Białka sieroce cytochromu P450

Należy również nadmienić, iż spośród odkrytych dotychczas 57 genów kodujących izoenzymy cytochromu P450, aż 1/4 z nich należy do tzw. białek sierocych (ang. orphan proteins). Oznacza to, że ich funkcja, miejsce ekspresji, a także sposób regulacji wciąż nie zostały do końca wyjaśnione [Szaefer i in. 2019]. Brakuje nam wiedzy na temat ich funkcji w metabolizmie endogennym i egzogennym, a także ich roli w metabolizmie substancji toksycznych i rakotwórczych. Nie wykluczone, iż mogą wywierać wpływ na metabolizm leków. Obecnie do sierocych P450 zalicza się 13 izoenzymów: P450 2A7, 2S1, 2U1, 2W1, 3A43, 4A22, 4F11, 4F22,

Pobrano z mostwiedzy.pl

4V2, 4X1, 4Z1, 20A1 i 27C1 (Tabela II.3.). Niektóre z nich mają już przypisane przypuszczalne funkcje np. w metabolizmie kwasu arachidonowego. Jednak dla większości sierocych P450 dostępna jest szersza wiedza na temat ich genów i polimorfizmów pojedynczych nukleotydów niż o ich funkcjach biologicznych [Guengerich i in. 2010].

Tabela.II.3. Ludzkie sieroce P450 [Guengerich 2011]

P450 Miejsce ekspresji Prawdopodobny substrat

2A7 wątroba

2S1 skóra, wątroba, tchawica, płuco, żołądek, jelito cienkie, śledziona, nowotwory piersi

kwas retinowy, kwas arachidonowy, AQ4N, eliptycyna, niektóre nadtlenki eikozanoidów, 7,8-dihydrodiolowa pochodna benzo(a)pirenu, 2U1 grasica, mózg kwasy tłuszczowe (ω, ω-1), N-arachidonoyl

serotonina, pochodne debrizochiny i terfenadyny

2W1 komórki nowotworowe substancje rakotwórcze

3A43 wątroba, mózg alprazolam, testosteron

4A22 wątroba

Transkrypty mRNA tego izoenzymu odnotowano w ludzkiej wątrobie i przełyku. Splicing alternatywny jest prawdopodobnie związany z produkcją hybrydy alleli P450 2A6/2A7. Hybryda ta ma niższy poziom aktywności enzymatycznej niż P450 2A6. Do tej pory heterologiczna ekspresja P450 2A7 w różnych systemach nie pozwoliła na otrzymanie aktywnej formy tego izoenzymu. Nie wiadomo również, czy aktywna forma P450 2A7 istnieje [Guengerich 2011].

II.2.3.2. P450 2S1

Ekspresję mRNA izoenzymu wykryto w ludzkiej skórze i wątrobie. Istnieją również doniesienia o ekspresji P450 2S1 w tchawicy, płucu, żołądku, jelicie cienkim i śledzionie. Gen ten prawdopodobnie regulowany jest przez czynnik transkrypcyjny - receptor węglowodorów arylowych (ang. aryl hydrocarbon receptor, AhR). Wzrost poziomu ekspresji izoenzymu P450 2S1

Pobrano z mostwiedzy.pl

zaobserwowano w komórkach MCF-7 po traktowaniu ich różnymi metoksystylbenami, czyli związkami posiadającymi zdolność do zaburzania ekspresji i aktywności AhR. [Szaefer i in.

2019]. Heterologiczna ekspresja została osiągnięta w drożdżach i stosunkowo wysokim poziomie w systemach E. coli. ekspresja P450 2S1 Uważa się, że izoenzym CYP2S1 może uczestniczyć w metabolizmie kwasu retinowego, niektórych nadtlenków eikozanoidów. Jednak specyficzność P450 2S1 wobec substratów jest nadal kontrowersyjna. Pojawiło się pytanie, czy P450 2S1 może oddziaływać z reduktazą NADPH-P450i akceptować elektrony. W 2009 roku Bui i Haninson doszli do wniosku, że P450 2S1 nie jest w stanie oddziaływać z reduktazą NADPH-P450 ani przyjmować elektronów z reduktazy. Jednakże praca Bui i Haninsona budziła poważne zastrzeżenia. Dwa lata później stwierdzono, że P450 2S1 redukuje prolek AQ4N. Wyniki te potwierdzają, że P450 2S1 katalizuje reakcje redukcyjne za pomocą reduktazy NADPH-P450, a także sugerują ujawnienie normalnych ról oksydazy o mieszanej funkcji P450 2S1. [Xiao i in. 2011] Ponadto wykazano, że P450 2S1 katalizuje utlenianie związków mających wielopierścieniowe struktury aromatyczne m.in. 7,8-dihydrodiolową pochodną benzo(a)pirenu i lek przeciwnowotworowy – eliptycynę [Mrizova i in. 2016]. Dowiedziono również, iż P450 2S1 katalizuje utlenianie kwasu arachidonowego do 19-HETE, a także wykazuje aktywność wobec kilku innych nienasyconych kwasów tłuszczowych i tylko ω1-hydroksy wielonieniasyconych kwasów tłuszczowych [Fekry i in.

2019].

II.2.3.3. P450 2U1

mRNA P450 2U1 wykryto w ludzkim mózgu i grasicy. Heterologiczną ekspresję odnotowano w komórkach owadzich. P450 2U1 odpowiedzialny za metabolizm kwasu arachidowego i innych kwasów tłuszczowych tj. nienasyconych kwasów tłuszczowych (linolenowego, palmitylowego, wakcenowego, eikosatrienowego, eikozapentaenowego, EPA i dokozaheksanowego, DHA), a także długich nienasyconych kwasów tłuszczowych (palmitynowego i stearynowego) [Dhers i in. 2017]. Sugeruje się, iż P450 2U1 zaangażowany może być w utlenianie endogennej N-arachidonoyl serotoniny (inhibitora hydrolazy amidowej kwasu tłuszczowego) w pozycji 2 jej pierścienia indolowego (Rys.II.10) [Siller i in. 2014], a także katalizuje hydroksylację pochodnych debrizochiny i terfenadyny [Ducassou i in. 2015]. Wyniki te sugerują, iż ten typ przemian może być istotny dla metabolizmu leków w ludzkim mózgu.

Rys.II.10. Metabolizm N-arachidonoylserotoniny wobec P450 2U1 do 2-okso-Narachidonoylserotoniny [Siller i in. 2014].

Pobrano z mostwiedzy.pl

II.2.3.3. P450 2W1

Próby znalezienia miejsca ekspresji mRNA P450 2W1 w ludzkiej tkance zakończyły się niepowodzeniem, a ekspresja wydaje się występować tylko w komórkach nowotworowych, szczególnie raka jelita grubego i wątroby [Guengerich 2011, Szaefer i in. 2019]. Izoenzym P450 2W1 bierze udział w aktywacji kancerogennych policyklicznych węglowodorów aromatycznych, co może mieć szczególne znaczenie w świetle lokalizacji tego enzymu w nowotworach. Ze względu na swoistą dla nowotworu ekspresję i wyjątkową aktywność katalityczną w raku jelita grubego CYP2W1 uznano za interesujący cel w leczeniu raka jelita grubego. Nadekspresja tego enzymu wiąże się bowiem przynajmniej ze skróceniem przeżycia pacjentów z rakiem jelita grubego [Chung i in. 2016] Ponadto P450 2W1 katalizuje N-demetylację benzfetaminy, redukcję AQ4N przy udziale reduktazy NADPH-P450 i w małym stopniu utlenianie kwasów tłuszczowych, a także wykazuje pewną aktywność wobec indoli i jego pochodnych [Guengerich 2011].

Wykazano również wpływ niektórych stylbenów na poziom ekspresji tych izoenzymów w komórkach nowotworowych piersi. Obserwowano bowiem wzrost ekspresji P450 2W1 w komórkach linii MCF-7 traktowanych 3,4,2’-trimetoksy-trans-stilbenem oraz spadek poziomu transkryptu P450 2W1 podczas leczenia komórek MDA-MB-231 resweratrolem, związkiem o budowie stilbenu, występującym u roślin naturalnie pod wpływem stresu [Szaefer i in. 2019].

Zatem P450 2W1 odpowiedzialny jest nie tylko za metabolizm leków stosowanych w terapii przeciwnowotworowej, ale również potencjalne środki chemoterapeutyczne mogą modulować poziom ekspresji tych izoenzymów w komórkach nowotworowych [Chung i in. 2016, Szaefer 2019]. Informacje te są niezwykle istotne dla planowania terapii przeciwnowotworowej, w głównej mierze przeciwko nowotworom jelita i piersi.

II.2.3.4. P450 3A43 i P450 4A22

P450 3A43 zlokalizowano w wątrobie i mózgu. Heterologiczną ekspresję tego izoenzymu odnotowano w E.coli i komórkach COS-1 [Agarwal 2008]. Prawdopodobnie P450 3A43 bierze udział w metabolizmie alprazolu i w małym stopniu testosteronu. [Guengerich 2011]. Stosunkowo mało wiadomo na temat P450 4A22. Ekspresja tego enzymu nie wydaje się być na wysokim poziomie. Został on zlokalizowany w ludzkiej wątrobie i pełni tam funkcję hydroksylazy kwasów tłuszczowych [Lino Cardenas i in. 2011].

II.2.3.5. P450 4F11

mRNA P450 4F11 ulega ekspresji w wątrobie. Heterologiczna ekspresja została osiągnięta w komórkach drożdży, owadów i E.coli. P450 4F11 wykazuje aktywność katalityczną wobec kwasów tłuszczowych, a także ketokwasów tłuszczowych. Nie zaobserwowano bioaktywacji wobec wielu prokancerogenów [Guengerich 2011]. Odnotowano natomiast pewną aktywność przy utlenianiu witaminy K1. Ponadto P450 4F11 katalizuje N- i O-demetylację leków takich jak erytromycyna, benzfetamina, etylomorfina, chlorpromazyna, imipramina i werapamil [Kalsotra i in. 2004].

Pobrano z mostwiedzy.pl

II.2.3.6. P450 4F22

Ekspresję mRNA P4504F11 wykryto w skórze i jądrach, a także na niewielkim poziomie w szpiku kostnym, wątrobie, jelicie cienkim, mięśniu szkieletowym i mózgu. Uważa się, że P450 4F22 bierze udział w bioaktywacji pochodnych kwasu 12R-hydro(peroksy)-eikozatetraenowego i 8R, 11R, 12R-epoksy(hydroksy)-eikosatrienowego. Ponadto dowiedziono, iż P450 4F22 utlenia kwas arachidonowy do mieszaniny kwasów hydroksy-eikosatetraenowych [Guengerich 2011].

II.2.3.7. P450 4V2

mRNA ludzkiego P450 4V2 wykryto w siatkówce oka. Stwierdzono również, że mutacje w genie P450 4V2 związane są z występowaniem dystrofii krystalicznej Biettiego (ang. Bietti's crystalline dystrophy, BCD), rzadkiej choroby objawiającej się powstawaniem krystalicznych wnikających złogów i różnym stopniem atrofii naczyniowo-rdzeniowej rozpoczynającej się na tylnym biegunie gałki ocznej. Przeprowadzone badania biochemiczne wskazują, że u pacjentów z BCD zaburzony jest metabolizm kwasów tłuszczowych. [Nakano i in. 2012]. Zatem uważa się, iż P450 4V2 wraz z innymi izoenzymami P450 może odgrywać rolę w metabolizmie kwasów tłuszczowych i sterydów. Wykazano również, że P450 4V2, którego ekspresję uzyskano w komórkach owadzich katalizuje hydroksylację średniołańcuchowych kwasów tłuszczowych (ang. Medium chain fatty acids, MCFA) [Guengerich 2011], a także metabolizuje wielonienasycone kwasy tłuszczowe (ang. polyunsaturated fatty acid, PUFA) [Nakano i in. 2012].

II.2.3.8. P450 4X1

Ekspresja P450 4X1 ma miejsce m. in. w mózgu, tchawicy, wątrobie, sercu i aorcie.

Ekspresję i aktywność P450 4X1 odkryto również w różnych nowotworach. Uznano go zatem za potencjalny cel molekularny terapii przeciwnowotworowej [Kumar 2015]. W badaniach eksperymentalnych dowiedziono, że kwas arachidonowy i jego pochodna anandamid są substratami P450 4X1. Jednakże możliwości metaboliczne P450 4X1 są w dużej mierze nieznane [Guengerich 2011].

II.2.3.9. P450 4Z1

Ekspresja P450 4Z1 jest niewykrywalna lub na bardzo niskim poziomie w większości tkanek ludzkich. Natomiast obfitą ekspresję odnotowano w tkankach sutka i nowotworach piersi.

Obecność tego izoenzymu stwierdzono w liniach komórkowych raka piersi T47-D i MCF-7 [Rieger i in. 2004]. Jedynymi zgłaszanymi substratami dla P450 4Z1 są kwasy tłuszczowe, kwas laurynowy i kwas mirystynowy [Guengerich 2011].

II.2.3.10. P450 20A1

Ekspresje mRNA P450 20A1 wykryto w mózgu i wątrobie. Jak na razie nie zidentyfikowano substratów dla tego izoenzymu [Han i in. 2017].

Pobrano z mostwiedzy.pl

II.2.3.11. P450 27C1

mRNA P450 27C1 ulega ekspresji w wielu tkankach, w tym w wątrobie, nerkach i śledzionie. Enzym ten należy do rodziny P450 27, do której należą również P450 27A1 i 27B1, izoenzymy zaangażowane w hydroksylację witaminy D. Natomiast izoenzym P450 27C1 nie utlenia witaminy D, 25-hydroksy-witaminyD ani cholesterolu. Do tej pory nie zidentyfikowano substratów dla tego izoenzymu [Guengerich 2011].