Цитохром Р-450 та метаболізм вітаміну А

Катан Наталія Валеріївна

Дипломна робота

Молекулярні механізми індукції пухлинного росту вітаміном А

Науковий керівник:

к.б.н., доцент Шмараков І.О.

Завідувач кафедри біохімії

та біотехнології, д. б. н., професор Марченко М.М.

Чернівці

ВІТАМІН А

ЗМІСТ

ВСТУП

Вітамін А та його природні і синтетичні аналоги є необхідними для нормального росту, диференціації клітин [1, 2, 3], а також для контролю апоптозу та проліферації нормальних клітин протягом їх росту та розвитку [4]. По відношенню до пухлинних клітин в низці робіт показана протипухлинна активність ретиноїдів [1, 2, 5, 6, 4, 3, 7], однак на сьогоднішній день все частіше знаходить своє експериментальне підтвердження контроверсійна роль ретиноїдів в аспекті їх впливу на проліферацію пухлинних клітин [8, 2]. Поряд з цим, пухлинний ріст характеризується високою метаболічною активністю пухлинних клітин та утворенням значної кількості токсичних продуктів метаболізму [9], що потребує високого рівня активності компонентів клітинної системи детоксикації [10], провідним елементом якої є мікросомальна монооксигеназна система цитохромів Р-450. Водночас відомо, що експресія генів цитохрому Р-450 може бути індукована різними сполуками, які найчастіше виявляються або субстратами дії цих ізоформ або продуктами реакцій інших ферментів. В цьому аспекті ретиноїди прямо або опосередковано здатні індукувати експресію визначених ізоформ цитохрому Р-450 [10], які, детоксикуючи ендогенні та екзогенні токсичні метаболіти та підвищуючи життєздатність клітин, здатні позитивно вливати на їх проліферативні та ростові процеси.

У зв᾽ язку з цим метою роботи було проаналізувати взаємозв᾽ язок процесів росту злоякісного новоутворення на моделі карциноми Герена та забезпеченості організму вітаміном А, як природного есенціального фактора, що здатен моделювати проліферативні та ростові процеси на молекулярному рівні.

РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

Цитохром Р-450 та метаболізм вітаміну А

Цитохроми Р-450 – це група структурно подібних гемотіолатних білків, у яких атом заліза координується чотирма зв’язками з ядром протопорфірину ІХ, п’ятим лігандом заліза є тіольна група (залишок цистеїну) білкової частини ферменту, а шостим – молекула води, яка може заміщуватися на молекулу кисню. Каталітичну активність цитохроми виявляють за присутності фосфоліпідів, які стабілізують фермент у функціонально активній конформації [11]. Всі цитохроми містять консервативне структурне ядро, яке відповідає за зв’язування гемового заліза, і варіабельні ділянки, які асоційовані з розпізнаванням субстрату та зв’язуванням редокс-партнера [12].

В даний час відомо, що цитохроми Р-450 ссавців являють собою структурно і функціонально різноманітні ізоферменти. Вони кодуються суперродиною генів [2]. Суперродина розділена на родини, підродини та індивідуальні гени. Цитохроми Р-450, що мають більше 40% гомології амінокислотних послідовностей об’єднують в одну родину, а ті які мають більше 59% гомології – в одну підродину [2, 13]. Для генів цитохрому Р-450 і продуктів їхньої експресії використовують абревіатуру CYP (від виразу cytochrome P-450) з позначенням родини цифрою, підродини – буквою латинського алфавіту, індивідуального гена – цифрою, яка стоїть після назви підродини [11].

Велика кількість ізоформ цитохрому Р-450 пояснює той факт, що практично усі органічні ліпофільні сполуки являються субстратами підродини [14]. Значна частина ізоформ цитохрому Р-450 задіяні до метаболізму ретиноїдів. З-поміж цитохромів Р-450 людини, члени підродин CYP1А, CYP3В та CYP3А володіють високою спорідненістю до перетворення повністю- транс -РОН до повністю- транс -РАЛ; члени родини 1 цитохромів (CYP1А1, CYP1А2, CYP1В1) показують значну здатність до окиснення РАЛ до РК [15].

Найбільш поширеною реакцією, яку каталізують цитохроми Р-450 це монооксигеназна реакція, тобто вставка одного атома оксигену в органічний субстрат та перетворення іншого атома оксигену до води [16]:

ХН + О₂ + 2е^- à ХОН + Н₂О, де Н - субстрат

CYP ізоферменти в основному експресуються в печінці [17], хоча присутні і в інших тканинах, де окремі із ізоферментів CYP відіграють важливу роль в гомеостазі РК [17, 18].

Одна із родин CYP – CYP26 є високоспецифічним до РК. Ці ферменти експресуються в багатьох тканинах та індукуються РК як in vivo так in vіtro [17, 19]. В людини родина CYP26 представлена трьома ферментами, CYP26А1 (Р450РК1), CYP26В1 та CYP26С1. Експресія CYP26В1 в мозковій тканині дорослої людини вища ніж CYP26А1. Відмічено, що члени родини CYP1 окиснюють 9 -цис- РК [17]. Ферменти родини CYP26 відіграють значну роль в утворенні 4- гідроксо - та 4- оксо -РК, які є неактивними похідними РК [20]. Гомологи даного ферменту були виділені в людей, мишей, курчат, та володіють високим ступенем консервативності послідовностей. CYP26 метаболізують повністю- транс -РК, проте не каналізують перетворення 9 -цис- та 13 -цис- РК ізомери [19]. Також показано, що в мікросомах печінки кролика CYP1A1 і CYP1A2 – найактивніші ферменти в перетворенні повністю-транс-РАЛ, 9-цис-РАЛ, і 13-цис-РАЛ до їх відповідних ізомерів РК. Це вказує на те, що CYP1A1 і CYP1A2, в більшій мірі залучаються до активації, ніж до каталітичного окислення ретиноїдів [2].

Деякі цитохроми Р-450 залучаються до перетворення повністю- транс -РОН до повністю- транс -РАЛ [21, 22]. З-поміж відомих CYP-залежних монооксигеназ ізоформи родини CYP1А2 та CYP3А4 є головними CYP ферментами, які каталізують окисне перетворення повністю- транс -РОН до повністю- транс -РАЛ в печінці дорослої людини [22].

Показано, що в пухлинних клітинах експресія ізоформ CYP26, залучених до метаболізму вітаміну А і утворення його неактивних похідних, зазвичай підвищена. При введенні в клітини із набутою резистентністю до вітаміну А, спостерігається надекспресія цитохрому CYP26А (РК4-гідроксилази), який «вимикає» антиканцерогенну роль РК. В деяких типів пухлинних клітин, включаючи простату, карциному легень, аденокарциноми грудей, та клітин гострої промієлоцитарної лейкемії виявлений високий рівень експресії CYP26А [10].