CYP3A4 - CYP3A4
Le cytochrome P450 3A4 (en abrégé CYP3A4 ) ( EC 1.14.13.97 ) est une enzyme importante dans l'organisme, principalement présente dans le foie et l'intestin. Il oxyde les petites molécules organiques étrangères ( xénobiotiques ), telles que les toxines ou les médicaments, afin qu'elles puissent être éliminées du corps.
Alors que de nombreux médicaments sont désactivés par le CYP3A4, certains médicaments sont également activés par l'enzyme. Certaines substances, telles que certains médicaments et les furanocoumarines présentes dans le jus de pamplemousse , interfèrent avec l'action du CYP3A4. Ces substances vont donc amplifier ou affaiblir l'action des médicaments modifiés par le CYP3A4.
Le CYP3A4 est un membre de la famille des enzymes oxydantes du cytochrome P450 . Plusieurs autres membres de cette famille sont également impliqués dans le métabolisme des médicaments, mais le CYP3A4 est le plus courant et le plus polyvalent. Comme tous les membres de cette famille, c'est une hémoprotéine , c'est-à-dire une protéine contenant un groupe hème avec un atome de fer. Chez l'homme, la protéine CYP3A4 est codée par le gène CYP3A4 . Ce gène fait partie d'un groupe de gènes du cytochrome P 450 sur le chromosome 7q22.1 .
Fonction
Le CYP3A4 fait partie de la superfamille des enzymes du cytochrome P450 . Les protéines du cytochrome P450 sont des monooxygénases qui catalysent de nombreuses réactions impliquées dans le métabolisme des médicaments et la synthèse du cholestérol, des stéroïdes et d'autres composants lipidiques.
La protéine CYP3A4 se localise dans le réticulum endoplasmique et son expression est induite par les glucocorticoïdes et certains agents pharmacologiques. Les enzymes du cytochrome P450 métabolisent environ 60 % des médicaments prescrits, le CYP3A4 étant responsable d'environ la moitié de ce métabolisme ; les substrats comprennent l'acétaminophène, la codéine, la ciclosporine (ciclosporine), le diazépam et l'érythromycine. L'enzyme métabolise également certains stéroïdes et agents cancérigènes. La plupart des médicaments subissent une désactivation par le CYP3A4, soit directement, soit par excrétion facilitée du corps. En outre, de nombreuses substances sont bioactivées par le CYP3A4 pour former leurs composés actifs, et de nombreuses protoxines sont toxiques sous leurs formes toxiques (pour des exemples - voir le tableau ci-dessous) .
CYP3A4 possède également époxygénase activité en ce qu ' il metabolise l' acide arachidonique à des acides époxyeicosatriénoïques (les SET), à savoir (±) -8,9-, (±) -11,12- et (±) -14,15-acides époxyeicosatriénoïques. Les EET ont un large éventail d'activités dont la promotion de certains types de cancers (voir acide époxyeicosatétraénoïque ). Le CYP3A4 favorise la croissance de divers types de lignées cellulaires cancéreuses humaines en culture en produisant des acides (±)-14,15-époxyeicosatriénoïques qui stimulent la croissance de ces cellules. Le cytochrome P450 aurait également une activité de monooxgénase d'acide gras pour métaboliser l'acide arachidonique en acide 20-hydroxyeicosatétraénoïque (20-HETE). Le 20-HETE a un large éventail d'activités qui incluent également la stimulation de la croissance dans le sein et d'autres types de cancers (voir Acide 12-hydroxyeicosatétraénoïque ).
Évolution
Le gène CYP3A4 présente une région régulatrice en amont beaucoup plus compliquée que ses paralogues . Cette complexité accrue rend le gène CYP3A4 plus sensible aux ligands PXR et CAR endogènes et exogènes, au lieu de s'appuyer sur des variantes génétiques pour une spécificité plus large. Le chimpanzé et le CYP3A4 humain sont hautement conservés dans le métabolisme de nombreux ligands , bien que quatre acides aminés positivement sélectionnés chez l' homme aient conduit à une benzylation 5 fois supérieure du 7-BFC en présence de l' acide biliaire secondaire hépatotoxique , l' acide lithocholique . Ce changement contribue en conséquence à une défense humaine accrue contre la cholestase .
Distribution de tissus
Les fœtus ont tendance à ne pas exprimer le CYP3A4 dans leur tissu hépatique, mais plutôt le CYP3A7 ( EC 1.14.14.1 ), qui agit sur une gamme similaire de substrats. Le CYP3A4 est absent dans le foie fœtal mais augmente à environ 40 % des taux chez l'adulte au cours du quatrième mois de vie et à 72 % à 12 mois.
Bien que le CYP3A4 se trouve principalement dans le foie, il est également présent dans d'autres organes et tissus du corps, où il peut jouer un rôle important dans le métabolisme. Le CYP3A4 dans l'intestin joue un rôle important dans le métabolisme de certains médicaments. Cela permet souvent d'activer et d'absorber les promédicaments , comme dans le cas de la terfénadine, un antagoniste des récepteurs de l' histamine H 1 .
Récemment, le CYP3A4 a également été identifié dans le cerveau, mais son rôle dans le système nerveux central est encore inconnu.
Mécanismes
Les enzymes du cytochrome P450 effectuent un assortiment de modifications sur une variété de ligands, en utilisant son grand site actif et sa capacité à se lier à plus d'un substrat à la fois pour effectuer des altérations chimiques complexes dans le métabolisme des composés endogènes et exogènes. Ceux-ci comprennent l' hydroxylation , l' époxydation des oléfines, l' oxydation aromatique, les oxydations d' hétéroatomes, les réactions de N- et O-désalkylation, les oxydations d'aldéhydes, les réactions de déshydrogénation et l'activité aromatase.
L'hydroxylation d'une liaison sp 3 CH est l'une des façons dont le CYP3A4 (et les oxygénases du cytochrome P450) affecte son ligand. En fait, l'hydroxylation est parfois suivie d'une déshydrogénation, conduisant à des métabolites plus complexes. Un exemple de molécule qui subit plus d'une réaction due au CYP3A4 comprend le tamoxifène , qui est hydroxylé en 4-hydroxy-tamoxifène puis déshydraté en 4-hydroxy-tamoxifène quinone méthide. Deux mécanismes ont été proposés comme voie principale d'hydroxylation dans les enzymes P450.
La première voie suggérée est une méthode radicalaire contrôlée par cage (« rebond d'oxygène »), et la seconde implique un mécanisme concerté qui n'utilise pas d'intermédiaire radicalaire mais agit plutôt très rapidement via une « horloge radicale ».
Inhibition par ingestion de fruits
En 1998, divers chercheurs ont montré que le jus de pamplemousse , et le pamplemousse en général, est un puissant inhibiteur du CYP3A4, qui peut affecter le métabolisme d'une variété de médicaments, augmentant leur biodisponibilité . Dans certains cas, cela peut entraîner une interaction mortelle avec des médicaments comme l' astémizole ou la terfénadine . L'effet du jus de pamplemousse en ce qui concerne l'absorption des médicaments a été initialement découvert en 1989. Le premier rapport publié sur les interactions médicamenteuses du pamplemousse était en 1991 dans le Lancet intitulé "Interactions of Citrus Juices with Felodipine and Nifedipine", et a été le premier aliment-médicament signalé interaction clinique. Les effets du pamplemousse durent de 3 à 7 jours, avec les effets les plus importants lorsque le jus est pris une heure avant l'administration du médicament.
En plus du pamplemousse, d'autres fruits ont des effets similaires. Le noni ( M. citrifolia ), par exemple, est un complément alimentaire généralement consommé sous forme de jus et inhibe également le CYP3A4 ; le jus de grenade a aussi cet effet.
Variabilité
Alors que plus de 28 polymorphismes nucléotidiques simples (SNP) ont été identifiés dans le gène CYP3A4 , il a été constaté que cela ne se traduit pas par une variabilité interindividuelle significative in vivo . On peut supposer que cela peut être dû à l'induction du CYP3A4 lors de l'exposition à des substrats.
Les allèles CYP3A4 qui ont été signalés comme ayant une fonction minimale par rapport au type sauvage comprennent CYP3A4*6 (une insertion A17776) et CYP3A4*17 (F189S). Ces deux SNP ont entraîné une diminution de l'activité catalytique avec certains ligands, notamment la testostérone et la nifédipine par rapport au métabolisme de type sauvage. En revanche, l' allèle CYP3A4*1G a une activité enzymatique plus puissante que le CYP3A4*1A (l'allèle de type sauvage).
La variabilité de la fonction du CYP3A4 peut être déterminée de manière non invasive par le test respiratoire à l' érythromycine (ERMBT). L'ERMBT estime l' activité du CYP3A4 in vivo en mesurant le dioxyde de carbone radiomarqué exhalé après une dose intraveineuse de ( 14 C- N -méthyl) -érythromycine .
Induction
Le CYP3A4 est induit par une grande variété de ligands . Ces ligands se lient au récepteur prégnane X (PXR). Le complexe PXR activé forme un hétérodimère avec le récepteur X du rétinoïde (RXR), qui se lie à la région XREM du gène CYP3A4 . XREM est une région régulatrice du gène CYP3A4 , et la liaison provoque une interaction coopérative avec les régions promotrices proximales du gène, entraînant une transcription et une expression accrues du CYP3A4. L'activation de l'hétérodimère PXR/RXR initie la transcription de la région promotrice et du gène CYP3A4. La liaison au ligand augmente en présence de ligands CYP3A4, comme en présence d' aflatoxine B1, M1 et G1. En effet, en raison du site actif large et malléable de l'enzyme, il est possible que l'enzyme se lie à plusieurs ligands à la fois, entraînant des effets secondaires potentiellement néfastes.
Il a été démontré que l'induction du CYP3A4 varie chez l'homme selon le sexe. Les preuves montrent une augmentation de la clairance du médicament par le CYP3A4 chez les femmes, même en tenant compte des différences de poids corporel. Une étude de Wolbold et al. (2003) ont découvert que les taux médians de CYP3A4 mesurés à partir d'échantillons de foie prélevés chirurgicalement sur un échantillon aléatoire de femmes dépassaient de 129 % les taux de CYP3A4 dans le foie des hommes. Les transcrits de l' ARNm du CYP3A4 ont été trouvés dans des proportions similaires, suggérant un mécanisme pré-traductionnel pour la régulation à la hausse du CYP3A4 chez les femmes. La cause exacte de ce niveau élevé d'enzymes chez les femmes fait encore l'objet de spéculations, mais des études ont élucidé d'autres mécanismes (tels que la compensation du CYP3A5 ou du CYP3A7 pour les niveaux réduits de CYP3A4) qui affectent la clairance du médicament chez les hommes et les femmes.
L'activation du substrat du CYP3A4 varie selon les différentes espèces animales. Certains ligands activent le PXR humain, qui favorise la transcription du CYP3A4, alors qu'il ne montre aucune activation chez d'autres espèces. Par exemple, la souris PXR est pas activé par la rifampicine et PXR humain n'est pas activé par pregnenalone 16α-carbonitrile Afin de faciliter l' étude des voies fonctionnelles CYP3A4 in vivo, des souches de souris ont été développés en utilisant transgènes afin de produire nulle / CYP 3A4 humain et PXR des croix. Bien que les souris hCYP3A4 humanisées expriment avec succès l'enzyme dans leur tractus intestinal, de faibles niveaux de hCYP3A4 ont été trouvés dans le foie. Cet effet a été attribué à la régulation du CYP3A4 par la voie de transduction du signal de l' hormone de croissance . En plus de fournir un modèle in vivo , des souris CYP3A4 humanisées (hCYP3A4) ont été utilisées pour accentuer davantage les différences entre les sexes dans l'activité du CYP3A4.
Les niveaux d'activité du CYP3A4 ont également été liés à l'alimentation et à des facteurs environnementaux, tels que la durée d'exposition aux substances xénobiotiques. En raison de la présence importante de l'enzyme dans la muqueuse intestinale, l'enzyme a montré une sensibilité aux symptômes de famine et est régulée à la hausse pour se défendre des effets indésirables. En effet, chez les ménés à grosse tête, il a été démontré que les poissons femelles non nourris présentaient une expression accrue du PXR et du CYP3A4 et présentaient une réponse plus prononcée aux facteurs xénobiotiques après une exposition après plusieurs jours de famine. En étudiant des modèles animaux et en gardant à l'esprit les différences innées dans l'activation du CYP3A4, les chercheurs peuvent mieux prédire le métabolisme des médicaments et les effets secondaires dans les voies du CYP3A4 humain.
Chiffre d'affaires
Les estimations du taux de renouvellement du CYP3A4 humain varient considérablement. Pour le CYP3A4 hépatique, les méthodes in vivo donnent des estimations de la demi-vie enzymatique principalement de l'ordre de 70 à 140 heures, tandis que les méthodes in vitro donnent des estimations de 26 à 79 heures. Le renouvellement du CYP3A4 intestinal est probablement fonction du taux de renouvellement des entérocytes ; une approche indirecte basée sur la récupération d'activité après exposition au jus de pamplemousse donne des mesures dans la plage de 12 à 33 heures.
La technologie
En raison de la propension naturelle du CYP3A4 lié à la membrane à se conglomérat, il a toujours été difficile d'étudier la liaison des médicaments à la fois en solution et sur les surfaces. La co-cristallisation est difficile car les substrats ont tendance à avoir un faible Kd (entre 5-150 M) et une faible solubilité dans les solutions aqueuses. Une stratégie efficace pour isoler l'enzyme liée est la stabilisation fonctionnelle du CYP3A4 monomère sur des nanoparticules d'argent produites à partir de la lithographie de nanosphères et analysées par spectroscopie de résonance plasmonique de surface localisée (LSPR). Ces analyses peuvent être utilisées comme un test de haute sensibilité de la liaison médicamenteuse et peuvent devenir partie intégrante d'autres tests à haut débit utilisés dans les tests initiaux de découverte de médicaments. En plus du LSPR, les complexes CYP3A4-Nanodisc se sont avérés utiles dans d'autres applications, notamment la RMN à l'état solide , la potentiométrie redox et la cinétique enzymatique à l'état d'équilibre .
Ligands
Voici un tableau des substrats , inducteurs et inhibiteurs sélectionnés du CYP3A4. Lorsque des catégories d'agents sont répertoriées, il peut y avoir des exceptions au sein de la catégorie.
Les inhibiteurs du CYP3A4 peuvent être classés selon leur puissance , tels que :
- Un inhibiteur puissant étant un inhibiteur qui provoque une augmentation d' au moins 5 fois des valeurs de l' AUC plasmatique , ou une diminution de plus de 80 % de la clairance .
- L'inhibiteur modéré étant celui qui provoque une augmentation d'au moins 2 fois les valeurs de l'ASC plasmatique, ou une diminution de la clairance de 50 à 80 %.
- Un inhibiteur faible étant un inhibiteur qui provoque une augmentation d'au moins 1,25 fois mais moins de 2 fois des valeurs de l'ASC plasmatique, ou une diminution de 20 à 50 % de la clairance.
| Substrats | Inhibiteurs | Inducteurs |
|---|---|---|
( antiplaquettaire ) |
Fort
Modérer
Faible
Puissance non spécifiée
|
Forte puissance Puissance non spécifiée
|
Carte interactive des sentiers
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Voir également
Les références
Liens externes
- PharmGKB : informations annotées sur le gène PGx pour le CYP3A4
- Prédiction du substrat du CYP3A4
- Emplacement du génome humain du CYP3A4 et page de détails du gène CYP3A4 dans le navigateur de génome de l' UCSC .
- Aperçu de toutes les informations structurelles disponibles dans le PDB pour UniProt : P08684 (Cytochrome P450 3A4) au PDBe-KB .
Cet article incorpore du texte de la National Library of Medicine des États-Unis , qui est dans le domaine public .
