SİTOKROM P450 ENZİMLERİ

CYP enzimleri ilaç metabolizmasından sorumlu olan en büyük enzim grubudur. Ayrıca steroitler, yağ asitleri, prostaglandinler ve diğer birçok doğal bileşiklerin olduğu kadar karsinojenlerin, ksenobiyotiklerin metabolize edilmesinden de sorumludur. Bu enzimler oksidasyon ve redüksiyon tepkimelerini gerçekleştirerek ilaçların vücuttan atılmalarını hızlandırarak suda eriyebilen metabolitlerin oluşmasını sağlarlar [207]. Sitokrom P-450’nin keşfedilmesi farmakoloji, toksikoloji, ve fizyolojide önemli araştırma ve gelişmelere neden olan önemli bir olay olmuştur.

2.2.1. Tarihçe

Sitokrom P450 enzimleri ilk defa 1958 yılında sıçan karaciğer mikrozomlarında spektrofotometrik çalışmalar yapan Martin Klingenberg ve domuz karaciğer mikrozomlarında çalışan Garfinkel tarafından karbon monoksit (CO) bağlayan bir pigment olarak tanımlanan ve pigmenti ifade etmek için P ve absorpsiyon spektrumunda 450 nm’de tepe değeri verdiği için P-450 olarak literatüre girmiştir [208, 209]. Spektral özellikleri bilinen bu proteinin ilerleyen yıllarda yapısı, fonksiyonu ve biyolojik sistemler için önemi detaylı bir şekilde incelenmiştir. “P450” terimini ilk defa 1962 yılında Omura ve Sato adlı araştırmacılar kullanmışlardır

[210]. Aynı araştırmacılar CO bağlayan bu proteinin aynı zamanda demir içeren bir hemoprotein olduğunu da bildirmişlerdir [211, 212].

Estabrook (1963) ve Cooper (1965), yaptıkları çalışmalarla demir içeren bu proteinin ilaç ve diğer ksenobiyotik metabolizmasından sorumlu olduğunu ve hidroksilasyon, oksidasyon olaylarında rol aldığını ortaya koymuşlardır [213]. Adrenal korteks mikrozomları ile yaptıklarda çalışmalarda sitokrom P450’nin hidroksilasyon reaksiyonundaki rolünü belirtmişlerdir.

2.2.2. Sitokrom P450 enzimine sahip canlılar ve bulunduğu organeller

Daha sonraki yıllarda yapılan araştırmalarda Sitokrom P450 enzim sisteminin sadece hayvan hücrelerinde değil bitkiler, mayalar ve bazı bakterilerde de hatta bazı prokaryotlarda da varlığı gösterilmiştir [214].

Sitokrom P450 enzim sistemi, membrana bağlı iki komponent halinde bulunmaktadır. Bunlar; Flavin Adenin Dinükleotid (FAD) ile Flavin Mono Nükleotid (FMN) içeren sitokrom P450 redüktaz ile sitokrom P450 Şekil 2. Mikrozomal enzimlerin karbon monoksit (CO) bağlı sitokrom P-450 absorban spektrumu

enzimleridir. Enzimin diğer bir parçası ise merkezini demir iyonunun (Fe⁺³) oluşturduğu hemoprotein yapıdır.

Fe, sitokrom enziminin aktif bölgesinde O2’ni bağlar. Substratın oksidasyonu için gerekli olan elektron (H⁺) akışı nikotinamid adenin dinükleotid fosfat (NADPH)’den sağlanır. Birçok bakteriyel sitokrom P450 sisteminde ise nikotinamid adenin dinükleotid (NADH)’den elektron akışı sağlanmaktadır. Sitokrom P450 redüktaz enzimi membrana hidrofobik ucuyla bağlıdır. Sitokrom P450 ise endoplazmik retikulum membranına daha derin yerleşmiştir (Şekil 3). Sitokrom P450 enzimleri esas olarak endoplazmik retikulum membranı üzerinde bulunsa da hücre membranı, golgi cisimciği, mitokondri ve lizozom gibi diğer

organellerde de varlığı gösterilmiştir [215, 216].

Sitokrom P450 enzimleri

çoğunlukla karaciğer

hepatositlerinde olmak üzere barsak, akciğer, beyin, böbrek, plasenta, cilt, santral sinir sistemi gibi birçok yerde de bulunurlar [207, 217].

2.2.3. Sitokrom P450 Enzim Sisteminin Çalışma Mekanizması Sitokrom P450 enzim çalışma döngüsünü ilk defa 1971 yılında Estabrook tarafından modellenmiştir [218]. Sitokrom enzimi Fe⁺³ durumda iken substrat ile kompleks yapar. Daha sonra NADPH sitokrom P450 redüktaz enzimi aracılığıyla NADPH’dan çıkan bir elektron substrat sitokrom P450 enzim kompleksine transfer edilir. Böylece Fe⁺³, Fe⁺² ‘ye indirgenir.

İndirgenmiş substrat sitokrom P450 enzim kompleksi O2 ile birleşerek daha da indirgenir. Diğer O2 atomu ise su oluşumuna katılır. Sonuç olarak enzim-substrat-O2 kompleksi meydana gelir. Substratın kompleksten ayrılmasıyla enzim tekrar serbest hale geçer ve diğer reaksiyona hazır hale gelir [219]

(Şekil 4).

Şekil 3. Sitokrom P 450 enzim sistemi

Şekil 4. Sitokrom P450 enzim sisteminin çalışma döngüsü [220]

2.2.4. Sitokrom P450 Enzimlerinin Adlandırılması

Sitokrom P450 enzim isimlerinin standardizasyonu için ilk kez 1987 yılında Amerika, İngiltere ve Japonya’da bulunan araştırmacılar tarafından bir isimlendirme sistemi önerilmiştir [221]. İlerleyen yıllarda farklılıklar olsada esas itibariyle önerilen sistem günümüzde hala kullanılmaktadır.

İsimlendirmede amino asit sıralamasındaki benzerlik esas alınmaktadır.

İnsan genom projesinin tamamlanması neticesinde sitokrom P450 enzimlerini kodlayan genlerin aminoasit dizilimleri belirlenebilmiştir. Sitokrom P450 enzimleri aminoasit dizilimine göre sınıflandırılmıştır. Bu sınıflandırmada sitokrom P450 enziminin aynı aile içine dahil edilebilmesi için amino asit sekansında % 40’tan fazla oranda benzerlik göstermesi gerekir. Bir alt aileye dahil edilebilmesi için % 50’den fazla benzerlik göstermesi gerekir.

İsimlendirmede CYP, sitokrom P450’yi belirtmektedir. Daha sonra aileyi gösteren bir sayı (CYP1, CYP2, CYP3…), bunu izleyen harf ise alt aileyi gösterir (CYP2C gibi). Alt aile içindeki enzim ise bir sayı tarafından belirtilir (CYP2C9 gibi) [222]. Genel bilimsel ifade kuralında sitokrom P450 enzimini kodlayan gen ve aleller italik yazılırken (örneğin CYP2C9, CYP2C9*1), enzim için normal font kullanılır.

2.2.5. Sitokrom P450 Genetik Polimorfizmi

İnsan genomundaki polimorfizmler ile ilgili bilgiler her geçen gün artmaktadır. İlaç ve ksenobiyotikleri metabolize eden enzimlerin genetik yapısına ve fonksiyonel durumuna bakarak ilaçların kişiye göre belirlenmesi, gelecekte uygulanabilecek yöntemlerdendir. Normal popülasyonda bir karakter için iki veya daha fazla varyantın her biri, %1’den daha fazla gözlenmesi durumuna genetik polimorfizm adı verilir [223].

CYP enzimleri ilaç metabolizmasından sorumlu olan en büyük enzim grubudur. Bu enzimleri kodlayan gen bölgesindeki varyasyon enzimlerin fonksiyonunu değiştirebilir. Böylece ilacın eliminasyonu ve etkileri değişebilir, sonuçta ilaçlara verilen cevapta farklılıklara ve ilaç yan etkilerinin görülmesine neden olabilir [224]. İlaçların metabolizmasının genetik farklılıklar nedeniyle değişmesini inceleyen bu tür çalışmalar farmakogenetik çalışmalar olarak adlandırılır. Sitokrom enzim polimorfizminin büyük kısmını tek nükleotid polimorfizmi denen ‘SNP’ ler oluşturmaktadır [225]. Genler üzerindeki polimorfizmlerin tamamının enzim üzerindeki etkileri bilinmemektedir. 10 milyon civarında olduğu tahmin edilen SNP’lerin yalnızca

%1’ i fonksiyonel değişikliğe yol açtığı düşünülmektedir. Bu da 100.000 civarı polimorfik bölge olduğunu göstermektedir [226]. Ancak, DNA dizisinde gözlenen bir polimorfizm her zaman fonksiyonel önem taşımayabilir [227].

CYP enzimlerini kodlayan genlerdeki polimorfizm sonrası protein ekspresyonunda azalma, artma ya da yokluk şeklinde görülebilir. Protein ekspresyonunda oluşabilecek bu değişiklik enzim aktivitesini de etkileyecektir [228]. İlaçların metabolizmasından sorumlu olan enzimin her iki alelinde de ekspresyonunun tamamen kaybına yol açan genetik farklılıkları taşıyan bireyler yavaş metabolizör (YM) bireylerdir. Bu bireylerde ilaç eliminasyon hızı azalır ve toksik belirtiler görülebilir. Her iki aleli de yabanıl tip (wild type) olup normal fonksiyonlu enzim kodlayan bireyler homozigot hızlı metabolizör (homozigot HM) bireylerdir. Bir aleli yabanıl tip (wild type) diğer aleli varyant olan bireyler ise heterozigot hızlı metabolizörler (heterozigot HM) olarak gruplanırlar. Bazen de gen duplikasyonu ve promotör bölge mutasyonu sonucu enzim ekspresyonunun artmasına bağlı olarak aşırı miktarda enzim

sentezi gerçekleşir ve ilacın eliminasyonu hızlanır. Bu bireyler çok hızlı metabolizörler (ÇHM) olarak adlandırılırlar [223, 229, 230].

2.2.6. Sitokrom P450 Enzim Gen Polimorfizmlerinin Klinik Önemi İnsanda genetik polimorfizm gösteren sitokrom enzimlerin bilinmesi tedavinin uygunluğu açısından önemli olabilir ve klinikte tedavinin bireyselleştirilmesine olanak sağlayabilir. İlaçlara karşı kişinin verdiği cevabın genetik yapıya göre değişmesini inceleyen bilim dalına farmakogenetik denir.

Özellikle terapötik indeksi dar olan ilaçların (varfarin, fenitoin gibi) klinikte kullanımı farmakogenetik çalışmaların önemini ortaya koymuştur. Kişilerin genetik polimorfizmlerinin tedavi öncesinde bilinmesi ve verilecek ilacın dozunun ayarlanması hastanelerde rutin uygulamalar arasına girmiştir.

Ters ilaç reaksiyonu klinikte en önemli problemlerden biridir. Ters ilaç reaksiyonunun en önemli nedenlerinden birisi sitokrom P450 enzim polimorfizmidir [231]. Faz I polimorfik enzimlerin metabolize ettikleri ilaçların

% 56’sında ters ilaç reaksiyonu gözlendiği bildirilmiştir. Bu reaksiyonların % 86’sından CYP450 enzimlerinin sorumlu olduğu rapor edilmiştir [232].

Amerika Birleşik Devletleri’nde hastaneye yatırılan hastaların, % 6,7’si ters ilaç reaksiyonu nedeniyle yatırılmıştır [233]. Yılda 100.000’in üzerinde ters ilaç reaksiyonu nedeniyle ölüm vakası bildirilmiştir [231].

2.2.7. Sitokrom P450 Enzim Sisteminin Fonksiyonel Önemi

Sitokrom P450 enzim sistemi, dışarıdan alınan ilaçların, çeşitli şekilde vücuda alınan kimyasal maddeler, ensektisidler gibi ksenobiyotiklerin metabolizmasından sorumlu enzim grubudur. Bu enzim ailesi steroid, safra asidi, vitamin D3 sentezi, ksenobiyotiklerin, araşidonik asitin ve eikosanoidlerin metabolizması, gibi birçok endojen maddenin metabolizmasından da sorumludur [234]. İnsanda ilaç metabolizmasından sorumlu major CYP enzimleri: CYP1, CYP2 ve CYP3 klinikte kullanılan ilaçların %90’ından fazlasının ve ksenobiyotiklerin metabolizmasından sorumludur. Bu enzimlerin öne çıkan alt grupları CYP3A, CYP2D6, CYP2C9, CYP2C19 ve CYP1A2’dir.

2.2.7.1 Sitokrom P450 2C9

CYP2C alt ailesi, karaciğer mikrozomlarında bulunan CYP’lerin yaklaşık %18’ini oluşturmakta ve klinikte kullanılmakta olan ilaçların

%20’sinin metabolizmasından sorumludur [235]. CYP2C alt grubunun üyeleri esas olarak 2C8, 2C9, 2C18 ve 2C19 enzimlerinden oluşur. CYP2C alt ailesinin üyeleri çok yüksek oranda (%82-95) amino asit sekans homolojisi göstermektedir [236] (Tablo 4).

Tablo 4. CYP2C alt ailesinin amino asit homoloji profili

CYP2C9 CYP2C19 CYP2C8 CYP2C18

CYP2C9 % 93,9 % 82.8 % 85,6

% 95.7 % 89.4 % 92,7

CYP2C19 % 93,9 % 82.6 % 85.7

% 95.7 % 90.6 % 92.7

CYP2C8 % 82.8 % 82.6 % 83.7

% 89.4 % 90.6 % 88.7

CYP2C9 ve CYP2C19 enzimleri %93-95 oranında aminoasit benzerliği göstermesine rağmen oldukça az substrat özgüllüğü gösterirler (490 aminoasitten sadece 43 tanesi birbirinden farklı) [236, 237]. Bu alt ailenin bütün üyeleri genetik polimorfizm göstermektedir. Özellikle CYP2C9 ve CYP2C19’a ait genetik polimorfizmler klinikte ters ilaç etkilerine, toksisitesine ve tedavi etkinliğinde değişikliklere yol açabilir [238, 239]. CYP2C alt grubunun üyeleri olan 2C8, 2C9, 2C18 ve 2C19 10. kromozomun 10q.24.1 bölgesinde kodlanmıştır. CYP2C9 geni 490 aminoasitlik bir proteini kodlar ve bu proteinin 6 tane substrat tanıma bölgesi vardır [240] (Şekil 5, [241].

Şekil 5. CYP2C9’un aminoasit dizilimine göre substrat tanıma bölgeleri (STB: substrat tanıma bölgesi)

Tablo.5. Klinik açıdan önemli sitokrom P450 2C9 substratları, inhibitörleri ve indükleyicileri

In document BEHÇET HASTALARINDA SİTOKROM P450 2C (CYP2C9 VE CYP2C19) VE P-GLİKOPROTEİN GENETİK POLİMORFİZM VE AKTİVİTELERİNİN İNCELENMESİ (Page 46-53)