Citohrom P450-reduktaza

Citohrom P450-reduktaza [1] (EC 1.6.2.4); poznat i kao NADPH:ferihemoprotein oksidoreduktaza, NADPH:hemoprotein oksidoreduktaza, NADPH:P450 oksidoreduktaza, P450-reduktaza, POR, CPR, CYPOR) je membranski vezani enzim potreban za transfer elektrona sa NADPH na citohrom P450 i druge hemske proteine, uključujući hem-oksigenazu u endoplazmatskom retikulumu[2] eukariotskih ćelija.

NADPH-hemoprotein reduktaza
Citohrom reduktaza
Identifikatori
SimbolNADPH-HR
CAS broj9023-03-4
Citohrom P450-reduktaza
Identifikatori
SimbolCYPOR
InterProIPR023208
Membranom1072

Aminokiselinski sastav

uredi

Citohrom P450-reduktaza sadrži 677 aminokiselina:

1020304050
MGDSHVDTSSTVSEAVAEEVSLFSMTDMILFSLIVGLLTYWFLFRKKKEE
VPEFTKIQTLTSSVRESSFVEKMKKTGRNIIVFYGSQTGTAEEFANRLSK
DAHRYGMRGMSADPEEYDLADLSSLPEIDNALVVFCMATYGEGDPTDNAQ
DFYDWLQETDVDLSGVKFAVFGLGNKTYEHFNAMGKYVDKRLEQLGAQRI
FELGLGDDDGNLEEDFITWREQFWPAVCEHFGVEATGEESSIRQYELVVH
TDIDAAKVYMGEMGRLKSYENQKPPFDAKNPFLAAVTTNRKLNQGTERHL
MHLELDISDSKIRYESGDHVAVYPANDSALVNQLGKILGADLDVVMSLNN
LDEESNKKHPFPCPTSYRTALTYYLDITNPPRTNVLYELAQYASEPSEQE
LLRKMASSSGEGKELYLSWVVEARRHILAILQDCPSLRPPIDHLCELLPR
LQARYYSIASSSKVHPNSVHICAVVVEYETKAGRINKGVATNWLRAKEPA
GENGGRALVPMFVRKSQFRLPFKATTPVIMVGPGTGVAPFIGFIQERAWL
RQQGKEVGETLLYYGCRRSDEDYLYREELAQFHRDGALTQLNVAFSREQS
HKVYVQHLLKQDREHLWKLIEGGAHIYVCGDARNMARDVQNTFYDIVAEL
GAMEHAQAVDYIKKLMTKGRYSLDVWS

Struktura

uredi

Utvrđena je 3D kristalna struktura ljudskog POR-a.[3] Molekula se sastoji od četiri strukturna domena: FMN-vezujućeg domena, veznog domena, FAD-vezujućeg domena i NADPH-vezujućeg domena. FMN-vezujući domen je sličan strukturi proteina koji sadrži FMN flavodoksin, dok su domeni koji se vezuju za FAD i NADPH-vezujuće domene slični onima kod flavoproteina feredoksin-NADP+ reduktaze (FNR). Vezni domen nalazi se između domena sličnih flavodoksinu i FNR-u. Fleksibilnost konformacije POR-a je ključni zahtjev za interakciju s različitim redoks partnerima kao što su proteini citohroma P450, i mijenjajući konformaciju POR-a s malim molekulskm ligandima može biti način kontrole interakcije s partnerskim proteinima i uticaja na metabolizam.[4]

Funkcija

uredi

U Bacillus megaterium i Bacillus subtilis, POR je C-terminalni domen CYP102, jednopolipeptidnog samodovoljnog rastvorljivog P450 sistema (P450 je N-terminalni domen). Opća shema protoka elektrona u sistemu POR/P450 je:

Konačan dokaz o potrebi POR u reakcijama posredovanim citohromom P450 došao je iz rada Lu, Junka i Coona,[5] koji su secirali sistem oksidaze mješovite funkcije koji sadrži P450 na tri sastavne komponente: POR, citohrom P450 i lipide.

Budući da svi mikrosomni enzimi P450 zahtijevaju POR za katalizu, očekuje se da bi poremećaj POR imao razorne posljedice. POR nokaut-miševi su embrionalno smrtonosni,[6] vjerovatno zbog nedostatka transporta elektrona do vanjetrenenih enzima P450, budući da specifični nokaut jetrenog POR-a daje fenotipski i reproduktivno normalne miševe koji akumuliraju lipide u jetri i imaju značajno smanjen kapacitet metabolizma lijekova u jetri.[7]

Redukcija citohroma P450 nije jedina fiziološka funkcija POR-a. Završni korak hemke oksidacije sisarskih hem-oksigenaza zahtijeva POR i O2. Kod kvasca, POR utiče na aktivnost ferireduktaze, vjerovatno prenoseći elektrone na flavocitohrom feri-reduktazu.[8]

Organizacija gena

uredi

Ljudski gen POR ima 16 egzona, a egzoni 2-16 kodiraju 677 aminokiselina.[9] POR protein (NCBI NP_000932.2). Postoji jedna kopija 50 kb POR gena (NCBI NM_000941.2) kod ljudi na hromohomu 7 (7q11.23).

Mutacije i polimorfizmi

uredi
POR
 
Dostupne strukture
PDBPretraga ortologa: PDBe RCSB
Spisak PDB ID kodova

1B1C, 3FJO, 3QE2, 3QFC, 3QFR, 3QFS, 3QFT

Identifikatori
AliasiPOR
Vanjski ID-jeviOMIM: 124015 MGI: 97744 HomoloGene: 725 GeneCards: POR
Lokacija gena (čovjek)
 
Hrom.Hromosom 7 (čovjek)[10]
Bend7q11.23Početak75,899,200 bp[10]
Kraj75,986,855 bp[10]
Lokacija gena (miš)
 
Hrom.Hromosom 5 (miš)[11]
Bend5 G2|5 75.34 cMPočetak135,698,887 bp[11]
Kraj135,764,180 bp[11]
Obrazac RNK ekspresije
 
Više referentnih podataka o ekspresiji
Ontologija gena
Molekularna funkcija FMN binding
NADPH-hemoprotein reductase activity
flavin adenine dinucleotide binding
cytochrome-b5 reductase activity, acting on NAD(P)H
GO:0001948, GO:0016582 vezivanje za proteine
NADP binding
electron transfer activity
vezivanje enzima
oxidoreductase activity
iron-cytochrome-c reductase activity
hydrolase activity
nitric oxide dioxygenase activity
Ćelijska komponenta integral component of membrane
membrana
intracellular membrane-bounded organelle
mitohondrija
Endoplazmatski retikulum
endoplasmic reticulum membrane
citoplazma
citosol
Biološki proces regulation of growth plate cartilage chondrocyte proliferation
nitrate catabolic process
negative regulation of cysteine-type endopeptidase activity involved in apoptotic process
cellular response to follicle-stimulating hormone stimulus
positive regulation of smoothened signaling pathway
response to nutrient
Demetilacija
nitric oxide catabolic process
negative regulation of apoptotic process
positive regulation of monooxygenase activity
negative regulation of lipase activity
internal peptidyl-lysine acetylation
regulation of cholesterol metabolic process
cellular response to peptide hormone stimulus
fatty acid oxidation
positive regulation of chondrocyte differentiation
cellular organofluorine metabolic process
flavonoid metabolic process
positive regulation of cholesterol biosynthetic process
positive regulation of steroid hormone biosynthetic process
cellular response to gonadotropin stimulus
carnitine metabolic process
xenobiotic metabolic process
Lanac transporta elektrona
response to hormone
Izvori:Amigo / QuickGO
Ortolozi
VrsteČovjekMiš
Entrez
Ensembl
UniProt
RefSeq (mRNK)

NM_000941
NM_001367562

NM_008898

RefSeq (bjelančevina)
NP_000932
NP_001354491
NP_001369584
NP_001369586
NP_001369587

NP_001369588
NP_001369591

NP_032924

Lokacija (UCSC)Chr 7: 75.9 – 75.99 MbChr 5: 135.7 – 135.76 Mb
PubMed pretraga[12][13]
Wikipodaci
Pogledaj/uredi – čovjekPogledaj/uredi – miš

Pet misens mutacija (A287P, R457H, V492E, C569Y i V608F) i mutacija za preradu gena POR pronađeni su kod pacijenata koji su imali hormonske dokaze za kombinovani nedostatak dva steroidogena enzima citohroma P450 – P450cYP17; [A]CYP17 katalizira 17α-hidroksilaciju steroida i reakciju 17,20 lijaze, i P450c21 21-hidroksilaza, koji katalizira 21-hidroksilaciju steroida.[14] Također identificirana Još jedna POR misens mutacija: Y181D.[15] Petnaest od devetnaest pacijenata koji su imali abnormalne genitalije i poremećenu steroidogenezu bili su homozigotni ili prividno heterozigotni spojevi za POR mutacije koje su uništile ili dramatično inhibirale aktivnost POR-a.[16]

Identificirano je više od 200 varijacija gena POR.[17][18]

Nedostatak POR-a – Mješovita oksidazna bolest

uredi

Nedostatak POR-a je najnoviji oblik kongenitalne hiperplazije nadbubrežne žlijezde, prvi put opisan 2004. godine.[14] Indeksni pacijent je bila novorođena 46,XX japanska djevojčica sa, kranoisinostozom hipertelorizmom, hipoplazijpm srednjeg dijela lica, radiohumerusnom sinostoza, arahnodaktilijom i poremećenom steroidogenezom. Međutim, kliničke i biohemijske karakteristike pacijenata sa nedostatkom POR dugo su poznate u literaturi kao tzv. mješovita oksidazna bolest, jer nedostatak POR tipski pokazuje steroidni profil koji sugerira kombinirane nedostatke steroida 21-hidroksilaze i 17α-hidroksilaze/17, 20 lijazne aktivnosti. Klinički spektar deficijencije POR kreće se od teško pogođene djece sa nejasnim genitalijama, adrenalnom insuficijencijom i Antley-Bixlerovim sindromom skeletne malformacije (ABS) do blago pogođenih osoba sa karakteristikama sličnim sindromu policistastih jajnika. Neki od pacijenata sa POR su rođeni od majki koje su postale virilizovane tokom trudnoće, što ukazuje na nedostatak placentne aromatizacije fetusnih androgena zbog lezija u mikrosomnoj aromatazi, što je rezultiralo niskom proizvodnjom estrogena, a kasnije potvrđeno nižim aktivnostima aromataze uzrokovanim mutacijama POR-a.[19][20] Međutim, također se sugerira da fetusna i majčinska virilizacija u nedostatku POR može biti uzrokovana povećanom sintezom dihidrotestosterona u fetusnim gonadama kroz alternativni "stražnji put" koji je prvi put opisan kod Marsupialia, a kasnije potvrđen u ljudi.[21] Analiza plinskom hromatografijom/masenom spektrometrijom urinarnih steroida kod trudnica koje nose fetus s nedostatkom POR, opisana u ranijem izvještaju, također podržava postojanje ovog puta,[22][23] i relevantnost puta stražnjih vata, zajedno sa POR zavisnom steroidogenezom postali su jasniji iz nedavnih studija.[21] Istražuje se uloga POR mutacija izvan CAH; a pitanja kao što su kako POR mutacije uzrokuju abnormalnosti kostiju i kakvu ulogu POR varijante igraju u metabolizmu lijekova jetrenim P450, obrađuju se u nedavnim publikacijama.[24][25][26][27][28] Međutim, izvještaji o ABS-u kod nekih potomaka majki koje su liječene flukonazolom, antigljivičnim agensom koji ometa biosintezu holesterola na nivou aktivnosti CYP51 – ukazuju na to da poremećeni metabolizam lijekova može biti rezultat nedovoljne aktivnosti POR-a.[29]

Williamsov sindrom

uredi

Williamsov sindrom je genetički poremećaj karakteriziran delecjom genetičkog materijala približno 1,2 megabaza iz POR gena (POR). Ćelije sa ovom genetičkom delecijom pokazuju smanjenu transkripciju POR-a, izgleda, zbog gubitka cis-regulatornog elementa koji mijenja ekspresiju ovog gena.[30] Neke osobe s Williamsovim sindromom pokazuju karakteristike nedostatka POR, uključujući radioulnarnu sinostozu i druge skeletne abnormalnosti.[31] Zabilježeni su slučajevi blagog oštećenja kortizola i sinteze androgena;[32] međutim, uprkos činjenici da manjak POR-a ometa sintezu androgena, pacijenti s Williamsovim sindromom često pokazuju povećane razine androgena.[33] Slično povećanje nivoa testosterona uočeno je na mišjem modelu koji je globalno smanjio ekspresiju POR-a.[34]

POR homolozi

uredi

Ostali enzimi koji sadrže homologe POR su sintaza dušiko-oksida (EC 1.14.13.39), NADPH:sulfit-reduktaza (EC 1.8.1.2) i reduktaza metionin-sintaze (EC 1.16.1.8).

Također pogledajte

uredi

Reference

uredi
  1. ^ Pandey AV, Flück CE (May 2013). "NADPH P450 oxidoreductase: structure, function, and pathology of diseases". Pharmacology & Therapeutics. 138 (2): 229–54. doi:10.1016/j.pharmthera.2013.01.010. PMID 23353702.
  2. ^ Jensen K, Møller BL (February 2010). "Plant NADPH-cytochrome P450 oxidoreductases". Phytochemistry. 71 (2–3): 132–41. doi:10.1016/j.phytochem.2009.10.017. PMID 19931102. CPR was shown to be localized in the endoplasmic reticulum in the early 1960s (Williams and Kamin, 1962).
  3. ^ PDB 3QE2); Xia C, Panda SP, Marohnic CC, Martásek P, Masters BS, Kim JJ (August 2011). "Structural basis for human NADPH-cytochrome P450 oxidoreductase deficiency". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (33): 13486–91. Bibcode:2011PNAS..10813486X. doi:10.1073/pnas.1106632108. PMC 3158178. PMID 21808038.
  4. ^ Jensen SB, Thodberg S, Parween S, Moses ME, Hansen CC, Thomsen J, et al. (2021-04-15). "Biased cytochrome P450-mediated metabolism via small-molecule ligands binding P450 oxidoreductase". Nature Communications (jezik: engleski). 12 (1): 2260. doi:10.1038/s41467-021-22562-w. PMC 8050233. PMID 33859207.
  5. ^ Lu AY, Junk KW, Coon MJ (July 1969). "Resolution of the cytochrome P-450-containing omega-hydroxylation system of liver microsomes into three components". The Journal of Biological Chemistry. 244 (13): 3714–21. doi:10.1016/S0021-9258(18)83427-5. PMID 4389465.
  6. ^ Shen AL, O'Leary KA, Kasper CB (February 2002). "Association of multiple developmental defects and embryonic lethality with loss of microsomal NADPH-cytochrome P450 oxidoreductase". The Journal of Biological Chemistry. 277 (8): 6536–41. doi:10.1074/jbc.M111408200. PMID 11742006.
  7. ^ Gu J, Weng Y, Zhang QY, Cui H, Behr M, Wu L, Yang W, Zhang L, Ding X (July 2003). "Liver-specific deletion of the NADPH-cytochrome P450 reductase gene: impact on plasma cholesterol homeostasis and the function and regulation of microsomal cytochrome P450 and heme oxygenase". The Journal of Biological Chemistry. 278 (28): 25895–901. doi:10.1074/jbc.M303125200. PMID 12697746.
  8. ^ Lesuisse E, Casteras-Simon M, Labbe P (November 1997). "Cytochrome P-450 reductase is responsible for the ferrireductase activity associated with isolated plasma membranes of Saccharomyces cerevisiae". FEMS Microbiology Letters. 156 (1): 147–52. doi:10.1016/S0378-1097(97)00418-7. PMID 9368374.
  9. ^ Haniu M, McManus ME, Birkett DJ, Lee TD, Shively JE (October 1989). "Structural and functional analysis of NADPH-cytochrome P-450 reductase from human liver: complete sequence of human enzyme and NADPH-binding sites". Biochemistry. 28 (21): 8639–45. doi:10.1021/bi00447a054. PMID 2513880.
  10. ^ a b c GRCh38: Ensembl release 89: ENSG00000127948 - Ensembl, maj 2017
  11. ^ a b c GRCm38: Ensembl release 89: ENSMUSG00000005514 - Ensembl, maj 2017
  12. ^ "Human PubMed Reference:". National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
  13. ^ "Mouse PubMed Reference:". National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
  14. ^ a b Flück CE, Tajima T, Pandey AV, Arlt W, Okuhara K, Verge CF, Jabs EW, Mendonça BB, Fujieda K, Miller WL (March 2004). "Mutant P450 oxidoreductase causes disordered steroidogenesis with and without Antley-Bixler syndrome". Nature Genetics. 36 (3): 228–30. doi:10.1038/ng1300. PMID 14758361.
  15. ^ Arlt W, Walker EA, Draper N, Ivison HE, Ride JP, Hammer F, Chalder SM, Borucka-Mankiewicz M, Hauffa BP, Malunowicz EM, Stewart PM, Shackleton CH (June 2004). "Congenital adrenal hyperplasia caused by mutant P450 oxidoreductase and human androgen synthesis: analytical study". Lancet. 363 (9427): 2128–35. doi:10.1016/S0140-6736(04)16503-3. PMID 15220035. S2CID 32705841.
  16. ^ Huang N, Pandey AV, Agrawal V, Reardon W, Lapunzina PD, Mowat D, Jabs EW, Van Vliet G, Sack J, Flück CE, Miller WL (May 2005). "Diversity and function of mutations in p450 oxidoreductase in patients with Antley-Bixler syndrome and disordered steroidogenesis". American Journal of Human Genetics. 76 (5): 729–49. doi:10.1086/429417. PMC 1199364. PMID 15793702.
  17. ^ Pandey AV, Sproll P (214). "Pharmacogenomics of human P450 oxidoreductase". Frontiers in Pharmacology. 5: 103. doi:10.3389/fphar.2014.00103. PMC 4023047. PMID 24847272.
  18. ^ Burkhard FZ, Parween S, Udhane SS, Flück CE, Pandey AV (April 2016). "P450 Oxidoreductase deficiency: Analysis of mutations and polymorphisms". The Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology. 165 (Pt A): 38–50. doi:10.1016/j.jsbmb.2016.04.003. PMID 27068427.
  19. ^ Parween S, Fernández-Cancio M, Benito-Sanz S, Camats N, Rojas Velazquez MN, López-Siguero JP, et al. (April 2020). "Molecular Basis of CYP19A1 Deficiency in a 46,XX Patient With R550W Mutation in POR: Expanding the PORD Phenotype". The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 105 (4): e1272–e1290. doi:10.1210/clinem/dgaa076. PMID 32060549.
  20. ^ Pandey AV, Kempná P, Hofer G, Mullis PE, Flück CE (October 2007). "Modulation of human CYP19A1 activity by mutant NADPH P450 oxidoreductase". Molecular Endocrinology. 21 (10): 2579–95. doi:10.1210/me.2007-0245. PMID 17595315.
  21. ^ a b Flück CE, Meyer-Böni M, Pandey AV, Kempná P, Miller WL, Schoenle EJ, Biason-Lauber A (August 2011). "Why boys will be boys: two pathways of fetal testicular androgen biosynthesis are needed for male sexual differentiation". American Journal of Human Genetics. 89 (2): 201–18. doi:10.1016/j.ajhg.2011.06.009. PMC 3155178. PMID 21802064.
  22. ^ Reisch N, Taylor AE, Nogueira EF, Asby DJ, Dhir V, Berry A, Krone N, Auchus RJ, Shackleton CH, Hanley NA, Arlt W (October 2019). "Alternative pathway androgen biosynthesis and human fetal female virilization". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (44): 22294–22299. doi:10.1073/pnas.1906623116. PMC 6825302. PMID 31611378.
  23. ^ Shackleton C, Marcos J, Arlt W, Hauffa BP (August 2004). "Prenatal diagnosis of P450 oxidoreductase deficiency (ORD): a disorder causing low pregnancy estriol, maternal and fetal virilization, and the Antley-Bixler syndrome phenotype". American Journal of Medical Genetics Part A. 129A (2): 105–12. doi:10.1002/ajmg.a.30171. PMID 15316970. S2CID 22583190.
  24. ^ Flück CE, Mullis PE, Pandey AV (October 2010). "Reduction in hepatic drug metabolizing CYP3A4 activities caused by P450 oxidoreductase mutations identified in patients with disordered steroid metabolism". Biochemical and Biophysical Research Communications. 401 (1): 149–53. doi:10.1016/j.bbrc.2010.09.035. PMID 20849814.
  25. ^ Tomalik-Scharte D, Maiter D, Kirchheiner J, Ivison HE, Fuhr U, Arlt W (December 2010). "Impaired hepatic drug and steroid metabolism in congenital adrenal hyperplasia due to P450 oxidoreductase deficiency". European Journal of Endocrinology. 163 (6): 919–24. doi:10.1530/EJE-10-0764. PMC 2977993. PMID 20844025.
  26. ^ Nicolo C, Flück CE, Mullis PE, Pandey AV (June 2010). "Restoration of mutant cytochrome P450 reductase activity by external flavin". Molecular and Cellular Endocrinology. 321 (2): 245–52. doi:10.1016/j.mce.2010.02.024. PMID 20188793. S2CID 29109570.
  27. ^ Sandee D, Morrissey K, Agrawal V, Tam HK, Kramer MA, Tracy TS, Giacomini KM, Miller WL (November 2010). "Effects of genetic variants of human P450 oxidoreductase on catalysis by CYP2D6 in vitro". Pharmacogenetics and Genomics. 20 (11): 677–86. doi:10.1097/FPC.0b013e32833f4f9b. PMC 5708132. PMID 20940534.
  28. ^ Agrawal V, Choi JH, Giacomini KM, Miller WL (October 2010). "Substrate-specific modulation of CYP3A4 activity by genetic variants of cytochrome P450 oxidoreductase". Pharmacogenetics and Genomics. 20 (10): 611–8. doi:10.1097/FPC.0b013e32833e0cb5. PMC 2940949. PMID 20697309.
  29. ^ Flück CE, Pandey AV (March 2016). "Impact on CYP19A1 activity by mutations in NADPH cytochrome P450 oxidoreductase". The Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology. 165 (Pt A): 64–70. doi:10.1016/j.jsbmb.2016.03.031. PMID 27032764. S2CID 23498012.
  30. ^ Merla G, Howald C, Henrichsen CN, Lyle R, Wyss C, Zabot MT, Antonarakis SE, Reymond A (August 2006). "Submicroscopic deletion in patients with Williams-Beuren syndrome influences expression levels of the nonhemizygous flanking genes". American Journal of Human Genetics. 79 (2): 332–41. doi:10.1086/506371. PMC 1559497. PMID 16826523.
  31. ^ Charvat KA, Hornstein L, Oestreich AE (1991). "Radio-ulnar synostosis in Williams syndrome. A frequently associated anomaly". Pediatric Radiology. 21 (7): 508–10. doi:10.1007/bf02011725. PMID 1771116. S2CID 33765973.
  32. ^ Ichinose M, Tojo K, Nakamura K, Matsuda H, Tokudome G, Ohta M, Sakai S, Sakai O (June 1996). "Williams syndrome associated with chronic renal failure and various endocrinological abnormalities". Internal Medicine. 35 (6): 482–8. doi:10.2169/internalmedicine.35.482. PMID 8835601.
  33. ^ Partsch CJ, Pankau R, Blum WF, Gosch A, Wessel A (July 1994). "Hormonal regulation in children and adults with Williams-Beuren syndrome". American Journal of Medical Genetics. 51 (3): 251–7. doi:10.1002/ajmg.1320510316. PMID 8074154.
  34. ^ Wu L, Gu J, Cui H, Zhang QY, Behr M, Fang C, Weng Y, Kluetzman K, Swiatek PJ, Yang W, Kaminsky L, Ding X (January 2005). "Transgenic mice with a hypomorphic NADPH-cytochrome P450 reductase gene: effects on development, reproduction, and microsomal cytochrome P450". The Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 312 (1): 35–43. doi:10.1124/jpet.104.073353. PMID 15328377. S2CID 8292025.

Vanjski linkovi

uredi