1.1.4. Механизм индукции цитохрома р450 1а1

Важность изучения цитохромов Р450 1А подсемейства у человека и экспериментальных

животных обусловлена их ролью в химически индуцированном канцерогенезе. Именно эти

ферменты осуществляют метаболическую активацию многих кацерогенных соединений, включая

полициклические ароматические углеводороды, гетероциклические амины, ароматические

амина и другие соединения. У большинства видов млекопитающих 1А подсемейство состоит из

2-х членов: 1А1 и 1А2 . CYP1A1 не обнаруживается в нормальной печени, а экспрессируется

лишь под воздействием ксенобиотиков-индукторов, к которым относятся ПАУ. Цитохромы Р450

1А1 и 1А2 осуществляют биоактивацию следующих прооксидантов и проканцерогенов: Р450

1А1 – бенз[а]пирена и других ПАУ, Р450 1А2 – ПАУ, ароматических аминов, нитрозоаминов,

парацетамола, гетероциклических аминов.

Для CYP1А1 характерен генетический полиморфизм индуцибельности среди инбредных

линий мышей. Некоторые линии (например, C57Bl/6) чувствительны к индукции ПАУ-

соединениями, тогда как другие (DBA/2) не отвечают на введение этих соединений.

Такой полиморфизм связан с генетическим локусом AhR (Aryl Hydrocarbon Recеptor),

который кодирует белок, названный Ah-рецептором. С этим белком связывается химический

индуктор. Канцерогенные ПАУ соединения, такие как МХ, - типичные индукторы CYP1А1 (см.

рис. 4).

Рис. 4. ПАУ-соединения - типичные индукторы CYP1А

Лигандами для AhR яляются планарные молекулы типа ПАУ. Позднее был найден еще

более мощный индуктор, 2,3,7,8- тетрахлордибензо-р-диоксин (ТХДД), способный из-за

высокой аффинности к Ah-рецептору вызывать индукцию в дозах, на порядок меньших, чем

для других ПАУ. Наличие в клетке рецептора для соединения, произведенного человеком

относительно недавно, остается загадкой для исследователей. Возможно, что ТХДД

мимикрирует какое-то эндогенное природное соединение, способное связываться с Ah-

рецептором. Такие соединения были найдены в некоторых растениях. Как показали

эксперименты с нокаутными мышами, возможно также существование и эндогенного лиганда,

схожего по структуре с ТХДД.

Рис. 5. Схема индукции цитохрома Р4501А1

Общепринятая на сегодняшний день схема активации гена CYP1А1 приведена на рис. 5.

В отсутствие индуктора Ah-рецептор связан с белком теплового шока hsp90, который

представляет собой компонент системы шейперонов, регулирующих стероид - и диоксин-

зависимые пути передачи сигнала. В этом случае взаимодействия белок-белок

осуществляются через PAS-домен Ah-рецептора. Точная роль hsp90 в индукции CYP1А1 не

определена, хотя полагают, что он поддерживает конфигурацию Ah-рецептора в состоянии,

способствующем взаимодействию с лигандом. В цитоплазме Ah-рецептор и hsp90 также

взаимодействуют с белком 37-38кД, гомологичным FK506-связывающим белкам, имеющим три

тетратрикопептидных повтора. Усиление экспрессии этого белка сопровождается почти 2-х

кратным усилением индукции CYP1А1. Роль этого белка в индукции CYP1А1 также неясна.

Возможно, он может влиять на взаимодействие Ah-рецептора с лигандом и/или

способствовать его транслокации в ядро. Ah-рецептор относится к семейству факторов

транскрипции, названных “helix-loop-helix/PAS”, т.е. спираль-петля-спираль, содержащих

PAS домен, благодаря которому осуществляется взаимодействие с другим белковым фактором

ARNT (Ah Receptor Nuclear Translocator), что необходимо для активации транскрипции гена

CYP1А. В результате гетеродимеризации этих белков, которая происходит в ядре,

образуется ДНК связывающий фактор транскрипции. ARNT экспрессируется во многих тканях.

Нокаутные по этому белку мыши погибали на 10-ый день развития, что, возможно, отражает

участие ARNT как фактора транскрипции в сигнальной трансдукции.

Гетеродимеризации ARNT и Ah-рецептора осуществляется через HLH и PAS домены, в

результате чего положительно заряженные области белков могут распознать XRE элементы

ДНК. Исследование ДНК-белковых взаимодействий показало, что ARNT связывается с 5’ GTG

3’ областью ХRЕ, а Ah – с соседним нуклеотидом. Промотор содержал несколько сайтов

связывания для базальных факторов транскрипции, включая ТАТА-связывающие белки (ТВР).

Анализ мутаций в области промотора показал, что ТВР-связывающие сайты также необходимы

для транскрипции гена CYP1А1. Когда энхансеры неактивны, промотор не функционирует,

следовательно, взаимодействие белков с проксимальными элементами гена является

индуцибельным и зависит от активации Ah-рецептора и ARNT белка. Эти результаты

представляются интересными, так как из них следует несколько важных выводов: 1.

Промотор находится под контролем энхансера; 2. Должен существовать механизм,

поддерживающий промотор в неактивном состоянии; 3. Взаимодействие энхансера с

промотором является необходимым этапом в активации транскрипции гена CYP1А1. Таким

образом, Ah-рецептор и ARNT белок усиливают транскрипцию гена CYP1А1. Показано также,

что с XRE могут взаимодействовать также молекулы, не относящиеся к рецепторам. К

настоящему времени сформировалось представление о том, что события, следующие после

связывания комплекса с-Src-Ah-рецептор с лигандом, могут протекать в двух независимых

направлениях: 1. Этот комплекс может транслоцироваться в ядро, как это уже было описано

выше, и связываться со специфическими XRE (DRE)-элементами; 2. Активация Ah-рецептора

усиливает активность тирозинкиназ, в результате чего возрастает транспорт глюкозы,

усиливаются процессы фосфорилирования, а также активность липопротеинлипазы. Этот, так

называемый DRE-независимый путь играет существенную роль в развитии токсических

процессов, вызванных диоксинами и другими ПАУ-соединениями.

Cуществует также негативная регуляция, в том числе в различных тканях и видах

животных. Было показано, что некоторые ДНК-связывающие белки могут конкурировать за

связывание с цис-активными элементами. Обнаружены также цис-активные негативные

элементы, которые ингибируют конститутивную и индуцируемую транскрипцию гена CYP1А1.

Молекулярные механизмы этого явления остаются невыясненными.

Помимо того, что Ah-рецептор регулирует экспрессию генов CYP1А, он также

определяет токсичность многих ПАУ-соединений. Исследования по изучению зависимости

структура-активность с использованием инбредных линий мышей, различающихся по

чувствительности к индукции этими соединениями, показали, что многие галогенированные

полициклические углеводороды, связываясь с Ah-рецептором, индуцируют не только CYP1А,

но и проявляют высокую токсичность. Эти данные, дополненные экспериментами с Ah-

нокаутными мышами, которые оказались устойчивыми к токсическому действию ТХДД,

подтвердили гипотезу, что ксенобиотики, подобные ТХДД, реализуют биохимические и

токсические эффекты через Ah-рецептор. Наличие этого белка, содержание которого широко

варьирует для многих видов животных и во многих тканях, а также его способность

связываться с лигандами и активировать экспрессию многих генов, дало возможность

предположить, что токсическое действие ПАУ осуществляется через изменение экспрессии

генов в чувствительных клетках.