of
ENZYMY METABOLISMU CIZORODÝCH LÁTEK A
CHEMICKÝCH REGULÁTORŮ SIGNÁLNÍ
TRANSDUKCE:
Enzymy 1. fáze biotransformace xenobiotik, steroidních
hormonů a mastných kyselin –
oxygenázy (CYP, AKR, FMO, COX, LOX), reduktázy
(AKR, NQO), hydrolázy (esterázy, epoxidhydrolázy).
2. fáze biotransformace (GST, UDPGT, SULF aj.).
3. fáze biotransformace (ABC transportéry)
Modulace dalších enzymů:
proteinkinázy („moduly“ mitogen-aktivovaných proteinkináz
ERK, p38, JNK), fosfatázy; enzymy biotransformace
lipidních signálních molekul (fosfolipázy, dihydroceramiddesaturáza,
sfingomyelináza aj.).
BIOTRANSFORMACE CIZORODÝCH LÁTEK, STEROIDŮ,
EIKOSANOIDŮ AJ. ENDOGENNÍCH LÁTEK
of
1. FÁZE BIOTRANSFORMACE:
monooxygenázové reakce
(substrát)
R-H + O2 + NADPH R-OH + NADP+ + H2O
(produkt)
CYP enzymy
- Přenos elektronů z NADPH na CYP enzym
- Aktivace molekuly kyslíku, „roztržení“ vazby
- Oxidace substrátu (hydroxylace, N-demethylace, epoxidace....)
R-H R-OH
N-CH3 N-H + HCHO
O
- C –- C - - C –- C -
of
CYKLUS CYTOCHROMU P450:
MONOOXYGENACE A AKTIVACE KYSLÍKU
Přenos elektronů:
NADPH
NADPH:P450 oxido-
reduktáza
cytochrom P450
(substrát RH,
produkt ROH,
produkce ROS)
Aktivace kyslíku:
ROS = vedlejší
produkty
of
SPECIFICKÉ SUBSTRÁTY CYP ENZYMŮ
Hydroxylace steroidů
v různých pozicích
(v závorkách isoformy
CYP enzymů)
6-hydroxylace =
specifická reakce CYP3A
of
REGIOSELEKTIVNÍ HYDROXYLACE
ESTRADIOLU ISOFORMAMI CYTOCHROMU P450
of
ROLE CYP1A1/CYP1A2/CYP1B1 A
EPOXIDHYDROLÁZ V METABOLICKÉ AKTIVACI
POLYCYKLICKÝCH AROMATICKÝCH UHLOVODÍKŮ
of
METABOLISMUS POLYCHLOROVANÝCH
BIFENYLŮ (PCB) – příklad 1. fáze metabolismu
persistentních organických sloučenin
Mikrobiální
degradace
Metabolismus
u vyšších
živočichů:
oxidativní metab.
(hl. cesta C, D)
Persistetní arom.
sloučeniny: obsah.
Cl v sousedních
pozicích – bariéra
vzniku epoxidu
monooxygenáz.
reakcí
of
NUKLEÁRNÍ A CYTOSOLOVÉ RECEPTORY
KONTROJUJÍCI EXPRESI CYP PROTEINŮ
XENOBIOTIKA, STEROIDY AJ.
LÁTKY INDUKUJÍ VLASTNÍ
METABOLISMUS AKTIVACÍ
RECEPTORŮ (TRANSKRIPČNÍCH
FAKTORŮ), KTERÉ KONTROLUJÍ
EXPRESI BIOTRANSFORMAČNÍCH
ENZYMŮ A ABC TRANSPORTÉRŮ
- vazba xenobiotika na receptor
(aktivace receptoru)
- dimerizace receptoru
- vazba receptoru na specifické
elementy v promoterových
oblastech cílových genů
of
NUKLEÁRNÍ A CYTOSOLOVÉ RECEPTORY
nukleární receptory cytosolový receptor
dimerizační partner specif. responsní element v promoterechligand receptoru
of
NUKLEÁRNÍ A CYTOSOLOVÉ RECEPTORY
KONTROLUJÍCÍ EXPRESI CYP ENZYMŮ
of
SEZNAM CYTOCHROMŮ P450 (CYP) ZODPOVĚDNÝCH ZA
BIOSYNTÉZU / METABOLISMUS STEROIDŮ A
METABOLISMUS XENOBIOTIK
 CYP1A1, CYP1A2, CYP1B1: genová exprese regulována AhR (indukce
dioxiny, PAH; endogenní ligandy?) monooxygenace PAH, estradiolu;
 CYP2B: exprese regulována GR/CAR, indukce steroidy, fenobarbitalem,
monooxygenace velké řady xenobiotik, testosteronu aj.
 CYP2A, CYP2C, CYP2D
 CYP2E: indukce především stabilizací proteinu (indukují etanol, pyrazol aj.),
monooxygenace etanolu, (-1)-hydroxylace mastných kyselin
 CYP3A: exprese regulována GR/PXR; indukce dexametazonem aj. steroidy,
monooxygenace velké řady xenobiotik (nejdůležitější enzym biotranformace),
6-hydroxylace testosteronu
 CYP4A: exprese regulována PPAR, indukce peroxisomálními proliferátory
(clofibrate, dialkylestery kyseliny ftalové), -hydroxylace mastných kyselin
 CYP7A, CYP11A, CYP17, CYP19 (aromatáza): enzymy steroidogeneze
 další důležité CYP metabolismu vitamínu D3 a kyseliny retinové
of
REGULACE EXPRESE BIOTRANSFORMAČNÍCH ENZYMŮ:
CYTOSOLOVÝ Ah (aryl hydrocarbon) RECEPTOR
of
CYTOSOLOVÉ RECEPTORY: AhR
(Aryl hydrocarbon receptor)
CYP1A1/1A2/1B1,
UGT, GST, NQO1 p27, Bax, ... přímé interakce (ER?,..)
AhR kontroluje genovou expresi
biotransformačních enzymů regulátorů bun. cyklu /
apoptózy
?
of
AKTIVACE Ah RECEPTORU A INDUKCE CYP1A1
SUBSTRÁTEM CYP1A
AhR/ARNT nasedá na XRE = DRE = xenobiotic (dioxin) response element
substrát S je ligandem AhR monooxygenázová reakce
of
LIGANDY AhR
Strukturní podobnost (šířka, výška, molekulární objem, planarita molekuly)
Nekoplanární látky
(např. PCB se dvěma
chlóry v pozici ortho)
nevykazují planární
pozici aromatických jader
a nejsou agonisty AhR
TCDD = nejsilnější agonista AhR
= modelový dioxinový toxikant
of
ENDOGENNÍ AGONISTÉ AhR
dosud nejsou známy (deriváty tryptofanu ?)
Funkce AhR:
nezbytný v řadě
proliferačních a
vývojových
procesů
(viz myší AhR-
deficientní
modely)
of
AKTIVACE Ah RECEPTORU / AhRDEPENDENTNÍ
GENOVÁ EXPRESE
Produkty genové
exprese:
-detox./bioaktiv. enzymy
- apoptóza;
- bun. cyklus;
- ?
Přímé interakce AhR
(„cross-talk“ s ER, ...)
Regulace AhR:
- degradace AhR po
navázání ligandu
- AHRR = AhR represor
of
REGULACE CYTOCHROMU P4501B1 (CYP1B1)
DRE =
dioxin
response
element
of
REGULACE EXPRESE BIOTRANSFORMAČNÍCH ENZYMŮ:
NUKLEÁRNÍ RECEPTORY
of
NUKLEÁRNÍ RECEPTORY (NR)
of
NUKLEÁRNÍ RECEPTORY:
struktura domén receptorů
vazba ligandu
aktivace MAPK
of
NUKLEÁRNÍ RECEPTORY
Ligand-independentní
modulace
transkripčního
faktoru (MAPK, PKA,..)
of
NUKLEÁRNÍ RECEPTORY
of
NUKLEÁRNÍ RECEPTORY
„lipidní
sensory“ a
„xenosensory“
of
NUKLEÁRNÍ RECEPTORY:
vazba antagonistického a agonistického ligandu
Antagonisté:
vazba bez
transaktivace
of
REGULACE GR / PXR / CAR
Více úrovní
regulace;
aktivace nízkou
vs. vysokou
koncentrací
ligandu
of
REGULACE GR / PXR / CAR
of
REGULACE CAR FENOBARBITALEM
Další faktory
modulují
aktivaci
transkripce
of
FENOBARBITAL (PB) – AGONISTA CAR
A DALŠÍCH PROCESŮ
Biotransformace:
enzymy 1. fáze
enzymy 2. fáze
of
PPAR
(Peroxisomal
Proliferator-
Activated
Receptor alpha)
kontroluje expresi
CYP4A1 a enzymů
metabolismu
lipidů
Induktory:
mastné
kyseliny,
hypo-
lipidemika
(fibráty),
environ.
látky
(ftaláty)
of
LIGANDY PPAR
Di(2-ethylhexyl)ftalát (DEHP)
C O– –CH CH2– – – – –CH CH CH CH2 2 2 3
C O– –CH CH2– – – – –CH CH CH CH2 2 2 3
O CH2
CH2
CH3
CH3
O
Farmaka
(hypolimidemika)
Environmentální
kontaminanty
(Endogenní) lipidy
of
DŮSLEDKY AKTIVACE PPAR
Nerovnoměrná
indukce CYP4A
(vedl. produkt: H2O2)
a dalších enzymů
(např. CAT)
dependentních
na PPARalfa
of
REGULACE DALŠÍCH ENZYMŮ 1.FÁZE
BIOTRASFORMACE
of
KLASICKÝ POHLED NA INDUKCI GENOVÉ
EXPRESE KONTROLOVANOU XRE A ARE
Miao et al., Biochem. Pharmacol., 2004
ARE = antioxidant
response element
Bifunkční induktory
= xenobiotika induk.
AhR a Nrf2
GST =
enzym 2. fáze
biotransformace
of
TRANSKRIPČNÍ FAKTOR Nrf2 JE REGULOVÁN
OXIDATIVNÍM STRESEM / ELEKTROFILNÍMI
METABOLITY A TAKÉ AKTIVACÍ AhR
Miao et al., JBC, 2005
ALDOKETOREDUKTÁZY
-většinou monomerické NAD(P)(H)-dependentní oxidoreduktázy
- konvertují karbonyl alkohol
- dosud 115 enzymů ve 14 „genových rodinách“
- substrátová specifita: cukerné aldehydy; steroidní hormony;
prostaglandiny a lipidové aldehydy; chemické karcinogeny
(NNK, PAH-trans-dihydrodioly, aflatoxindialdehyd)
Příklady lidských AKR:
AKR1A1 (aldehydreduktáza)
AKR1B1 (aldosareduktáza)
AKR1C1-1C4 (20-, 3-, 3/17-, 3-HSD)
AKR1D1 (5-reduktáza)
of
1. fáze biotransformace PAH:
účast CYP1A1/1A2/1B1 (monooxygenace), EH
(hydroláza) a AKR (reduktáza)
katecholy =
- metabolity PAHs,
- podobně
metabolity
steroidů (E2)
Detoxikace
versus
bioaktivace
of
ALDOKETOREDUKTÁZY
Detoxikace NNK
Biotransformace aldehydů
lipidní peroxidace
of
REGULACE ALDOKETOREDUKTÁZ
of
EPOXIDHYDROLÁZY
Funkce:
- metabolismus lipidů (epoxidů) v živočišných a rostlinných buňkách
- metabolismus intermediátů xenobiotik s epoxidovou skupinou
celkem 7 forem EH:
- savčí solubilní (cytosolová) EH
- mikrosomální EH
- leukotrien A4 hydroláza
etc.
Regulace?
of
ROLE CYP1A1/CYP1A2/CYP1B1 A
EPOXIDHYDROLÁZ V METABOLICKÉ AKTIVACI
POLYCYKLICKÝCH AROMATICKÝCH UHLOVODÍKŮ