CYP3A4 - CYP3A4
Citocromul P450 3A4 (prescurtat CYP3A4 ) ( EC 1.14.13.97 ) este o enzimă importantă în organism, întâlnită în principal în ficat și în intestin. Se oxidează mici molecule străine organice ( xenobioticelor ), cum ar fi toxine sau medicamente, astfel încât acestea să poată fi eliminate din organism.
În timp ce multe medicamente sunt dezactivate de CYP3A4, există și unele medicamente care sunt activate de enzimă. Unele substanțe, cum ar fi unele medicamente și furanocumarine prezente în sucul de grapefruit , interferează cu acțiunea CYP3A4. Prin urmare, aceste substanțe vor amplifica sau slăbi acțiunea acelor medicamente modificate de CYP3A4.
CYP3A4 este un membru al familiei de enzime oxidante a citocromului P450 . Câțiva alți membri ai acestei familii sunt, de asemenea, implicați în metabolismul medicamentelor, dar CYP3A4 este cel mai comun și cel mai versatil. La fel ca toți membrii acestei familii, este o hemoproteină , adică o proteină care conține o grupă hem cu un atom de fier. La om, proteina CYP3A4 este codificată de gena CYP3A4 . Această genă face parte dintr-un grup de gene ale citocromului P 450 de pe cromozomul 7q22.1 .
Funcţie
CYP3A4 este un membru al superfamiliei de enzime a citocromului P450 . Proteinele citocromului P450 sunt monooxigenaze care catalizează multe reacții implicate în metabolismul medicamentului și sinteza colesterolului, steroizilor și a altor componente lipidice.
Proteina CYP3A4 se localizează în reticulul endoplasmatic , iar expresia sa este indusă de glucocorticoizi și de unii agenți farmacologici. Enzimele citocromului P450 metabolizează aproximativ 60% din medicamentele prescrise, CYP3A4 fiind responsabil pentru aproximativ jumătate din acest metabolism; substraturile includ acetaminofen, codeină, ciclosporină (ciclosporină), diazepam și eritromicină. Enzima metabolizează, de asemenea, unii steroizi și agenți cancerigeni. Majoritatea medicamentelor suferă dezactivarea prin CYP3A4, fie direct, fie prin excreția facilitată din organism. De asemenea, multe substanțe sunt bioactivated de CYP3A4 pentru a forma compuși activi ai acestora, și multe protoxinele fiind toxicated in formele lor toxice (pentru exemple - a se vedea tabelul de mai jos) .
CYP3A4 deține, de asemenea, activitate epoxigenază prin aceea că metabolizează acidul arahidonic în acizi epoxieicosatrienoici ( EET ), adică acizi (±) -8,9-, (±) -11,12- și (±) -14,15-epoxyeicosatrienoici. EET-urile au o gamă largă de activități, inclusiv promovarea anumitor tipuri de cancer (a se vedea acidul epoxyeicosatetraenoic ). CYP3A4 promovează creșterea diferitelor tipuri de linii celulare de cancer uman în cultură prin producerea de acizi (±) -14,15-epoxyeicosatrienoici care stimulează aceste celule să crească. Citocromul P450 este, de asemenea, raportat că are activitate monooxgenază de acid gras pentru metabolizarea acidului arahidonic în acid 20-hidroxieicosatetraenoic (20-HETE). 20-HETE are o gamă largă de activități care includ, de asemenea, stimularea creșterii la nivelul sânilor și a altor tipuri de cancer (vezi acidul 12-hidroxieicosatetraenoic ).
Evoluţie
Gena CYP3A4 prezintă o regiune de reglare în amonte mult mai complicată în comparație cu paralogii săi . Această complexitate crescută face ca gena CYP3A4 să fie mai sensibilă la liganzii endogeni și exogeni PXR și CAR, în loc să se bazeze pe variante genetice pentru o specificitate mai largă. Cimpanzeul și CYP3A4 uman sunt extrem de conservate în metabolismul multor liganzi , deși patru aminoacizi selectați pozitiv la om au dus la o benzilare de 5 ori a 7-BFC în prezența acidului bilateral secundar hepatotoxic al acidului litocolic . Această schimbare în consecință contribuie la o apărare umană sporită împotriva colestazei .
Distribuția țesuturilor
Fetusii tind să nu exprime CYP3A4 în țesutul hepatic, ci mai degrabă CYP3A7 ( EC 1.14.14.1 ), care acționează pe o gamă similară de substraturi. CYP3A4 este absent în ficatul fetal, dar crește la aproximativ 40% din nivelurile adulților în a patra lună de viață și 72% la 12 luni.
Deși CYP3A4 se găsește predominant în ficat, este prezent și în alte organe și țesuturi ale corpului, unde poate juca un rol important în metabolism. CYP3A4 din intestin joacă un rol important în metabolismul anumitor medicamente. Adesea , acest lucru permite prodroguri să fie activate și absorbite - ca și în cazul histaminici H 1 antagonist al receptorilor terfenadină .
Recent, CYP3A4 a fost identificat și în creier, totuși rolul său în sistemul nervos central este încă necunoscut.
Mecanisme
Enzimele citocromului P450 efectuează un sortiment de modificări pe o varietate de liganzi, utilizând amplasamentul său activ și capacitatea sa de a lega mai mult de un substrat la un moment dat pentru a efectua modificări chimice complicate în metabolismul compușilor endogeni și exogeni. Acestea includ hidroxilarea , epoxidarea olefinelor, oxidarea aromatică, oxidarea heteroatomului, reacțiile de N-și O-dezalchilare, oxidările aldehidelor, reacțiile de dehidrogenare și activitatea aromatazei.
Hidroxilarea unei legături sp 3 CH este una dintre modalitățile prin care CYP3A4 (și citocromul P450 oxigenaze) îi afectează ligandul. De fapt, hidroxilarea este uneori urmată de dehidrogenare, ducând la metaboliți mai complecși. Un exemplu de moleculă care suferă mai multe reacții datorită CYP3A4 include tamoxifen , care este hidroxilat în 4-hidroxi-tamoxifen și apoi deshidratat în metonă de chinonă 4-hidroxi-tamoxifen. Două mecanisme au fost propuse ca cale principală de hidroxilare în enzimele P450.
Prima cale sugerată este o metodă radicală controlată în cușcă („oxigen rebound”), iar cea de-a doua implică un mecanism concertat care nu folosește un intermediar radical, ci acționează foarte rapid prin intermediul unui „ ceas radical ”.
Inhibare prin ingestie de fructe
În 1998, diverși cercetători au arătat că sucul de grepfrut , și grepfrutul în general, este un puternic inhibitor al CYP3A4, care poate afecta metabolismul unei varietăți de medicamente, crescând biodisponibilitatea acestora . În unele cazuri, acest lucru poate duce la o interacțiune fatală cu medicamente precum astemizol sau terfenadină . Efectul sucului de grapefruit în ceea ce privește absorbția medicamentelor a fost descoperit inițial în 1989. Primul raport publicat cu privire la interacțiunile medicamentelor cu grepfrut a fost în 1991 în Lancet intitulat „Interacțiuni de sucuri de citrice cu felodipină și nifedipină” și a fost primul medicament alimentar raportat interacțiune clinică. Efectele grapefruitului durează între 3 și 7 zile, cu cele mai mari efecte atunci când sucul este luat cu o oră înainte de administrarea medicamentului.
Pe lângă grapefruit, alte fructe au efecte similare. Noni ( M. citrifolia ), de exemplu, este un supliment alimentar consumat de obicei ca suc și inhibă, de asemenea, CYP3A4; sucul de rodie are și acest efect.
Variabilitate
În timp ce în gena CYP3A4 au fost identificate peste 28 de polimorfisme nucleotidice unice (SNP) , s-a constatat că acest lucru nu se traduce prin variabilitate interindividuală semnificativă in vivo . Se poate presupune că acest lucru se poate datora inducerii CYP3A4 la expunerea la substraturi.
Alelele CYP3A4 despre care s-a raportat că au o funcție minimă în comparație cu tipul sălbatic includ CYP3A4 * 6 (o inserție A17776) și CYP3A4 * 17 (F189S). Ambii SNP au condus la scăderea activității catalitice cu anumiți liganzi, inclusiv testosteronul și nifedipina, în comparație cu metabolismul de tip sălbatic. Prin contrast, alela CYP3A4 * 1G are o activitate enzimatică mai puternică în comparație cu CYP3A4 * 1A (alela de tip sălbatic).
Variabilitatea funcției CYP3A4 poate fi determinată neinvaziv prin testul de respirație cu eritromicină (ERMBT). ERMBT estimează in vivo activitatea CYP3A4 prin măsurarea dioxidului de carbon marcat radio expirat după o doză intravenoasă de ( 14 C- N- metil) - eritromicină .
Inducţie
CYP3A4 este indus de o mare varietate de liganzi . Acești liganzi se leagă de receptorul pregnanei X (PXR). Complexul PXR activat formează un heterodimer cu receptorul retinoid X (RXR), care se leagă de regiunea XREM a genei CYP3A4 . XREM este o regiune de reglare a genei CYP3A4 , iar legarea determină o interacțiune cooperantă cu regiunile promotorului proximal ale genei, rezultând creșterea transcripției și exprimării CYP3A4. Activarea heterodimerului PXR / RXR inițiază transcrierea regiunii și genei promotorului CYP3A4. Legarea ligandului crește în prezența liganzilor CYP3A4, cum ar fi în prezența aflatoxinei B1, M1 și G1. Într-adevăr, datorită sitului activ mare și maleabil al enzimei, este posibil ca enzima să lege mai mulți liganzi simultan, ducând la efecte secundare potențial dăunătoare.
S-a demonstrat că inducerea CYP3A4 variază la om în funcție de sex. Dovezile arată o eliminare crescută a medicamentelor de către CYP3A4 la femei, chiar și atunci când se iau în considerare diferențele de greutate corporală. Un studiu realizat de Wolbold și colab. (2003) au constatat că nivelurile medii de CYP3A4 măsurate din probe de ficat îndepărtate chirurgical dintr-un eșantion aleatoriu de femei au depășit nivelurile de CYP3A4 la ficatul bărbaților cu 129%. Transcrierile de ARNm CYP3A4 au fost găsite în proporții similare, sugerând un mecanism pre-translațional pentru reglarea în sus a CYP3A4 la femei. Cauza exactă a acestui nivel crescut de enzimă la femei este încă sub speculații, cu toate acestea, studiile au elucidat alte mecanisme (cum ar fi compensarea CYP3A5 sau CYP3A7 pentru niveluri scăzute de CYP3A4) care afectează clearance-ul medicamentului atât la bărbați, cât și la femei.
Activarea substratului CYP3A4 variază între diferite specii de animale. Anumiți liganzi activează PXR uman, care promovează transcripția CYP3A4, în timp ce nu prezintă activare la alte specii. De exemplu, PXR de șoarece nu este activat de rifampicină și PXR uman nu este activat de pregnenalonă 16α-carbonitril Pentru a facilita studiul căilor funcționale CYP3A4 in vivo, tulpinile de șoarece au fost dezvoltate folosind transgenele pentru a produce CYP3A4 și PXR nule / umane cruci. Deși șoarecii hCYP3A4 umanizați au exprimat cu succes enzima în tractul lor intestinal, niveluri scăzute de hCYP3A4 s-au găsit în ficat. Acest efect a fost atribuit reglării CYP3A4 de către calea de transducție a semnalului hormonului de creștere . În plus față de furnizarea unui model in vivo , șoarecii CYP3A4 umanizați (hCYP3A4) au fost folosiți pentru a sublinia în continuare diferențele de gen în activitatea CYP3A4.
Nivelurile de activitate ale CYP3A4 au fost, de asemenea, corelate cu dieta și factorii de mediu, cum ar fi durata expunerii la substanțe xenobiotice. Datorită prezenței extinse a enzimei în mucoasa intestinală, enzima a demonstrat sensibilitate la simptomele de foame și este reglementată în sus pentru apărarea efectelor adverse. Într-adevăr, la minusii cu capul capricios, peștii femele nefiind s-au arătat că au crescut expresia PXR și CYP3A4 și au prezentat un răspuns mai pronunțat la factorii xenobiotici după expunere după câteva zile de foame. Studiind modele animale și ținând cont de diferențele înnăscute în activarea CYP3A4, investigatorii pot prezice mai bine metabolismul medicamentelor și efectele secundare în căile CYP3A4 umane.
Cifra de afaceri
Estimările ratei de rotație a CYP3A4 umană variază foarte mult. Pentru CYP3A4 hepatic, metodele in vivo produc estimări ale timpului de înjumătățire enzimatică în principal în intervalul de la 70 la 140 de ore, în timp ce metodele in vitro dau estimări de la 26 la 79 de ore. Cifra de afaceri a intestinului CYP3A4 este probabil o funcție a ratei de reînnoire a enterocitelor ; o abordare indirectă bazată pe recuperarea activității după expunerea la suc de grapefruit produce măsurători în intervalul de 12 până la 33 de ore.
Tehnologie
Datorită înclinației naturale a conglomeratului CYP3A4 legat de membrană, istoric a fost dificil să se studieze legarea medicamentului atât în soluție, cât și pe suprafețe. Co-cristalizarea este dificilă, deoarece substraturile tind să aibă un Kd scăzut (între 5-150 μM) și o solubilitate redusă în soluții apoase. O strategie de succes în izolarea enzimei legate este stabilizarea funcțională a CYP3A4 monomeric pe nanoparticulele de argint produse din litografie nanosferică și analizate prin spectroscopie de rezonanță plasmonică de suprafață localizată (LSPR). Aceste analize pot fi utilizate ca o analiză de înaltă sensibilitate a legării medicamentului și pot deveni parte integrantă în alte teste de mare viteză utilizate în testele inițiale de descoperire a medicamentelor. În plus față de LSPR, complexele CYP3A4-Nanodisc au fost considerate utile în alte aplicații, inclusiv RMN în stare solidă , potențiometrie redox și cinetică enzimatică în stare de echilibru .
Liganzi
Urmează un tabel cu substraturi , inductori și inhibitori selectați ai CYP3A4. Acolo unde sunt enumerate clasele de agenți, pot exista excepții în cadrul clasei.
Inhibitorii CYP3A4 pot fi clasificați după puterea lor , cum ar fi:
- Un inhibitor puternic este unul care determină o creștere de cel puțin 5 ori a valorilor ASC plasmatice sau o scădere a clearance-ului de peste 80% .
- Inhibitorul moderat este unul care determină o creștere de cel puțin 2 ori a valorilor ASC plasmatice sau scăderea cu 50-80% a clearance-ului.
- Inhibitorul slab este unul care determină o creștere de cel puțin 1,25 ori mai mică de 2 ori a valorilor ASC plasmatice sau o reducere de 20-50% a clearance-ului.
| Substraturi | Inhibitori | Inductori |
|---|---|---|
( antiplachetar ) |
Puternic
Moderat
Slab
Potență nespecificată
|
Potență puternică Potență nespecificată
|
Harta interactivă a căilor
Faceți clic pe gene, proteine și metaboliți de mai jos pentru a vă conecta la articolele respective.
Vezi si
Referințe
linkuri externe
- PharmGKB: Informații despre genele PGx adnotate pentru CYP3A4
- Predicția substratului CYP3A4
- Human CYP3A4 genomului localizare și CYP3A4 gena pagina cu detalii in Browser UCSC genomului .
- Prezentare generală a tuturor informațiilor structurale disponibile în PDB pentru UniProt : P08684 (Citocrom P450 3A4) la PDBe-KB .
Acest articol încorporează text din Biblioteca Națională de Medicină a Statelor Unite , care este în domeniul public .
