W odpowiedzi na bodźce (histamina, adrenalina, bradykinina, angitensyna II, trombina) w komórce uruchamiany jest system degradacji lipidów (lipazy).

Transkrypt

1 Biosynteza i funkcja eikozanoidów Eikozanoidy (ikozanoidy) pochodzą od 20:4 kwasu tłuszczowego (kwasu arachidonowego) Związki te nie są przechowywane w komórce a są szybko syntetyzowane i uwalniane (5-60 sek.) W odpowiedzi na bodźce (histamina, adrenalina, bradykinina, angitensyna II, trombina) w komórce uruchamiany jest system degradacji lipidów (lipazy). Najczęściej są to fosfolipazy cytosolowe i nietrzustkowe wydzielnicze typu II. cpla 2 jest rozpuszczalnym białkiem wymagającym do swej aktywności niskie stężenie jonów Ca 2+ (500 nm) i swoistym do kwasu arachidonowego w pozycji sn-2. spla 2 wymaga wysokiego stężenia jonów wapnia (ok. 1 mm) i nie wykazuje swoistości ani w stosunku do grupy polarnej fosfolipidu ani kwasu tłuszczowego w pozycji sn-2. Kwas arachidonowy może być również uwalniany z fosfolipidów w wyniku działania lipazy diacyloglicerolowej

2 Po uwolnieniu kwas arachidonowy komórki zwierzęce w procesach cyklizacji i utlenienia modyfikują przekształcając go w tzw. lokalne hormony (lokalne chemiczne mediatory). Działają one w bardzo niskich stężeniach i blisko miejsca syntezy. Należą do nich prostaglandyny (PG), tromboksany (Tx), leukotrieny (LT) i inne hydroksyeikozanoidy

3 Prostaglandyny są kwasami cyklopentanowymi pochodzącymi z kwasu arachidonowego. Ich syntezę prowadzi w ER mająca dwie komplementarne aktywności (cyklooksygenazową i peroksydazową) syntaza endoperoksydów prostaglandynowych (PGHS) zwana też cyklooksygenazą (COX) Enzym ten katalizuje tworzenie PGG 2 z arachidonianu i dwóch cząsteczek O 2, peroksydaza powoduje dwuelektronową redukcję PGG 2 do PGH 2 Istnieją dwie formy cyklooksogenazy: PGHS-1 prowadząca normalną, fizjologiczną produkcje prostaglandyn i PGHS-2 indukowana przez cytokiny, mitogeny, endotoksyny i odpowiedzialna za produkcję eikozanoidów w stanie zapalnym

4 Miejsca aktywne PGHS-1 Dla działania PGHS wymagana jest obecność ponadtlenku utleniającego hemową grupę prostetyczną. To powoduje utlenianie reszty tyrozynowej i inaktywację enzymu, który traci jedno miejsce aktywne na każde 1400 cykli katalitycznych. PGHS-1 jest związana z błoną ER od strony światła tego organellum oraz z zewnętrzną błoną otoczki jądrowej. Jest hemoproteiną zawierającą jedną protoporfirynę IX na każdą podjednostkę, gdyż jest dimerem o masie 2 x 72 kda. Białko jest N-glikozylowane na resztach asparagin 68, 144 i 410. Po biosyntezie białko to zawiera sekwencję sygnałową długości AA, które potem są odcinane (transport do ER) pozostawiając 574 AA łańcuch. PGHS-1 monomery są połączone w układzie głowa-ogon. Każdy monomer zawiera w rejonie N-końcowym 55 AA domenę podobną do czynnika wzrostu naskórka (EGF), region łączący (50 AA, domena wiązania z błoną) oraz C- konćową domenę katalityczną. PGHS-2 jest w 60% sekwencji AA identyczna z PGHS-1. Głównymi różnicami są skład sekwencji sygnałowej oraz skład domeny wiązania z błoną (reszty PGHS-1). PGHS-2 występuje w dwóch formach - o masie 72 i 74 kda. Pierwsza jest N-glikozylowana w trzech miejscach (podobnie jak PGHS-1) a druga - w czterech. Obie PGHS są integralnymi białkami błonowymi ale nie posiadają typowych transmembranowych struktur. PGHS są zakotwiczone jedynie do jednej monowarstwy poprzez 4 krótkie α-helikalne fragmenty obecne w rejonie łączącym.

5 Synteza eikozanoidów indukowana jest uszkodzeniem tkanki. Rozwijający się stan zapalny powoduje migrację monocytów i neutrofilów, które reagują z komórkami otaczających je tkanek pobudzając je do syntezy ikozanoidów Synteza prostaglandyn jest hamowana zarówno przez przez szereg niesteroidowych przeciwzapalnych leków (NSAID), takich jak aspiryna, ibuprofen (Advil ), flurbiprofen, acetaminofen (Tylenol ), indometacyna i SC-558 jak i przez przeciwzapalne leki steroidowe (które wybiórczo hamują PGHS-2 na poziomie transkrypcji)

6 Istnieją cztery sposoby hamowania PGHS-1 przez NSAID: (1) aspiryna (kwas acetylosalicylowy) konkuruje z arachidonianem o wiązanie z miejscem aktywnym PGHS, mimo iż wiązanie właściwego substratu jest x bardziej efektywne. Po związaniu aspiryny następuje acetylacja seryny 530, która de facto nie jest wymagana dla katalizy, inhibując aktywność cyklooksygenazową a nie wpływając na aktywność peroksydazową W przypadku PGHS-2 mimo acetylacji reszty seryny homologicznej do Ser 530 obecnej w PGHS-1, enzym może nadal utleniać arachidonian ale nie do PGH 2 lecz do 15R-HETE. Tromboksany odkryte w płytkach krwi, odpowiedzialne są za ich agregację. Aspiryna stosowana w małych dawkach, hamując biosyntezę tromboksanów w płytkach krwi, bez istotnego wpływu na syntezę innych prostanoidów w innych komórkach, zmniejsza krzepliwość krwi, co ma pozytywne znaczenie przy chorobach układu krążenia oraz ich profilaktyce (Acard) gdyż dojrzałe płytki nie posiadają jądra i możliwości syntetyzowania nowych białek. Inne komórki, mimo działania hamującego aspiryny mogą odnowić pulę PGHS dzięki biosyntezie de novo. W przypadku płytek krwi musi powstać nowe ich pokolenie co zajmuje 5-10 dni. Inne NSAID działają gównie przez konkurencję z substratem (2) ibuprofen konkuruje o miejsce wiązania substratu, jest inhibitorem odwracalnym (3) flurbiprofen i indometacyna hamują PGHS-1 i PGHS-2 przez tworzenie mostka solnego z Arg 120 z centrum aktywnego Większość NSAID hamuje obie PGHS. Ponieważ hamowanie PGHS-1, jako efekt uboczny, jest wrzodogenne główne badania skupiają się na inhibitorach PGHS-2 jako bezpiecznych antyzapalnych i antybólowych preparatach. Przykładem takiego leku jest SC-558, który inhibuje specyficznie PGHS-2.

7 Prostanoidy, syntetyzowane w jednych komórkach posiadają receptory w błonach komórkowych komórkach docelowych. Przykładem są receptory prostaglandyny E (EP-receptory) oraz receptor TP (TxA/PGH). Pierwsze z nich tworzą rodzinę zawierającą 4 receptory. EP1 związany jest z aktywacją fosfolipazy C, EP2 i EP4 ze stymulacją cyklazy adenylowej a EP3 (w tym kilka jego izoform) z hamowaniem cyklazy adenylowej. Receptor TP jest receptorem posiadającym siedem domen transmembranowych, podobnie do rodziny rodopsyn. Główną fizjologiczną rolą prostanoidów jest koordynowanie odpowiedzi komórek na działanie hormonu. W większości przypadków jest ona mediowana przy udziale białek z rodziny białek G. Prostanoidy są miejscowymi hormonami koordynującymi efekt hormonów krążących i innych czynników, jak n.p. kolagenu Kiedy prostanoidy dostaną się do krążenia są szybko inaktywowane. Pierwszym krokiem jest utlenianie PGE 2 do 15-keto pochodnej, procesu katalizowanego przez dehydrogenazę 15-hydroksyprostaglandynową. W dalszym kataboliźmie następuje redukcja wiązań podwójnych pomiędzy C-13 a C-14, ω- oksydacja oraz β-oksydacja.

8 Leukotrieny Lipoksygenazy katalizują wstawianie tlenu do cząsteczek wielonienasyconych kwasów tłuszczowych, nie tylko kwasu arachidonowego. Są powszechne zarówno u zwierząt jak i roślin.u ssaków wykazano obecność 5-, 12- i 15- kwasów eikozanoidowych w formie kwasów hydroperoksy (HpETE). Kwasy te ulegają dalszym przekształceniom do HETE (kwasów hydroksy eikozanoidowych) włączenie tlenu do drugiego wiązania podwójnego prowadzi do dihydroksy pochodnych (dihete). Podwójna lipoksygenacja prowadzi także do powstania kwasów trihydroksyeikozatetraenowych (lipoksyn) dehydratacja prowadzi do epoksy kwasów, n.p. Leukotrinenu A 4, prekursora innych leukotrienów

9 W przypadku organizmu ludzkiego szlak tzw. 5-lipoksygenazy (neutrofile krwi) pełni ważną rolę w procesach zapalnych i uczuleniowych. Z LTA 4 dzięki działaniu hydroksylazy i syntazy wykorzystującej zredukowany glutation powstają inne leukotrieny LTB 4 i LTC 4. 5-Lipoksygenaza jest białkiem cytosolowym o masie kda. Do swej aktywności wymaga obecności jonów wapnia, ATP, nadtlenku kwasu tłuszczowego oraz fosfatydylocholiny. Inne LOX wymagają jedynie substratu i O 2. LOX-5 cdna koduje 673 AA (78 kda) z charakterystycznym motywem 12 AA bogatym w prolinę (reszty ), który dzięki swej homologii z białkiem wymieniającym GDP/GTP sugeruje możliwość uczestniczenia LOX-5 w szlakach sygnalizacji via kinaza tyrozynowa Homologia ludzkiej LOX-5 z innymi lipoksygenazami jest wysoka i sięga od 40% (LOX roślinne) do 93% (LOX szczura). Leukotrieny mają silną aktywność biologiczną. Należą do grupy wolno działających substancji anafilaktycznych (SRS-A), uwalnianych n.p. przez płuca w odpowiedzi na antygen. Powodują skurcz mięśni układu oddechowego co ma miejsce n.p. w napadzie astmy oskrzelowej. Z tego powodu prowadzone są badania nad uzyskaniem efektywnego inhibitora tych enzymów (Zileuton, 1995) Leukotrieny posiadają swe swoiste receptory działające poprzez białka G, aktywację swoistą do PI PLA-C, podwyższenie wewnątrzkomórkowego stężenia jonów wapnia i reorganizację szkieletu komórkowego

10 Produkty epoksygenacji Są to procesy związane z przekształcaniem kwasu arachidonowego przez wprowadzanie pojedyńczego atomu tlenu do kwasu arachidonowego przez związane z cytochromem P450 oksydazami, n.p. monooksydazami. Enzymy te wymagają jako kofaktorów flawoproteinową reduktazę cyt P450, NADPH/NADP i tlenu cząsteczkowego. Produkty wykazują wiele aktywności biologicznych, w tym takie jak uwalnianie hormonów peptydowych z komórek endokrynowych, hamowanie nerkowej Na/K ATP-azy, hamowanie aktywności COX, hamowanie indukowanej przez kwas arachidonowy agregacji płytek krwi, hamowanie wnikania jonów wapnia do płytek krwi, rozszerzanie naczyń krwionośnych jelit oraz tętnic a także, m.in. stymulowanie angiogenezy.