Funkce cytochromů P450, farmakogenetika

Funkce Funkce cytochromů P450, cytochromů P450, farmakogenetikafarmakogenetika

Pavla UmhöhováPavla Umhöhová

Cytochromy P450Cytochromy P450

hemové enzymyhemové enzymy název podle absorpčního spektra: v název podle absorpčního spektra: v

redukované formě v komplexu s CO redukované formě v komplexu s CO absorbuje při 450nmabsorbuje při 450nm

běžné hemoproteiny absorbují při 420nm běžné hemoproteiny absorbují při 420nm (denaturovaná forma cytochromu P450)(denaturovaná forma cytochromu P450)

cytochrom v biochemii = spíše cytochrom v biochemii = spíše hemoprotein transportující elektronyhemoprotein transportující elektrony


celkově známo přes 2000 celkově známo přes 2000 cytochromůcytochromů

člověk více než 60 genůčlověk více než 60 genů

některé formy specifickéněkteré formy specifické většina enzymů se širokou většina enzymů se širokou

substrátovou specifitousubstrátovou specifitou

INDUCIBILNÍINDUCIBILNÍ


mikrosomální enzymy jater, GIT, plic, mikrosomální enzymy jater, GIT, plic, mozku, srdce, placenty, kůže, mozku, srdce, placenty, kůže, erytrocytůerytrocytů

zprostředkovávají 1.fázi zpracování zprostředkovávají 1.fázi zpracování xenobiotik (zvýšení polarity)xenobiotik (zvýšení polarity)

ve 2.fázi vytvořené funkční skupiny ve 2.fázi vytvořené funkční skupiny reagují s endogenní mlk (např. reagují s endogenní mlk (např. konjugace s glutathionem, kys. konjugace s glutathionem, kys. glukuronovou)glukuronovou)


prostetická skupina = hem b (Hb, prostetická skupina = hem b (Hb, myoglobin, peroxidázy)myoglobin, peroxidázy)

vkládají atom o z mlk Ovkládají atom o z mlk O22 do mlk do mlk substrátu (RH) za vzniku substrátu (RH) za vzniku hydroxylovaného produktu (ROH)hydroxylovaného produktu (ROH)

katalyzovaná rce:katalyzovaná rce:

XH + NADPH + HXH + NADPH + H++ + O + O22

XOH + NADPXOH + NADP++ + H + H22OO


zdroj redukčních ekvivalentů = zdroj redukčních ekvivalentů = NADPH+HNADPH+H++

druhý atom O dává vzniknout mlk druhý atom O dává vzniknout mlk vodyvody

katalyzují vznik oxygenovaného katalyzují vznik oxygenovaného produktu (monooxygenázová fce) i produktu (monooxygenázová fce) i vznik mlk vody (oxidázová aktivita) vznik mlk vody (oxidázová aktivita) → → oxygenáza se smíšenou funkcíoxygenáza se smíšenou funkcí

Cytochromy P450 - Cytochromy P450 - názvoslovínázvosloví

superrodina cytochromů = CYPsuperrodina cytochromů = CYP rodina (40% shody primární rodina (40% shody primární

sekvence) – označení číslem 1 – 118sekvence) – označení číslem 1 – 118 podrodina (55% shody) – písmena A – podrodina (55% shody) – písmena A –

QQ vlastní protein – číslo: např. CYP 1A1vlastní protein – číslo: např. CYP 1A1

Struktura CYP 2A1Struktura CYP 2A1

Ovlivnění metabolismu Ovlivnění metabolismu hemuhemu

15% hemu se syntetizuje v játrech15% hemu se syntetizuje v játrech regulace syntézy:regulace syntézy:

regulace ALA – syntetázyregulace ALA – syntetázy hem: feed-back inhibice, ovlivnění ALA - syntetázyhem: feed-back inhibice, ovlivnění ALA - syntetázy

interakce při akutní intermitentní porfyriiinterakce při akutní intermitentní porfyrii aktivita PBG – deaminázy pod 50% (v 10% případů aktivita PBG – deaminázy pod 50% (v 10% případů

klinicky manifestní)klinicky manifestní) manifestace = odpověď na manifestace = odpověď na ↓ hemu v hepatocytech = ↓ hemu v hepatocytech =

zvýšená potřeba pro CYP (barbituráty, steroidy, …)zvýšená potřeba pro CYP (barbituráty, steroidy, …) ataky neurologické dysfunkce (postižení periferního, ataky neurologické dysfunkce (postižení periferního,

autonomního i centrálního nerv. systému)autonomního i centrálního nerv. systému)


dvě funkce:dvě funkce:

→ → detoxikace cizorodých látekdetoxikace cizorodých látek

→ → aktivace netoxických látek na aktivace netoxických látek na látky vysoce jedovaté: látky vysoce jedovaté:

např. přeměna benzpyrenu na např. přeměna benzpyrenu na 7,8- 7,8- dihydrodiol-9,10- dihydrodiol-9,10-epoxid epoxid (silný (silný kancerogen)kancerogen)

Multi-drug resistenceMulti-drug resistence

= vypuzení škodlivých látek z buňky= vypuzení škodlivých látek z buňky podílí se: transmembránové proteiny podílí se: transmembránové proteiny

„pumpy vypuzující léky“ (drug eflux „pumpy vypuzující léky“ (drug eflux pumps) + enzymy detoxikace a pumps) + enzymy detoxikace a biotransformace xenobiotikbiotransformace xenobiotik

fyziologicky v játrech, ledvináchfyziologicky v játrech, ledvinách v nádorových buňkách = rezistence!v nádorových buňkách = rezistence!

FarmakogenetikaFarmakogenetika

variabilita odpovědi na léky variabilita odpovědi na léky způsobená genetickou variabilitouzpůsobená genetickou variabilitou

mění schopnost organismu mění schopnost organismu absorbovat, transportovat, absorbovat, transportovat, metabolizovat nebo vylučovat léky a metabolizovat nebo vylučovat léky a jejich metabolityjejich metabolity

polymorfismy lékové odpovědi polymorfismy lékové odpovědi ← ← specifická biochemická reakce na specifická biochemická reakce na látky běžné v potravě (dietetické látky běžné v potravě (dietetické selekční tlaky v různých populacích) → selekční tlaky v různých populacích) → geografická distribuce alelgeografická distribuce alel

FarmakogenetikaFarmakogenetika vzhledem k různým reakcím na vzhledem k různým reakcím na

xenobiotika na základě různých xenobiotika na základě různých genotypů genotypů → účinná dávka = způsobí → účinná dávka = způsobí daný efekt u 50% populacedaný efekt u 50% populace

využití informací projektu HUGO →využití informací projektu HUGO → vyvarování nežádoucí reakce na lékyvyvarování nežádoucí reakce na léky předpověď účinnosti medikace ještě předpověď účinnosti medikace ještě

před podánímpřed podáním vytvoření husté mapy polymorfismů vytvoření husté mapy polymorfismů

→ není nutná znalost specifických → není nutná znalost specifických biochemických dějůbiochemických dějů


jednotlivé cytochromy se podílejí na jednotlivé cytochromy se podílejí na metabolismu xenobiotik různou měroumetabolismu xenobiotik různou měrou

asi 50% látek, jejichž metabolismus je asi 50% látek, jejichž metabolismus je znám, přeměňuje CYP 3A4znám, přeměňuje CYP 3A4

50%

30%

10%4% 2% 2%

3A4

2D6

2C9

1A2

2A6

2C19

CYP 3A4CYP 3A4

nejdůležitější jaterní cytochrom:nejdůležitější jaterní cytochrom:

→ → největší zastoupenínejvětší zastoupení

→ → metabolizuje nejvíce léčiv: metabolizuje nejvíce léčiv: cyklosporin A, erythromycin, cyklosporin A, erythromycin, ethinylestradiol, testosteronethinylestradiol, testosteron

indukce indukce → až selhání orálních → až selhání orálních kontraceptivkontraceptiv

CYP 3A4CYP 3A4

existují 3 formy CYP 3A (3A4, 3A5, existují 3 formy CYP 3A (3A4, 3A5, 3A7): játra, ledvina, tlusté střevo, 3A7): játra, ledvina, tlusté střevo, dvanáctníkdvanáctník

formy se v průběhu vývoje mění, ale formy se v průběhu vývoje mění, ale celkový obsah CYP 3A4 je stále stejnýcelkový obsah CYP 3A4 je stále stejný

ve střevě ve střevě ve styku s požitými látkami ve styku s požitými látkami → dva substráty mohou kompetovat → → dva substráty mohou kompetovat → koncentrace jednoho z nich může koncentrace jednoho z nich může silně vzrůstsilně vzrůst

CYP 1A2CYP 1A2

hlavně v játrech: např. kofein, hlavně v játrech: např. kofein, theofylintheofylin

aktivuje prokarcinogenní látkyaktivuje prokarcinogenní látky indukovatelný polycyklickými indukovatelný polycyklickými

aromatickými uhlovodíky a aromatickými uhlovodíky a heterocyklickými aminy (např. v heterocyklickými aminy (např. v grilovaném mase) grilovaném mase) → zvyšují riziko → zvyšují riziko rakovinyrakoviny

parametr znečištění vody (indukce u pstruhů)parametr znečištění vody (indukce u pstruhů)

CYP 1A1CYP 1A1

gen CYP 1A1 kóduje gen CYP 1A1 kóduje arylhydrokarbonhydroxylázu (AHH): arylhydrokarbonhydroxylázu (AHH): metabolizuje polycyklické uhlovodíky metabolizuje polycyklické uhlovodíky cigaretového kouřecigaretového kouře

vznikají karcinogenní epoxidové formyvznikají karcinogenní epoxidové formy vysoce indukovatelná alela - vysoce indukovatelná alela - ↑ riziko ca ↑ riziko ca

plic (cigaretový kouř zároveň obsahuje plic (cigaretový kouř zároveň obsahuje induktory)induktory)

homozygoti slabě indukovatelné alely ↓ homozygoti slabě indukovatelné alely ↓ riziko karcinomu plicriziko karcinomu plic

Bronchogenní karcinomBronchogenní karcinom

CYP 2CCYP 2C

jaterní indukovatelné cytochromyjaterní indukovatelné cytochromy v kavkazské a asijské populaci v kavkazské a asijské populaci

poruchy genů poruchy genů → → pomalí pomalí metabolizátořimetabolizátoři: nutné vyšší dávky : nutné vyšší dávky léků (např. diazepamu)léků (např. diazepamu)

zatím není známa toxická látka, zatím není známa toxická látka, kterou by aktivovalikterou by aktivovali

CYP 2D6CYP 2D6 není indukovatelnýnení indukovatelný metabolizuje antidepresiva, léky metabolizuje antidepresiva, léky

kardiovaskulárního systémukardiovaskulárního systému v kavkazské populaci pomalí v kavkazské populaci pomalí

metabolizátoři debrisoquinu (metabolizátoři debrisoquinu (- - blokátor) = homozygoti pro recesivní blokátor) = homozygoti pro recesivní alelu (aa): rezistentnější ke alelu (aa): rezistentnější ke karcinogennímu efektu cigaretového karcinogennímu efektu cigaretového kouře: 4krát nižší riziko než silní kouře: 4krát nižší riziko než silní metabolizátoři (AA)metabolizátoři (AA)

CYP 2E1CYP 2E1 indukovatelný ethanolem, acetonem, indukovatelný ethanolem, acetonem,

hladověnímhladověním aktivuje nitrosaminy na reaktivní aktivuje nitrosaminy na reaktivní

karcinogenykarcinogeny metabolizuje paracetamol metabolizuje paracetamol

alternativní cestou alternativní cestou → toxický → toxický meziproduktmeziprodukt

Vliv složek potravy na Vliv složek potravy na aktivitu cytochromůaktivitu cytochromů

většina karcinogenů vyžaduje většina karcinogenů vyžaduje bioaktivaci bioaktivaci → nebezpečnost → nebezpečnost karcinogenů závisí na aktivaci a karcinogenů závisí na aktivaci a detoxikacidetoxikaci

ovoce, zelenina inhibují enzymy ovoce, zelenina inhibují enzymy karcinogenezekarcinogeneze

chemicky aktivní látky v potravinách chemicky aktivní látky v potravinách = = fytochemikáliefytochemikálie

Grapefruitový džusGrapefruitový džus

Grapefruitový džusGrapefruitový džus

obsahuje lýkopen, pektiny, obsahuje lýkopen, pektiny, antioxidanty, vit. Cantioxidanty, vit. C

ovlivňuje interakce více než 25 ovlivňuje interakce více než 25 známých látek (imunosupresiva, léky známých látek (imunosupresiva, léky na CNS, antihistaminika)na CNS, antihistaminika)

dlouhodobě inhibuje aktivitu dlouhodobě inhibuje aktivitu cytochromů: kompetitivní inhibice, cytochromů: kompetitivní inhibice, irreverzibilní inaktivaceirreverzibilní inaktivace

může zvýšit koncetraci p.o. může zvýšit koncetraci p.o. podávaných léčiv až 300krát, kofeinu podávaných léčiv až 300krát, kofeinu o 31%o 31%

ČesnekČesnek

ČesnekČesnek

antiseptické, močopudné účinky, snižuje antiseptické, močopudné účinky, snižuje krevní tlak, prevence aterosklerózykrevní tlak, prevence aterosklerózy

množství biologicky aktivních látek množství biologicky aktivních látek (hl.sloučeniny se sírou pocházející z Cys)(hl.sloučeniny se sírou pocházející z Cys)

inhibice CYP 2E1 inhibice CYP 2E1 → snížená aktivace → snížená aktivace nitrosaminůnitrosaminů

indukce CYP 1A, 3Aindukce CYP 1A, 3A testy s mnohem vyššími dávkami, než člověk běžně v testy s mnohem vyššími dávkami, než člověk běžně v

potravě přijmepotravě přijme

Třezalka tečkovanáTřezalka tečkovaná

Třezalka tečkovanáTřezalka tečkovaná

podle evropského úřadu pro kontrolu podle evropského úřadu pro kontrolu léčiv musí být produkt obsahující léčiv musí být produkt obsahující extrakt třezalky řádně označenextrakt třezalky řádně označen

výrazně snižuje koncentraci výrazně snižuje koncentraci cyklosporinu: indukce CYP 3A4 (až cyklosporinu: indukce CYP 3A4 (až odmítnutí transplantovaného orgánu)odmítnutí transplantovaného orgánu)

↑ ↑ clearance orálních kontraceptivclearance orálních kontraceptiv

Použitá literatura:Použitá literatura:

http://www.biochemie.upol.cz/stranky/studenti/http://www.biochemie.upol.cz/stranky/studenti/prace/2004/luzna.pdfprace/2004/luzna.pdf

J. Wiley and sons: BiochemistryJ. Wiley and sons: Biochemistry

J. Masopust: Patobiochemie buňky, Praha 2003J. Masopust: Patobiochemie buňky, Praha 2003

Thompson and Thompson: Klinická genetika, Triton Thompson and Thompson: Klinická genetika, Triton 20042004

E. Nečas aspol.: Patologická fyziologie orgánových E. Nečas aspol.: Patologická fyziologie orgánových systémů II., Karolinum 2004systémů II., Karolinum 2004

B. Oesch-Bartlomowicz: Phosphorylation of B. Oesch-Bartlomowicz: Phosphorylation of cytochromes P450cytochromes P450

Děkuji za pozornostDěkuji za pozornost

Documents

Funkce cytochromů P450, farmakogenetika