Membránové transportéry
2019
Transportéry
- membránové proteiny schopné usnadnit průchod
molekul dovnitř nebo ven z buňky
- primární úlohou je transportovat živiny (cukry,
aminokyseliny, nukleotidy, vitaminy) dovnitř a
vylučovat endogenní a exogenní toxiny z buňky
ven
- léčiva mající podobnou strukturu s přirozenými
substráty mohou být přenášena také – problémy
s biologickou dostupností, účinností a toxicitou
(substrátová kompetice)
Transportéry
Pasivní transportéry (facilitující transportéry):
přenášejí molekuly po směru jejich
elektrochemického gradientu
Aktivní transportéry pracují proti směru
elektrochemického gradientu
- Primární transportéry – přenášejí molekuly za
pomoci energie z ATP
- Sekundární transportéry – využívají energie
elektrochemického gradientu jiných částic (iontů....)
-kotransportéry (stejným směrem)
-výměnné transportéry (v opačném směru)
Transportéry
Většina transportérů je exprimována v bariérových
buňkách:
- játra
- ledviny
- střeva
- placenta
- mozek
Liší se zastoupení i typy transportérů na vnitřním a
vnějším rozhraní buněčné bariéry
Klasifikace transportérů
buněčná úroveň:
influxní tr.
efluxní tr.
farmakologická úroveň:
absorptivní tr. (absorpce do krevního oběhu)
sekretorní tr. (sekrece z krevního oběhu do moče,
žluče nebo střevního lumen)
podle konvence, transportéry usnadňující absorpci
do mozku a plodu řadíme do absorptivních
Klasifikace podle substrátů:
Organic cation transporter (OCT)
Transportér organických kationtů
Organic cation/carnitine transporter (OCTN)
Karnitinový transportér organických kationtů
Organic anion transporter (OAT)
Transportér organických aniontů
Organic anion transporter polypeptides (OATP)
Transportér polypeptidových aniontů
Peptide transporter (PEPT)
Peptidový transportér
Monocarboxylate transporter (MCT, SMCT)
Transportér monokarboxylátů
Klasifikace podle substrátů:
Nucleoside transporter (CNT, ENT)
Nukleosidový transportér
Bile acid transporter (NTCP, ASBT, BSEP, OST)
Transportéry žlučových kyselin
Multidrug resistance protein (MDR)
Protein lékové rezistence
Multidrug resistance associated protein (MRP)
Protein lékové rezistence
Breast cancer resistance protein (BCRP)
Protein rezistence karcinomu prsu
Klasifikace podle mechanismu:
podle účasti ATP na procesu
ABC (ATP-binding casette) – např. MDR, MRP,
BCRP
SLC (Solute carrier) – většina transportérů
Organic cation transporters (OCT)
isoformy OCT 1, OCT 2, OCT 3
podobná transmembránová topologie
sdílená skupina substrátů
společný mechanismus transportu
Organic cation transporter (OCT)
Organic cation transporter (OCT)
charakteristika společných substrátů:
celkově nízká molekulová hmotnost
relativně hydrofilní
obsahují organický kation
(pozitivní náboj však není nezbytný – substrátem
jsou i negativní prostaglandiny nebo neutrální beta
estradiol)
Organic cation transporter (OCT)
Organic cation transporter (OCT)
Organic cation transporter (OCT)
Organic cation transporter (OCT)
Organic cation/carnitine transporters (OCTN)
Karnitin
zwitterion (amfion)
esenciální kofaktor v metabolismu lipidů
důležitá úloha v beta-oxidaci mastných kyselin
absorbován z potravy pomocí OCTN
reabsorbován v distálním tubulu z primární moči
pomocí OCTN
Organic cation/carnitine transporters (OCTN)
OCTN 1
H+ antiporter
OCTN 2
Na+ kotransportér nebo uniporter kationtu
další substráty:
chinidin, verapamil, malé molekuly obsahující
kvarterní dusík
substráty jsou kompetitivními inhibitory a způsobují
nedostatek karnitinu v organismu
Organic anion transporters (OAT)
- sekretorní systém organických kyselin – exkrece
kyselých metabolitů do moče
- využívá elektrochemický gradient substrátu nebo
jiného rozpustného kationtu
- mechanismus:
výměna organický aniont – dikarboxylát
výměna organický aniont - urát
Organic anion transporters (OAT)
- OAT jsou nejvíce exprimovány v ledvinách
- multispecifické transportéry přenáší široké
spektrum substrátů
- specifita je založena na obecných fyzikálněchemických
vlastnostech:
• negativní náboj
• hydrofobicita
• schopnost vytvářet vodíkové vazby
Organic anion transporters (OAT)
Mechanismus je spojený s výměnou iontů:
Organic anion transporters (OAT)
Mechanism coupled with ion exchange:
Organic anion transporting polypeptides (OATP)
Mechanismus je rozdílný
všechny mají mechanismus typu rocker-switch,
vyměňují však rozdílné kosubstráty
Substráty mají relativně velkou Mr (nejmenší
benzylpenicilin 334, největší cholecystokinin
oktapeptid 1143)
Obecně jsou substráty steroidy nebo cyklické peptidy
(látky s více amidickými vazbami), častý je negativní
náboj
Organic anion transporting polypeptides (OATP)
Endogenními substráty jsou:
• thyroideální hormony
• žlučové kyseliny
• steroidní hormony
• bilirubin
• prostaglandiny
Substráty jsou celé skupiny léčiv:
• Statiny
• Sartany
• ACE inhibitory (Prily)
• Kardioglykosidy
Organic anion transporting polypeptides (OATP)
Organic anion transporting polypeptides (OATP)
Organic anion transporting polypeptides (OATP)
Velký význam farmakogenomiky OATP1B1:
Organic anion transporting polypeptides (OATP)
způsobují často lékové interakce:
• zvýšení exkrece fexofenadinu
• potlačení first-pass efektu u statinů
Mammalian oligopeptide transporters (PEPT)
Aminokyseliny jsou nejvíce absorbovány ze střeva
ve formě di- a tri-peptidů
Ty jsou štěpeny cytosolickými peptidasami na volné
aminokyseliny, které jsou transportovány do krve
(jinými transportéry).
4 isoformy:
PEPT1, PEPT2
PHT1, PHT2 (peptide-histidine transporters)
Mammalian oligopeptide transporters (PEPT)
Mechanismus:
využívá gradientu H+ na membráně
- neutrální a anionické peptidy vyžadují
H+ kotransport
- kationické peptidy nepotřebují H+
Mammalian oligopeptide transporters (PEPT)
Vlastnosti molekul substrátů:
PEPT1: L-aminokyseliny
kyselá nebo hydrofobní skupina na C konci
slabě zásaditá skupina v α pozici N konce
ketomethylenová / peptidická vazba
PEPT2: jako PEPT1
aminokarbonylová skupina v α nebo β pozici
PHT: zatím neobjasněno
Endogenní substráty:
di- a tri-peptidy ze všech přirozených aminokyselin
Mammalian oligopeptide transporters (PEPT)
Exogenní substráty:
β-laktamová antibiotika, ACE inhibitory,
proléčiva L-DOPA, valacyklovir, valgancyklovir,
aminokyselinová proléčiva bisfosfonátů,
peptidová analoga (např. linezolid)
Aktivita a exprese PEPT závisí na objemu
a složení stravy
řízeno hladinami insulinu / leptinu
Monocarboxylate transporters (MCT, SMCT)
MCT1-14 isoformy
MCT1-4 transportují metabolické monokarboxyláty
(např. laktát, pyruvát, butyrát, acetoacetát)
ostatní MCT se podílí na transportu aminokyselin
MCT8 transportuje T3 a T4 thyroideální hormony
Mechanismus: H+ kotransportéry
Sodium-dependent monocarboxylate transporters
(SMCT)
Mechanismus: Na+ kotransportéry
Exogenní substráty: kyselé β-laktamy, statiny,
valproová kyselina – transport přes
hematoencefalickou bariéru
Nukleosidové transportéry (CNT, ENT)
Nukleosidy jsou hydrofilní a mají nízkou
membránovou permeabilitu
Dvě třídy transportérů:
Concentrative nucleoside transporters (CNT)
Equilibrative nucleoside transporters (ENT)
Schopnost průniku většiny nukleosidových analogů
do buněk závisí na těchto transportérech
Concentrative nucleoside transporters (CNT)
mechanismus: Na+ kotransportéry
3 isoformy:
CNT1, CNT2, CNT3
CNT1
• typicky se vyskytuje v epitelu střeva, ledvin a jater
• substrátem hlavně pyrimidinové nukleosidy,
omezeně adenosin
• protirakovinné gemcitabin, cytarabin, capecitabin
• antivirotika zidovudin, lamivudin, zalcitabin
• kotransport nukleosid : Na+ (1 : 1)
Concentrative nucleoside transporters (CNT)
CNT2
• široce rozšířené v celém organismu
• substrátem purinové nukleosidy, omezeně uridin,
ribavirin, 5-fluorouridin
• kotransport nukleosid : Na+ (1 : 1)
CNT3
• široce rozšířené v celém organismu
• substrátem purinové and pyrimidinové nukleosidy
• většina nukleosidových analogů je také substrátem
• kotransport nukleosid : Na+ (1 : 2)
Equilibrative nucleoside transporters (ENT)
mechanismus:
facilitovaný transport závislý na koncentraci
ENT1
široce rozšířené v celém organismu
substrátem purinové i pyrimidinové nukleosidy
gemcitabin, fludarabin, cytarabin, ribavirin
! dipyridamol je silným inhibitorem ENT1
ENT2
nejvíce ve svalech, ale i v jiných tkáních
nižší afinita ke guanosinu a cytidinu
transportuje také volné nukleotidové base
Equilibrative nucleoside transporters (ENT)
ENT3
široká specifita pro všechny nukleosidy
i jejich analoga
exprimován v lysozomální membráně
ENT4
ve skutečnosti OCT, transportuje selektivně adenosin
Transportéry žlučových kyselin
primární žlučové kyseliny: cholová
chenodeoxycholová
sekundární žlučové kyseliny: deoxycholová
lithocholová
(produkovány z primárních střevní mikroflórou)
amfipatické detergenty nezbytné pro absorpci lipidů
hepatobiliární oběh – jedna molekula žlučové
kyseliny je vyloučena reabsorbována přibližně
12x denně
Transportéry žlučových kyselin
Transportéry žlučových kyselin
Bile salt export pump (BSEP)
vylučuje jednomocné soli žl. kyselin do žluče
ATP binding casette transportér
Multidrug resistance protein 2 (MDR2)
vylučuje dvoumocné soli a glukuronáty žl. kyselin,
glukuronáty a sulfáty lékových metabolitů,
chemoterapeutika a antibiotika
ATP binding casette transportér
Multidrug resistance protein 3 (MDR3)
vylučuje fosfolipidy
Transportéry žlučových kyselin
Apical sodium-dependent bile acid transporter
(ASBT)
absorbuje žlučové kyseliny z ilea do enterocytu
Na+ kotransportér
Organic solute transporter (OSTα/OSTβ)
transportuje žl. kyseliny z enterocytu do krve
Sodium-taurocholate cotransporting polypeptide
(NTCP)
transportuje žlučové kyseliny do hepatocytu
Na+ kotransportér
Organic anion transporters (OATPs)
žlučové kyseliny jsou také substrátem
Multidrug resistance protein (P-glycoprotein)
dvě hlavní humánní isoformy: MDR1, MDR2
přitomný ve všech tkáních, nejvíce v sekretorních
orgánech
ATP binding casette transportéry
systémy se mohou nasytit – omezená kapacita
MDR1
transportuje široké spektrum xenobiotik
substráty obecně nepolární, slabě amfipatické
MDR2
transportuje acetylcholin a ostatní fosfolipidy
do žluče
Multidrug resistance protein (P-glycoprotein)
Multidrug resistance protein (P-glycoprotein)
Multidrug resistance proteins (MRP)
12 isoforem
MRP1-9
cystic fibrosis transmembrane conductance regulator
(CFTR)
sulfonylurea receptors (SUR1, SUR2)
- všechny ATP binding casette proteiny
- vylučují mnoho endogenních a xenobiotických
lipofilních organických aniontů
- predominaní v renálním epitelu,
hepatocytech a v bariérách krev-tkáň
Multidrug resistance proteins (MRP)
MRP1
ubikvitární transportér
substráty:
glukuronáty leukotrienů, estradiolu, bilirubinu,
kyseliny cholové, methotrexátu
MRP2
hlavní hepatocytární transportér
podobné substráty jako MRP1
MRP3
hepatocytární transportér
podobné substráty jako MRP1 a MRP2
Multidrug resistance proteins (MRP)
MRP4
ubikvitární transportér
substráty stejné jako MRP1, navíc prostanoidy, urát,
topotekan
MRP5
urogenitální trakt a epitel vaskulárního systému
substráty: cAMP, cGMP, fluorouracil, methotrexát
MRP6
játra, ledviny
nízká afinita, stejné substráty jako MRP1
Multidrug resistance proteins (MRP)
MRP7, MRP9
zatím nedostatek informací
MRP8
predominantně v periferních neuronech
substráty stajné jako MRP1,
navíc cAMP a cGMP
Breast cancer resistance protein (BCRP)
• ATP binding casette protein
• nachází se v GIT, genitáliích, placentě, játrech
a v hematoencefalické bariéře
• výrazně více exprimován v některých
karcinomových buňkách
• substráty:
cytostatika: mitoxantron, etoposid, topotekan,
irinotekan, methotrexát
inhibitory tyrosinkinázy: gefitinib, imatinib
fotodynamická léčiva: porfyriny, chloriny
steroidy, antivirotika, inhibitory HMG-CoA reduktasy,
antibakteriální chinolony, makrolidy, nitrofurantoin