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El citocromo P450 3A4 (abreviado CYP3A4 ) ( EC 1.14.13.97 ) es una enzima importante en el cuerpo, que se encuentra principalmente en el hígado y en el intestino. Se oxida pequeñas moléculas extrañas orgánicos ( xenobióticos ), tales como toxinas o fármacos, por lo que pueden ser eliminados del cuerpo.

Mientras que muchos fármacos son desactivados por CYP3A4, también hay algunos fármacos que son activados por la enzima. Algunas sustancias, como el jugo de toronja y algunos medicamentos, interfieren con la acción del CYP3A4. Por tanto, estas sustancias amplificarán o debilitarán la acción de los fármacos modificados por CYP3A4.

CYP3A4 es un miembro de la familia de enzimas oxidantes del citocromo P450 . Varios otros miembros de esta familia también participan en el metabolismo de los fármacos, pero el CYP3A4 es el más común y el más versátil. Como todos los miembros de esta familia, es una hemoproteína , es decir, una proteína que contiene un grupo hemo con un átomo de hierro. En los seres humanos, la proteína CYP3A4 está codificada por el gen CYP3A4 . [3] Este gen es parte de un grupo de genes del citocromo P 450 en el cromosoma 7q22.1 . [4]

Función [ editar ]

CYP3A4 es un miembro de la superfamilia de enzimas del citocromo P450 . Las proteínas del citocromo P450 son monooxigenasas que catalizan muchas reacciones involucradas en el metabolismo de los fármacos y la síntesis de colesterol, esteroides y otros componentes lipídicos.

La proteína CYP3A4 se localiza en el retículo endoplásmico y su expresión es inducida por glucocorticoides y algunos agentes farmacológicos. Las enzimas del citocromo P450 metabolizan aproximadamente el 60% de los medicamentos recetados, siendo el CYP3A4 responsable de aproximadamente la mitad de este metabolismo; [5] los sustratos incluyen acetaminofén, codeína, ciclosporina (ciclosporina), diazepam y eritromicina. La enzima también metaboliza algunos esteroides y carcinógenos. [6] La mayoría de las drogas se desactivan por CYP3A4, ya sea directamente o por excreción facilitada del cuerpo. Además, muchas sustancias son bioactivadas por CYP3A4 para formar sus compuestos activos, y muchas protoxinas están intoxicadas.en sus formas tóxicas (por ejemplo, consulte la tabla a continuación) .

CYP3A4 también posee epoxigenasa actividad en que metaboliza el ácido araquidónico a ácidos epoxieicosatrienoicos (EETs), es decir (±) -8,9-, (±) -11,12-, y ácidos (±) -14,15-epoxieicosatrienoicos. [7] Los EET tienen una amplia gama de actividades que incluyen la promoción de ciertos tipos de cánceres (ver ácido epoxieicosatetraenoico ). CYP3A4 promueve el crecimiento de varios tipos de líneas celulares de cáncer humano en cultivo mediante la producción de ácidos (±) -14,15-epoxieicosatrienoicos que estimulan el crecimiento de estas células. [8] También se informa que el citocromo P450 tiene actividad de ácido graso monooxgenasa para metabolizar el ácido araquidónico a ácido 20-hidroxieicosatetraenoico (20-HETE). [9] 20-HETE tiene una amplia gama de actividades que también incluyen la estimulación del crecimiento en los cánceres de mama y otros tipos de cáncer (consulte Ácido 12-hidroxieicosatetraenoico ).

Evolución [ editar ]

El gen CYP3A4 exhibe una región reguladora aguas arriba mucho más complicada en comparación con sus parálogos . [10] Esta mayor complejidad hace que el gen CYP3A4 sea más sensible a los ligandos PXR y CAR endógenos y exógenos, en lugar de depender de variantes genéticas para una especificidad más amplia. [10] El CYP3A4 humano y de chimpancé está altamente conservado en el metabolismo de muchos ligandos , aunque cuatro aminoácidos seleccionados positivamente en humanos condujeron a una bencilación 5 veces mayor de 7-BFC en presencia del ácido litocólico de ácido biliar secundario hepatotóxico . [11] En consecuencia, este cambio contribuye a una mayor defensa humana contra la colestasis . [11]

Distribución de tejidos [ editar ]

Los fetos tienden a no expresar CYP3A4 en su tejido hepático, [ aclaración necesaria ], sino CYP3A7 ( EC 1.14.14.1 ), que actúa sobre una gama similar de sustratos. CYP3A4 está ausente en el hígado fetal, pero aumenta hasta aproximadamente el 40% de los niveles de los adultos en el cuarto mes de vida y el 72% a los 12 meses. [12] [13]

Aunque CYP3A4 se encuentra predominantemente en el hígado, también está presente en otros órganos y tejidos del cuerpo, donde puede desempeñar un papel importante en el metabolismo. CYP3A4 en el intestino juega un papel importante en el metabolismo de ciertos fármacos. A menudo, esto permite que los profármacos se activen y absorban, como en el caso de la terfenadina, un antagonista del receptor H 1 de histamina .

Recientemente, CYP3A4 también se ha identificado en el cerebro, sin embargo, aún se desconoce su papel en el sistema nervioso central . [14]

Mecanismos [ editar ]

Las enzimas del citocromo P450 realizan una variedad de modificaciones en una variedad de ligandos, utilizando su gran sitio activo y su capacidad para unirse a más de un sustrato a la vez para realizar complicadas alteraciones químicas en el metabolismo de compuestos endógenos y exógenos. Estos incluyen hidroxilación , epoxidación de olefinas, oxidación aromática, oxidaciones de heteroátomos, reacciones de N- y O- desalquilación, oxidaciones de aldehídos, reacciones de deshidrogenación y actividad de aromatasa. [15] [16]

La hidroxilación de un enlace sp 3 CH es una de las formas en que CYP3A4 (y las oxigenasas del citocromo P450) afectan a su ligando. [17] De hecho, la hidroxilación a veces va seguida de deshidrogenación, lo que conduce a metabolitos más complejos. [16] Un ejemplo de una molécula que sufre más de una reacción debido al CYP3A4 incluye el tamoxifeno , que se hidroxila a 4-hidroxi-tamoxifeno y luego se deshidrata a 4-hidroxi-tamoxifeno quinona metida. [16] Se han propuesto dos mecanismos como la vía principal de hidroxilación en las enzimas P450.

Dos de los mecanismos propuestos más comúnmente utilizados para la hidroxilación de un enlace sp 3 C – H.

La primera vía sugerida es un método de radicales controlado en jaula ("rebote de oxígeno"), y la segunda implica un mecanismo concertado que no utiliza un radical intermedio sino que actúa muy rápidamente a través de un " reloj de radicales ". [17]

Inhibición por ingestión de frutas [ editar ]

En 1998, varios investigadores demostraron que el jugo de toronja , y la toronja en general, es un potente inhibidor de CYP3A4, que puede afectar el metabolismo de una variedad de fármacos, aumentando su biodisponibilidad . [18] [19] [20] [21] [22] En algunos casos, esto puede conducir a una interacción fatal con medicamentos como el astemizol o la terfenadina . [19] El efecto del jugo de toronja con respecto a la absorción de medicamentos se descubrió originalmente en 1989. El primer informe publicado sobre las interacciones de los medicamentos de toronja fue en 1991 en The Lancettitulado "Interacciones de jugos de cítricos con felodipino y nifedipino", y fue la primera interacción entre alimentos y medicamentos que se informó clínicamente. Los efectos de la toronja duran de 3 a 7 días, con mayores efectos cuando se toma el jugo una hora antes de la administración del fármaco. [23]

Además de la toronja, otras frutas tienen efectos similares. Noni ( M. citrifolia ), por ejemplo, es un suplemento dietético que se consume típicamente como jugo y también inhibe CYP3A4; [24] El jugo de granada también tiene este efecto. [25]

Variabilidad [ editar ]

Si bien se han identificado más de 28 polimorfismos de un solo nucleótido (SNP) en el gen CYP3A4 , se ha descubierto que esto no se traduce en una variabilidad interindividual significativa in vivo . Se puede suponer que esto puede deberse a la inducción de CYP3A4 por exposición a sustratos.

Los alelos CYP3A4 de los que se ha informado que tienen una función mínima en comparación con el tipo salvaje incluyen CYP3A4 * 6 (una inserción A17776) y CYP3A4 * 17 (F189S). Ambos SNP condujeron a una disminución de la actividad catalítica con ciertos ligandos, incluida la testosterona y la nifedipina, en comparación con el metabolismo de tipo salvaje. [26]

La variabilidad en la función de CYP3A4 se puede determinar de forma no invasiva mediante la prueba de eritromicina en el aliento (ERMBT). El ERMBT estima la actividad de CYP3A4 in vivo midiendo el dióxido de carbono radiomarcado exhalado después de una dosis intravenosa de ( 14 C- N -metil) - eritromicina . [27]

Inducción [ editar ]

CYP3A4 es inducido por una amplia variedad de ligandos . Estos ligandos se unen al receptor X de pregnano (PXR). El complejo PXR activado forma un heterodímero con el receptor de retinoides X (RXR), que se une a la región XREM del gen CYP3A4 . XREM es una región reguladora del gen CYP3A4 , y la unión provoca una interacción cooperativa con las regiones promotoras proximales del gen, lo que da como resultado un aumento de la transcripción y expresión de CYP3A4. La activación del heterodímero PXR / RXR inicia la transcripción de la región y el gen del promotor CYP3A4. La unión de ligandos aumenta cuando está en presencia de ligandos de CYP3A4, como en presencia deaflatoxinas B1, M1 y G1. De hecho, debido al gran y maleable sitio activo de la enzima, es posible que la enzima se una a múltiples ligandos a la vez, lo que conduce a efectos secundarios potencialmente perjudiciales. [28]

Se ha demostrado que la inducción de CYP3A4 varía en humanos según el sexo. La evidencia muestra un aumento del aclaramiento del fármaco por CYP3A4 en las mujeres, incluso cuando se tienen en cuenta las diferencias en el peso corporal. Un estudio de Wolbold et al. (2003) encontraron que los niveles medianos de CYP3A4 medidos a partir de muestras de hígado extraídas quirúrgicamente de una muestra aleatoria de mujeres excedían los niveles de CYP3A4 en el hígado de los hombres en un 129%. Se encontraron transcripciones de ARNm de CYP3A4 en proporciones similares, lo que sugiere un mecanismo pretraduccional para la regulación positiva de CYP3A4 en mujeres. La causa exacta de este nivel elevado de enzima en las mujeres aún se está especulando; sin embargo, los estudios han dilucidado otros mecanismos (como la compensación de CYP3A5 o CYP3A7 por niveles reducidos de CYP3A4) que afectan la depuración del fármaco tanto en hombres como en mujeres.[29]

La activación del sustrato CYP3A4 varía entre diferentes especies animales. Ciertos ligandos activan el PXR humano, que promueve la transcripción de CYP3A4, mientras que no muestra activación en otras especies. Por ejemplo, la PXR de ratón no es activada por la rifampicina y la PXR humana no es activada por la pregnenalona 16α-carbonitrilo [30]. Para facilitar el estudio de las vías funcionales de CYP3A4 in vivo, se han desarrollado cepas de ratón utilizando transgenes para producir nulos / humanos. Cruces CYP3A4 y PXR. Aunque los ratones hCYP3A4 humanizados expresaron con éxito la enzima en su tracto intestinal, se encontraron niveles bajos de hCYP3A4 en el hígado. [30] Este efecto se ha atribuido a la regulación de CYP3A4 por la hormona del crecimiento.vía de transducción de señales. [30] Además de proporcionar un modelo in vivo , se han utilizado ratones CYP3A4 humanizados (hCYP3A4) para enfatizar aún más las diferencias de género en la actividad de CYP3A4. [30]

Los niveles de actividad de CYP3A4 también se han relacionado con la dieta y factores ambientales, como la duración de la exposición a sustancias xenobióticas. [31] Debido a la presencia extensa de la enzima en la mucosa intestinal, la enzima ha mostrado sensibilidad a los síntomas de inanición y se regula al alza en defensa de los efectos adversos. De hecho, en los pececillos de cabeza gorda, se demostró que las hembras no alimentadas tenían una mayor expresión de PXR y CYP3A4, y mostraban una respuesta más pronunciada a los factores xenobióticos después de la exposición después de varios días de inanición. [31] Al estudiar modelos animales y tener en cuenta las diferencias innatas en la activación del CYP3A4, los investigadores pueden predecir mejor el metabolismo de los fármacos y los efectos secundarios en las vías del CYP3A4 humano.

Rotación [ editar ]

Las estimaciones de la tasa de renovación del CYP3A4 humano varían ampliamente. Para CYP3A4 hepático, los métodos in vivo arrojan estimaciones de la vida media de la enzima principalmente en el rango de 70 a 140 horas, mientras que los métodos in vitro brindan estimaciones de 26 a 79 horas. [32] Es probable que la rotación del CYP3A4 intestinal sea una función de la tasa de renovación de los enterocitos ; un enfoque indirecto basado en la recuperación de la actividad después de la exposición al jugo de toronja produce mediciones en el rango de 12 a 33 horas. [32]

Tecnología [ editar ]

Debido a la propensión natural del CYP3A4 unido a la membrana a conglomerarse, históricamente ha sido difícil estudiar la unión del fármaco tanto en solución como en superficies. La cocristalización es difícil ya que los sustratos tienden a tener un Kd bajo (entre 5-150 µM) y una baja solubilidad en soluciones acuosas. [33] Una estrategia exitosa para aislar la enzima unida es la estabilización funcional de CYP3A4 monomérico en nanopartículas de plata producidas a partir de litografía de nanoesferas y analizadas mediante espectroscopía de resonancia de plasmón superficial localizado (LSPR). [34]Estos análisis se pueden utilizar como un ensayo de alta sensibilidad de unión a fármacos y pueden convertirse en parte integral de ensayos adicionales de alto rendimiento utilizados en las pruebas iniciales de descubrimiento de fármacos. Además de LSPR, los complejos CYP3A4-Nanodisc se han encontrado útiles en otras aplicaciones, incluida la RMN de estado sólido , la potenciometría redox y la cinética enzimática de estado estacionario . [34]

Ligandos [ editar ]

A continuación se muestra una tabla de sustratos , inductores e inhibidores seleccionados de CYP3A4. Cuando se enumeran clases de agentes, puede haber excepciones dentro de la clase.

Los inhibidores de CYP3A4 se pueden clasificar por su potencia , como:

  • El inhibidor fuerte es aquel que provoca un aumento de al menos 5 veces en los valores de AUC en plasma , o una disminución de más del 80% en el aclaramiento . [35]
  • El inhibidor moderado es aquel que causa al menos un aumento de 2 veces en los valores de AUC en plasma, o una disminución del 50-80% en el aclaramiento. [35]
  • El inhibidor débil es aquel que provoca un aumento de al menos 1,25 veces pero menos de 2 veces en los valores de AUC plasmáticos, o una disminución del aclaramiento del 20-50%. [35]

Mapa de ruta interactivo [ editar ]

Haga clic en genes, proteínas y metabolitos a continuación para enlazar con los artículos respectivos. [§ 1]

  1. ^ El mapa de ruta interactivo se puede editar en WikiPathways: "IrinotecanPathway_WP46359" .

Ver también [ editar ]

  • Lista de medicamentos afectados por la toronja

Referencias [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

  • PharmGKB: Información del gen PGx anotado para CYP3A4
  • Predicción del sustrato CYP3A4
  • Ubicación del genoma humano CYP3A4 y página de detalles del gen CYP3A4 en UCSC Genome Browser .
  • Descripción general de toda la información estructural disponible en la PDB para UniProt : P08684 (Cytochrome P450 3A4) en PDBe-KB .

Este artículo incorpora texto de la Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos , que es de dominio público .