Acido 20-idrossieicosatetraenoico - 20-Hydroxyeicosatetraenoic acid
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Nome IUPAC preferito
(5 Z ,8 Z ,11 Z ,14 Z )-20-acido idrossiicosa-5,8,11,14-tetraenoico |
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| Altri nomi
Acido 20-HETE, 20-idrossi-5,8,11,14-eicosatetraenoico, 20-idrossieicosatetraenoico
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| Identificatori | |
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Modello 3D ( JSmol )
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| Maglia | acido 20-idrossi-5,8,11,14-acido eicosatetraenoico |
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PubChem CID
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Cruscotto CompTox ( EPA )
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| Proprietà | |
| C 20 H 32 O 3 | |
| Massa molare | 320.473 g·mol −1 |
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Salvo indicazione contraria, i dati sono forniti per i materiali nel loro stato standard (a 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
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| Riferimenti alla casella informativa | |
L'acido 20-idrossieicosatetraenoico , noto anche come 20-HETE o 20-idrossi-5 Z ,8 Z ,11 Z ,14 Z -acido eicosatetraenoico, è un metabolita eicosanoide dell'acido arachidonico che ha un'ampia gamma di effetti sul sistema vascolare tra cui la regolazione del tono vascolare, il flusso sanguigno a organi specifici, il trasporto di sodio e fluidi nel rene e il rimodellamento della via vascolare. Questi effetti vascolari e renali di 20-HETE hanno dimostrato di essere responsabili della regolazione della pressione sanguigna e del flusso sanguigno a organi specifici nei roditori ; studi genetici e preclinici suggeriscono che 20-HETE può allo stesso modo regolare la pressione sanguigna e contribuire allo sviluppo di ictus e infarti. Inoltre, la perdita della sua produzione sembra essere una delle cause della malattia neurologica umana, la paraplegia spastica ereditaria . Gli studi preclinici suggeriscono anche che la sovrapproduzione di 20-HETE può contribuire alla progressione di alcuni tumori umani, in particolare quelli del seno.
Biosintesi
Produzione nell'uomo
Un sottogruppo di -idrossilasi legate al microsoma del citocromo P450 (CYP450) , le idrossilasi omega del citocromo P450 , metabolizza l' acido arachidonico a 20-HETE mediante una reazione di ossidazione degli omega . Gli enzimi CYP450 appartengono a una superfamiglia che nell'uomo è composta da almeno 57 membri e nei topi almeno 120 membri. Tra questa superfamiglia, alcuni membri delle sottofamiglie CYP4A e CYP4F della famiglia CYP4 sono considerati enzimi predominanti del citocromo P450 che sono responsabili nella maggior parte dei tessuti della formazione di 20-HETE e, contemporaneamente, quantità minori di 19-idrossi-5 Z ,8 Z , 11 Z , 14 Z acido -eicosatetraenoic (19-HETE). Tuttavia, CYP2U1 può anche contribuire alla produzione di questi due HETE e CYP4F8 può metabolizzare l'acido arachidonico in 19-HETE formando poco o nessun 20-HETE.
La produzione di 19-HETE con 20-HETE può essere significativa poiché 19( R )-HETE, sebbene non il suo stereoisomero , 19( S )-HETE, inibisca l'azione di 20-HETE sulle cellule endoteliali vascolari. Sulla base di studi che analizzano la produzione di altri HETE da parte degli enzimi CYP, la produzione di 19-HETE da parte di questi enzimi può includere sia i suoi stereoisomeri R che S.
Nell'uomo, le -idrossilasi CYP4 includono CYP4A11 , CYP4F2 e CYP4F3 con gli enzimi che sintetizzano 20-HETE predominanti essendo CYP4F2, che è il principale enzima che produce 20-HETE nel rene umano, seguito da CYP4A11. CYP4F3 è espresso come due enzimi distinti, CYP4F3A e CYP4F3B, a causa dello splicing alternativo di una singola molecola precursore del pre-mRNA; Il CYP4F3A è espresso principalmente nei leucociti, il CYP4F3B principalmente nel fegato. Il CYP4Z1 umano , che è espresso in una gamma limitata di tessuti come il seno e l'ovaio umani, può anche metabolizzare l'acido arachidonico a 20-HETE mentre il CYP4A22 umano , una volta considerato come un contributo alla produzione di 20-HETE, è ora considerato metabolicamente inattivo. Infine, CYP2U1 , l'unico membro della sottofamiglia umana CYP2U, è altamente espresso nel cervello e nel timo e in misura minore in numerosi altri tessuti come rene, polmone e cuore. La proteina CYP2U1 è anche altamente espressa, rispetto a molti altri enzimi del citocromo P450, nel tessuto mammario maligno; la linea cellulare di carcinoma mammario umano MCF-7 esprime RNA messaggero per questo citocromo.
Produzione da roditori e altri animali
Nei topi, gli unici enzimi produttori di 20-HETE e 19-HETE della sottofamiglia Cyp4a sono due ampiamente omologhi, Cyp4a12a e Cyp4a12b; Cyp4a12a è espresso nel rene maschile in modo ormone androgeno-dipendente. Nei ratti, Cyp4a1, Cyp4a2, Cyp4a3 e Cyp4a8 producono 20-HETE. La distribuzione tissutale di questi enzimi differisce da quella dell'uomo, rendendo alquanto complicate le estrapolazioni dagli studi sui roditori all'uomo.
CYP2J9 di topo, CYP2J3 di ratto e CYP2J di pecora metabolizzano l'acido arachidonico principalmente in 19-HETE ma anche in quantità minori di 20-HETE e, nel caso dell'enzima di pecora, 18-HETE; Il CYP2J2 umano , tuttavia, è un'epossigenasi , che metabolizza l'acido arachidonico in prodotti epossidici .
Fattori che regolano la produzione di 20-HETE
Molti agenti stimolano cellule e tessuti a produrre 20-HETE in vitro e in vivo. Gli androgeni sono stimolatori particolarmente potenti di questa produzione. Altri stimolatori includono i potenti agenti che inducono vasocostrizione , angiotensina II , endoteline e composti alfa adrenergici (es. noradrenalina ).
L'ossido nitrico , il monossido di carbonio e il superossido inibiscono la produzione di 20-HETE; questi agenti non farmacologici fanno legandosi al eme sito di legame del 20-HETE produrre enzimi citocromo p450. I farmaci che sono substrati per gli enzimi UDP-glucuronosiltransferasi (UGT) che metabolizzano la 20-HETE come agenti antinfiammatori non steroidei , oppioidi , gemfibrozil , Lasix , propanolo e vari inibitori della COX-2 possono agire come effetti collaterali indesiderati per aumentare i livelli di 20-HETE. Ci sono una varietà di agenti farmacologici che inibiscono la sintesi di 20-HETE compresi vari analoghi degli acidi grassi che competono reversibilmente con l'acido arachidonico per il sito di legame del substrato negli enzimi CYP e nei farmaci a base di benzene.
Riserva sulla produzione 20-HETE
Le citocromo ω-ossidasi comprese quelle appartenenti alle sottofamiglie CYP4A e CYP4F e CYPU21 idrossilato non solo acido arachidonico ma anche vari acidi grassi a catena più corta (es. acido laurico ) e/o più lunga (es. acido docosaesaenoico ). Possono anche -idrossilare e quindi ridurre l'attività di vari metaboliti degli acidi grassi (ad esempio LTB4 , 5-HETE , acido 5-osso-eicosatetraenoico , 12-HETE e diverse prostaglandine ) che regolano l' infiammazione , le risposte vascolari e altre reazioni. Questo inattivazione metabolismo indotta può essere alla base dei ruoli proposti dei citocromi smorzare risposte infiammatorie e le associazioni riportate di alcuni CYP4F2 e CYP4F3 singolo nucleotide varianti con umani malattia di Krohn e malattia celiaca , rispettivamente. Sebbene molti degli effetti e delle malattie associati alla sovra o sottoespressione, all'inibizione farmacologica e alle varianti a singolo nucleotide o mutanti delle -idrossilasi del citocromo siano stati attribuiti al loro impatto sulla produzione di 20-HETE, l'influenza di questi azioni spesso non sono state definite.
Metabolismo
Si ritiene che la glucuronidazione di 20-HETE da parte delle UDP-glucuronosiltransferasi (UGT) sia una via primaria di eliminazione di 20-HETE e quindi di inattivazione nell'uomo.
Ci sono molti altri percorsi che metabolizzano 20-HETE. Le piastrine umane e altri tessuti lo metabolizzano attraverso la cicloossigenasi (s) per formare gli analoghi 20-idrossi della prostaglandina G2 , del trombossano A2 , del trombossano B2 e dell'11( R )-idroperossi-20-idrossi-5 Z ,8 Z ,11 Z , 14 Z acido -eicosatetraenoic che viene rapidamente ridotta a 11,20-diidrossi-5 Z , 8 Z , 11 Z , 14 Z acido -eicosatetraenoic; lo metabolizzano anche attraverso la 12-lipossigenasi per formare acido 12( S )-idroperossi-20-idrossi-5 Z ,8 Z ,101 E ,14 Z -eicosatetraenoico che viene anche rapidamente ridotto a 12,20-diidrossi-5 Z , 8 Z ,101 E ,14 Z -acido eicosatetraenoico. (La chiralità dei residui idroperossidici e idrossilici nelle posizioni 11 e 12 negli acidi eicosatetraenoici è prevista sulla base di studi che definiscono la chiralità dei metaboliti aracdionici prodotti da questi enzimi.) Poiché i metaboliti prostaglandine e trombossano di 20-HETE mancano delle piastrine- attività stimolanti ai loro precursori prostaglandine e trombossano e poiché anche i metaboliti 12-idrossi e 11-idrossi di 20-HETE possono essere inattivi, queste vie metaboliche sembrano funzionare nell'inattivazione di 20-HETE rispetto al sistema piastrinico. Tuttavia, i metaboliti della 20-idrossi prostaglandina sono in grado di contrarre gli anelli dell'aorta di ratto e quindi potrebbero contribuire alle azioni ipertensive di 20-HETE.
Le cellule muscolari lisce coltivate e le cellule endoteliali dal microcircolo cerebrale di topo ossidano 20-HETE al suo analogo 20-carbossilico, 20-carbossi-5 Z ,8 Z ,11 Z ,14 Z -acido eicosatetraenoico, quindi a 18-carbossi-5 Z ,8 Z ,10 Z ,14 Z -ottadecatetraenoico, e poi all'ulteriore acido dicarbossilico a catena accorciata, l'acido 16-carbossi-5 Z ,8 Z ,10 E -esadecatrrenoico, in una serie di reazioni di ossidazione Beta . È probabile che questi percorsi di accorciamento servano anche nell'inattivazione di 20-HETE, sebbene il prodotto iniziale di questo percorso di accorciamento, 20-carbossi-HETE, dilata i microvasi coronarici nel cuore del maiale e quindi potrebbe servire ad antagonizzare le azioni vasocostrittrici di 20-HETE, almeno in questo organo e specie. Le cellule endoteliali dell'arteria coronaria isolate dai maiali incorporano 20-HETE principalmente nella posizione sn-2 dei fosfolipidi attraverso un processo dipendente dal coenzima A. È probabile, sebbene non ancora dimostrato, che queste vie di metabolizzazione 20-HETE di topo e maiale si verifichino anche nell'uomo.
Distribuzione tissutale degli enzimi e/o dell'attività che producono 20-HETE
Gli enzimi di sintesi 20-HETE sono ampiamente distribuiti a fegato, reni, cervello, polmone, intestino e vasi sanguigni. Nella maggior parte dei sistemi vascolari, l'attività di sintesi di 20-HETE è limitata alla muscolatura liscia vascolare dei piccoli vasi sanguigni con poca o nessuna tale attività nelle cellule endoteliali del vaso o nei grandi vasi sanguigni. Tuttavia, sia la muscolatura liscia che le cellule endoteliali ottenute dal microcircolo cerebrale di topo, producono 20-HETE in coltura.
20-HETE è prodotto da neutrofili e piastrine umani e dalle cellule del tubulo ascendente nel midollo, nonché dalle arteriole preglomerulari e da alcune altre aree localizzate del rene di coniglio.
Studi sui roditori
Contrazione dei vasi sanguigni
In vari modelli di roditori, 20-HETE, a basse concentrazioni (<50 nanomolare), agisce per restringere le arterie sensibilizzando (cioè aumentando) le risposte di contrazione delle cellule muscolari lisce di queste arterie ad altri agenti contraenti come agonisti alfa adrenergici, vasopressina , endotelina , e un prodotto del sistema renina angiotensina , angiotensina II. 20-HETE ha un'interazione particolarmente complessa con il sistema renina-angiotensina: l'angiotensina II stimola i microvasi preglomerulari del rene di ratto a produrre 20-HETE; questa produzione è necessaria affinché l'angiotensina II eserciti tutti i suoi effetti costrittori; e 20-HETE induce la trascrizione dell'enzima che converte l'angiotensina I in angiotensina II, cioè l' enzima di conversione dell'angiotensina . Altri agenti come gli androgeni e i composti alfa adrenergici come la noradrenalina . allo stesso modo stimolano la produzione di 20-HETE e hanno azioni vasocostrittrici che sono potenziate da 20-HETE. Queste interazioni circolari o di feedback positivo possono servire a perpetuare le risposte vasocostrittrici.
Sempre nei modelli di roditori, 20-HETE agisce bloccando i canali del potassio attivati dal calcio per promuovere l'ingresso del calcio ionico nelle cellule muscolari lisce vascolari attraverso il canale del calcio di tipo L ; il conseguente aumento del calcio intracellulare fa contrarre questi muscoli.
Studi sui ratti indicano anche che nelle cellule endoteliali vascolari 20-HETE inibisce l'associazione dell'enzima produttore di ossido nitrico , l'ossido nitrico sintasi endoteliale (eNOS) con la proteina da shock termico 90 ; questo inibisce la capacità di eNOS di attivarsi. Le cellule endoteliali diventano disfunzionali nell'esibire una ridotta capacità di produrre l'agente vasodilatatore, l'ossido nitrico, e nel contenere livelli elevati di un radicale dell'ossigeno potenzialmente dannoso, l' anione superossido ; i vasi sanguigni a cui appartengono queste cellule endoteliali disfunzionali sono meno capaci di dilatarsi in risposta al vasodilatatore, l'acetilcolina.
20-HETE può anche restringere i preparati arteriosi dei roditori (e umani) attivando direttamente il recettore per il trombossano A2 . Sebbene significativamente meno potente del trombossano A2 nell'attivazione di questo recettore, studi su preparati di arteria cerebrale umana e di ratto indicano che un aumento del flusso sanguigno attraverso queste arterie innesca la produzione di 20-HETE che a sua volta si lega ai recettori del trombossano per costringere questi vasi e quindi ridurre il loro sangue soffio, soffiare. Agendo in quest'ultima capacità, 20-HETE, si propone, funziona come un mediatore che regola il flusso sanguigno al cervello.
Questi effetti vasocostrittori di 20-HETE possono ridurre il flusso sanguigno a parti specifiche del corpo, non solo al cervello (vedi paragrafo precedente) ma anche a reni, fegato, cuore e altri organi, nonché a porzioni di questi organi; possono anche contribuire all'ipertensione sistemica nonché agli effetti fisiologici e patologici dell'attivazione del recettore del trombossano .
Lesione dei vasi sanguigni
I ratti Sprague Dawley che hanno subito una lesione con palloncino dell'arteria carotide comune hanno mostrato livelli elevati di immunocolorazione dell'enzima CYP4A nella muscolatura liscia delle arterie lese, nonché livelli elevati di 20-HETE nelle arterie lese. L'inibizione della produzione di 20-HETE da parte di due diversi agenti ha notevolmente ridotto l' iperplasia dell'intima vascolare e il rimodellamento vascolare che si sono verificati dopo la lesione del palloncino. Gli studi suggeriscono che l'aumento dell'espressione di CYP4A e la produzione di 20-HETE contribuiscono alla crescita vascolare dell'intima, al rimodellamento e quindi alla guarigione delle arterie carotidi di ratto danneggiate.
Trombosi dei vasi sanguigni
Nel modello di laboratorio murino C57BL/6 , il pretrattamento 20-HETE accelera lo sviluppo della trombosi e riduce il flusso sanguigno causato dall'agente che induce la trombosi , il cloruro ferrico, nelle arterie carotidee e femorali comuni; studi complementari sulle cellule endoteliali della vena ombelicale umana indicano che 20-HETE stimola l'attivazione di chinasi segnale-regolate extracellulari per causare il rilascio dipendente da ERK e canale del calcio di tipo L del fattore von Willebrand che a sua volta stimola l'adesione delle piastrine al cellule endoteliali. Le azioni endoteliali, piastriniche e pro-coagulanti di 20-HETE possono contribuire alla sua capacità di interrompere il flusso sanguigno ai tessuti.
Assorbimento renale
In modelli animali, 20-HETE stimola l'attivazione della protein chinasi C nelle cellule epiteliali dei tubuli prossimali del rene; la chinasi quindi fosforila e quindi inibisce la Na+/K+-ATPasi e contemporaneamente blocca anche il cotrasportatore Na-K-Cl e il canale 70 pS K+ nel tratto ascendente spesso dell'ansa di Henle (TALH); questi effetti riducono l'assorbimento di sodio e fluidi nel nefrone e quindi tendono a ridurre la pressione sanguigna.
Ipertensione
Come indicato sopra, 20-HETE può aumentare la pressione sanguigna restringendo i vasi sanguigni arteriosi, ma può anche abbassare la pressione sanguigna favorendo la perdita di sodio e liquidi nei reni. Gli effetti di 20-HETE sono quindi complessi, come indicato negli studi sui seguenti modelli animali. Molti di questi modelli sembrano rilevanti per l'ipertensione nell'uomo in quanto sono paralleli alla malattia umana, cioè gli uomini hanno tassi di ipertensione più elevati rispetto alle donne e le donne con livelli aumentati di androgeni (ad esempio donne in postmenopausa e donne con malattia dell'ovaio policistico) e tassi più elevati di ipertensione.
Modello spontaneamente iperteso
I ratti spontaneamente ipertesi mostrano livelli elevati di CYP4A2 e 20-HETE; il blocco della produzione di 20-HETE abbassa la pressione sanguigna in questo modello. L'effetto è particolarmente ben osservato nelle femmine di ratto: le femmine di ratto spontaneamente ipertesi che invecchiano in post-menopausa ma non in pre-menopausa mostrano cadute altamente significative della pressione sanguigna quando trattate con inibitori non selettivi o selettivi della produzione di 20-HETE indotta dal CYP.
Modelli di ipertensione sensibile al sale
I ratti Dahl sensibili al sale sviluppano ipertensione che si sviluppa più rapidamente ed è esacerbata da un'elevata assunzione di sale ( cloruro di sodio ) e migliorata da una bassa assunzione di sale. In questo modello, i ratti mostrano una via CYP4A/20-HETE up-regolata all'interno della loro vascolarizzazione cerebrale e una sovrapproduzione di cellule endoteliali vascolari di specie reattive dell'ossigeno che a sua volta stimola la via CYp4A/20-HETE. Gli inibitori non selettivi e non selettivi della produzione di CYP4A e 20-HETE riducono l'ipertensione in questo modello. L'ipertensione in questo modello è più grave nei ratti maschi e sembra essere mediata almeno in parte dalla vasopressina , dal sistema renina-angiotensina e dagli androgeni.
I ratti Lewis (vedi modelli di ratto da laboratorio ) a cui è stato asportato un rene e poi alimentati con una dieta ricca di sale sono ipertesi. L'infusione interstiziale renale midollare di un inibitore della produzione di 20-HETE ha ridotto la formazione di 20-HETE nel midollo esterno del rene infuso, non ha avuto effetto sulla produzione di 20-HETE nella corteccia del rene infuso e ha prodotto una media aumento della pressione arteriosa da 115 al basale a 142 mm di mercurio; questo studio indica che gli effetti ipertensivi contro ipotensivi di 20-HETE dipendono non solo dall'organo della sua produzione ma anche, rispetto al rene, dal sito all'interno dell'organo in cui viene prodotto.
Modello ipertensivo indotto da androgeni
Il trattamento con androgeni provoca ipertensione nei ratti maschi e femmine normali; questa risposta ipertensiva è notevolmente ridotta da diversi inibitori della produzione di Cyp4a e 20-HETE.
Modelli di ipertensione geneticamente modificati
Cyp4a12- topi transgenici che sovraesprimono Cyp4a12 sviluppano ipertensione androgeno-indipendente che è associata a livelli aumentati di 20-HETE; questa ipertensione è completamente reversibile mediante trattamento con un inibitore selettivo di Cyp4a della produzione di 20-HETE.
Topi impoveriti di Cyp4a14 dal gene knockout (topi Cyp4a14(-/-) sviluppano ipertensione maschio-specifica, androgeno-dipendente. Questo risultato apparentemente paradossale è dovuto alla sovraespressione di Cyp4a12a; il knockout di Cyp4a14 (Cyp4a14 non produce 20-HETE) porta alla sovraespressione del citocromo che produce 20-HETE, Cyp4a149(-/-), e conseguente sovrapproduzione di 20-HETE.Il modello prevede un aumento degli androgeni plasmatici, un aumento dei livelli vascolari e urinari di 20-HETE, sollievo dall'ipertensione mediante castrazione , e ipertensione che è guidata da un eccessivo riassorbimento di liquidi nel tubulo prossimale del rene secondario alla sovraespressione di sodio-idrogeno antiporter 3 ; questi effetti sono presunti ma non ancora dimostrati essere dovuti alla sovrapproduzione di 20-HETE.Il modello transgenico Cyp4a12 (sopra) si richiama a sostegno di tale presunzione.
I topi privi di Cyp4a10 mantengono la pressione sanguigna normale con una dieta a basso contenuto di sale ma diventano ipertesi con una dieta normale o ricca di sale; questo risultato paradossale appare dovuto ad una diminuzione dei livelli renali di Cyp2C44 causata dalla perdita di Cyp4a10. Cyp2C44 metabolizza l'acido arachidonico, una famiglia di prodotti che inducono vasodilatazione e antiipertensivi, gli acidi epossieicosatrienoici (EET). Il modello prevede livelli normali di 20-HETE, ridotta espressione di Cyp2c44, ridotti livelli di EET e carenze nell'assorbimento dei tubuli renali di sodio regolato da EET e la normalizzazione della pressione sanguigna ipertensiva aumentando l'espressione di Cyp2c44 trattando i topi con un induttore della sua espressione, un attivatore di PPARα .
Altre attività
20-HETE attiva la sottofamiglia V membro 1 del canale cationico potenziale del recettore transitorio umano e del topo ( TRPV1 , noto anche come recettore della capsaicina e recettore vanilloide 1) e, attraverso questo recettore, colture di cellule gangliari della radice dorsale prelevate da topi.
Studi umani
Studi genetici
Polimorfismo CYP4A11
Il CYP4A11 umano ha un'identità di aminoacidi del 72,69% con cyp4a14 murino e un'identità del 73,02% con cyp4a10 murino suggerendo che svolge un ruolo nell'uomo simile a quello di cyp4a14 e/o cyp4a10 nei topi. L'associazione dell'ipertensione con il CYP4A11 difettoso nell'uomo, come indicato di seguito, sembra essere parallela all'ipertensione associata al knockout del gene Cyp4a14 nei topi (vedere la sezione precedente sui modelli genetici).
La variante del polimorfismo del gene rs1126742 del CYP4A11 commuta timidina in citosina al nucleotide 8590 [T8590C] e porta a una sostituzione fenilalanina-serina all'aminoacido 434); questa variante F434S ha una capacità significativamente ridotta di -ossidare l'acido arachidonico a 20-HETE ed è stata associata a ipertensione essenziale in: 512 maschi bianchi del Tennessee ( Odds ratio = 2,31); 1538 maschi e femmine dal Framingham Heart Study (odds ratio=1,23); maschi ma non femmine in 732 neri americani con malattia renale ipertensiva che partecipano all'African American Study of Kidney Disease; maschi in un campione di 507 individui in Giappone e nel terzo MONICA (MONitoring trends and determinants In Cardiovascular disease survey of 1397 individuals il genotipo omozigote C8590C al genotipo omozigote T8590T con odds ratio di 3,31 per tutti i soggetti, 4,30 per i maschi 2,93 per le donne );
Uno studio su 1501 partecipanti reclutati dallo studio Tanno-Sobetsu ha scoperto che la variante -845G nella regione del promotore del CYP411 (-845A è il genotipo predominante) è associata a una ridotta trascrizione del CYP411 e all'ipertensione (odds ratio di omozigoti e il genotipo eterozigote -845G rispetto all'omozigote -845A era 1,42);
Un aplotipo codificante polimorfismo a singolo nucleotide (SNP) (vedi Tag SNP ) variante di CYP4A11, C296T (citosina a timina in posizione 296), è stato associato con un rischio significativamente aumentato di ictus ischemico (odds ratio aggiustato di 1,50 nel confronto tra omozigoti ed eterozigoti soggetti C296T a soggetti omozigoti C286C) in >2000 individui prelevati dalla popolazione cinese Han. L'effetto della sostituzione della singola coppia di basi -296C>T sull'attività trascrizionale del CYP411 al basale non era significativo, suggerendo che questo polimorfismo potrebbe non essere la variante causale ma invece potrebbe essere in squilibrio di collegamento con la variante causale. Indipendentemente da ciò, questo SNP può servire come marker genetico per il rischio di ictus di malattia dei grandi vasi in questa popolazione.
Polimorfismo CYP4F2
L'allele T in rs2108622, che è stato designato come CYP4F2*3 nello Human CYP Allele Nomenclature Database dal Pharmacogene Variation Consortium, produce l'enzima CYP4F2 con residuo di metionina invece di valina in posizione 433 (la variante Val433Met), un singolo nucleotide polimorfismo (1347C>T; NM_001082.5:c.1297G>A; p. Val433Met; rs2108622). Questa variante dell'enzima CYP4F2 ha una ridotta capacità di metabolizzare l'acido arachidonico a 20-HETE ma ha aumentato l'escrezione urinaria di 20-HETE. Gli studi hanno rilevato che: a) tra 161 soggetti ipertesi e 74 normotesi in Australia, l'incidenza della variante Val433Met era significativamente aumentata nei soggetti ipertesi; b) tra un gran numero di pazienti svedesi arruolati e monitorati per 10 anni nella coorte cardiovascolare del Malmö Diet and Cancer Study solo i maschi con questa variante hanno mostrato ipertensione; c) tra diverse centinaia di soggetti in India, la variante era associata a ipertensione; e d) confrontando 249 pazienti con ipertensione con 238 controlli di pari età in Giappone, la variante non era associata all'ipertensione. Il mantenimento della pressione sanguigna più bassa che ha seguito la perdita di peso indotta dalla dieta è stato più difficile per i portatori della variante Val433Met e può essere correlato all'aumento della rigidità arteriosa e all'aumento della sintesi 20-HETE.
La variante Val433Met è anche associata a un'aumentata incidenza di infarto cerebrale (cioè ictus ischemico) in uno studio su 175 soggetti con infarto rispetto a 246 soggetti di controllo in Giappone, in 507 pazienti con ictus rispetto a 487 pazienti di pari età e sesso 487 controlli in India e nei maschi ma non nelle femmine in uno studio su 558 pazienti rispetto a 557 controlli in Cina. La variante è associata a infarto miocardico in uno studio di 507 pazienti rispetto a 487 controlli di pari età e sesso in India, in maschi ma non femmine in uno studio di 234 pazienti rispetto a 248 soggetti di controllo in Giappone e in maschi ma non pazienti di sesso femminile in Svezia arruolati nella coorte cardiovascolare del Malmo Diet and Cancer Study. L'incidenza di infarto cerebrale e miocardico in questi studi sembra essere indipendente dall'ipertensione. (Le piastrine di individui eterozigoti o omozigoti per la variante Val433Met mostrano un aumento delle risposte di aggregazione piastrinica all'adrenalina . Questa iper-reattività piastrinica all'adrenalina, in particolare se mostrata anche ad altri agenti aggreganti piastrinici, potrebbe contribuire a infarti cerebrali e coronarici.)
Il polimorfismo a singolo nucleotide rs1558139 variante da guanina a citosina in un introne del CYP4F2 è associato all'ipertensione essenziale solo negli uomini in uno studio condotto in Giappone su 249 ipertesi contro 238 controlli di pari età. L'impatto di questa variante sull'espressione del CYP4F2 non è noto.
I ricercatori hanno identificato almeno altri 3 polimorfismi a singolo nucleotide del CYP4F2 (2024C>G P85A; 80 C>T A27V rs771576634; 139C>T R47C rs115517770) che possono influenzare la conversione dell'acido arachidonico in HETE-20.
Mutazioni del CYP2U1
Una mutazione (c.947A>T) in CYP2U1 è stata associata a un piccolo numero di pazienti con paraplegia spastica ereditaria in quanto segrega con la malattia allo stato omozigote in due famiglie affette. La mutazione colpisce un amminoacido (p.Asp316Val) altamente conservato tra gli ortologhi del CYP2U1 e altre proteine del citocromo P450; la mutazione p.Asp314Val si trova nel dominio funzionale dell'enzima, si prevede che sia dannosa per l'attività dell'enzima ed è associata alla disfunzione dei mitocondri . Una seconda mutazione omozigote enzima-disabilitante è stata identificata in CYP2U1, c.1A>C/p.Met1?, che è associata a <1% dei pazienti affetti da paraplegia spastica ereditaria. Sebbene il ruolo di 20-HETE in queste mutazioni non sia stato stabilito, si ipotizza che la riduzione della produzione di 20-HETE e quindi l'attivazione da parte di 20-HETE del recettore TRPV1 nei tessuti nervosi, possa contribuire alla malattia.
Cancro
Tumore al seno
Due linee cellulari di cancro al seno umano, T47D e BT-474 , fatte per sovraesprimere CYP4Z1 mediante trasfezione sovraesprimono l'RNA messaggero per e sovraproducono il fattore di crescita endoteliale vascolare A mentre esprimono il messaggio e la proteina per l'inibitore tissutale della metalloproteinasi -2. Le cellule T47D che sovraesprimono CYP4Z1 producono anche 20-HETE e quando trapiantate in topi atimici Balb/c mostrano un aumento maggiore del peso e della vascolarizzazione del tumore rispetto alle cellule T47D di controllo; questi aumenti sono prevenuti da un inibitore della produzione di 20-HETE. L'isoliquiritigenina , un farmaco proposto per il trattamento del cancro, provoca la morte delle cellule di cancro al seno umano MDA-MB-231 e MCF-7 in coltura innescando l' apoptosi . Tra i suoi molti altri effetti, il farmaco ha indotto queste cellule a diminuire i loro livelli di 20-HETE in vitro; l'aggiunta di 20-HETE a queste colture ha salvato le cellule dall'apoptosi. L'isoliquiritigenina inibisce anche le metastasi polmonari in vivo dei trapianti di cellule MDA-MB-231, diminuendo contemporaneamente i livelli del tumore di 20-HETE. La crescita delle cellule MDA-MB-231 impiantate in topi femmina nudi atimici e la produzione di una grande varietà di agenti che stimolano la vascolarizzazione, compreso il fattore di crescita endoteliale vascolare, sono state inibite trattando i topi con un inibitore della produzione di 20-HETE.
Gli RNA messaggeri non solo per CYP4Z2, ma anche per CYP4A11, CYP4A22, CYP4F2 e CYP4F3 sono espressi in modo più elevato in campioni di tumori del cancro al seno umano rispetto al normale tessuto mammario. Le tre regioni prime non tradotte (3'UTR) del gene CYP4Z1 e del suo pseudogene , CYP4Z2P, condividono diversi siti di legame dei miRNA , inclusi quelli per miR-211, miR-125a-3p, miR-197, miR-1226 e miR -204'. Poiché questi miRNA riducono la traduzione di CYP4Z1, l'espressione di CYP4Z2P può legare questi miRNA per ridurre la loro interferenza con CYP4Z1 e quindi aumentare la produzione di proteina CYP4Z1 e forse 20-HETE; infatti, l'espressione della forza di questi 3'UTR ha promosso l'angiogenesi tumorale in vitro nelle cellule di cancro al seno in parte tramite l'attivazione miRNA-dipendente della via fosfoinositide 3-chinasi - MAPK/ERK e quindi stimolando la produzione di fattore di crescita dell'endotelio vascolare e possibilmente di altra crescita dell'endotelio fattori. Presi insieme, questi studi preclinici suggeriscono che 20-HETE prodotto da uno o più dei citati enzimi del citocromo P450 può contribuire alla progressione del cancro al seno promuovendone la sopravvivenza, la crescita e la neovascolarizzazione indotta dal fattore di crescita endoteliale vascolare .
Altri tumori
20-HETE ha stimolato la proliferazione della linea cellulare di glioma cerebrale umano in coltura U251 e, quando è stata costretta a sovraesprimere CYP4Z1 dalla trasfezione genica, ha sovraprodotto 20-HETE e ha mostrato un tasso di crescita notevolmente aumentato che è stato bloccato inibendo le cellule dalla produzione di 20-HETE. Una serie simile di risultati è stata trovata con cellule di cancro del polmone umano non a piccole cellule. Un inibitore selettivo della sintesi di 20-HETE e un antagonista di 20-HETE hanno ridotto la crescita di due linee cellulari di cancro del rene umano 786-O e 769-P in coltura; l'antagonista 20-HETE ha anche inibito la crescita delle cellule 786-O trapiantate in topi nudi atimici.
Gli RNA messaggeri per CYP4A11, CYP4A22, CYP4F2 e/o CYP4F3 sono espressi in modo più elevato nei tumori dell'ovaio, del colon, della tiroide, del polmone, dell'ovaio rispetto alle loro controparti tissutali normali; nel cancro ovarico, questa maggiore espressione è associata ad un aumento del livello di espressione della proteina CYP4F2 e ad una maggiore capacità di metabolizzare l'acido arachidonico a 20-HETE. I tumori ovarici sovraesprimono anche la proteina mRNA CYP4Z1; questa sovraespressione è associata a un esito peggiore della malattia.
Mentre questi studi suggeriscono che CYP4A11, CYP4A22, CYP4F2 e/o CYP4F3 producono 20-HETE che a sua volta promuove la crescita dei tumori citati nei sistemi modello e quindi può farlo nei tumori umani, questo suggerimento necessita chiaramente di ulteriori studi. Ad esempio, un inibitore della produzione di 20-HETE blocca la crescita delle cellule di glioma U251 del cervello umano in coltura; poiché non è stato possibile dimostrare che queste cellule producono 20-HETE, è stato proposto che qualche altro metabolita potesse essere responsabile del mantenimento della crescita di queste cellule grazie agli enzimi del citocromo mirati dell'inibitore. È anche possibile che qualsiasi tale inibitore abbia effetti fuori bersaglio che sono responsabili delle sue azioni.
Aggregazione piastrinica
20-HETE inibisce l'aggregazione delle piastrine umane competendo con l'acido arachidonico per gli enzimi che producono la prostaglandina H2 e il trombossano A2. Questi prodotti si formano in risposta alla stimolazione piastrinica e quindi agiscono attraverso il recettore del trombossano per mediare e/o promuovere la conseguente risposta di aggregazione piastrinica alla maggior parte degli stimoli. Le piastrine metabolizzano il 20-HETE negli analoghi 20-idrossi della prostaglandina H2 e del trombossano A2, prodotti che sono essenzialmente inattivi nelle piastrine, mentre di conseguenza formano meno prodotti di prostaglandina e trombossano derivati dall'acido arachidonico. Inoltre, lo stesso 20-HETE impedisce ai metaboliti della prostaglandina e del trombossano di interagire con il recettore del trombossano. Entrambi gli effetti, cioè la sostituzione della produzione di prostaglandine e trombossano con prodotti piastrinici inattivi e il blocco del recettore del trombossano A2, sono responsabili dell'azione di inibizione dell'aggregazione piastrinica di 20-HETE. Tuttavia, l'attività antiaggregante piastrinica di 20-HETE richiede livelli micromolari e quindi può essere più di un'attività farmacologica che fisiologica.
vascolare
20-HETE restringe i preparati dell'arteria umana attivando direttamente il recettore per il trombossano A2 . Sebbene significativamente meno potente del trombossano A2 nell'attivazione di questo recettore, gli studi sui preparati dell'arteria cerebrale umana indicano che l'aumento del flusso sanguigno attraverso queste arterie innesca la produzione di 20-HETE che a sua volta si lega ai recettori del trombossano per costringere questi vasi e quindi ridurre il loro flusso sanguigno. Agendo in quest'ultima veste, 20-HETE, si propone, funziona come un mediatore che regola il flusso sanguigno al cervello umano.
Sindrome metabolica
Uno studio ha rilevato che 30 pazienti con sindrome metabolica mostravano livelli significativamente elevati di 20-HETE plasmatico e urinario rispetto ai controlli appaiati; le donne con la sindrome avevano livelli urinari di 20-HETE particolarmente elevati.