1.1.5. Конститутивная экспрессия цитохрома р450 1а2 и его индукция
При индукции ПАУ-соединениями в печени экспериментальных животных наряду с CYP1А1
регистрируется другой белок этого подсемейства – цитохром Р450 1А2. CYP1А2, в отличие
от CYP1А1, конститутивно экспрессируется в печени экспериментальных животных и человека
и, следовательно, метаболизирует многие химические соединения без индукции. Cубстратами
для CYP1А2 являются гетероциклические амины, ариламины и нитрозоамины. В последнее
время появились доказательства участия этого фермента в метаболизме эндогенных
соединений, в том числе стероидов.
Под действием таких индукторов, как ТХДД, МХ или бензантрацен происходит индукция
CYP1А2, что сопровождалось заметным увеличением уровня мРНК, количества белка,
определенного иммуноферментным анализом, а также усилением фенацетин-О-деэтилазной
активности. Показана роль Ah-рецептора и ARNT белка в активации транскрипции гена
CYP1А2.
СYР1А2, как и CYP1A1 может быть активирован через Ah-рецептор. В 5’-фланкирующей
области данного гена найдены элементы, с которыми связывается Ah-рецептор в комплексе с
Arnt. Для этого гена также были идентифицированы негативные и позитивные элементы. В
экспериментах с мышами, нокаутными по Ah-рецептору (генотип AhR-/-) показано снижение
конститутивного уровня мРНК СYР1А2 на 80% . Механизм конститутивной экспрессии остается
неизвестным. Возможно, существует эндогенный лиганд, взаимодействующий с данным
рецептором, поскольку в экспериментах in vitro показано, что в отсутствие лиганда Ah-
рецептор не способен связываться с ДНК. С другой стороны, имеются данные о том, что
ксенобиотики, не являющиеся высокоаффинными лигандами, или вообще не являющиеся
лигандами, например омепразол, могут изменять экспрессию гена СYР1А2. Возможно, в
подобных случаях Ah-рецептор активируется без прямого связывания, предположительно
генерируя метаболиты с очень коротким временем жизни.
В настоящее время накапливаются доказательства общего сигнального пути запуска
транскрипции генов CYP1А различными соединениями. Механизм активации конститутивной
экспрессии этого гена через Ah-рецептор остается неизвестным. Одним из возможных
объяснений может быть существование эндогенного лиганда, который взаимодействует с
данным рецептором. С другой стороны, появляется все больше сообщений о том, что
индукция CYP1А2 может осуществляться не только через Ah-рецептор. Точный механизм этого
явления остается на сегодняшний день неизвестным. Предполагается, что в таких случаях
активизируются посттранскрипционные механизмы стабилизации мРНК или пострансляционная
стабилизация белка через образование комплекса фермент-индуктор.
1.1.6. Механизм индукции цитохромов р450 2в и 2с барбитуратами
Цитохромы Р450 2В подсемейства катализируют метаболизм многих лекарственных
препаратов и других ксенобиотиков с самой разнообразной химической структурой.
Идентифицированы такие гены этого подсемейства, как: CYР2В1, CYР2В2, CYР2В3, CYР2В8,
CYР2В14, CYР2В14Р; у кроликов: CYР2В4, CYР2В4Р, CYР2В5; у мышей: Cyр2b-9, Cyр2b-10,
Cyр2b-13, у человека: CYР2В6 и псевдоген CYР2В7Р.
В метаболизме ксенобиотиков участвуют главным образом CYР 2В1 и 2В2 белки.
Каталитические свойства этих ферментов и регуляция экспрессии генов существенно
различаются. CYP2В1 активно метаболизирует широкий спектр липофильных лекарств и
стероидов. CYP2В2 может метаболизировать те же субстраты, что и CYP2В1, однако,
скорость метаболизма заметно ниже. Оба белка состоят из N-терминального гидрофобного
участка порядка 20 аминокислот, который служит для закрепления в мембране; цис/гем
связующего пептида; субстрат-связующего участка и района, который взаимодействует с
НАДФН-цитохром Р450 редуктазой.
Фенобарбитал является прототипом большой группы структурно неродственных
индукторов (органические растворители, пестициды, хлорированные бифенилы и лекарства),
которые оказывают влияние на многие клеточные процессы и вызывают усиление экспрессии
различных генов. Механизм индуцирующего действия ФБ широко дискутируется и пока до
конца не ясен. Кроме этого, неизвестно, является ли действие индукторов ФБ-типа
универсальным, как это описано для полициклических ароматических углеводородов (ПАУ),
которые имеют планарное строение.
ФБ-подобными индукторами являются изосафрол, транс-стильбен оксид,
аллилизопропилацетамид, хлордан и другие хлорорганические пестициды, различные
фенотиазины, неплоские галогенированные бифенилы, и канцерогены, такие как
ацетиламинофлуорен. При сравнении ФБ с близкими барбитуратами уровень индукции тесно
коррелирует со временем полураспада барбитурата в плазме; вещества с низким уровнем
метаболизма и соответственно большим временем полураспада являются более мощными
индуцирующими агентами. В случае ФБ, именно исходное вещество, а не его основной
метаболит, р-гидроксифенобарбитал, по-видимому, является индуктором. Фенобарбиталом
индуцируются следующие подсемейства цитохромов: CYP2A, CYP2B, CYP2C, CYP2H, CYP3A,
CYP6A, CYP102/106. Индукция цитохрома Р450 барбитуратами напрямую связана со временем
полужизни лекарства в плазме крови. ФБ индуцирует не только цитохромы Р450, но и другие
ферменты, участвующие в метаболизме ксенобиотиков: альдегид-дегидрогеназу,
эпоксидгидролазу, НАДФН-цитохром Р450 редуктазу, УДФ-глюкуронилтрансферазу и некоторые
глютатион S-трансферазы. При этом усиливается также пролиферация гладкого ЭПР,
увеличивается вес печени. Кроме того, ФБ является промотором рака. Все перечисленное
выше говорит о плейотропном действии этого лекарства на многие ферментативные системы
клетки, но индуцируются наиболее эффективно цитохромы Р450 подсемейства 2В.
Рис. 6. Схема активации генов Р450 фенобарбиталом
В противоположность генам CYP1А, в механизм индукции генов CYP2В вовлечены так
называемые орфановые рецепторы, физиологические лиганды для которых остаются
неизвестными. Эти белки принадлежат к семейству ядерных стероидных рецепторов. Недавно
был идентифицирован новый орфановый рецептор САR, который участвует в активации генов
CYP2В. Показано, что этот рецептор связывается с PBRE цис-активными элементами гена
CYP2В2 лишь в виде гетеродимера с ретиноидным рецептором RXR. Предполагается, что
активация ДНК-связывающей способности CAR белка может происходить за счет
фенобарбитала, который может стимулировать транслокацию рецептора в ядро и его
связывание с PBRE-элементами. Общепринятая на сегодняшний день схема индукции
фенобарбиталом, разработанная американским ученым Негиши, представлена на рис. 6.
Возможно также существование другого механизма, согласно которому CAR белок может
находиться в ядре, а ФБ лишь усиливает его ДНК-связывающую способность. Примеры для
обоих типов регуляции показаны для других ядерных рецепторов
Найдены регуляторные участки генов - ФБ-ответственные элементы (PBRs), с
которыми взаимодействуют факторы транскрипции. Основной принцип этого механизма состоит
в том, что при ФБ-индукции происходит дерепрессия гена CYP через освобождение белка-
репрессора. Этот белок держит в связанном состоянии участок ДНК размером 17 п.о.,
названный Барби-бокс (Barbie box). Интересен тот факт, что подобная область с
характерным мотивом АААГ была найдена в генах ФБ-индуцируемых цитохромов Р450
млекопитающих: CYP 2В1, 2В2, 3А2, 2С1
1.2 II-я фаза метаболизма ксенобиотиков
Ко второй фазе биотрансформации ксенобиотиков (II фаза) относятся реакции
глюкуронидации, сульфатирования, ацетилирования, метилирования, конъюгации с
глютатионом (синтез меркаптуровой кислоты) и конъюгация с аминокислотами, такими как
глицин, таурин, глутаминовая кислота. Кофакторы этих реакций реагируют с
функциональными ферментами 1-й фазы. За исключением метилирования и ацетилирования,
реакции 2-й фазы приводят к значительному увеличению гидрофильности ксенобиотика, что
способствует их экскреции из организма. Большинство ферментов 2-й фазы локализовано в
цитозоле, кроме уридиндифосфоглюкуронозилтрансфераз (УДТ), которые являются
микросомальными. Реакции 2-й фазы обычно протекают намного быстрее, чем реакции 1-й
фазы, катализируемые цитохромом Р-450. Поэтому скорость элиминирования ксенобиотика в
большой степени зависит от скорости, с которой протекает реакция 1-й фазы.