Хотя вы, возможно, никогда не слышали о суперсемействе ферментов цитохрома P450, эти белки играют разнообразную и важную роль в организме человека посредством метаболической обработки лекарств, пестицидов, жирных кислот, жирорастворимых витаминов и химических канцерогенов, а также биосинтеза незаменимых стероидов. включая стерины.
Стерины представляют собой семейство химических соединений, имеющих центральную кольцевую структуру и имеющих решающее значение для жизни множества организмов. Самый известный стерол у людей — это холестерин, ключевой компонент нашей клеточной мембраны, который постоянно беспокоит врачей, поскольку повышенный уровень холестерина в крови может увеличить риск сердечно-сосудистых заболеваний.
Лаборатория Фреда Гюнгериха, Тадаши Инагами, доктора философии. Профессор биохимии Университета Вандербильта изучал цитохромы P450 в течение 50 лет. В новой статье , опубликованной в журнале Angewandte Chemie , лаборатория Гюнгериха исследовала механизм, используемый цитохромом P450 51 — ферментом P450 , присутствующим во всех семьях живых существ — для катализа критической трехэтапной реакции биосинтеза стерола: метаболизма ланостерола.
«Это был сложный, но полезный проект, который дает первый однозначный ответ на давний и спорный вопрос о механизме биосинтеза стеринов у эукариот», — сказал ведущий автор и аспирант биохимии Кевин Маккарти.
Каталитический цикл всех ферментов P450 включает образование двух активных форм гемового железа — Соединения 0 и Соединения I, последнее из которых естественным образом образуется из Соединения 0, — которые необходимы для реакций, катализируемых P450, включая метаболизм ланостерола. Хотя роль Соединения I на первых двух этапах метаболизма ланостерола хорошо известна, противоречивые данные из различных лабораторий не позволяют ученым понять, использует ли P450 51 Соединение 0 или Соединение I для выполнения решающего заключительного этапа.
Используя передовую аналитическую технику, первоначально усовершенствованную бывшим постдоком Гюнгериха Фрэнсисом Йошимото, которая отслеживает включение изотопа кислорода, называемого 18 O, в продукты реакции P450, Маккарти и его коллеги стали первыми, кто предположил, что и Соединение 0, и Соединение I могут играют активную химическую роль на последнем этапе метаболизма ланостерола.
Действительно, результаты, представленные в статье Angewandte Chemie, показывают, что, хотя Соединение 0 является основным видом гема, ответственным за последний этап каталитического действия человеческого P450 51 (~ 85% реакции), Соединение I все еще играет второстепенную, поддающуюся количественному определению роль (~ 14% реакции).
В сотрудничестве с Галиной Лепешевой, профессором-биохимиком, исследователи сравнили относительный вклад каждого вида гема в четыре фермента P450 51 из патогенных дрожжей, амебы и трипаносом (типа паразита) в человеческий ортолог. В то время как ферменты дрожжей и амебы показали аналогичные результаты с человеческим белком, результаты трипаносомальных ферментов выявили интересное механистическое различие: соединение 0 и соединение I внесли примерно равный вклад в реакцию.
Эти результаты добавляют глубины нашему коллективному и механистическому пониманию ферментов P450, особенно тех, которые участвуют в биосинтезе стеринов.
«Это был долгий проект, который требовал 17-этапного химического синтеза , пяти различных очищенных ферментов P450 51 от нашего сотрудника, профессора Галины Лепешевой, очень пристального внимания к использованию атмосферы 18-кислорода в реакциях, сложной масс-спектрометрии высокого разрешения, и тщательная работа всех авторов в нашей лаборатории», — сказал Гюнгерих. По его словам, внимание его команды к деталям позволило ей «взломать эту систему» и провести четкий анализ механизма раздвоения фермента.
«Наши результаты обеспечивают важный прогресс в понимании функции P450 51 у человека и различных патогенов, что, как мы надеемся, будет полезно в продолжающемся поиске препаратов, нацеленных на P450 51», — сказал Маккарти.
В настоящее время ряд существующих противогрибковых препаратов ингибируют грибковые ферменты P450 51, нарушая способность организма вырабатывать необходимые стерины и размножаться. Тем не менее, резистентность к противогрибковым препаратам в сочетании с существованием опасных для жизни грибковых инфекций , от которых нет лечения, подчеркивает сохраняющуюся потребность в новых препаратах, нацеленных на P450 51.
Заглядывая в будущее, лаборатории Гюнгериха и Лепешевой продолжат анализировать фермент P450 51 амебы в поисках механических особенностей, которые можно использовать в качестве потенциальных мишеней для лекарств.
