3-оксо-5α-стероид 4-дегидрогеназа | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | |||||||||
Номер ЕС | 1.3.1.22 | ||||||||
Номер CAS | 9036-43-5 | ||||||||
Базы данных | |||||||||
ИнтЭнз | IntEnz вид | ||||||||
БРЕНДА | запись BRENDA | ||||||||
ExPASy | NiceZyme вид | ||||||||
КЕГГ | запись KEGG | ||||||||
МетаЦик | метаболический путь | ||||||||
ПРИАМ | профиль | ||||||||
Структуры PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
Генная онтология | AmiGO / QuickGO | ||||||||
|
Стероид-5α-редуктаза 1 | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | |||||||
Символ | СРД5А1 | ||||||
ген NCBI | 6715 | ||||||
HGNC | 11284 | ||||||
ОМИМ | 184753 | ||||||
РефСек | NM_001047 | ||||||
UniProt | Р18405 | ||||||
Другие данные | |||||||
Номер ЕС | 1.3.1.22 | ||||||
Локус | Хр. 5 стр. 15 | ||||||
|
Стероид-5α-редуктаза 2 | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | |||||||
Символ | СРД5А2 | ||||||
ген NCBI | 6716 | ||||||
HGNC | 11285 | ||||||
ОМИМ | 607306 | ||||||
РефСек | NM_000348 | ||||||
UniProt | Р31213 | ||||||
Другие данные | |||||||
Номер ЕС | 1.3.1.22 | ||||||
Локус | Хр. 2 стр. 23 | ||||||
|
5α-редуктазы , также известные как 3-оксо-5α-стероид 4-дегидрогеназы , являются ферментами, участвующими в метаболизме стероидов. Они участвуют в трех метаболических путях : биосинтезе желчных кислот , метаболизме андрогенов и эстрогенов . Существует три изофермента 5α-редуктазы, кодируемых генами SRD5A1 , SRD5A2 и SRD5A3 .
5α-редуктазы катализируют следующую обобщенную химическую реакцию :
Где 3-оксо-5α-стероид и акцептор являются субстратами , а соответствующий 3-оксо-Δ4-стероид и восстановленный акцептор являются продуктами . Примером этой обобщенной реакции, которую катализирует 5α-редуктаза типа 2, является:
где дигидротестостерон является 3-оксо-5α-стероидом, НАДФ + является акцептором, а тестостерон является 3-оксо-Δ4-стероидом, а НАДФН — восстановленным акцептором.
Фермент вырабатывается во многих тканях как у мужчин, так и у женщин, в репродуктивном тракте, яичках и яичниках, [1] коже , семенных пузырьках , простате , придатках яичек и многих органах, [2] включая нервную систему . [3] [4] Существует три изофермента 5α-редуктазы: стероид 5α-редуктаза 1, 2 и 3 ( SRD5A1 , SRD5A2 и SRD5A3 ). [2] [5] [6] [7]
5α-редуктазы действуют на 3-оксо (3-кето), Δ 4,5 C19/C21 стероиды в качестве своих субстратов; «3-кето» относится к двойной связи третьего углерода с кислородом. Углероды 4 и 5 также имеют двойную связь, представленную как «Δ 4,5 ». Реакция включает стереоспецифический и постоянный разрыв Δ 4,5 с помощью НАДФН в качестве кофактора. Гидрид-анион (H−) также помещается на α-грань у пятого углерода, а протон на β-грань у углерода 4. [8]
5α-R1 экспрессируется в коже головы плода и негенитальной коже спины, где-то от 5 до 50 раз меньше, чем у взрослого человека. 5α-R2 экспрессируется в простате плода, подобной таковой у взрослых. 5α-R1 экспрессируется в основном в эпителии, а 5α-R2 — в строме простаты плода. Ученые искали экспрессию 5α-R2 в печени плода, надпочечниках, яичках, яичниках, мозге, коже головы, груди и половых органов, используя иммуноблоттинг, и смогли найти ее только в коже половых органов. [8]
После рождения 5α-R1 экспрессируется в большем количестве мест, включая печень, кожу, кожу головы и простату. 5α-R2 экспрессируется в простате, семенных пузырьках, придатках яичек, печени и в меньшей степени в коже головы и волосистой части головы. Экспрессия в печени как 5α-R1, так и 2 происходит немедленно, но исчезает в коже и волосистой части головы на 18 месяце. Затем, в период полового созревания, только 5α-R2 повторно экспрессируется в коже и волосистой части головы.
5α-R1 и 5α-R2, по-видимому, экспрессируются в простате у плодов мужского пола и на протяжении всей постнатальной жизни. 5α-R1 и 5α-R2 также экспрессируются, хотя и в разной степени, в печени, генитальной и негенитальной коже, простате, придатке яичка, семенном пузырьке, яичке, яичнике, матке, почках, экзокринной части поджелудочной железы и мозге. [3] [8]
У взрослых 5α-R1-3 [ требуется пояснение ] экспрессируется повсеместно.
Конкретные субстраты включают тестостерон , прогестерон , андростендион , [9] эпитестостерон , кортизол , альдостерон и дезоксикортикостерон . За пределами дигидротестостерона большая часть физиологической роли 5α-восстановленных стероидов неизвестна. [8] Помимо восстановления тестостерона до дигидротестостерона, изоформы I и II фермента 5альфа-редуктазы восстанавливают прогестерон до дигидропрогестерона (DHP) и дезоксикортикостерон до дигидродезоксикортикостерона (DHDOC). In vitro и животные модели предполагают, что последующее 3альфа-восстановление DHT, DHP и DHDOC приводит к образованию стероидных метаболитов с эффектами на мозговую функцию, достигаемыми за счет усиления ГАМК -ергического торможения. Эти нейроактивные производные стероидов усиливают ГАМК посредством аллостерической модуляции на рецепторах ГАМК(А) и оказывают противосудорожное, антидепрессивное и анксиолитическое действие, а также изменяют сексуальное и алкогольное поведение. [10] 5α-дигидрокортизол присутствует в водянистой влаге глаза, синтезируется в хрусталике и может способствовать образованию самой водянистой влаги. [11] Аллопрегнанолон и ТГДОК являются нейростероидами , причем последний оказывает влияние на восприимчивость животных к судорогам. У социально изолированных мышей 5α-R1 специфически подавляется в глутаматергических пирамидальных нейронах , которые сходятся в миндалевидном теле из корковых и гиппокампальных областей. Эта подавленная регуляция может объяснять появление поведенческих расстройств, таких как тревожность, агрессия и когнитивная дисфункция. [3] [4] 5α-дигидроальдостерон является мощным антинатрийуретическим средством, хотя и отличается от альдостерона . Его образование в почках усиливается при ограничении потребления соли, что позволяет предположить, что он может способствовать удержанию натрия следующим образом: [12]
5α-ДГП является основным гормоном в кровообращении у женщин с нормальным циклом и беременных женщин. [14]
5α-редуктаза наиболее известна тем, что преобразует тестостерон , мужской половой гормон , в более мощный дигидротестостерон :
Основное различие заключается в двойной связи Δ 4,5 на кольце A (крайнем левом). Другие различия между диаграммами не связаны со структурой.
Известно, что 5α-редуктазой катализируются следующие реакции: [9]
5α-редуктаза — это связанный с мембраной фермент, который катализирует зависимое от НАДФН восстановление двойных связей в стероидных субстратах для повышения эффективности. [15] Кристаллическая структура гомолога изоферментов 1 и 2 5α-редуктазы была обнаружена в Proteobacteria (протеобактериальная 5α-редуктаза). Она существует в виде мономера с трансмембранной структурой из семи альфа-спиралей, содержащей гидрофобный карман, который удерживает кофактор НАДФН и моноолеин, который занимает карман для связывания стероидного субстрата. [16] В клетках насекомых моноолеин не обнаружен, но заменяется другими андрогенами и ингибиторами. [17] Интегральная топология из семи трансмембран, вероятно, сохраняется у разных видов, с N-концом в просвете эндоплазматического ретикулума и C-концом, обращенным к цитозолю . Высокая конформационная динамика цитозольной области, вероятно, регулирует обмен НАДФН/НАДФ+. [17] Сохранение последовательности в известных кристаллических структурах подтвердило высокую консервативность в структуре ферментов. [16]
Механизм ингибирования 5α-редуктазы сложен, но включает связывание НАДФН с ферментом, за которым следует субстрат. Препараты- ингибиторы 5α-редуктазы используются при доброкачественной гиперплазии предстательной железы , раке предстательной железы , облысении (андрогенетической алопеции) и заместительной гормональной терапии для трансгендерных женщин .
Ингибирование фермента можно разделить на две категории: стероидные, которые необратимы, и нестероидные. Существует больше стероидных ингибиторов, например, финастерид (MK-906), дутастерид (GG745), 4-MA, туростерид, MK-386, MK-434 и MK-963. Исследователи занимались синтезом нестероидных препаратов для ингибирования 5α-редуктазы из-за нежелательных побочных эффектов стероидных препаратов. Наиболее мощные и селективные ингибиторы 5α-R1 находятся в этом классе и включают бензохинолоны, нестероидные арильные кислоты, производные бутановой кислоты и, что более узнаваемо, полиненасыщенные жирные кислоты (особенно линоленовую кислоту ), цинк и зеленый чай . [8] Рибофлавин также был идентифицирован как ингибитор 5α-редуктазы. [18]
Кроме того, утверждается, что альфатрадиол действует через этот механизм активности (5α-редуктаза), как и ганодеровые кислоты в грибе линчжи и пальме сереноа .
Ингибирование 5α-редуктазы приводит к снижению конверсии тестостерона в ДГТ, что приводит к повышению уровня тестостерона и эстрадиола . Другие ферменты в некоторой степени компенсируют отсутствующую конверсию, в частности, с помощью локальной экспрессии на коже ферментов восстановительной 17β-гидроксистероиддегидрогеназы , окислительной 3α-гидроксистероиддегидрогеназы и 3β-гидроксистероиддегидрогеназы . [19]
Гинекомастия , эректильная дисфункция , нарушение когнитивных функций, утомляемость , гипогликемия , нарушение функции печени, запоры и депрессия — вот лишь некоторые из возможных побочных эффектов ингибирования 5α-редуктазы. Сообщалось о долгосрочных побочных эффектах, которые продолжались даже после прекращения приема препарата. [20]
Финастерид ингибирует два изофермента 5α-редуктазы (II и III), тогда как дутастерид ингибирует все три. [2] Финастерид сильно ингибирует 5α-R2 при средней ингибирующей концентрации IC 50 69 нМ, но менее эффективен с 5α-R1 при IC 50 360 нМ. [21] Финастерид снижает средний уровень ДГТ в сыворотке на 71% через 6 месяцев, [22] и было показано in vitro, что он ингибирует 5α-R3 с аналогичной эффективностью для 5α-R2 в трансфицированных клеточных линиях. [2]
Дутастерид ингибирует изоферменты 5α-редуктазы типа 1 и 2 лучше, чем финастерид, что приводит к более полному снижению ДГТ через 24 недели (94,7% по сравнению с 70,8%). [23] Он также снижает интрапростатический ДГТ на 97% у мужчин с раком простаты при дозировке 5 мг/день в течение трех месяцев. [24] Второе исследование с дозировкой 3,5 мг/день в течение 4 месяцев снизило интрапростатический ДГТ еще больше на 99%. [25] Подавление ДГТ in vivo и отчет о том, что дутастерид ингибирует 5α-R3 in vitro [26], позволяют предположить, что дутастерид может быть тройным ингибитором 5α-редуктазы. [8]
У самцов мышей с инактивированной 5α-редуктазой типа 1 наблюдается снижение костной массы и силы хвата мышц передних конечностей, что, как предполагается, связано с отсутствием экспрессии 5α-редуктазы типа 1 в костях и мышцах. [29] У самцов с дефицитом 5α-редуктазы типа 2 считается, что изофермент типа 1 отвечает за их вирилизацию в период полового созревания. [6]
Нарушенная активность 5α-редуктазы 2 может быть результатом мутаций в базовом гене SRD5A2. Состояние, известное как дефицит 5α-редуктазы 2 , имеет ряд проявлений в виде нетипичных проявлений наружных половых органов у мужчин. Это происходит потому, что 5α-редуктаза 2 катализирует превращение тестостерона в мощный андроген дигидротестостерон, который необходим для правильной маскулинизации мужских половых органов. [30]
При использовании малой интерферирующей РНК для подавления экспрессии изофермента 5α-R3 в клеточных линиях наблюдается снижение роста клеток, жизнеспособности и снижение соотношения ДГТ/Т. [31] Также была показана способность снижать уровень тестостерона, андростендиона и прогестерона в стимулированных андрогенами клеточных линиях простаты с помощью аденовирусных векторов. [8]
Врожденный дефицит 5α-R3 в гене SRD53A был связан с редким аутосомно-рецессивным состоянием, при котором пациенты рождаются с тяжелой интеллектуальной дисфункцией и мозжечковыми и глазными дефектами. Предполагаемый дефицит заключается в восстановлении терминальной связи полипренола с долихолом, важном этапе N-гликозилирования белков, что, в свою очередь, важно для правильного сворачивания остатков аспарагина на зарождающемся белке в эндоплазматическом ретикулуме . [32]
Было показано, что изолированное выращивание снижает экспрессию белка изоферментов 5α-редуктазы 1 и 2 в корковых и подкорковых областях мозга у крыс. Однако количество 5α-восстановленного метаболита осталось неизменным. Это означает, что изолированное выращивание, вероятно, приводит к изменениям в экспрессии и активности 5α-редуктазы в мозге, что приводит к нарушению регуляции нейротрансмиссии дофамина , что приводит к раннему хроническому стрессу [33] Было показано, что лечение финастеридом , ингибитором 5α-редуктазы, имитирует эффекты СИОЗС, вызывающих сексуальную дисфункцию . [34] Исследования показали, что 5α-редуктаза является ферментом, ограничивающим скорость синтеза нейростероидов , в частности, при превращении прогестерона в аллопрегнанолон , [35] низкие уровни аллопрегнанолона были связаны с депрессией , тревогой и шизофренией . Лишение сна может усилить экспрессию и активность 5α-редуктазы в префронтальной коре , что приводит к симптомам, связанным с манией у крыс. [35] Также оспаривается, связано ли использование ингибиторов 5α-редуктазы с суицидальными мыслями и депрессией у пациентов, которые используют их для лечения доброкачественной гиперплазии предстательной железы . [36] [37] Эти симптомы были обнаружены во время активного использования ингибиторов и в ходе непосредственного наблюдения. [36] Однако неизвестно, возникают ли эти симптомы естественным образом из-за доброкачественной гиперплазии предстательной железы. [37]
Альтернативный механизм регуляции кортизола регулируется через 5α-редуктазу, которая катализирует восстановление А-кольца кортизола, метаболизируя соединение. [38] Тип 1 и 2 5α-редуктазы являются основными ферментами, участвующими в клиренсе кортизола через печень . [39] Избыток кортизола был связан с метаболической дисфункцией, связанной со стеатозом печени (MASLD), но исследования in vitro показали, что повышенная экспрессия 5α-редуктазы типа 2 может подавлять липогенез . [40] Ключевая роль 5α-редуктазы в расщеплении кортизола и накоплении жира прояснила некоторые побочные эффекты ингибиторов 5α-редуктазы. В рандомизированных исследованиях на добровольцах было обнаружено, что ингибирование 5α-редуктазы с помощью дутастерида и финастерида может привести к накоплению липидов в печени у мужчин. [41] При критических заболеваниях чрезмерная стимуляция кортизола как часть реакции на стресс может привести к снижению клиренса кортизола через печень через 5α-редуктазу и почки через 11β-гидроксистероиддегидрогеназу типа 2 , [39] длительное повышение уровня кортизола может привести к синдрому Кушинга .
Этот фермент относится к семейству оксидоредуктаз , а именно, к тем, которые действуют на группу CH-CH донора с другими акцепторами. Систематическое название этого класса ферментов — 3-оксо-5α-стероид:акцептор Δ 4 -оксидоредуктаза . Другие общеупотребительные названия включают:
{{cite journal}}
: CS1 maint: DOI inactive as of November 2024 (link)