1.1.3. Способность цитохромов Р450 к индукции
     Одним из важнейших свойств компонентов монооксигеназной системы, в частности 
цитохрома Р-450, является способность к индукции под действием внешнего стимула, в роли 
которого могут выступать ксенобиотики, определенные физические воздействия, стресс. В 
отдельных случаях экзогенные вещества индуцируют ферменты (в том числе цитохромы Р-450) 
своего метаболизма, что важно иметь в виду при приеме лекарств, побочным действием 
которых является индукция ферментов собственного метаболизма. Феномен индукции 
цитохромов Р450 является важнейшей составляющей адаптивного ответа на чужеродные 
соединения, попадающие в клетку. Это приводит к усилению детоксификационной функции 
организма с последующим выведением ксенобиотика. Хроническое введение крысам 
барбитуратов постепенно уменьшало время сна от этих препаратов из-за усиления их 
метаболизма. Отсюда было сделано заключение, что данные метаболические изменения 
вызваны индукцией определенных форм цитохрома Р450. Процесс индукции цитохромов Р450 
синтетическими или природными соединениями зарегистрирован у млекопитающих, птиц, рыб, 
беспозвоночных, растениях, дрожжах и бактериях. Все это свидетельствует о биологической 
важности этого явления.
     Некоторые цитохромы P-450 являются высоко индуцибильными: например, экспрессия Р-
450 1А1 может увеличиваться более чем в сто раз в печени и многих других тканях под 
действием 2,3,7,8,-тетрахлородибензо-р-диоксина, 3-метилхолантрена или других 
полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Экспрессия Р-450 2Е1 в печени 
возрастает под воздействием этанола, ацетона, изониазида, имидазола и других веществ, а 
экспрессия цитохромов подсемейства 4А в печени и почках вызывается клофибратом и 
другими пероксисомальными пролифераторами. Эффективными индукторами Р-450 подсемейства 
3А являются макролидные антибиотики, синтетические стероиды (например, дексаметазон), и 
фенобарбитал (ФБ). ФБ вместе с большой группой структурно различных химических 
соединений, может также увеличивать экспрессию индивидуальных членов подсемейств 
подсемейств цитохромов Р-450 2А, 2В и 2С как у лабораторных животных, так и у людей 
(например, индукция цитохромов Р-450 2С под действием ФБ в культурах человеческих 
гепатоцитов). Параметры индукции некоторых цитохромов Р450 приведены в табл. 2.

Табл. 2 Индукция цитохромов Р450 различными соединениями

Как видно из таблицы, ряд цитохромов Р450 активируется при участии специфичных 
рецепторов. Лишь для Р-450 1А1 и, соответственно, Ah-рецептора известен детальный 
механизм действия. Для остальных Р450, как правило, идентифицирован специфичный 
рецептор, но механизм действия к настоящему времени детально не описан (соответствующие 
ссылки – в табл. 2). Кроме транскрипционного механизма индукции для цитохромов Р450 
известны также посттранскрипционные (стабилизация мРНК) и пострансляционные 
(стабилизация белка, модификация фермента) механизмы. Последние характерны для 
цитохромов Р450 1А2, 2Е1 и 3А1.

1.1.4. Механизм индукции цитохрома Р450 1А1

     Важность изучения цитохромов Р450 1А подсемейства у человека и экспериментальных 
животных обусловлена их ролью в химически индуцированном канцерогенезе. Именно эти 
ферменты осуществляют метаболическую активацию многих кацерогенных соединений, включая 
полициклические ароматические углеводороды, гетероциклические амины, ароматические 
амина и другие соединения. У большинства видов млекопитающих 1А подсемейство состоит из 
2-х членов: 1А1 и 1А2 . CYP1A1 не обнаруживается в нормальной печени, а экспрессируется 
лишь под воздействием ксенобиотиков-индукторов, к которым относятся ПАУ. Цитохромы Р450 
1А1 и 1А2 осуществляют биоактивацию следующих прооксидантов и проканцерогенов: Р450 
1А1 – бенз[а]пирена и других ПАУ, Р450 1А2 – ПАУ, ароматических аминов, нитрозоаминов, 
парацетамола, гетероциклических аминов.
     Для CYP1А1 характерен генетический полиморфизм индуцибельности среди инбредных
 линий мышей. Некоторые линии (например, C57Bl/6) чувствительны к индукции ПАУ-
соединениями, тогда как другие (DBA/2) не отвечают на введение этих соединений.
Такой полиморфизм связан с генетическим локусом AhR (Aryl Hydrocarbon Recеptor), 
который кодирует белок, названный Ah-рецептором. С этим белком связывается химический 
индуктор. Канцерогенные ПАУ соединения, такие как МХ, - типичные индукторы CYP1А1 (см. 
рис. 4).
   

Рис. 4. ПАУ-соединения - типичные индукторы CYP1А
     Лигандами для AhR яляются планарные молекулы типа ПАУ. Позднее был найден еще 
более мощный индуктор, 2,3,7,8- тетрахлордибензо-р-диоксин (ТХДД), способный из-за 
высокой аффинности к Ah-рецептору вызывать индукцию в дозах, на порядок меньших, чем 
для других ПАУ. Наличие в клетке рецептора для соединения, произведенного человеком 
относительно недавно, остается загадкой для исследователей. Возможно, что ТХДД 
мимикрирует какое-то эндогенное природное соединение, способное связываться с Ah-
рецептором. Такие соединения были найдены в некоторых растениях. Как показали 
эксперименты с нокаутными мышами, возможно также существование и эндогенного лиганда, 
схожего по структуре с ТХДД.
 

Рис. 5. Схема индукции цитохрома Р4501А1

     Общепринятая на сегодняшний день схема активации гена CYP1А1 приведена на рис. 5. 
В отсутствие индуктора Ah-рецептор связан с белком теплового шока hsp90, который 
представляет собой компонент системы шейперонов, регулирующих стероид - и диоксин-
зависимые пути передачи сигнала. В этом случае взаимодействия белок-белок 
осуществляются через PAS-домен Ah-рецептора. Точная роль hsp90 в индукции CYP1А1 не 
определена, хотя полагают, что он поддерживает конфигурацию Ah-рецептора в состоянии, 
способствующем взаимодействию с лигандом.  В цитоплазме Ah-рецептор и hsp90 также 
взаимодействуют с белком 37-38кД, гомологичным FK506-связывающим белкам, имеющим три 
тетратрикопептидных повтора. Усиление экспрессии этого белка сопровождается почти 2-х 
кратным усилением индукции CYP1А1. Роль этого белка в индукции CYP1А1 также неясна. 
Возможно, он может влиять на взаимодействие Ah-рецептора с лигандом и/или 
способствовать его транслокации в ядро. Ah-рецептор относится к семейству факторов 
транскрипции, названных “helix-loop-helix/PAS”, т.е. спираль-петля-спираль, содержащих 
PAS домен, благодаря которому осуществляется взаимодействие с другим белковым фактором 
ARNT (Ah Receptor Nuclear Translocator), что необходимо для активации транскрипции гена 
CYP1А. В результате гетеродимеризации этих белков, которая происходит в ядре, 
образуется ДНК связывающий фактор транскрипции. ARNT экспрессируется во многих тканях. 
Нокаутные по этому белку мыши погибали на 10-ый день развития, что, возможно, отражает 
участие ARNT как фактора транскрипции в сигнальной трансдукции.
      Гетеродимеризации ARNT и Ah-рецептора осуществляется через HLH и PAS домены, в 
результате чего положительно заряженные области белков могут распознать XRE элементы 
ДНК. Исследование ДНК-белковых взаимодействий показало, что ARNT связывается с 5’ GTG 
3’ областью ХRЕ, а Ah – с соседним нуклеотидом. Промотор содержал несколько сайтов 
связывания для базальных факторов транскрипции, включая ТАТА-связывающие белки (ТВР). 
Анализ мутаций в области промотора показал, что ТВР-связывающие сайты также необходимы 
для транскрипции гена CYP1А1. Когда энхансеры неактивны, промотор не функционирует, 
следовательно, взаимодействие белков с проксимальными элементами гена является 
индуцибельным и зависит от активации Ah-рецептора и ARNT белка. Эти результаты 
представляются интересными, так как из них следует несколько важных выводов: 1. 
Промотор находится под контролем энхансера; 2. Должен существовать механизм, 
поддерживающий промотор в неактивном состоянии; 3. Взаимодействие энхансера с 
промотором является необходимым этапом в активации транскрипции гена CYP1А1. Таким 
образом, Ah-рецептор и ARNT белок усиливают транскрипцию гена CYP1А1. Показано также, 
что с XRE могут взаимодействовать также молекулы, не относящиеся к рецепторам. К 
настоящему времени сформировалось представление о том, что события, следующие после 
связывания комплекса с-Src-Ah-рецептор с лигандом, могут протекать в двух независимых 
направлениях: 1. Этот комплекс может транслоцироваться в ядро, как это уже было описано 
выше, и связываться со специфическими XRE (DRE)-элементами; 2. Активация Ah-рецептора 
усиливает активность тирозинкиназ, в результате чего возрастает транспорт глюкозы, 
усиливаются процессы фосфорилирования, а также активность липопротеинлипазы. Этот, так 
называемый DRE-независимый путь играет существенную роль в развитии токсических 
процессов, вызванных диоксинами и другими ПАУ-соединениями.
     Cуществует также негативная регуляция, в том числе в различных тканях и видах 
животных. Было показано, что некоторые ДНК-связывающие белки могут конкурировать за 
связывание с цис-активными элементами. Обнаружены также цис-активные негативные 
элементы, которые ингибируют конститутивную и индуцируемую транскрипцию гена CYP1А1. 
Молекулярные механизмы этого явления остаются невыясненными.
     Помимо того, что Ah-рецептор регулирует экспрессию генов CYP1А, он также 
определяет токсичность многих ПАУ-соединений. Исследования по изучению зависимости 
структура-активность с использованием инбредных линий мышей, различающихся по 
чувствительности к индукции этими соединениями, показали, что многие галогенированные 
полициклические углеводороды, связываясь с Ah-рецептором, индуцируют не только CYP1А, 
но и проявляют высокую токсичность. Эти данные, дополненные экспериментами с Ah-
нокаутными мышами, которые оказались устойчивыми к токсическому действию ТХДД, 
подтвердили гипотезу, что ксенобиотики, подобные ТХДД, реализуют биохимические и 
токсические эффекты через Ah-рецептор. Наличие этого белка, содержание которого широко 
варьирует для многих видов животных и во многих тканях, а также его способность 
связываться с лигандами и активировать экспрессию многих генов, дало возможность 
предположить, что токсическое действие ПАУ осуществляется через изменение экспрессии 
генов в чувствительных клетках.

Назад

Далее