Вызовы будущего в области эпоксигидролаз

К настоящему времени, открытия в области эпоксигидролаз привели к пониманию роли важных медиаторов липидов ЭЖК, а также к созданию потенциальных лекарственных средств основанных на мощном ингибировании sEH c оптимизированной фармакокинетикой и ADME. Существующие данные подсказывают что еще есть возможности для новых открытий в области sEH.

Каждый мономер антипараллельного гомодимера sEH состоит из двух глобулярных белков соединенных мостиком содержащим избыток пролина. Роль N-терминального фосфатазного домена, впервые описанного десять лет назад, остается не до конца понятой. Фосфатазная активность была обнаружена и описана использую искусственный субстрат 4-нитрофенил фосфат и 4-метилумбеллиферил фосфат (Cronin et al., 2003) и большое количество дигидрокси жирных фосфатов (Newman et al., 2003). К сожалению, эти ранние жирные фосфаты не были обнаружены в биологических образцах. Недавно было установлено что лизофосфатные кислоты являются субстратами фосфатазного домена sEH, с активностью данного домена большей чем у фосфатаз жирных фосфатов, которые считались ответственными за гидролиз таких субстратов (Oguro and Imaoka, 2012; Morisseau et al., 2013). Существуют дополнительные свидетельства что фосфатазный домен регулирует уровень холестерола (EnayetAllah et al., 2008) и eNOS активность (Hou et al., 2012), однако, пока не ясно какие конкретно вещества являются субстратами для фосфатазного домена. Одновременное ингибирование эпоксигидролазной и фосфатазной активности sEH посредством тромболитического препарата SMTP-7 предполагает возможную клиническую роль для двойных ингибиторов (Matsumoto et al., 2014). В нематодах, гомолог фосфатазного домена является отдельным ферментов (Harris et al., 2008) как и в растениях. Однако, объединение фосфатазы с эпоксигидролазой при переходе от прокариотов к эукариотам предполагает наличие фундаментальной биологической роли.

Недавно была обнаружена пара эпоксигидролаз чья активность не была связана с физиологией или конкретным субстратом. Такие гидролазы EH3 и EH4 были определены как теоретические эпоксигидролазы путем сравнения их структуры с mEH и sEH. К настоящему времени рекомбинантно была получена только EH3, а биологическая роль обоих так и не была установлена (Decker et al., 2012). Сообщалось что EH3 гидролизует ЭЖК (Decker et al., 2012), но нет доказательств что эта активность относится к ее эндогенной функции. Кроме EH3 и EH4, существует еще CFTR (трансмембранный регулятор муковисцидоза) ингибирующий фактор есть вирулентный фактор с эпоксигидролизующей активностью, производимый бактерией Pseudomonas aeruginosa, который вносит вклад в развитие муковисцидоза. Было замечено что он может гидролизовать один из субстратов sEH – CSO (Bahl et al., 2010), но нет данных ни об одном его природном субстрате и таким образом связь между эпоксигидролизующей активностью и развитием болезни пока слабо изучена. Точно известно только что эпоксигидролазы широко распространены в прокариотах и эукариотах и их физиологическая роль еще должна быть выяснена. Кроме этих новых эпоксигидролаз, существует возможность того что микросомальная эпоксигидролаза (обычно изучаемая в контексте метаболизма ксенобиотиков) также имеет эндогенные субстраты. Многи статьи занижают вклад mEH в метаболизм ЭЭТ из-за ее низкой активностью по сравнению с she и относительно меньшую распространенность, но вклад mEH в гидролиз ЭЭТ и других ЭЖК может быть значителен в некоторых типах клетов с низким присутствием sEH включая некоторые нейроны (Marowsky et al., 2009). Также как идентификация ювенильных гормонов и ЭЖК было важным для понимания роли JHEH и sEH, важным шагом к пониманию физиологической роли mEH и этих новых эпоксигидролаз будет идентификация новых эпоксидов или диолов, которые действуют как химические медиаторы.

В добавок к эпоксигидролазам млекопитающих и насекомых обсуждаемым здесь, были обнаружены эпоксигидролазы в различных других организмах, включая растения (Newman et al., 2005), бактерии (Arand et al., 2003), нематодах C. Elegans (Harris et al., 2008) и других животных включая кур (Harris et al., 2006) и амфибий Xenopus (Purba et al., 2014). Чтобы вместить новые открытия в области эпоксигидролаз, необходимо принять систему наименований, похожу на ту что была создана для суперсемьи цитохромов Р450 (Nebert et al., 1987; Nelson, 2004), которая в настоящее время включает по меньшей мере 20 000 членов представляющих как прокариотов так и эукариотов (Nelson, 2009). Цитохромы разделяются на числовые семьи основываясь на 40% идентичности и далее организовываются в буквенные подклассы если фермент идентичен хотя бы на 55%. Успешное внедрение номенклатуры эпоксигидролаз позволит систематически сравнивать эпоксигидролазы разных видов по субстратной селективности, активности и физиологическому значению. С открытием новых эпоксигидролаз важность наличия такой номенклатуры будеть только расти.

Заключение

Похоже что большинство ксенобиотических эпоксидов гидролизуются либо mEH либо sEH, ферментами которые раньше считали ответственными за циклические эпоксиды. Исследования метаболизма млекопитающими раннего регулятора роста насекомых привело к открытию растворимой эпоксигидролазы, которая расщепляет некоторые ксенобиотики, то в оснвном ответственна за гидратацию ЭЖК. Многие из этих ЭЖК являются сильными химическими медиаторами образуемыми цитохром Р450 каскаде арахидоновой кислоты. ЭЖК обычно имеют противоположные эффекты медиаторов по сравнению с более изученными циклооксигеназным или липоксигеназным каскадами, которые в основном но не только являются гипертензивными, воспалительными и болевыми медиаторами.

Множество авторов показали что в насекомых гидролиз терпенойдного ювенильного гормона альфа/бета эстеразами и эпоксигидролазами имеет важное значение в регулировании их биологии и в биосинтезе этого гормона (Hammock and Quistad, 1976). Точно также и с ЭЖК такими как ЭЭТ и ЭДПЕ, регулирование концентрации этих химических медиаторов их разложением также важно как и их биосинтез. Spector и коллеги (Fang et al., 2004) показали что sEH важнейший фермент вовлеченный в распад ЭЭТ и ее ингибирование повышает концентрацию различных необходимых ЭЖК в плазме и тканях.

Таким образом, прикладное изучение метаболизма ксенобиотиков для использования в аграрной промышленности и векторном контроле привели в открытию sEH. Решение вопросов касательно биохимии фермента, его каталитического механизма и физиологии привели к мощным ингибиторам, которые показали эндогенную роль природных ЭЖК. Эти же самые ингибиторы в настоящее время являются перспективными для лечения ряда заболеваний человека и животных. Это представляет пользя для ряда нерешенных медицинских нужд, таких как невропатическая боль и различные острые болевые состояния. Ингибиторы sEH, как и ЭЖК и их аналоги предоставляют возможность для создания нестеройдных противовоспалительных средств, неопиойдных противовоспалительных средств и анальгетиков от невропатической боли. К настоящему времени принципиальная роль ингибиторов sEH состоит в демонстрации эндогенной роли ЭЖК и определении их механизма действия. Таким образом ингибиторы sEH демонстрируют возможную терапевтическую роль для аналогов ЭЖК также как химический аналог ювенильного гормона насекомых стал важным инструментом в контроле заболеваний культурных растений. Область эпоксигидролаз, как и многие другие области исследований, показывает что изучения метаболизма ксенобиотиков является важным компонентом перехода науки в разработку лекарств. Однако, она также предлагает биологический подход, который в этом случае переводится в новые лекарства.