и экспрессия растворимой эпоксидгидролазы в мозге человека». J. Histochem. Cytochem . 56 (6): 551–559. doi : 10.1369/jhc.2008.950659 . PMC 2386770. PMID  18319271 . 
  9. ^ ab Spector AA, Norris AW (март 2007). «Действие эпоксиэйкозатриеновых кислот на клеточную функцию». Am. J. Physiol., Cell Physiol . 292 (3): C996–1012. doi :10.1152/ajpcell.00402.2006. PMID  16987999.
  10. ^ Cronin A, Decker M, Arand M (апрель 2011 г.). «Растворимая эпоксидгидролаза млекопитающих идентична гепоксилингидролазе печени». Journal of Lipid Research . 52 (4): 712–9. doi : 10.1194/jlr.M009639 . PMC 3284163. PMID  21217101 . 
  11. ^ ab Muñoz-Garcia A, Thomas CP, Keeney DS, Zheng Y, Brash AR (март 2014 г.). «Значение пути липоксигеназы-гепоксилина в эпидермальном барьере млекопитающих». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Молекулярная и клеточная биология липидов . 1841 (3): 401–8. doi :10.1016/j.bbalip.2013.08.020. PMC 4116325. PMID  24021977 . 
  12. ^ Morisseau C, Hammock BD (июнь 2008 г.). «Джерри Брукс и эпоксидгидролазы: четыре десятилетия до фармацевтической отрасли». Pest Manag. Sci . 64 (6): 594–609. doi :10.1002/ps.1583. PMID  18383502.
  13. ^ Gill SS, Hammock BD (февраль 1980). «Распределение и свойства растворимой эпоксидгидразы млекопитающих». Biochem. Pharmacol . 29 (3): 389–95. doi :10.1016/0006-2952(80)90518-3. PMID  7362652.
  14. ^ ab Newman JW, Morisseau C, Hammock BD (январь 2005 г.). «Эпоксидгидролазы: их роль и взаимодействие с метаболизмом липидов». Prog. Lipid Res . 44 (1): 1–51. doi :10.1016/j.plipres.2004.10.001. PMID  15748653.
  15. ^ abcd Imig JD, Hammock BD (октябрь 2009 г.). «Растворимая эпоксидгидролаза как терапевтическая мишень для сердечно-сосудистых заболеваний». Nat Rev Drug Discov . 8 (10): 794–805. doi :10.1038/nrd2875. PMC 3021468. PMID 19794443  . 
  16. ^ Smith WL, Urade Y, Jakobsson PJ (октябрь 2011 г.). «Ферменты циклооксигеназных путей биосинтеза простаноидов». Chem. Rev. 111 ( 10): 5821–65. doi :10.1021/cr2002992. PMC 3285496. PMID  21942677 . 
  17. ^ abc Imig JD (сентябрь 2005 г.). «Эпоксидгидролаза и метаболиты эпоксигеназы как терапевтические мишени при заболеваниях почек». Am. J. Physiol. Renal Physiol . 289 (3): F496–503. doi :10.1152/ajprenal.00350.2004. PMID  16093425.
  18. ^ abcd Shen HC, Hammock BD (март 2012 г.). «Открытие ингибиторов растворимой эпоксидгидролазы: цель с множественными потенциальными терапевтическими показаниями». J. Med. Chem . 55 (5): 1789–808. doi :10.1021/jm201468j. PMC 3420824. PMID 22168898  . 
  19. ^ Wagner K, Inceoglu B, Hammock BD (ноябрь 2011 г.). «Ингибирование растворимой эпоксидгидролазы, эпоксигенированные жирные кислоты и ноцицепция». Prostaglandins Other Lipid Mediat . 96 (1–4): 76–83. doi :10.1016/j.prostaglandins.2011.08.001. PMC 3215909. PMID  21854866 . 
  20. ^ Arnold C, Konkel A, Fischer R, Schunck WH (2010). «Цитохром P450-зависимый метаболизм длинноцепочечных полиненасыщенных жирных кислот омега-6 и омега-3». Pharmacol Rep . 62 (3): 536–47. doi :10.1016/s1734-1140(10)70311-x. PMID  20631419. S2CID  84732148.
  21. ^ Spector AA (апрель 2009 г.). «Путь эпоксигеназы цитохрома P450 арахидоновой кислоты». J. Lipid Res . 50 Suppl (Suppl): S52–6. doi : 10.1194/jlr.R800038-JLR200 . PMC 2674692. PMID  18952572 . 
  22. ^ Zheng J, Plopper CG, Lakritz J, Storms DH, Hammock BD (октябрь 2001 г.). «Лейкотоксин-диол: предполагаемый токсичный медиатор, участвующий в остром респираторном дистресс-синдроме». Am. J. Respir. Cell Mol. Biol . 25 (4): 434–8. doi :10.1165/ajrcmb.25.4.4104. PMID  11694448. S2CID  27194509.
  23. ^ Moghaddam M, Motoba K, Borhan B, Pinot F, Hammock BD (август 1996 г.). «Новые метаболические пути метаболизма линолевой и арахидоновой кислот». Biochim. Biophys. Acta . 1290 (3): 327–39. doi :10.1016/0304-4165(96)00037-2. PMID  8765137.
  24. ^ ab Pace-Asciak CR (2015). «Патофизиология гепоксилинов». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Молекулярная и клеточная биология липидов . 1851 (4): 383–96. doi :10.1016/j.bbalip.2014.09.007. PMID  25240838.
  25. ^ Домингес МФ, Каллай-Силва Н, Пиовесан А.Р. и Карлини К.Р. (январь 2020 г.). «Растворимая эпоксидгидролаза и метаболизм холестерина в мозге». Front. Mol. Neurosci . 12 (325): 325. doi : 10.3389/fnmol.2019.00325 . PMC 7000630 . PMID  32063836. 
  26. ^ "NCT00847899". Оценка ингибитора растворимой эпоксидгидролазы (s-EH) у пациентов с легкой и умеренной гипертонией и нарушенной толерантностью к глюкозе . ClinicalTrials.gov . Получено 04.05.2013 .
  27. ^ Номер клинического исследования NCT01762774 для «Исследования по оценке безопасности, переносимости, фармакокинетики и фармакодинамики однократных доз GSK2256294 у здоровых добровольцев, а также однократных и повторных доз GSK2256294 у взрослых мужчин с умеренным ожирением — курильщиков» на ClinicalTrials.gov
  28. ^ Singh N, Hammock B (30 марта 2020 г.). «Растворимая эпоксидная гидролаза». В Offermanns S, Rosenthal W (ред.). Энциклопедия молекулярной фармакологии . Springer, Cham. doi :10.1007/978-3-030-21573-6. hdl :10138/346042. ISBN 978-3-030-21573-6. S2CID  171511522.
  29. ^ Shibata K, Hashimoto T, Hasumi K, Honda K, Nobe K (январь 2018 г.). «Оценка эффектов новой серии SMTP в мышиной модели эмболического церебрального инфаркта, вызванного уксусной кислотой». European Journal of Pharmacology . 818 : 221–227. doi : 10.1016/j.ejphar.2017.10.055. PMID  29107671. S2CID  25890544.
  30. ^ Suzuki E, Nishimura N, Yoshikawa T, Kunikiyo Y, Hasegawa K, Hasumi K (декабрь 2018 г.). «Эффективность SMTP-7, низкомолекулярного противовоспалительного тромболитика, при эмболическом инсульте у обезьян». Pharmacology Research & Perspectives . 6 (6): e00448. doi :10.1002/prp2.448. PMC 6282002. PMID 30546909  . 
  31. ^ Fornage M, Hinojos CA, Nurowska BW, Boerwinkle E, Hammock BD, Morisseau CH, Doris PA (октябрь 2002 г.). «Полиморфизм растворимой эпоксидгидролазы и кровяное давление у спонтанно гипертензивных крыс». Гипертензия . 40 (4): 485–90. CiteSeerX 10.1.1.578.6137 . doi :10.1161/01.HYP.0000032278.75806.68. PMID  12364351. S2CID  17629284. 
  32. ^ ab Fornage M, Boerwinkle E, Doris PA, Jacobs D, Liu K, Wong ND (январь 2004 г.). «Полиморфизм растворимой эпоксидгидролазы связан с кальцификацией коронарных артерий у афроамериканцев: исследование риска развития коронарных артерий у молодых взрослых (CARDIA)». Circulation . 109 (3): 335–9. doi : 10.1161/01.CIR.0000109487.46725.02 . PMID  14732757.
  33. ^ ab Lee CR, North KE, Bray MS, Fornage M, Seubert JM, Newman JW, Hammock BD, Couper DJ, Heiss G, Zeldin DC (май 2006 г.). «Генетическая изменчивость растворимой эпоксидгидролазы (EPHX2) и риск ишемической болезни сердца: исследование риска атеросклероза в сообществах (ARIC)». Hum. Mol. Genet . 15 (10): 1640–9. doi :10.1093/hmg/ddl085. PMC 2040335. PMID  16595607 . 
  34. ^ Wei Q, Doris PA, Pollizotto MV, Boerwinkle E, Jacobs DR, Siscovick DS, Fornage M (январь 2007 г.). «Изменение последовательности гена растворимой эпоксидгидролазы и субклинический коронарный атеросклероз: взаимодействие с курением сигарет». Атеросклероз . 190 (1): 26–34. doi :10.1016/j.atherosclerosis.2006.02.021. PMID  16545818.

Дальнейшее чтение