CYP3A4 - CYP3A4

CYP3A4
6bd7.jpg
Доступные конструкции
PDB Поиск человеческого UniProt: PDBe RCSB
Идентификаторы
Псевдонимы CYP3A4 , CP33, CP34, CYP3A, CYP3A3, CYPIIIA3, CYPIIIA4, HLP, NF-25, P450C3, P450PCN1, цитохром P450 семейства 3, член 4 подсемейства A, VDDR3
Внешние идентификаторы OMIM : 124010 HomoloGene : 111391 GeneCards : CYP3A4
Номер ЕС 1.14.13.32
Ортологи
Разновидность Человек Мышь
Entrez
Ансамбль
UniProt
RefSeq (мРНК)

NM_001202855
NM_001202856
NM_001202857
NM_017460

н / д

RefSeq (белок)

NP_001189784
NP_059488

н / д

Расположение (UCSC) Chr 7: 99,76 - 99,78 Мб н / д
PubMed поиск н / д
Викиданные
Просмотр / редактирование человека

Цитохром P450 3A4 (сокращенно CYP3A4 ) ( EC 1.14.13.97 ) - важный фермент в организме, в основном обнаруживаемый в печени и кишечнике. Он окисляет небольшие чужеродные органические молекулы ( ксенобиотики ), такие как токсины или лекарства, чтобы их можно было удалить из организма.

Хотя CYP3A4 деактивирует многие препараты, есть также некоторые препараты, которые активируются этим ферментом. Некоторые вещества, такие как некоторые лекарства и фуранокумарины, присутствующие в грейпфрутовом соке, препятствуют действию CYP3A4. Следовательно, эти вещества будут либо усиливать, либо ослаблять действие тех лекарств, которые модифицированы CYP3A4.

CYP3A4 является членом семейства окислительных ферментов цитохрома P450 . Несколько других членов этого семейства также участвуют в метаболизме лекарств, но CYP3A4 является наиболее распространенным и универсальным. Как и все представители этого семейства, это гемопротеин , то есть белок, содержащий гемовую группу с атомом железа. В организме человека белок CYP3A4 кодируется CYP3A4 гена . Этот ген является частью кластера генов цитохрома P 450 на хромосоме 7q22.1 .

Функция

CYP3A4 является членом цитохрома Р450 надсемейства из ферментов . Белки цитохрома P450 представляют собой монооксигеназы, которые катализируют многие реакции, участвующие в метаболизме лекарств и синтезе холестерина, стероидов и других липидных компонентов.

Белок CYP3A4 локализуется в эндоплазматическом ретикулуме , и его экспрессия индуцируется глюкокортикоидами и некоторыми фармакологическими агентами. Ферменты цитохрома P450 метаболизируют примерно 60% назначенных лекарств, при этом CYP3A4 отвечает примерно за половину этого метаболизма; субстраты включают ацетаминофен, кодеин, циклоспорин (циклоспорин), диазепам и эритромицин. Фермент также метаболизирует некоторые стероиды и канцерогены. Большинство лекарств дезактивируются CYP3A4 либо напрямую, либо путем облегчения выведения из организма. Кроме того, многие вещества биоактивируются CYP3A4 с образованием своих активных соединений, и многие протоксины отравляются до токсичных форм (примеры - см. Таблицу ниже) .

CYP3A4 также обладает эпоксигеназной активностью, поскольку он метаболизирует арахидоновую кислоту до эпоксиэйкозатриеновой кислоты (EET), то есть (±) -8,9-, (±) -11,12- и (±) -14,15-эпоксиэйкозатриеновой кислоты. EETs имеют широкий спектр деятельности, включая продвижение определенных типов рака (см. Эпоксиэйкозатетраеновая кислота ). CYP3A4 способствует росту различных типов линий раковых клеток человека в культуре, продуцируя (±) -14,15-эпоксиэйкозатриеновые кислоты, которые стимулируют рост этих клеток. Сообщается также, что цитохром P450 обладает активностью монооксгеназы жирных кислот для метаболизма арахидоновой кислоты до 20-гидроксиэйкозатетраеновой кислоты (20-HETE). 20-HETE обладает широким спектром действий, которые также включают стимуляцию роста груди и других типов рака (см. 12-гидроксиэйкозатетраеновая кислота ).

Эволюция

Ген CYP3A4 имеет гораздо более сложную регуляторную область выше по сравнению с его паралогами . Эта повышенная сложность делает ген CYP3A4 более чувствительным к эндогенным и экзогенным лигандам PXR и CAR вместо того, чтобы полагаться на варианты гена для большей специфичности. Шимпанзе и человек CYP3A4 высоко консервативны в обмене веществ многих лигандов , хотя четыре аминокислоты положительно выбран в организме человека привело к 5-кратному бензилирования из 7-BFC в присутствии гепатотоксического вторичной желчной кислоты литохолевой кислоты . Это изменение, как следствие, способствует усилению защиты человека от холестаза .

Распределение тканей

Плоды, как правило, экспрессируют не CYP3A4 в ткани печени, а скорее CYP3A7 ( EC 1.14.14.1 ), который действует на аналогичный набор субстратов. CYP3A4 отсутствует в печени плода, но увеличивается примерно до 40% от взрослого уровня на четвертом месяце жизни и до 72% к 12 месяцам.

Хотя CYP3A4 преимущественно находится в печени, он также присутствует в других органах и тканях тела, где может играть важную роль в метаболизме. CYP3A4 в кишечнике играет важную роль в метаболизме некоторых лекарств. Часто это позволяет активировать и абсорбировать пролекарства - как в случае терфенадина, антагониста гистаминовых H 1 -рецепторов .

Недавно CYP3A4 также был идентифицирован в головном мозге, однако его роль в центральной нервной системе все еще неизвестна.

Механизмы

Ферменты цитохрома P450 выполняют ряд модификаций различных лигандов, используя его большой активный центр и его способность связывать более одного субстрата одновременно, чтобы выполнять сложные химические изменения в метаболизме эндогенных и экзогенных соединений. К ним относятся гидроксилирование , эпоксидирование олефинов, ароматическое окисление , окисление гетероатомов, реакции N- и O-деалкилирования, окисление альдегидов, реакции дегидрирования и активность ароматазы.

Гидроксилирование связи sp 3 CH является одним из способов воздействия CYP3A4 (и оксигеназы цитохрома P450) на его лиганд. Фактически, за гидроксилированием иногда следует дегидрирование, приводящее к более сложным метаболитам. Пример молекулы, которая подвергается более чем одной реакции из-за CYP3A4, включает тамоксифен , который гидроксилируется до 4-гидрокситамоксифена, а затем дегидратируется до 4-гидрокситамоксифенхинонметида. Было предложено два механизма в качестве основного пути гидроксилирования ферментов P450.

Два из наиболее часто предлагаемых механизмов, используемых для гидроксилирования связи sp 3 C – H.

Первый предлагаемый путь - это радикальный метод, управляемый клеткой («возврат кислорода»), а второй включает согласованный механизм, который не использует радикальные промежуточные соединения, а вместо этого действует очень быстро по « радикальным часам ».

Торможение при употреблении фруктов

В 1998 году различные исследователи показали, что грейпфрутовый сок и грейпфрут в целом является мощным ингибитором CYP3A4, который может влиять на метаболизм различных лекарств, увеличивая их биодоступность . В некоторых случаях это может привести к летальному исходу при взаимодействии с такими лекарствами, как астемизол или терфенадин . Эффект грейпфрутового сока в отношении всасывания лекарств был первоначально обнаружен в 1989 году. Первый опубликованный отчет о взаимодействии грейпфрута с лекарственными средствами был опубликован в 1991 году в журнале Lancet под названием «Взаимодействие цитрусовых соков с фелодипином и нифедипином», и это был первый отчет о пищевых продуктах. взаимодействие клинически. Эффект грейпфрута длится от 3 до 7 дней, с наибольшим эффектом, когда сок принимается за час до приема препарата.

Помимо грейпфрута, аналогичные эффекты имеют и другие фрукты. Нони ( M. citrifolia ), например, представляет собой пищевую добавку, обычно потребляемую в виде сока, а также ингибирует CYP3A4; Гранатовый сок тоже обладает этим эффектом.

Изменчивость

Хотя в гене CYP3A4 было идентифицировано более 28 однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) , было обнаружено, что это не приводит к значительной индивидуальной вариабельности in vivo . Можно предположить, что это может быть связано с индукцией CYP3A4 при воздействии на субстраты.

Аллели CYP3A4, которые, как сообщается, обладают минимальной функцией по сравнению с аллелями дикого типа, включают CYP3A4 * 6 (вставка A17776) и CYP3A4 * 17 (F189S). Оба этих SNP приводили к снижению каталитической активности с некоторыми лигандами, включая тестостерон и нифедипин, по сравнению с метаболизмом дикого типа. Напротив, аллель CYP3A4 * 1G обладает более высокой ферментативной активностью по сравнению с CYP3A4 * 1A (аллель дикого типа).

Вариабельность функции CYP3A4 может быть определена неинвазивно с помощью дыхательного теста на эритромицин (ERMBT). ERMBT оценивает активность CYP3A4 in vivo путем измерения радиоактивно меченного диоксида углерода, выдыхаемого после внутривенного введения ( 14 C- N -метил) - эритромицина .

Индукция

CYP3A4 индуцируется широким спектром лигандов . Эти лиганды связываются с рецептором прегнана X (PXR). Активированный комплекс PXR образует гетеродимер с ретиноидным X-рецептором (RXR), который связывается с областью XREM гена CYP3A4 . XREM является регуляторной областью гена CYP3A4 , и связывание вызывает кооперативное взаимодействие с проксимальными областями промотора гена, что приводит к усилению транскрипции и экспрессии CYP3A4. Активация гетеродимера PXR / RXR инициирует транскрипцию промоторной области и гена CYP3A4. Связывание лиганда увеличивается в присутствии лигандов CYP3A4, например, в присутствии афлатоксина B1, M1 и G1. В самом деле, из-за большого и гибкого активного сайта фермента возможно связывание нескольких лигандов одновременно, что приводит к потенциально пагубным побочным эффектам.

Было показано, что индукция CYP3A4 варьируется у людей в зависимости от пола. Фактические данные свидетельствуют о повышенном клиренсе препарата CYP3A4 у женщин, даже с учетом различий в массе тела. Исследование Wolbold et al. (2003) обнаружили, что медианные уровни CYP3A4, измеренные в образцах печени, удаленных хирургическим путем, у случайной выборки женщин превышали уровни CYP3A4 в печени мужчин на 129%. Транскрипты мРНК CYP3A4 были обнаружены в аналогичных пропорциях, что позволяет предположить пре-трансляционный механизм активации CYP3A4 у женщин. Точная причина этого повышенного уровня фермента у женщин все еще обсуждается, однако исследования выяснили другие механизмы (такие как компенсация CYP3A5 или CYP3A7 за пониженный уровень CYP3A4), которые влияют на клиренс лекарств как у мужчин, так и у женщин.

Активация субстрата CYP3A4 варьируется у разных видов животных. Некоторые лиганды активируют PXR человека, который способствует транскрипции CYP3A4, но не проявляет активации у других видов. Так , например, мышь PXR не активируется рифампицина и человеческого PXR не активируется pregnenalone 16 & alpha; карбонитрила Для того чтобы облегчить изучение CYP3A4 функциональных путей в естественных условиях, штаммы мыши были разработаны с использованием трансгенов для того , чтобы произвести нуль / человека CYP3A4 и PXR кресты. Хотя гуманизированные мыши hCYP3A4 успешно экспрессировали фермент в своем кишечном тракте, низкие уровни hCYP3A4 были обнаружены в печени. Этот эффект был приписан регуляции CYP3A4 путем передачи сигнала гормона роста . Помимо создания модели in vivo , использовались гуманизированные мыши CYP3A4 (hCYP3A4), чтобы еще больше подчеркнуть гендерные различия в активности CYP3A4.

Уровни активности CYP3A4 также связаны с диетой и факторами окружающей среды, такими как продолжительность воздействия ксенобиотических веществ. Из-за обширного присутствия фермента в слизистой оболочке кишечника, фермент показал чувствительность к симптомам голодания и активирован для защиты от побочных эффектов. Действительно, у толстоголовых гольянов было показано, что голодные самки рыб имеют повышенную экспрессию PXR и CYP3A4 и проявляют более выраженную реакцию на ксенобиотические факторы после воздействия после нескольких дней голодания. Изучая модели на животных и учитывая врожденные различия в активации CYP3A4, исследователи могут лучше предсказать метаболизм лекарств и побочные эффекты в путях CYP3A4 человека.

Оборот

Оценки скорости оборота человеческого CYP3A4 сильно различаются. Для печеночного CYP3A4 методы in vivo дают оценки периода полувыведения фермента в основном в диапазоне от 70 до 140 часов, тогда как методы in vitro дают оценки от 26 до 79 часов. Оборот кишечника CYP3A4, вероятно, зависит от скорости обновления энтероцитов ; косвенный подход, основанный на восстановлении активности после воздействия грейпфрутового сока, дает измерения в диапазоне от 12 до 33 часов.

Технология

Из-за естественной склонности связанного с мембраной CYP3A4 к конгломерации исторически было трудно изучить связывание лекарств как в растворе, так и на поверхностях. Совместная кристаллизация затруднена, поскольку субстраты имеют тенденцию иметь низкий Kd (от 5 до 150 мкМ) и низкую растворимость в водных растворах. Успешной стратегией выделения связанного фермента является функциональная стабилизация мономерного CYP3A4 на наночастицах серебра, полученных из наносферной литографии и проанализированных с помощью спектроскопии локализованного поверхностного плазмонного резонанса (LSPR). Эти анализы могут использоваться в качестве высокочувствительного анализа связывания лекарств и могут стать неотъемлемой частью дальнейших высокопроизводительных анализов, используемых при первоначальном тестировании открытия лекарств. В дополнение к LSPR, комплексы CYP3A4-Nanodisc были признаны полезными в других приложениях, включая твердотельный ЯМР , окислительно-восстановительный потенциал и кинетику ферментов в стационарном состоянии .

Лиганды

Ниже приводится таблица выбранных субстратов , индукторов и ингибиторов CYP3A4. Если классы агентов перечислены, внутри класса могут быть исключения.

Ингибиторы CYP3A4 можно классифицировать по их эффективности , например:

  • Сильный ингибитор - это ингибитор , который вызывает, по крайней мере, 5-кратное увеличение значений AUC в плазме или снижение клиренса более чем на 80% .
  • Умеренный ингибитор - это ингибитор , который вызывает по крайней мере 2-кратное увеличение значений AUC в плазме или снижение клиренса на 50-80%.
  • Слабый ингибитор - это ингибитор , который вызывает по меньшей мере 1,25-кратное, но менее 2-кратное увеличение значений AUC в плазме или снижение клиренса на 20-50%.
Избранные индукторы, ингибиторы и субстраты CYP3A4
Субстраты Ингибиторы Индукторы
(не азитромицин )
(не правастатин )
(не розувастатин )

( антиагрегант )

Сильный

Умеренный

Слабый

Неустановленная потенция

Сильная потенция

Неустановленная потенция

Интерактивная карта проезда

Нажмите на гены, белки и метаболиты ниже, чтобы ссылки на соответствующие статьи.

[[Файл:
ИринотеканPathway_WP46359go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
[[
]]
ИринотеканPathway_WP46359go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article
| alt = Путь иринотекана править ]]
Путь иринотекана править

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки

Эта статья включает текст из Национальной медицинской библиотеки США , который находится в общественном достоянии .