El citocromo P450 2E1 (abreviado CYP2E1 , EC 1.14.13.n7) es un miembro del sistema oxidasa de función mixta del citocromo P450 , que participa en el metabolismo de los xenobióticos en el cuerpo. Esta clase de enzimas se divide en varias subcategorías, incluidas CYP1, CYP2 y CYP3, que como grupo son en gran medida responsables de la degradación de compuestos extraños en los mamíferos. [5]
Si bien el propio CYP2E1 lleva a cabo un número relativamente bajo de estas reacciones (~4% de las oxidaciones de fármacos mediadas por P450 conocidas), él y las enzimas relacionadas CYP1A2 y CYP3A4 son responsables de la descomposición de muchos químicos ambientales tóxicos y carcinógenos que ingresan al cuerpo, en además de reacciones metabólicas básicas como las oxidaciones de ácidos grasos. [6]
La proteína CYP2E1 se localiza en el retículo endoplásmico y es inducida por el etanol, el estado diabético y la inanición. La enzima metaboliza tanto sustratos endógenos, como etanol, acetona y acetal, como sustratos exógenos, incluidos benceno, tetracloruro de carbono, etilenglicol y nitrosaminas, que son premutágenos que se encuentran en el humo del cigarrillo. Debido a sus numerosos sustratos, esta enzima puede estar involucrada en procesos tan variados como la gluconeogénesis, la cirrosis hepática, la diabetes y el cáncer. [7]
CYP2E1 es una proteína de membrana expresada en niveles elevados en el hígado, donde compone casi el 50% del ARNm total del citocromo P450 hepático [8] y el 7% de la proteína del citocromo P450 hepático. [9] Por lo tanto, el hígado es donde la mayoría de los fármacos se desactivan por CYP2E1, ya sea directamente o mediante excreción facilitada del cuerpo.
La enzima CYP2E1 metaboliza principalmente moléculas polares pequeñas, incluidas sustancias químicas tóxicas de laboratorio como dimetilformamida , anilina e hidrocarburos halogenados (consulte la tabla a continuación) . Si bien estas oxidaciones suelen ser beneficiosas para el cuerpo, ciertos carcinógenos y toxinas son bioactivados por el CYP2E1, lo que implica a la enzima en la aparición de hepatotoxicidad causada por ciertas clases de medicamentos (consulte la sección de relevancia de la enfermedad a continuación).
CYP2E1 también desempeña un papel en varias reacciones metabólicas importantes, incluida la conversión de etanol en acetaldehído y acetato en humanos, [10] donde funciona junto con la alcohol deshidrogenasa y la aldehído deshidrogenasa . En la secuencia de conversión de acetil-CoA en glucosa, CYP2E1 transforma la acetona mediante hidroxiacetona (acetol) en propilenglicol y metilglioxal , los precursores del piruvato , acetato y lactato . [11] [12] [13]
CYP2E1 también lleva a cabo el metabolismo de ácidos grasos endógenos como la hidroxilación ω-1 de ácidos grasos como el ácido araquidónico , involucrándolo en importantes vías de señalización que pueden vincularlo con la diabetes y la obesidad. [14] Por lo tanto, actúa como monooxigenasa para metabolizar el ácido araquidónico en ácido 19-hidroxieicosatetraenoico (19-HETE) (ver Ácido 20-hidroxieicosatetraenoico ). Sin embargo, también actúa como una actividad epoxigenasa para metabolizar el ácido docosahexaenoico en epóxidos , principalmente el ácido 19 R , 20 S -epoxieicosapentaenoico y los isómeros del ácido 19 S , 20 R -epoxieicosapentaenoico (denominados 19,20-EDP) y el ácido eicosapentaenoico en epóxidos, principalmente. Isómeros del ácido 17 R ,18 S -eicosatetraenoico y del ácido 17 S ,18 R -eicosatetraenoico (denominados 17,18-EEQ). [15] El 19-HETE es un inhibidor del 20-HETE, una molécula de señalización ampliamente activa; por ejemplo, contrae las arteriolas , eleva la presión arterial, promueve respuestas inflamatorias y estimula el crecimiento de varios tipos de células tumorales; sin embargo , no se ha demostrado la capacidad in vivo ni la importancia del 19-HETE para inhibir el 20-HETE (ver Ácido 20-hidroxieicosatetraenoico ). Los metabolitos EDP (ver ácido epoxidocosapentaenoico ) y EEQ (ver ácido epoxieicosatetraenoico ) tienen una amplia gama de actividades. En diversos modelos animales y estudios in vitro en tejidos animales y humanos disminuyen la hipertensión y la percepción del dolor; suprimir la inflamación; inhibir la angiogénesis , la migración de células endoteliales y la proliferación de células endoteliales; e inhibir el crecimiento y la metástasis de líneas celulares de cáncer de mama y próstata humanos. [16] [17] [18] [19] Se sugiere que los metabolitos EDP y EEQ funcionan en humanos como lo hacen en modelos animales y que, como productos de los ácidos grasos omega-3 , el ácido docosahexaenoico y el ácido eicosapentaenoico, el Los metabolitos de EDP y EEQ contribuyen a muchos de los efectos beneficiosos atribuidos a los ácidos grasos omega-3 de la dieta. [16] [19] [20] Los metabolitos de EDP y EEQ son de vida corta y se inactivan a los pocos segundos o minutos de su formación por las epóxido hidrolasas , particularmente la epóxido hidrolasa soluble , y por lo tanto actúan localmente. No se considera que CYP2E1 contribuya de manera importante a la formación de los epóxidos citados [19]pero podría actuar localmente en ciertos tejidos para hacerlo.
A continuación se muestra una tabla de sustratos seleccionados de CYP2E1. Cuando se enumeran clases de agentes, puede haber excepciones dentro de la clase.
CYP2E1 exhibe motivos estructurales comunes a otras enzimas del citocromo P450 unidas a membranas humanas y está compuesto por 12 hélices α principales y 4 láminas β con hélices intermedias cortas intercaladas entre las dos. [14] Al igual que otras enzimas de esta clase, el sitio activo de CYP2E1 contiene un átomo de hierro unido por un centro hemo que media en los pasos de transferencia de electrones necesarios para llevar a cabo la oxidación de sus sustratos. El sitio activo de CYP2E1 es el más pequeño observado en las enzimas P450 humanas, y su pequeña capacidad se atribuye en parte a la introducción de una isoleucina en la posición 115. La cadena lateral de este residuo sobresale por encima del centro hemo, lo que restringe el volumen del sitio activo en comparación. a enzimas relacionadas que tienen residuos menos voluminosos en esta posición. [14] T 303 , que también sobresale en el sitio activo, es particularmente importante para el posicionamiento del sustrato sobre el centro de hierro reactivo y, por lo tanto, está altamente conservado por muchas enzimas del citocromo P450. [14] Su grupo hidroxilo está bien posicionado para donar un enlace de hidrógeno a aceptores potenciales en el sustrato, y su grupo metilo también ha sido implicado en el posicionamiento de ácidos grasos dentro del sitio activo. [25] , [26] Varios residuos próximos al sitio activo, incluido L 368 , ayudan a formar un canal de acceso hidrofóbico restringido que también puede ser importante para determinar la especificidad de la enzima hacia moléculas pequeñas y la hidroxilación ω-1 de ácidos grasos. [14]
.
En humanos, la enzima CYP2E1 está codificada por el gen CYP2E1 . [27] La enzima se ha identificado en el hígado fetal, donde se postula que es la enzima metabolizadora de etanol predominante y puede estar relacionada con la teratogénesis mediada por etanol . [28] En ratas, al día siguiente del nacimiento, el gen hepático CYP2E1 se activa transcripcionalmente.
La expresión de CYP2E1 es fácilmente inducible y puede ocurrir en presencia de varios de sus sustratos, incluido etanol , [22] isoniazida , [22] tabaco , [29] isopropanol , [6] benceno , [6] tolueno , [6] y acetona . [6] Para el etanol específicamente, parece que existen dos etapas de inducción, un mecanismo postraduccional para una mayor estabilidad de las proteínas en niveles bajos de etanol y una inducción transcripcional adicional en niveles altos de etanol. [30]
CYP2E1 es inhibido por una variedad de moléculas pequeñas, muchas de las cuales actúan de manera competitiva . Dos de estos inhibidores, indazol y 4-metilpirazol , se coordinan con el átomo de hierro del sitio activo y se cristalizaron con CYP2E1 humano recombinante en 2008 para dar las primeras estructuras cristalinas verdaderas de la enzima. [14] Otros inhibidores incluyen dietilditiocarbamato [21] (en el cáncer ) y disulfiram [22] (en el alcoholismo ).
CYP2E1 se expresa en niveles elevados en el hígado, donde actúa para eliminar las toxinas del cuerpo. [8] [9] Al hacerlo, CYP2E1 bioactiva una variedad de anestésicos comunes, incluidos el paracetamol (acetaminofén) , halotano , enflurano e isoflurano. [6] La oxidación de estas moléculas por CYP2E1 puede producir sustancias nocivas como el cloruro de ácido trifluoroacético del halotano [31] o NAPQI del paracetamol (acetaminofén) y es una de las principales razones de la hepatotoxicidad observada en los pacientes.
CYP2E1 y otras enzimas del citocromo P450 pueden producir inadvertidamente especies reactivas de oxígeno (ROS) en su sitio activo cuando la catálisis no se coordina correctamente, lo que resulta en una posible peroxidación de lípidos , así como oxidación de proteínas y ADN. [14] CYP2E1 es particularmente susceptible a este fenómeno en comparación con otras enzimas P450, lo que sugiere que sus niveles de expresión pueden ser importantes para los efectos fisiológicos negativos observados en varios estados patológicos. [14]
Los niveles de expresión de CYP2E1 se han correlacionado con una variedad de factores dietéticos y fisiológicos, como el consumo de etanol, [32] diabetes, [33] ayuno, [34] y obesidad. [35] Parece que los niveles celulares de la enzima pueden estar controlados por la chaperona molecular HSP90 , que al asociarse con CYP2E1 permite el transporte al proteosoma y su posterior degradación. El etanol y otros sustratos pueden alterar esta asociación, lo que lleva a niveles de expresión más altos observados en su presencia. [36] Por lo tanto, el aumento de la expresión de CYP2E1 que acompaña a estas condiciones de salud puede contribuir a su patogénesis al aumentar la tasa de producción de ROS en el cuerpo. [14]
Según una publicación de 1995 de Y Hu et al., un estudio en ratas reveló una elevación de 8 a 9 veces del CYP2E1 con el ayuno solo, en comparación con un aumento de 20 veces en el nivel de enzima acompañado por un aumento de 16 veces en el total. capacidad catalítica en ratas que estuvieron en ayunas y recibieron grandes cantidades de etanol durante 3 días consecutivos. La inanición parece regular positivamente la producción de ARNm de CYP2E1 en las células hepáticas, mientras que el alcohol parece estabilizar la propia enzima después de la traducción y así protegerla de la degradación por procesos proteolíticos celulares normales, dando a los dos un efecto sinérgico independiente.
Los árboles han sido modificados genéticamente para sobreexpresar la enzima CYP2E1 de conejo. Estos árboles transgénicos se han utilizado para eliminar contaminantes de las aguas subterráneas, un proceso conocido como fitorremediación . [37]
Este artículo incorpora material de dominio público de "CYP2E1 citocromo P450 familia 2 subfamilia E miembro 1 [Homo sapiens (humano)]". Colección de secuencias de referencia . Centro Nacional de Información Biotecnológica .