Sitokrom P450 Enzimi ve Kanser
İnsan vücûduna zararlı olabilecek ksenobiyotikler ve çeşitli endojen bileşikler, Faz I ve Faz II enzimleri olarak adlandırılan biyolojik katalizörler tarafından zararsız hale getirilmektedir. Faz I enzimleri, hidroksilasyon, redüksiyon ve hidroliz reaksiyonlarını katalizlemektedir. Bu tip Faz I reaksiyonları sonucu oluşan ürünler, Faz II enzimlerinin katalizledikleri reaksiyonlarla; glukuronik asit, sülfat ve asetat gibi polar metabolitlere dönüştürülmektedir. Böylece zararlı kimyasal maddeler daha polar metabolitler haline dönüştürülerek vücudumuzdan uzaklaştırılmaktadır. Ancak, bu detoksifıkasyon mekanizması sırasında, kimyasal maddeler üzerinde meydana gelen bir takım yapısal değişikliklerle ksenobiyotiklerin biyoaktivasyonu gerçekleşmektedir.
Sitokrom P450 enzimleri insanda Faz I enzimleri olarak bilinmektedir. Faz I enzimlerinin katalizledikleri reaksiyonlar sonucunda bir takım ara metabolitler oluşmaktadır. Bu ara metabolitler, hücre için kuvvetli karsinojen özellik taşımaktadır (Murray ve ark., 1993). Sitokrom P450 enzimlerinin ksenobiyotik metabolizması sonucunda oluşan bu ara metabolitler, hücrenin karsinojenik forma dönüşmesini tetiklemektedir. Yapılan araştırmalar, sitokrom P450 enzimlerinin ekspresyon seviyesiyle bu karsinojenlerin oluşması arasında doğrudan bir ilişkinin varlığını ortaya koymaktadır. Sitokrom P450 enzimlerinin ekspresyonu çeşitli ksenobiyotikler tarafından indüklenmektedir. Ksenobiyotikler tarafından ekspresyonu indüklenen sitokrom P450 enzimlerinin biyolojik aktivasyonuyla, ilgili hücrenin kanser hücresi oluşumu arasındaki ilişkiyi açıklamaya yönelik bir çok çalışma bulunmaktadır (Delescluse ve ark., 2000).
Bizim çalışmamız, sitokrom P4501 ailesinin, A sub ailesi üyelerinden CYP1A1 (Cytochrom Protein 1 Al) enzimi üzerinedir.
Sitokrom P4501 Enzim Ailesi
Sitokrom P4501 enzim ailesinin 3 üyesi bulunmaktadır. Bunlar sitokrom P4501A1, 1A2, ve 1B1 enzimleridir. Bu aile üyelerinin genlerinde psödogen bulunmamaktadır. Bu genlerin ekspresyonlan, AhR/Amt (Aromatik hidrokarbon reseptör/ Ah reseptör nücleer translokatör) adı verilen bir yolak ile düzenlenmektedir.
Bu enzimler, Polisiklik Aromatik Hidrokarbonlar (PAH), dioksin 2,3,7,8-tetrachloro-p-dibenzodioxin (TCDD) ve Aromatik Heterosikiik Aminler (AHA) gibi kuvvetli ksenobiyotiklerin biyoaktivasyonlannın yanısıra, 17p*estradiol ve östrojen gibi endojen bileşiklerin de karsinojenik biyoaktivasyon mekanizmasından sorumlu enzimlerdir (Barouki ve Morel, 2001).
Sitokrom P450 Süper Gen Ailesi
Sitokrom P450 Süper Gen Ailesi
Sitokrom P450 süper gen ailesi, yapısı ve fonksiyonuyla çok geniş bir enzim ailesini oluşturmaktadır. Bu enzimlerle ilgili ilk çalışmalann I960'lı yıllarda yapılmaya başlandığı görülmektedir. Bu ilk çalışmaların ardından, Fuji-Kuriyama ve arkadaşlannm (1980) buldukları yeni bilgiler ışığında, bu enzimleri sınıflandırma zorunluluğunun ortaya çıktığı bildirilmektedir. Nebert ve arkadaşlan'nın (1987) "sitokrom P450 enzimlerinin, amino asit dizi benzerliklerine göre sınıflandırmalarını" önerdiği belirtilmektedir. Bu öneriye göre yapılan sınıflandırmada, yapısal ve fonksiyonel olarak birbirlerine yakın olan sitokrom P450 enzimleri bir araya gelmektedir. Sitokrom P450 enzimleri ilk olarak aile ve sub aile olarak ayrılmaktadır. Buna göre amino asit dizilimi yönünden en az %40 benzerlik gösteren enzimler aynı aile içinde yer almaktadır. Aynı sub aile grubunda ise aminoasit dizilim benzerliği en az %55 olmaktadır. Bu özelliklere göre yapılan sınıflandırma sonucunda; 16 aile ve çok miktarda sub aile ortaya çıkmıştır. Bu 16 ailenin 9 tanesinin kolesterol ve steroid hormon sentezi ile ilgili olduğu, 4 tanesinin mitokondriyonda bulunduğu ve elektron taşıma zinciri ile ilgili olduğu vurgulanmaktadır (Hasler ve ark., 1999). En büyük enzim ailelerinin ise CYP1, CYP4 ve CYP2 olduğu gösterilmektedir (Sundberg, 2001).
Sitokrom P450 enzimlerinin isimlendirilmesinde; P harfi proteini; 450 sayısı proteinin absorbans değerini; sonra gelen rakam aileyi; aileden sonra gelen harf sub aileyi ve en son kullanılan rakam ise enzimi simgelemektedir (Hasler ve ark., 1999; Nelson ve ark., 1996).
Sitokrom P450 süper gen ailesi, yapısı ve fonksiyonuyla çok geniş bir enzim ailesini oluşturmaktadır. Bu enzimlerle ilgili ilk çalışmalann I960'lı yıllarda yapılmaya başlandığı görülmektedir. Bu ilk çalışmaların ardından, Fuji-Kuriyama ve arkadaşlannm (1980) buldukları yeni bilgiler ışığında, bu enzimleri sınıflandırma zorunluluğunun ortaya çıktığı bildirilmektedir. Nebert ve arkadaşlan'nın (1987) "sitokrom P450 enzimlerinin, amino asit dizi benzerliklerine göre sınıflandırmalarını" önerdiği belirtilmektedir. Bu öneriye göre yapılan sınıflandırmada, yapısal ve fonksiyonel olarak birbirlerine yakın olan sitokrom P450 enzimleri bir araya gelmektedir. Sitokrom P450 enzimleri ilk olarak aile ve sub aile olarak ayrılmaktadır. Buna göre amino asit dizilimi yönünden en az %40 benzerlik gösteren enzimler aynı aile içinde yer almaktadır. Aynı sub aile grubunda ise aminoasit dizilim benzerliği en az %55 olmaktadır. Bu özelliklere göre yapılan sınıflandırma sonucunda; 16 aile ve çok miktarda sub aile ortaya çıkmıştır. Bu 16 ailenin 9 tanesinin kolesterol ve steroid hormon sentezi ile ilgili olduğu, 4 tanesinin mitokondriyonda bulunduğu ve elektron taşıma zinciri ile ilgili olduğu vurgulanmaktadır (Hasler ve ark., 1999). En büyük enzim ailelerinin ise CYP1, CYP4 ve CYP2 olduğu gösterilmektedir (Sundberg, 2001).
Sitokrom P450 enzimlerinin isimlendirilmesinde; P harfi proteini; 450 sayısı proteinin absorbans değerini; sonra gelen rakam aileyi; aileden sonra gelen harf sub aileyi ve en son kullanılan rakam ise enzimi simgelemektedir (Hasler ve ark., 1999; Nelson ve ark., 1996).
Sitokrom P450 Enzim Sistemi
Sitokrom P450 Enzim Sistemi
Organizma yaşamını devam ettirebilmek için gereken besin ve enerjiyi, habitatlannda bulunan kimyasal maddelerden sağlamaktadır. Bu kimyasal maddeler bitkisel ve hayvansal kaynaklı olabildiği gibi, endüstriyel kaynaklı da olabilmektedir. Gelişen endüstriyel teknolojiyle doğada bulunan sentetik maddelerin sayısı hızla artmaktadır. Bu sentetik maddelerin çoğunluğunu terapötik ilaçlar ve ksenobiyotik maddeler oluşturmaktadır (Organizma için yabancı her türlü maddeye ksenobiyotik denmektedir).
Organizma, ksenobiyotik maddelerin zararlı etkilerinden korunmak için çeşitli koruyucu sistemler geliştirmiştir. Bu koruyucu sistemlerden bazıları özelleşmiş enzimlerden oluşmaktadır. Sitokrom P450 enzim ailesi, özelleşmiş enzimlerin oluşturduğu koruyucu sistemlerden biridir (Hasler ve ark., 1999).
Sitokrom P450 enzimleri, "Sitokrom P450 süper gen ailesi"* olarak adlandırılan ailenin üyeleridir. Sitokrom P450 enzimleri, bitkiler, hayvanlar, mayalar ve bazı bakterilerle, insanda bulunan geniş bir enzim sistemini oluşturmaktadır. Bu enzimler, hücre içerisinde en çok granülsüz endoplazma retikulumu ve mitokondriyon organelinde bulunmaktadır. Endoplazma retikulumu organeli üzerinde bulunan sitokrom P450 enzimleri "ksenobiyotik sitokrom enzimleri", mitokondriyon organeli üzerinde bulunan sitokrom P450 enzimleri ise "steroidojenik sitokrom enzimleri" olarak adlandırılmaktadır. Steroidojenik sitokrom enzimlerinin, filogenetik olarak, ksenobiyotik sitokrom enzimlerinden daha eski olduğu ve ksenobiyotiklerin steroidojeniklerden geliştiği belirtilmektedir
(www.gata.edu.tr/dahilibilimler/ cocukruh/cyp. htm).
İnsanda, sitokrom P450 enzimlerinin katalizledikleri çok önemli reaksiyonlar bulunmaktadır. Bunlardan bir kaçım; a) steroid hormon biyosentezi, b) ksenobiyotiklerin reaktif metabolitlere (şerbet radikaller) dönüşüm metabolizması, c) detoksifikasyon, d) doymamış yağ asitlerinin hücre içi habercilere oksidasyonu, e) yağda çözülebilen vitaminlerin metabolizması şeklinde sayabiliriz.
Sitokrom P450 Enzimlerinin Spektrofotometrik Özellikleri
Sitokrom P450 enzimlerinin ilk kez, Martin Klingenberg (1958) tarafından tanımlandığı belirtilmektedir. Pigmentlerin spektrofotometrik özellikleriyle ilgili araştırma yapan Martin Klingenberg'in, rat karaciğerinden hazırladığı mikrozomlara indirgeyici ajan ilave ettikten sonra karbondioksidle muamele ettiği ve bu sırada 450 nanometre(nm)'de bir absorbans değeri saptadığı bildirilmektedir. Bu absorbans değerinin, Omura T.(1962) ve Şato R. (1964) isimli bilim adamlarının yaptıktan çalışmalarla hemoprotein olarak karakterize edilen bir sitokroma ait olduğu belirtilmiştir. Bu absorbans değerini gösteren enzimler P450 enzimleri olarak adlandırılmaktadır. Bu değer, diğer hemoproteinlerin absorbans değerinden farklıdır. Estabrook (1963) ve Cooper (1965), yaptıkları çalışmalarla, bu absorbans değerim gösteren enzimlerin ilaç ve diğer ksenobiyotik metabolizmasından sorumlu olduğunu bildirmektedir (Hasler ve ark., 1999).
Sitokrom P450 Enzimlerinin Biyokimyasal Özellikleri
Sitokrom P450 enzimleri oksijenazlar sınıfı içerisinde bulunmaktadır. Bu enzimler monooksidazlar veya karışık fonksiyonlu oksidazlar olarak ta adlandırılmaktadır. Sitokrom P450 enzimleri, çeşitli lipofılik organik kimyasalların oksidatif metabolizması için moleküler oksijeni aktive eden hücre içi proteinlerdir. Ökaryotik hücrelerde sitokrom P450 enzimleri membrana bağlı proteinler olarak bulunmaktadır. Bu aile üyelerinin yapılarında hem grubu içeren proteinler bulunmaktadır.
Sitokrom P450 enzimleri 40 farklı reaksiyonu katalizlemektedir. Bu reaksiyonlarda kullanılan subsrat sayısının 1000'in üzerinde olduğu belirtilmektedir. Memeli sitokrom P450 enzimlerinin biyokimyasal özelliklerini aşağıdaki gibi sıralayabiliriz.
a) Bir sitokrom P450 enzimi ortalama 50 amino asitten oluşmaktadır.
b) Hücre içerisinde bulunan diğer hemoproteinlerden farklı olarak sitokrom P450 enzimleri, karboksi terminali yakınında içerdikleri sistein amino asitleri aracılığıyla, kimyasal maddelerin hem grubuna bağlanabileceği bir yapı oluşturmaktadır. Sistein amino asitlerinde bulunan tioalkol (-SH) grubu demirin porfirin halkasının elektron yoğunluğunu değiştirerek moleküler oksijenin aktivasyonu için elektronik bir merkez oluşturmaktadır.
c) Sitokrom P450 enzimleri, hücre içi kimyasal moleküllerden çoğunun NADPH (Nikotinamid Adenin Dinükleotit Fosfat) ve Ot (Moleküler oksijen) bağımlı oksidatif transformasyonunu katalizlemektedir. Bazı sitokrom P450 enzimleri belirli kimyasal maddeleri katalizleme reaksiyonlarına özgündür ve sadece bu maddelerin reaksiyonlarına katılmaktadır. Bunun yanı sıra, bir çok kimyasal maddenin katalizlenme reaksiyonlarına katılan sitokrom P450 enzimleri de bulunmaktadır.
d) Sitokrom P450 enzimleri insan vücudunun hemen her dokusunda bulunmaktadır. Karaciğer, bağırsak ve adrenal bez korteksinde diğer hemoproteinlere göre daha fazla bulunmaktadır. Ayrıca bazı sitokrom P450 enzimleri dokuya özgül olabilmektedir.
e) Sitokrom P450 enzimlerinin hücre içi ekspresyon seviyesi çeşitli indükleyici ajanlar vasıtasıyla indüklenmektedir. Ekspresyon seviyesi artan sitokrom P450 enziminin türü, indükleyici ajana göre değişiklik göstermektedir. Sitokrom P450 gen ailesine mensup farklı üyeler, farklı indükleyici ajanlar tarafından indüklenmektedir
Organizma yaşamını devam ettirebilmek için gereken besin ve enerjiyi, habitatlannda bulunan kimyasal maddelerden sağlamaktadır. Bu kimyasal maddeler bitkisel ve hayvansal kaynaklı olabildiği gibi, endüstriyel kaynaklı da olabilmektedir. Gelişen endüstriyel teknolojiyle doğada bulunan sentetik maddelerin sayısı hızla artmaktadır. Bu sentetik maddelerin çoğunluğunu terapötik ilaçlar ve ksenobiyotik maddeler oluşturmaktadır (Organizma için yabancı her türlü maddeye ksenobiyotik denmektedir).
Organizma, ksenobiyotik maddelerin zararlı etkilerinden korunmak için çeşitli koruyucu sistemler geliştirmiştir. Bu koruyucu sistemlerden bazıları özelleşmiş enzimlerden oluşmaktadır. Sitokrom P450 enzim ailesi, özelleşmiş enzimlerin oluşturduğu koruyucu sistemlerden biridir (Hasler ve ark., 1999).
Sitokrom P450 enzimleri, "Sitokrom P450 süper gen ailesi"* olarak adlandırılan ailenin üyeleridir. Sitokrom P450 enzimleri, bitkiler, hayvanlar, mayalar ve bazı bakterilerle, insanda bulunan geniş bir enzim sistemini oluşturmaktadır. Bu enzimler, hücre içerisinde en çok granülsüz endoplazma retikulumu ve mitokondriyon organelinde bulunmaktadır. Endoplazma retikulumu organeli üzerinde bulunan sitokrom P450 enzimleri "ksenobiyotik sitokrom enzimleri", mitokondriyon organeli üzerinde bulunan sitokrom P450 enzimleri ise "steroidojenik sitokrom enzimleri" olarak adlandırılmaktadır. Steroidojenik sitokrom enzimlerinin, filogenetik olarak, ksenobiyotik sitokrom enzimlerinden daha eski olduğu ve ksenobiyotiklerin steroidojeniklerden geliştiği belirtilmektedir
(www.gata.edu.tr/dahilibilimler/ cocukruh/cyp. htm).
İnsanda, sitokrom P450 enzimlerinin katalizledikleri çok önemli reaksiyonlar bulunmaktadır. Bunlardan bir kaçım; a) steroid hormon biyosentezi, b) ksenobiyotiklerin reaktif metabolitlere (şerbet radikaller) dönüşüm metabolizması, c) detoksifikasyon, d) doymamış yağ asitlerinin hücre içi habercilere oksidasyonu, e) yağda çözülebilen vitaminlerin metabolizması şeklinde sayabiliriz.
Sitokrom P450 Enzimlerinin Spektrofotometrik Özellikleri
Sitokrom P450 enzimlerinin ilk kez, Martin Klingenberg (1958) tarafından tanımlandığı belirtilmektedir. Pigmentlerin spektrofotometrik özellikleriyle ilgili araştırma yapan Martin Klingenberg'in, rat karaciğerinden hazırladığı mikrozomlara indirgeyici ajan ilave ettikten sonra karbondioksidle muamele ettiği ve bu sırada 450 nanometre(nm)'de bir absorbans değeri saptadığı bildirilmektedir. Bu absorbans değerinin, Omura T.(1962) ve Şato R. (1964) isimli bilim adamlarının yaptıktan çalışmalarla hemoprotein olarak karakterize edilen bir sitokroma ait olduğu belirtilmiştir. Bu absorbans değerini gösteren enzimler P450 enzimleri olarak adlandırılmaktadır. Bu değer, diğer hemoproteinlerin absorbans değerinden farklıdır. Estabrook (1963) ve Cooper (1965), yaptıkları çalışmalarla, bu absorbans değerim gösteren enzimlerin ilaç ve diğer ksenobiyotik metabolizmasından sorumlu olduğunu bildirmektedir (Hasler ve ark., 1999).
Sitokrom P450 Enzimlerinin Biyokimyasal Özellikleri
Sitokrom P450 enzimleri oksijenazlar sınıfı içerisinde bulunmaktadır. Bu enzimler monooksidazlar veya karışık fonksiyonlu oksidazlar olarak ta adlandırılmaktadır. Sitokrom P450 enzimleri, çeşitli lipofılik organik kimyasalların oksidatif metabolizması için moleküler oksijeni aktive eden hücre içi proteinlerdir. Ökaryotik hücrelerde sitokrom P450 enzimleri membrana bağlı proteinler olarak bulunmaktadır. Bu aile üyelerinin yapılarında hem grubu içeren proteinler bulunmaktadır.
Sitokrom P450 enzimleri 40 farklı reaksiyonu katalizlemektedir. Bu reaksiyonlarda kullanılan subsrat sayısının 1000'in üzerinde olduğu belirtilmektedir. Memeli sitokrom P450 enzimlerinin biyokimyasal özelliklerini aşağıdaki gibi sıralayabiliriz.
a) Bir sitokrom P450 enzimi ortalama 50 amino asitten oluşmaktadır.
b) Hücre içerisinde bulunan diğer hemoproteinlerden farklı olarak sitokrom P450 enzimleri, karboksi terminali yakınında içerdikleri sistein amino asitleri aracılığıyla, kimyasal maddelerin hem grubuna bağlanabileceği bir yapı oluşturmaktadır. Sistein amino asitlerinde bulunan tioalkol (-SH) grubu demirin porfirin halkasının elektron yoğunluğunu değiştirerek moleküler oksijenin aktivasyonu için elektronik bir merkez oluşturmaktadır.
c) Sitokrom P450 enzimleri, hücre içi kimyasal moleküllerden çoğunun NADPH (Nikotinamid Adenin Dinükleotit Fosfat) ve Ot (Moleküler oksijen) bağımlı oksidatif transformasyonunu katalizlemektedir. Bazı sitokrom P450 enzimleri belirli kimyasal maddeleri katalizleme reaksiyonlarına özgündür ve sadece bu maddelerin reaksiyonlarına katılmaktadır. Bunun yanı sıra, bir çok kimyasal maddenin katalizlenme reaksiyonlarına katılan sitokrom P450 enzimleri de bulunmaktadır.
d) Sitokrom P450 enzimleri insan vücudunun hemen her dokusunda bulunmaktadır. Karaciğer, bağırsak ve adrenal bez korteksinde diğer hemoproteinlere göre daha fazla bulunmaktadır. Ayrıca bazı sitokrom P450 enzimleri dokuya özgül olabilmektedir.
e) Sitokrom P450 enzimlerinin hücre içi ekspresyon seviyesi çeşitli indükleyici ajanlar vasıtasıyla indüklenmektedir. Ekspresyon seviyesi artan sitokrom P450 enziminin türü, indükleyici ajana göre değişiklik göstermektedir. Sitokrom P450 gen ailesine mensup farklı üyeler, farklı indükleyici ajanlar tarafından indüklenmektedir