УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2012, том 132, № 3, с. 282-296
УДК 577.151.64: 577.152.31:612.015.1
ПАРАОКСОНАЗА: МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
И КЛИНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ
© 2012 г. Э. А. Ефимцева, Т. И. Челпанова
Институт физиологии Коми научного центра УрО РАН, Сыктывкар Е-та11: chelpanova@physiol.komisc.ru
Приведены современные данные по молекулярным и биохимическим свойствам антиоксидантного фермента параоксоназы. Обсуждаются возможности использования в клинической химии определения ферментной активности в качестве диагностических тестов, а также генетически обусловленных молекулярных форм фермента как маркеров, ассоциированных с предрасположенностью к определенным патологиям.
Ключевые слова: параоксоназа, изоформы, активность, генетическая изменчивость, клиническое значение
ВВЕДЕНИЕ
Параоксоназа - фермент из семейства гидро-лаз играет важную роль в защите организма человека и животных от окислительного стресса. Энзим гидролизует окисленные липопротеины (ЛП) плазмы, цитотоксические фосфолипиды в клеточных мембранах, устраняет растворимые в липидах продукты свободнорадикальных реакций, осуществляя противовоспалительное, антисклеротическое, кардиопротективное действие [13, 35, 77].
Фермент принимает участие в деградации чужеродных веществ, в том числе фосфорорга-нических соединений (ФОС), используемых для защиты растений и в ветеринарной практике, являющихся токсичными контаминантами окружающей среды [8, 29, 44], а также участвует в гидролитической биотрансформации лекарственных средств, влияя на их фармакокинетическое поведение в организме [27, 28, 43, 45]. Гидроли-зуя эфирные связи в различных экзо- и эндогенных соединениях, фермент играет существенную роль в процессах детоксикации [27, 28].
Интерес к параоксоназе (ПОН) млекопитающих в настоящее время обусловлен обнаружением новых свойств фермента как антиоксиданта и детоксикатора. Предпринимаются попытки оценить значимость показателей ферментной активности в качестве биохимических тестов и молекулярных форм энзима как генетических маркеров предрасположенности к развитию определенных патологических состояний.
Цель обзора - обобщить современные данные по биохимическим свойствам фермента, обсудить диагностическое значение его изоформ и молекулярных вариантов в отношении некоторых патологий, в развитии которых играет роль окислительный стресс.
ИЗОФОРМЫ ПОН. СУБСТРАТНАЯ СПЕЦИФИЧНОСТЬ
Энзим, способный гидролизовать ФОС, был впервые обнаружен в сыворотке животных в 1946 г. [81] и назван ПОН исходя из его способности гидролизовать параоксон (ПО) - О,О-диэтил О-(я-нитрофенил) фосфат (метаболит инсектицида паратиона). Последующие исследования показали, что кроме Р-О-связи в ФОС фермент способен гидролизовать также С-О-связи в ароматических эфирах карбоновых кислот, преимущественно арилацетатах. В сыворотке человека энзим, способный гидролизовать ФОС и арил-эфиры, типировал автор [7], который отнес его к А-эстеразам, назвав ароматической эстеразой (арилэстеразой, АРЭ).
Кроме резистентности к ФОС было сообщено о других свойствах А-эстеразы: активации ионами Са2+, чувствительности к хелатирующим и сульфгидрильным реагентам, катионам отдельных металлов (^2+, РЪ2+, La3+, Си2+) [7, 8, 12]. Позднее подобные свойства были обнаружены у гомологичных ферментов животных разных видов [3, 4, 12].
А-эстераза была отнесена к ферментам, катализирующим гидролиз ароматических эфиров, в том числе фенилацетата (ФА) (КФ 3.1.1.2; АРЭ) [8, 119]. Дифференцированное отношение отдельных ферментных пулов к ФА и ПО [36, 50] побудило пересмотреть данные по энзимам, действующим на ФОС [119]. В номенклатуре ферментов был выделен подподкласс КФ 3.1.8., к которому отнесли фермент, гидролизующий фосфорорганические триэфиры (КФ 3.1.8.1; ПОН) [37].
Несмотря на разделение типов активности у млекопитающих А-эстеразу продолжают оценивать как "параоксоназу/арилэстеразу" (ПОН), катализирующую гидролиз фосфорорганических эфиров (за исключением моноэфиров) и ароматических эфиров карбоновых кислот [8, 21, 43, 48, 55, 57, 97].
Геном человека включает три гена PON, которые возникли в результате генной дупликации и обозначены согласно времени открытия как PON1, PON2 и PON3. Гены находятся на длинном плече хр. 7q21-q22 и имеют около 65% сходства по нуклеотидной последовательности и 70% сходства по аминокислотной последовательности белков [77, 82, 91]. Продукты генов PON - изоформы фермента - ПОН1, ПОН2 и ПОН3 имеют в своей структуре по три цистеиновых остатка, два из которых - Cys41 и Cys351 образуют межмолекулярные дисульфидные связи, определяя конфор-мационную стабильность, тогда как Cys283 обусловливает их антиоксидантную активность [76].
В отличие от присутствующих в крови и тканях наряду с ПОН других эстераз - ацетилхо-линэстеразы (АХЭ, КФ.3.1.1.7) и холинэстеразы (ХЭ, КФ 3.1.1.8), физиологические субстраты которых определены, нативные субстраты ПОН пока неизвестны. В последние годы обнаружили, что кроме искусственных сложных эфиров карбоновых кислот, циклических карбонатов, органических фосфатов, все изоформы способны гидролизовать пероксиды липидов, окисленные фосфолипиды и сложные эфиры оксикарбоновых кислот (лактоны). Липо-лактоназная активность, как полагают, более всего отражает физиологическую роль энзима как лактоназы и вносит ощутимый вклад в защиту организма как от эндо-, так и экзогенных токсических соединений [33, 34, 66].
Изоформы различаются по активности, тканевой локализации и функциональной роли. Сравнительные исследования изоформ у представителей 28 видов млекопитающих показали, что арилэстеразная и параоксоназная типы активности у каждой из изоформ варьируют. Параок-соназная активность в большей степени харак-
терна для ПОН1, арилэстеразная - выявляется у всех изоформ, но у отдельных - на относительно низком уровне [43, 44] и все изоформы обладают лактоназной активностью [34].
Полагают, что нативными субстратами для всех изоформ могут быть алифатические и ароматические лактоны, метаболиты-продукты окисления полиненасыщенных жирных кислот, структурно близкие к лактонам продукты энзиматического и неэнзиматического окисления арахидоновой и докозагексаеновой кислот. Кроме гидролиза лактонов, фермент катализирует обратную реакцию - лактонизации у- и о-гидроксикарбоно-вых кислот [33, 66, 113]. Эндогенные лактоны и их метаболиты осуществляют вазодиляторное, противовирусное, жаропонижающее, успокаивающее действие, ингибируют фосфолипазу нейтрофилов, циклооксигеназу перитонеальных макрофагов, ингибируя синтез лейкотриена В4, тромбооксана В2, простогландина Е2, действуют (как например, S-йодолактон) на рост тиреоидных клеток [24, 34].
Эффективно метаболизируются с участием ПОН и экзогенные лактоны, поступающие в составе пищи и в качестве пищевых добавок (ароматизаторов, усилителей вкуса), а также лактон-со-держащие лекарства [33, 103, 114]. Так, лекарства, являющиеся конкурентными ингибиторами Р-гидрокси-Р-метилглутарил-СоА-редуктазы (КФ 1.1.1.88) - спиронолактон, симвастатин, ловаста-тин, мевастатин - были идентифицированы как субстраты ПОН [33]. Что касается тиолактонов, то эти соединения гидролизуются менее эффективно, некоторые из лактамов являются ингибиторами параоксоназной активности [17, 114].
В экспериментах на трансгенных мышах показано, что ПОН способны гидролизовать также вирулентные факторы, экспрессируемые при грамотрицательных инфекциях [113, 114]. Ме-таболизируя в качестве субстратов такие эндо-соединения, как ацилгомосерин, лактоны, регулирующие экспрессию генов, контролирующих вирулентность, изоформы модулируют не только физиологическое действие таких лактонов, но и их распределение в организме [34, 114].
Полагают, что различные эфиры эстрогенов могут быть также физиологическими субстратами для семейства белков ПОН [113].
Определение активности энзима осуществляется с помощью искусственных субстратов: ароматических эфиров (ФА), фосфорорганических эфиров (ПО), лактонов (дигидроксикумарин) [14]. Предложены коммерческие наборы "Invitrogen", "Assay Arylesterase. Zepto Matrix" (США).
ПАРАОКСОНАЗА 1
В настоящее время наиболее исследованной является ПОН1. Предложена пространственная 3D-структура белка, состоящего из 354 аминокислот, в виде 6-лопастного Р-пропеллера, лопасти которого содержат гидрофобные ^терминали с четырьмя Р-структурами и двумя ионами Са2+ в щели между лопастями [53].
Предполагают, что ПОН1 имеет два активных участка, из которых один, зависящий от присутствия катионов Са2+, обусловливает функцию фермента как "детоксикатора", гидролизующего органические фосфаты (нейротоксические агенты, кислородные метаболиты фосфорорганиче-ских пестицидов). Другой участок, активность которого зависит от Су$283, определяет антиате-рогенную роль, связанную с предотвращением окисления ЛП плазмы крови [13, 35].
Изофермент синтезируется в печени, где обнаруживается наивысшая активность, и представляет собой гликопротеин с молекулярной массой 38-45 кДа, которая зависит от степени гликози-лирования углеводного компонента молекулы [45]. Часть ПОН1 освобождается в кровоток и связывается с частицами липопротеинов высокой плотности (ЛПВП). Димерную структуру молекулы фермента стабилизируют ионы Са2+ [77]. Ба-зальную активность ПОН1 повышают 1М №С1, приемом для получения так называемой стимулируемой ферментной активности [36].
Обладая широкой субстратной специфичностью, ПОН1 демонстрирует высокую степень перекрывающейся специфичности с ПОН3 [34]. Полагают, что ПОН1 эволюционировала в сторону формирования меньшего активного центра по сравнению с более древней ПОН2 и способна катализировать гидролиз только незамещенных и коротко-цепочечных лактонов [34]. Каталитическая эффективность (кса/Кт) в отношении лактонов определена для ПОН1 в области микромолярных концентраций, тогда как для других субстратов (органических фосфатов, ароматических эфиров) - в диапазоне миллимо-лярных концентраций (Кт для ПО - 0.2-0.6 мМ) [34, 44, 46].
Другими возможными нативными субстратами для ПОН1, как полагают, могут быть липополи-сахариды (ЛПС) или медиаторы септического шока. Было обнаружено,
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.