FDE etki mekanizmaları ve sınıflandırılmaları

FDE’ler, hücre içinde ikincil mesajcılar olarak adlandırılan döngüsel ikincil mesajcılardan cAMP ve cGMP’nin 3’-fosfat köprülerinin hidrolizine yol açan fosfohidrolaz enzimlerdir. Bu bakımdan cAMP ve cGMP sinyallerinin hücredeki devamlılığını veya sonlandırılmasını düzenlerler. Ancak FDE aktivitesinin inhibisyonuna neden olan bazı maddeler cAMP ve cGMP’nin yıkımını engellemek suretiyle hücredeki konsantrasyonlarını arttırırlar (Drobnis 2017). 1958’de Rall ve Sutherland’ın (Rall ve Sutherland 1958) karaciğer hücrelerinde ikincil mesajcı olarak cAMP’yi tanımlamasından 5 yıl sonra 1963’te bir diğer ikincil mesajcı olan cGMP de Ashman ve arkadaşları tarafından tanımlanmıştır (Ashman vd. 1963). Hücredeki cAMP-FDE etkinliği ise ilk olarak 1962 de yapılan çalışmayla ortaya konmuştur (Butcher ve Sutherland 1962). Günümüzde insan hücrelerinde 21 genin kodladığı 11 tane FDE ailesi tanımlanmış olmakla birlikte, bu enzimler hücredeki yerleşimleri, allosterik yapıları, aminoasit dizilimi, substrat spesifikliği, regülatör mekanizmaları ve farmakolojik özellikleri bakımından değişkenlik gösterirler (Bender ve Beavo 2006, Conti vd. 2014).

40

Şekil 2.10 FDE’ lerin yapısal olarak sınıflandrılması (Singh ve Patra 2014)

FDE’ler yapısal olarak 3 ana domainden oluşur; 270-300 aminoasit içeren sıkı korunmuş bir C-Terminal katalitik domain, Regülatör domain ve N-Terminal domain.

FDE aileleri regülatör domainlerindeki farklılıklara göre sınıflandırılmaktadır (Singh ve Patra 2014). Memelilerde %25-52 homoloji gösteren katalitik domainleri Mg veya Zn metal iyonuna sahiptir. Genellikle dimerler halinde bulunan FDE izozimleri substrat afinitesi bakımından ise aşağıdaki şekilde gruplandırılırlar;

cGMP’yi hidrolize edenler; FDE5, FDE6, FDE9

cAMP’yi hidrolize edenler; FDE4, FDE7, FDE8

Hem cAMP hem de cGMP’yi hidrolize edenler; FDE1, FDE2, FDE3, FDE10, FDE11.

FDE izozimleri insanda beyin, kalp, akciğer, böbrek, iskelet kası ve düz kaslar, hipofiz, karaciğer ve testis dokularında tespit edilmekle birlikte, her birinin hücreye göre farklı hücresel cevabın gelişimine aracılık ettiği belirlenmiştir (Dimitriadis vd. 2008, Keravis ve Lugnier 2012).

41

İnsan sperm hücrelerinde hem seminal plazmada hem de spermatozoonda farklı FDE ailelerin varlığı belirlenmiş olmakla birlikte, etkinlik mekanizmaları ve lokalizasyonlarıyla ilgili araştırmalar devam etmektedir. İmmünsitokimyasal çalışmalarda FDE1’in yoğunlukla spermatozoonun baş kısmında, FDE4’ün ise orta parça ve kuyrukta yerleşim gösterdiği saptanmıştır (Fisch vd. 1998). İnsan sperm hücrelerinden izole edilen mRNA transkriptlerinin RT-PCR yöntemiyle incelenmesiyle FDE1B, FDE3B, FDE4A, FDE4B ve FDE8 subtiplerine ait güçlü spesifik bantların varlığı ortaya konulmuştur (Richter vd. 1999). Ancak mRNA transkriptlerinin olgun sperm hücresinin de novo sentezinin bir ürünü olarak mı ortaya çıktığı yoksa erken spermatogenezde sentezlenerek ribonükleoprotein partiküllerinde mi depolandığı tam olarak açıklanamamıştır (Dimitriadis vd. 2008).

FDE’lerin isimlendirilmesinde ilk rakam FDE’nin ait olduğu aileyi, sonra gelen harf ailedeki geni, en son gelen rakam ise transkript varyantını belirtmek için kullanılır.

Günümüze kadar tespit edilmiş olan 11 FDE ailesinin genel özellikleri aşağıda açıklanmıştır; (Lerner ve Epstein 2006, Dimitriadis vd. 2008, Francis vd. 2011, Keravis ve Lugnier 2012).

FDE1 Ailesi:

3 gen tarafından kodlanan FDE1 ailesinin FDE1A, FDE1B, FDE1C olarak 3 izoformu vardır. Hem cAMP hem de cGMP’yi hidrolize eder. Kalp, beyin, iskelet kası ve düz kaslarda bulunur. Spesifik inhibitörü olarak Vinpocetine ve 8-methoxy-1-methyl-3-isobutylksantine (IBMX) tanımlanmıştır.

FDE2 Ailesi:

Tek gen tarafından kodlanan FDE2A ailesinin izoformlarından FDE2A1 hücrede sitozolde yer alırken, FDE2A2 ve FDE2A3 membrana bağlı yerleşim gösterir. Hem cAMP hemde cGMP hidrolizi yapan FDE2’nin inhibitörü EHNA (erythro-9-(2-hydroxy-3-nonyl)adenine) dır.

42 FDE3 Ailesi:

3 tane gen tarafından kodlanan FDE3 ailesinin üyelerinden FDE3A platelet, düz kaslar, oosit ve kalp hücrelerinde, FDE3B ise adiposit, hepatosit ve spermatositte belirlenmiştir. Hem cAMP hemde cGMP hidrolizinde etkili olan FDE3’ün inhibitörleri arasında Cilostamide, Amrinone, Milrinone ve Enoximone tanımlanmıştır .

FDE4 Ailesi:

Dört gen tarafından kodlanan FDE4 ailesinin insanda 25’ten fazla izoformunun varlığı tespit edilmiştir. Seçici cGMP hidrolizi yapan FDE4’ün inhibitörü olarak Rolipram ve Roflumilast kullanılmaktadır.

FDE5 Ailesi:

Tek gen tarafından kodlanan FDE5 enziminin FDE5A1, FDE5A2 ve FDE5A3 izoformları saptanmıştır. Terminal N-domainlerinde GAFA ve GAFB bölgelerine sahip FDE5 enzim ailesinin kanser mekanizmasında etkinliği olduğu bilinmektedir.

Akciğerler, düz kas hücreleri ve plateletlerde varlığı belirlenen PDE5 ailesinin inhibitörü olarak Sildenafil, Vardenafil, Tadalafil ve Zaprinast kullanılmaktadır.

FDE6 Ailesi:

Dört gen tarafından kodlanan FDE6 ailesinin FDE6A, FDE6B, FDE6C ve FDE6D olarak tanımlanmış izoformları cGMP üzerinde hidroliz etkisi göstermektedir. Gözde retinal fotoreseptörlerde bulunan FDE6’nın inhibitörleri Sildenafil, Vardenafil ve Tadalafil dir.

43 FDE7 Ailesi:

İki gen tarafından kodlanan FDE7 ailesinin iki izoformu olan FDE7A ve FDE7B‘nin N-terminal bölgelerinde regülatör bir kısım yoktur. cAMP hidrolizi yapan FDE7 ailesi enzimleri lenfositler, iskelet ve kalp kası hücrelerinde saptanmıştır ve inhibitor olarak Thiadozole kullanılmaktadır.

FDE8 Ailesi:

İki gen tarafından kodlanan FDE ailesi izomerlerinden FDE8A testis, göz, karaciğer, kalp, beyin ve iskelet kasında, FDE8B ise tiroit bezlerinde bulunmaktadır. cAMP‘nin hidrolizinde etkili FDE8’in inhibitörü olarak Dipyridamole tanımlanmıştır.

FDE9 Ailesi:

Tek gen tarafından kodlanan FDE9 enziminin beyin, kalp, plasenta, karaciğer, dalak, kolon ve prostat hücrelerinde varlığı saptanmıştır. Yüksek derecede spesifik cGMP hidrolizi yapan FDE9’un inhibitörü olarak Zaprinast ve Vardenafil etkinlik göstermektedir.

FDE10 Ailesi:

İnsanda FDE10 ailesine ait transkriptler testis, beyin, kalp, böbrek, plasenta hücrelerinde tespit edilmiştir. FDE2, FDE5 ve FDE6 ile homolog bir katalitik domaine sahip olmakla birlikte FDE10’un hem cAMP hem de cGMP’yi hidrolize ettiği bilinmektedir (Lerner and Epstein, 2006). Vmax (sistemden elde edilebilecek en yüksek reaksiyon hızı) değeri dikkate alındığında Vmax (cGMP), Vmax (cAMP)’den 2-5 kat daha fazladır. Ancak FDE10 için Km (Michaelis sabiti Km, reaksiyon hızının Vmax'ın yarısı olduğu substrat konsantrasyonu) değerinin cAMP için 0,05 µm ve cGMP için 3 µm olması nedeniyle, cAMP ve cGMP’nin kinetik özellikleri gereği cGMP’nin hidrolizinin cAMP tarafından engellendiği düşünülmektedir. Bu sistem FDE3

44

ailesindeki işleyişin tam tersidir (Soderling vd. 1999, Soderling ve Beavo 2000, Rodefer vd. 2005).

Sığır ejakülat sperm hücrelerinin baş ve kuyruk bölgelerinde FDE10A varlığı tespit edilmiş ve FDE aktivitesinin %44-57 oranında PAP’a karşı duyarlı olduğu saptanmıştır.

PAP ile FDE’lerin inhibe edildiği durumlarda sperm tirozin fosforilasyonu, ERK1 ve ERK2 fosforilasyonunda artışın yanı sıra Ca²⁺ depolarından Ca²⁺ salınımında da artış olduğu saptanmıştır (Bergeron vd. 2016). Goupil ve arkadaşlarının yaptığı çalışmada ise sığır sperm hücrelerinin akrozomunda FDE10A’nın 4 tip izoformu tespit edilmiştir.

Sığırlarda kauda epididimal ve ejekulat spermlerinin ana cAMP-FDE aktivitesinin PAP duyarlı olduğu açıklanmıştır (Goupil vd. 2016).

FDE11 Ailesi:

Tek gen tarafından kodlanan FDE11’in FDE11A1, FDE11A2, FDE11A3 ve FDE11A4 izozimlerinin N-terminal bölgelerinde 1 ya da 2 GAF bölgesi bulunmaktadır. Prostat, karaciğer, kalp ve salgı bezlerinde varlığı saptanmış olan FDE11 ailesi cAMP ve cGMP hidrolizi yapmaktadır. Zaprinast, Pyridamole ve IBMX maddeleri FDE11 inhibitörü olarak etkinlik göstermektedir.