CYP2E1 - CYP2E1
Cytochrom P450 2E1 (w skrócie CYP2E1 , EC 1.14.13.n7 ) jest członkiem układu o mieszanej funkcji oksydazy cytochromu P450 , który bierze udział w metabolizmie ksenobiotyków w organizmie. Ta klasa enzymów dzieli się na szereg podkategorii, w tym CYP1, CYP2 i CYP3, które jako grupa są w dużej mierze odpowiedzialne za rozkład obcych związków u ssaków.
Chociaż sam CYP2E1 przeprowadza stosunkowo niewielką liczbę tych reakcji (~4% znanych utleniania leków, w których pośredniczy P450), to on i pokrewne enzymy CYP1A2 i CYP3A4 są odpowiedzialne za rozkład wielu toksycznych środowiskowych substancji chemicznych i czynników rakotwórczych, które dostają się do organizmu w dodatek do podstawowych reakcji metabolicznych, takich jak utlenianie kwasów tłuszczowych.
Funkcjonować
CYP2E1 jest białkiem błonowym wyrażanym na wysokim poziomie w wątrobie, gdzie stanowi prawie 50% całkowitego mRNA wątrobowego cytochromu P450 i 7% wątrobowego białka cytochromu P450. Wątroba jest więc miejscem, w którym większość leków ulega dezaktywacji przez CYP2E1 albo bezpośrednio, albo przez ułatwione wydalanie z organizmu.
CYP2E1 metabolizuje głównie małe, polarne cząsteczki, w tym toksyczne chemikalia laboratoryjne, takie jak dimetyloformamid , anilina i halogenowane węglowodory (patrz tabela poniżej) . Chociaż te utleniania są często korzystne dla organizmu, niektóre czynniki rakotwórcze i toksyny są bioaktywowane przez CYP2E1, co powoduje , że enzym rozpoczyna hepatotoksyczność wywołaną przez niektóre klasy leków (patrz punkt dotyczący istotności choroby poniżej).
CYP2E1 odgrywa również rolę w kilku ważnych reakcjach metabolicznych, w tym konwersji etanolu do aldehydu octowego i octanu u ludzi, gdzie działa równolegle z dehydrogenazą alkoholową i dehydrogenazą aldehydową . W sekwencji konwersji acetylo-CoA do glukozy, CYP2E1 przekształca aceton poprzez hydroksyaceton (acetol) w glikol propylenowy i metyloglioksal , prekursory pirogronianu , octanu i mleczanu .
CYP2E1 przeprowadza również metabolizm endogennych kwasów tłuszczowych, taki jak hydroksylacja ω-1 kwasów tłuszczowych, takich jak kwas arachidonowy , angażując go w ważne szlaki sygnałowe, które mogą wiązać go z cukrzycą i otyłością. Działa więc jako monooksygenaza, metabolizując kwas arachidonowy do kwasu 19-hydroksyeikozatetraenowego (19-HETE) (patrz kwas 20-hydroksyeikozatetraenowy ). Jednakże, także działa jako epoksygenazy aktywności metabolizowania kwasu dokozaheksaenowego z epoksydów , przede wszystkim 19 R , 20 S kwas -epoxyeicosapentaenoic i 19 S 20 R izomery kwasu -epoxyeicosapentaenoic (określany 19,20-PND) i kwas eikozapentaenowy z epoksydów, głównie 17 R , 18 S kwas -eicosatetraenic i 17 S 18 R izomery kwasu -eicosatetraenic (określany 17,18-systemu korekcji dźwięku EEQ). 19-HETE jest inhibitorem 20-HETE, szeroko aktywnej cząsteczki sygnalizacyjnej, m.in. obkurcza tętniczki , podnosi ciśnienie krwi, pobudza reakcje zapalne i stymuluje wzrost różnych typów komórek nowotworowych; jednakże in vivo zdolność i znaczenie 19-HETE w hamowaniu 20-HETE nie zostały wykazane (patrz kwas 20-hydroksyeikozatetraenowy ). Metabolity EDP (patrz Kwas epoksydokozapentaenowy ) i EEQ (patrz Kwas epoksyeikozatetraenowy ) mają szeroki zakres aktywności. W różnych modelach zwierzęcych i badaniach in vitro na tkankach zwierzęcych i ludzkich zmniejszają nadciśnienie i odczuwanie bólu; tłumić stany zapalne; hamować angiogenezę , migrację komórek śródbłonka i proliferację komórek śródbłonka; i hamują wzrost i przerzuty ludzkich linii komórkowych raka piersi i prostaty. Sugeruje się, że metabolity EDP i EEQ funkcjonują u ludzi tak samo jak w modelach zwierzęcych oraz że jako produkty kwasów tłuszczowych omega-3 , kwasu dokozaheksaenowego i kwasu eikozapentaenowego, metabolity EDP i EEQ przyczyniają się do wielu korzystnych efektów przypisywanych do dietetycznych kwasów tłuszczowych omega-3. Metabolity EDP i EEQ są krótkotrwałe, są inaktywowane w ciągu kilku sekund lub minut od utworzenia przez hydrolazy epoksydowe , zwłaszcza rozpuszczalną hydrolazę epoksydową , i dlatego działają miejscowo. CYP2E1 nie jest uważany za główny czynnik przyczyniający się do tworzenia cytowanych epoksydów, ale może działać lokalnie w niektórych tkankach, aby to zrobić.
Podłoża
Poniżej znajduje się tabela wybranych substratów CYP2E1. Tam, gdzie wymienione są klasy agentów, mogą istnieć wyjątki w obrębie klasy.
Podłoża |
---|
|
Struktura
CYP2E1 wykazuje motywy strukturalne wspólne dla innych ludzkich enzymów cytochromu P450 związanych z błoną błonową i składa się z 12 głównych helis α i 4 arkuszy β z krótkimi helisami przedzielonymi między nimi. Podobnie jak inne enzymy z tej klasy, miejsce aktywne CYP2E1 zawiera atom żelaza związany przez centrum hemu, który pośredniczy w etapach przenoszenia elektronów niezbędnych do przeprowadzenia utleniania jego substratów. Miejsce aktywne CYP2E1 jest najmniejsze obserwowane w ludzkich enzymach P450, a jego mała pojemność przypisywana jest częściowo wprowadzeniu izoleucyny w pozycji 115. Łańcuch boczny tej pozostałości wystaje ponad centrum hemu, ograniczając w porównaniu objętość miejsca aktywnego do pokrewnych enzymów, które mają mniej obszernych reszt w tej pozycji. T 303 , które również wystaje w miejscu aktywnym, jest szczególnie ważne dla pozycjonowania substratu powyżej centrum reaktywne żelaza i jest więc wysoce konserwatywna w wielu enzymów cytochromu P450. Jego grupa hydroksylowa jest dobrze usytuowana, aby przekazać wiązanie wodorowe potencjalnym akceptorom na substracie, a jej grupa metylowa jest również zaangażowana w pozycjonowanie kwasów tłuszczowych w miejscu aktywnym. , Szereg reszt proksymalnych do miejsca aktywnego, w tym L 368, pomaga w tworzeniu zwężonego, hydrofobowego kanału dostępu, który może być również ważny dla określenia swoistości enzymu wobec małych cząsteczek i ω-1 hydroksylacji kwasów tłuszczowych.
.
Rozporządzenie
Regulacja genetyczna
U ludzi enzym CYP2E1 jest kodowany przez gen CYP2E1 . Enzym ten został zidentyfikowany w wątrobie płodowej, gdzie przypuszczalnie jest głównym enzymem metabolizującym etanol i może być powiązany z teratogenezą za pośrednictwem etanolu . U szczurów w ciągu jednego dnia od urodzenia wątrobowy gen CYP2E1 jest aktywowany transkrypcyjnie.
Ekspresja CYP2E1 jest łatwo indukowana i może zachodzić w obecności wielu jego substratów, w tym etanolu , izoniazydu , tytoniu , izopropanolu , benzenu , toluenu i acetonu . W szczególności w przypadku etanolu wydaje się, że istnieją dwa etapy indukcji, potranslacyjny mechanizm zwiększonej stabilności białka przy niskich poziomach etanolu i dodatkowa indukcja transkrypcji przy wysokich poziomach etanolu.
Regulacja chemiczna
CYP2E1 jest hamowany przez różne małe cząsteczki, z których wiele działa konkurencyjnie . Dwa takie inhibitory, indazol i 4-metylopirazol, koordynują się z atomem żelaza w miejscu aktywnym i zostały wykrystalizowane z rekombinowanym ludzkim CYP2E1 w 2008 roku, dając pierwsze prawdziwe struktury krystaliczne enzymu. Inne inhibitory obejmują dietyloditiokarbaminian (w raku ) i disulfiram (w alkoholizmie ).
Znaczenie choroby
CYP2E1 jest wyrażany na wysokim poziomie w wątrobie, gdzie działa w celu usunięcia toksyn z organizmu. W ten sposób CYP2E1 bioaktywuje różne powszechnie stosowane środki znieczulające, w tym paracetamol , halotan , enfluran i izofluran. Utlenianie tych cząsteczek przez CYP2E1 może powodować powstawanie szkodliwych substancji, takich jak chlorek kwasu trifluorooctowego z halotanu lub NAPQI z paracetamolu (acetaminofenu) i jest główną przyczyną ich hepatotoksyczności u pacjentów.
CYP2E1 i inne enzymy cytochromu P450 mogą nieumyślnie wytwarzać reaktywne formy tlenu (ROS) w swoim miejscu aktywnym, gdy kataliza nie jest prawidłowo skoordynowana, co prowadzi do potencjalnej peroksydacji lipidów, a także utleniania białek i DNA. CYP2E1 jest szczególnie podatny na to zjawisko w porównaniu z innymi enzymami P450, co sugeruje, że jego poziom ekspresji może mieć znaczenie dla negatywnych efektów fizjologicznych obserwowanych w wielu stanach chorobowych.
Poziomy ekspresji CYP2E1 skorelowano z różnymi czynnikami dietetycznymi i fizjologicznymi, takimi jak spożycie etanolu, cukrzyca, post i otyłość. Wydaje się, że poziomy komórkowe enzymu mogą być kontrolowane przez białko opiekuńcze HSP90 , które po połączeniu z CYP2E1 umożliwia transport do proteasomu i późniejszą degradację. Etanol i inne substraty mogą zakłócić to powiązanie, prowadząc do wyższych poziomów ekspresji obserwowanych w ich obecności. Towarzysząca tym stanom chorobowym zwiększona ekspresja CYP2E1 może zatem przyczyniać się do ich patogenezy poprzez zwiększenie tempa produkcji ROS w organizmie.
Według publikacji Y Hu i wsp. z 1995 r. badanie na szczurach wykazało 8-9-krotny wzrost CYP2E1 po samym czczo, w porównaniu z 20-krotnym wzrostem poziomu enzymów, któremu towarzyszył 16-krotny wzrost całkowitego katalitycznego u szczurów, które były na czczo i otrzymywały duże ilości etanolu przez 3 kolejne dni. Wydaje się, że głód zwiększa produkcję mRNA CYP2E1 w komórkach wątroby, podczas gdy alkohol wydaje się stabilizować sam enzym po translacji, a tym samym chronić go przed degradacją w normalnych komórkowych procesach proteolitycznych, dając tym dwóm niezależny efekt synergiczny.
Aplikacje
Drzewa zostały genetycznie zmodyfikowane w celu nadekspresji enzymu CYP2E1. Te transgeniczne drzewa były wykorzystywane do usuwania zanieczyszczeń z wód gruntowych w procesie znanym jako fitoremediacja .
Zobacz też
Bibliografia
Dalsza lektura
- Smith G, Stubbins MJ, Harry LW, Wolf CR (grudzień 1998). „Getyka molekularna nadrodziny monooksygenazy ludzkiego cytochromu P450”. Ksenobiotyka . 28 (12): 1129–65. doi : 10.1080/004982598238868 . PMID 9890157 .
- Kessova I, Cederbaum AI (wrzesień 2003). „CYP2E1: biochemia, toksykologia, regulacja i funkcja w uszkodzeniu wątroby wywołanym etanolem”. Aktualna medycyna molekularna . 3 (6): 509–18. doi : 10.2174/1566524033479609 . PMID 14527082 .
- Webb A, Lind PA, Kalmijn J, Feiler HS, Smith TL, Schuckit MA, Wilhelmsen K (styczeń 2011). „Badanie CYP2E1 w odniesieniu do poziomu reakcji na alkohol poprzez połączenie analizy powiązań i asocjacji” . Alkoholizm, badania kliniczne i eksperymentalne . 35 (1): 10-8. doi : 10.1111/j.1530-0277.200.01317.x . PMC 3005010 . PMID 20958328 .
Zewnętrzne linki
- Lokalizacja genomu ludzkiego CYP2E1 i strona szczegółów genu CYP2E1 w przeglądarce genomu UCSC .