5-гидроксиэйкозаноиддегидрогеназа

5-Гидроксиэйкозаноиддегидрогеназа ( 5-HEDH ) или более формально, никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ ⁺ )-зависимая дегидрогеназа, является ферментом, который метаболизирует между двумя эйкозаноидными метаболитами арахидонат 5-липоксигеназы (5-LOX): 5-гидроксиэйкозатетраеновой кислотой (5-( S )-HETE) и ее 5- кетоаналогом 5 -оксоэйкозатетраеновой кислотой (5-oxo-ETE). Он также действует в обратном направлении, метаболизируя 5-оксо-ETE в 5( S )-HETE. Поскольку 5-оксо-ETE в 30–100 раз более эффективен, чем 5( S )-HETE, в стимуляции различных типов клеток, 5-HEDH рассматривается как регулятор и промоутер влияния, которое 5-LOX и его метаболиты оказывают на функцию клеток. Хотя 5-HEDH был оценен в широком диапазоне целых клеток и в грубых микросомальных препаратах, его структура или ген еще не были оценены, и большинство исследований по нему были ограничены человеческими тканями.

Субстратная специфичность 5-HEDH была оценена в различных целых клетках и в неочищенных микросомальных препаратах, выделенных из культивируемых моноцитов крови человека , дифференцированных в макрофаги . Эти исследования показывают, что фермент эффективно окисляет длинноцепочечные ненасыщенные жирные кислоты, имеющие гидроксильный остаток у углерода 5 и транс -двойную связь у углерода 6, до соответствующих им 5-оксопродуктов. Поэтому он наиболее эффективен в метаболизме 5( S )-HETE в 5-оксо-ETE и, с несколько меньшей эффективностью, в метаболизме других 5( S )-гидроксил-6-транс-ненасыщенных жирных кислот, таких как 5( S )-гидрокси-эйкозапентаеновая кислота, 5( S ) -гидрокси-эйкозатриеновая кислота, 5( S )-гидрокси-эйкозадеиноевая кислота, 5( S )-гидрокси- эйкозамоноеновая кислота, 5( S )-гидрокси-октадекадиеновая кислота, 5( S ),15( S )-дигидроксиэйкозатетраеновая кислота и 6-транс-изомер лейкотриена B4 (который является 5( S ),12( S )-дигидроксиэйкозатетраеновой кислотой) в их соответствующие оксоаналоги. 5-HEDH обладает относительно небольшой способностью окислять 5( S )-гидроксилтетрадекадиеновую кислоту, R- стереоизомер 5( S )-HETE (5( R )-HETE) или рацемическую смесь 8-HETE, и не окисляет 12( S )-HETE, 15( S )-HETE, лейкотриен B4, рацематную смесь 9-HETE, рацематную смесь 11-HETE или 5( S )-гидрокси-6-транс 12-углеродную диеновую жирную кислоту. ^{[1] [2] [3]} Таким образом, 5-HEDH является гидроксидегидрогеназой, которая действует стереоспецифическим образом, окисляя 5( S )-гидроксильные остатки в 6-транс-ненасыщенных промежуточных, но не короткоцепочечных жирных кислотах.

5-HEDH — это фермент оксидоредуктазы НАДФН-дегидрогеназы . Он переносит катион водорода (или гидрон ) H ⁺ от остатков 5( S )-гидрокси (т.е. 5( S )-OH) своих жирнокислотных целей на никотинамидадениндинуклеотидфосфат ⁺ (НАДФ ⁺ ) с образованием 5-оксо (т.е. 5-O=) аналогов своих целей плюс восстановленный НАДФ ⁺ , т.е. НАДФН. Реакция (где R обозначает жирную кислоту с длинной цепью [14 или более атомов углерода]):

НАДФ ⁺ + 5( S )-гидроксижирная кислота (т.е. 5( S )-OH-R) НАДФН + H ⁺ + оксожирная кислота (т.е. 5-O=R)${\displaystyle \rightleftharpoons}$

Реакция, по-видимому, следует механизму пинг-понга . Она полностью обратима, легко преобразуя 5-оксо-мишени в их соответствующие 5( S )-гидрокси-аналоги. Направление этой реакции зависит от уровня НАДФ ⁺ относительно уровня НАДФН: а) клетки с высоким отношением НАДФ ⁺ /НАДФН преобразуют 5-гидрокси-жирные кислоты, которые они производят или представляют, в 5( S )-жирные кислоты; б) клетки с низким отношением НАДФ ⁺ /НАДФН преобразуют мало или вообще не преобразуют 5-гидрокси-жирные кислоты, которые они производят или представляют, в 5-оксо-жирные кислоты и быстро восстанавливают 5-оксо-жирные кислоты, которые им представляют, до соответствующих 5( S )-гидрокси-жирных кислот. ^{[4] [5]}

Непосредственный метаболический предшественник 5( S )-HETE, 5( S )-гидроперокси-6 S ,8 Z ,11 Z ,14 Z -эйкозатетраеновая кислота 5( S )-HpETE, может быть преобразована в 5-оксо-ETE в неферментативной реакции дегидратации или химических реакциях перекисного окисления липидов . ^[6] Физиологическое возникновение и значимость этих путей реакции не были установлены.

Поскольку 5-HEDH не был определен биохимически или генетически, исследования его распределения были ограничены изучением способности клеток или клеточных микросом производить 5-оксо-ETE из 5( S )-HETE. Этой активностью обладают самые разные типы клеток, включая нейтрофилы крови , моноциты , эозинофилы , В-лимфоциты и тромбоциты ; эпителиальные клетки дыхательных путей , гладкомышечные клетки дыхательных путей , сосудистые эндотелиальные клетки и моноциты, дифференцированные in vitro в дендритные клетки ; и линии раковых клеток, полученные из многих из этих клеток или из клеток рака простаты, груди и толстой кишки. ^{[7] [8]}

Клетки обычно поддерживают низкие соотношения NADP ⁺ /NADPH за счет быстрого восстановления NADP ⁺ до NADPH с использованием глутатионредуктазы в циклической реакции пополнения NADPH. Эти клетки быстро восстанавливают окружающий 5-оксо-ETE до 5( S )-HETE. Однако клетки, страдающие от окислительного стресса, генерируют избыток токсичных активных форм кислорода, таких как перекись водорода ( H
₂О
₂). Клетки используют глутатионпероксидазу для детоксикации этого H
₂О
₂преобразовав его в H
₂O в реакции, которая потребляет глутатион , превращая его в дисульфид глутатиона ; затем клетки метаболизируют дисульфид глутатиона обратно в глутатион в реакции, зависящей от глутатионредуктазы, которая преобразует НАДФН в НАДФ ⁺ . В то время как клетки, страдающие от окислительного стресса, могут восполнять НАДФН, уменьшая НАДФ ⁺ через пентозофосфатный путь , они часто развивают очень высокие соотношения НАДФ ⁺ /НАДФН и, следовательно, предпочтительно преобразуют 5-( S )-HETE в 5-оксо-ETE. ^[9] Клетки, которые функционируют как фагоциты, имеют второй путь, который резко повышает соотношения НАДФ ⁺ /НАДФН. Например, нейтрофилы и макрофаги после фагоцитоза бактерий или иным образом сильно стимулируются для активации их респираторного взрыва, генерируют активные формы кислорода, включая H
₂О
₂активируя НАДФН. Последние типы клеток имеют особенно высокие уровни 5-HEDH и поэтому являются особенно важными производителями 5-оксо-ETE при такой стимуляции. ^{[10] [11]} Смерть нейтрофилов и опухолевых клеток также сильно способствует окислению 5-HETE до 5-оксо-ETE, вероятно, в результате сопутствующего окислительного стресса. ^[12]

5-HEDH функционирует как высокоспецифичный окислитель 5( S )-HETE до 5-оксо-ETE ; функциональное значение его способности аналогично окислять другие 5( S )-гидроксильные жирные кислоты пока не установлено . 5-Oxo-ETE стимулирует широкий спектр биологических активностей гораздо более мощно и эффективно, чем 5( S )-HETE. Например, он в 30–100 раз более эффективен в стимуляции клеток, способствующих воспалению и аллергическим реакциям, таких как нейтрофилы, моноциты, макрофаги, эозинофилы и базофилы, и более эффективен, чем 5-HETE, в стимуляции роста различных типов раковых клеток. Кроме того, 5-оксо-ЭТЭ, по-видимому, участвует в различных реакциях животных и человека: при инъекции в кожу кроликов он вызывает сильный отек с воспалительным клеточным инфильтратом, напоминающим поражение, подобное крапивнице ; ^[13] он присутствует в жидкости бронхоальвеолярного лаважа у кошек, перенесших экспериментально вызванную астму; ^[14] он стимулирует локальное накопление эозинофилов, нейтрофилов и моноцитов при инъекции в кожу людей; ^[15] и он был извлечен из чешуек пациентов с псориазом. ^[16] Большинство, если не все, из этих аллергических и воспалительных состояний, а также быстрорастущие раковые поражения связаны с окислительным стрессом. ^[17] Поэтому исследования показывают, что 5-HEDH способствует развитию и прогрессированию этих реакций и заболеваний, отвечая за выработку 5-оксо-ЭТЭ. ^{[18] [19]} Также возможно, что клетки, вовлеченные в эти патологические состояния, способствуют обратному действию 5-HEDH, преобразованию 5-оксо-ETE в 5( S )-HETE, как следствие снижения окислительного стресса и, следовательно, соотношения НАДФ ⁺ /НАДФН; такие клетки затем могут фактически «детоксифицировать» 5-оксо-ETE и способствовать разрешению патологических состояний.

15 -гидроксиикозатетраеноатдегидрогеназа метаболизирует 15-гидроксиикозатетраеновую кислоту (т. е. 15( S )-гидрокси-5Z,8Z,11Z,13E-эйкозатетраеновую кислоту или 15-HETE) в ее 15-кетоаналог, 15-оксо-ETE, используя в качестве кофакторов NAD ⁺ и NADH, а не NADP ⁺ и NADPH. 15-оксо-ETE, по-видимому, имеет несколько иной спектр активности, чем ее предшественник, 15-HETE (см. 15-гидроксиикозатетраеновая кислота § 15-Oxo-ETE ). Другие эйкозаноидные оксоредуктазы, которые используют NAD ⁺ и NADH в качестве кофакторов, включают: 12-гидроксиикозатетраеноатдегидрогеназу, которая метаболизирует 12-гидроксиэйкозатетраеновую кислоту (12-HETE) и LTB4 в их соответствующие 12-оксоаналоги, и 11-гидрокси- TXB2 дегидрогеназу, которая метаболизирует TXB2 в его 11-оксоаналог; ^[20] и 15-гидроксипростагландиндегидрогеназу (NAD+), которая метаболизирует (5 Z ,13 E )-(15 S )-11 альфа ,15-дигидрокси-9-оксопрост-13-еноат в его 15-оксоаналог. Другие эйкозаноидные оксиредуктазы, которые используют НАДФ ⁺ и НАДФН в качестве кофакторов, включают 12-гидроксидегидрогеназу LTB4, которая метаболизирует LTB4 до его 12-оксоаналога, ^[21] и 15-гидроксипростагландин-D-дегидрогеназу (НАДФ+) , 15-гидроксипростагландин-I-дегидрогеназу (НАДФ+) и 15-гидроксипростагландиндегидрогеназу (НАДФ+), которые метаболизируют PGD2 , PGI2 и (13 E )-(15 S )-11 альфа , 15-дигидрокси-9-оксопрост-13-еноат, соответственно, до их соответствующих 15-оксоаналогов.