Cyclopentenon prostaglandiner - Cyclopentenone prostaglandins

Cyclopentenon prostaglandiner er en delmængde af prostaglandiner (PG'er) eller prostanoider (se eicosanoid#klassiske eicosanoider og eicosanoid#ikke-klassiske eicosanoider ), der har 15-deoxy-Δ12,14-prostaglandin J2 (15-d-Δ12,14-PGJ2), Δ PGJ2 og PGJ2 som dets mest fremtrædende medlemmer, men også PGA2, PGA1 og, selvom de ikke er klassificeret som sådanne, andre PG'er. 15-d-Δ12,14-PGJ2, Δ12-PGJ2 og PGJ2 deler en fælles mono-umættet cyclopentenon- struktur samt et sæt lignende biologiske aktiviteter, herunder evnen til at undertrykke inflammationsresponser og vækst samt overlevelse af celler, især dem af kræft eller neurologisk oprindelse. Derfor foreslås disse tre cyclopentenon-PG'er og de to epoxyisoprostaner at være modeller for udviklingen af ​​nye antiinflammatoriske og kræftbekæmpende lægemidler. Cyklopenenton-prostaglandinerne er strukturelt og funktionelt relateret til en delmængde af isoprostaner, nemlig to cyclopentenon-isoprostaner , 5,6-epoxyisoprostan E2 og 5,6-epoxisoprostan A2 .

Biokemi

I celler metaboliserer COX-1 og COX-2 arachidonsyre til PGH2, som derefter omdannes til PGE2 af en hvilken som helst af tre isozymer , PTGES , PTGES2 og PTGES3 eller alternativt til PGD2 af et af to enzymer, en glutathion- uafhængig syntase betegnet Prostaglandin D2- syntase af lipocalin-type (PTGDS eller L-PGDS) og en H- PGDS eller PTGDS2 af hæmatopoietisk hæmatopoietisk type ; COX'erne metaboliserer også dihomo-gamma-linolensyre til PGH1, som metaboliseres af et af de tre PTGES-isomzymer til PGE1 (se eicosanoid#Prostanoid-veje ). PGE2, PGE1 og PGD2 undergår en dehydratiseringsreaktion henholdsvis PGA2, PGA1 og PGJ2. PGD2 -konverteringer danner de mest undersøgte cyclopentenon -PG'er. Disse konverteringer er som følger:

  • PGD2 er en 20 carbon arachidonsyremetabolit med dobbeltbindinger mellem carbonatomer 5,6 og 13,14, en carbon-carbonbinding mellem carbonatomer 8 og 12 (som etablerer sin cyclopentanonring ), hydroxylrester knyttet til carbonatomer 9 og 15 og en ketol rest (dvs. oxygenatom dobbeltbundet carbon) bundet til carbon 11. PGD2 undergår en spontan (dvs. ikke-enzymatisk) dehydrering reaktion (dvs. fjernelse af to hydrogenatomer og ét oxygenatom [dvs. H 2 O]) over dens 9-hydroxyl -carbon 10 -regionen til dannelse af en ny 9,10 dobbeltbinding for at blive til PGJ2 med en cyclopentenonring (dvs. ringen indeholder en dobbeltbinding), der erstatter cyclopentanonringen (dvs. ringen har ingen dobbeltbindinger) af PGD2. Carbon 9 bliver derved kemisk reaktiv som et elektrofilt center.
  • PGJ2 undergår en spontan isomeriseringsreaktion , hvor carbon 13,14 dobbeltbundet skifter til carbon 12,13 positionen for at blive Δ12-PGJ2 med et andet elektrofilt centersted, der er etableret ved carbon 13.
  • Δ12-PGJ2 undergår en spontan dehydratiseringsreaktion på tværs af sit 15-hydroxyl-carbon 14-område for at danne en ny dobbeltbinding mellem carbonatomer 14 og 15 og derved blive 15-deoxy-Δ12,14-PGJ2 med tilbageholdte elektrofile steder ved carbonatomer 9 og 13. Carbon 9 er mere elektrofil end carbon 13 og er derfor mere aktiv end carbon 9 ved dannelse af kovalente bindinger med andre molekyler.

PGE2 og PGE1 er 20 carbonmetabolitter af henholdsvis arachidonsyre og dihomo-γ-linolensyre med en dobbeltbinding mellem carbonatomer 13 og 14, en carbon-carbonbinding mellem carbonatomer 8 og 12 (som fastslår deres cyclopentanonstruktur), hydroxylrester ved carbonhydrider 11 og 15 og en ketolrest ved carbon 9. De adskiller sig ved, at PGE2, mens PGE1 mangler, har en dobbeltbinding mellem carbonatomer 5 og 6. Begge PG'er undergår en dehydratiseringsreaktion på tværs af deres 11-hydroxyl-carbon 10-regioner til danne en ny dobbeltbinding mellem carbonatomer 10 og 11 for at blive henholdsvis PGA2 og PGA1 med en cyclopenenonring, der erstatter cyclopentaononringene eller deres forstadier og et nyetableret elektrofilt sted ved carbon 11. Dette elektrofile sted er sandsynligvis mindre elektrofilt end carbon 9 steder af Δ12-PGJ2 og 15-deoxy-Δ12-PGJ2

De cyclopentenon strukturer af PGA2, PGA1, PGJ2, Δ12-PGJ2, og 15-d-Δ12,14-PGJ2 besidder a, p-umættede carbonylgrupper (se carbonylgruppe # α, p-umættede carbonylforbindelser ), der tjener til at etablere et højt niveauer af kemisk reaktivitet ved nærliggende carbonatomer 9, 11 og/eller 13. Disse carbonatomer er elektrofiler, der let danner kovalente bindinger ved at fungere som acceptorer i Michael -reaktioner for at danne kovalente bindinger med udsatte nukleofile steder, især thiolrester , i forskellige proteiner . Reaktionen inaktiverer eller reducerer aktiviteten af ​​forskellige funktionelt vigtige målproteiner og er en mekanisme, hvormed cylopentenon PG'er påvirker cellefunktionen.

Alle de reaktioner, som de ovennævnte PG'er undergår, forekommer spontant (dvs. er enzymuafhængige) i vandige medier. Denne biokemi sætter meget vigtige begrænsninger for undersøgelsen af ​​cyclopentenon -PG'erne og i mindre grad for PGE2, PGE1 og PGD2: a) påvisning af cyclopentenon -PG'erne i væv kan og har ofte afspejlet deres dannelse under vævsforberedelse; b) påvisning af PGE2, PGE1 og PGD2 i væv kan undervurderes på grund af tab på grund af deres omdannelse til cyclopentenon PG'er; c) aktiviteterne, som undersøgt in vitro eller in vivo, af PGJ2 kan afspejle dets omdannelse til Δ12-PGJ2 eller 15-deoxy-Δ12,14-PGJ2, de af Δ12-PGJ2 kan afspejle dets omdannelse til 15-deoxy-Δ12, 14-PGJ2 og PGE2, PGE1 eller PGD2 kan afspejle deres omdannelse til en hvilken som helst af cyclopentenon-PG'erne; og d) vedhæftningen af ​​disse forbindelser, der ligner den i andre Michael -reaktioner, er reversibel og kan derfor undervurderes eller ikke opdages i undersøgelser.

Handlingsmekanismer

G -proteinkoblede receptorer

PGJ2-serien af ​​cyclopentenon-PG'er binder til og aktiverer den G-proteinkoblede receptor , Prostaglandin DP2-receptor , hvor 15-deoxy-Δ12,14-PGJ2 og PDJ2 udviser potenser, der kan sammenlignes med PGD2 (dvs. Ki- ligevægtskonstanter ~ 20-45 nanomolar) og Δ12-PGJ2 med 10 gange mindre styrke, i det mindste på musens DP2-receptor. Disse PGJ2'er binder og aktiverer også en anden G-proteinkoblet receptor, Prostaglandin DP1-receptor , men kræver høje koncentrationer for at gøre det; denne aktivering betragtes ikke som fysiologisk. DP2 og DP1 er G -proteinkoblede receptorer , hvor DP2 -receptoren er koblet til Gi alfa -underenhedsafhængig depression af cellulære cAMP -niveauer og forårsager forstærkningscelleskade i neurale vævskulturer og med DP1 -receptoren koblet til Gs alfa -underenhedsafhængige stigninger i cellulære cAMP -niveauer og undertrykkelse af celleskade i neurale vævskulturer.

Peroxisom proliferator-aktiveret receptor gamma

PGD2, PGJ2, Δ12-PGJ2 og 15-deoxy-Δ12,14-PGJ2 aktiverer transkriptionsfaktoren , PPARγ , hvor 15-deoxy-Δ12,14-PGJ2 er den mest potente af de fire PG'er. Derfor har yderligere undersøgelser fokuseret på 15-deoxy-Δ12,14-PGJ2. Denne PG binder direkte til og aktiverer PPARγ og inducerer derved transkription af gener indeholdende PPARy -responselementet . Som en konsekvens af denne handling får 15-deoxy-Δ12,14-PGJ2 celler til at engagere sig i vejen til programmeret celledød kaldet Paraptosis , en form for celleselvmord, der adskiller sig fra apoptose ved at involvere cytoplasmatisk vakuolisering og mitokondriel hævelse frem for plasmamembranblødning, atomkondensation og fragmentering og apoptotiske kroppe. 15-Deoxy-Δ12,14-PGG2's aktivering af PPARγ og induktion af paraptose er ansvarlig for at hæmme væksten af ​​dyrkede humane bryst, tyktarm, prostata og måske andre kræftcellelinjer. Undersøgelser viste, at de antiinflammatoriske virkninger af cylopenentonprostaglandinerne ikke viser nogen eller ringe afhængighed af deres PPARy-aktiverende kapacitet.

Kovalent modifikation af proteiner

De elektrofile centre i cyclopentenonringen af ​​cylopentenon -PG'er danner kovalente bindinger med udsatte nukleofile centre, primært svovlatomet i thiolresterne af cysteinrester . Proteomics- analyser har påvist 368 proteiner, der er kovalent modificeret med 15-deoxy-Δ12,14-PGJ2; disse omfatter talrige plasmamembraner , cellesignalering, glycolytisk enzym, cytoskeletal og Chaperone (protein) s . Dette resulterer i tilsætning af PG til proteinet ved en Michael -additionsreaktion og vigtige ændringer i aktiviteten af ​​målproteiner, der har nøglefunktioner i celler. 15-Deoxy-Δ12,14-PGJ2 viser den største reaktivitet og har været i fokus for disse undersøgelser. Proteomiske undersøgelser indikerer, at PGJ'er danner addukter med over 358 proteiner. Denne adduktdannelse er blevet undersøgt med flere funktionelt og/eller klinisk vigtige proteiner såsom:

  • IKK-β-underenhed af IκB-kinase : IκB tjener til at bevare NFκB i cellecytoplasma og derved forhindre den i at komme ind i kernen og fungere som en transkriptionsfaktor (se IkB-kinase ) for at inducere transkription af gener, hvoraf mange bidrager til at regulere inflammatoriske reaktioner . 15-deoxy-Δ12,14-PGJ2 danner et addukt med IKK-β-underenheden af ​​IκB kinase og hæmmer derved kinaseaktiviteten og fremmer dermed NFκB's indtræden i kernen og stimulerer transkriptionen af ​​mere end 15O proteiner, hvoraf mange regulerer inflammatoriske reaktioner . Nettoeffekten af ​​denne inhibering er at hæmme og/eller henvise til betændelse.
  • KEAP1 : cytosolisk KEAP1 tjener til at fremme nedbrydning af Nrf2 ved proteasomer og derved hæmme denne transkriptionsfaktor i at komme ind i kernen og stimulere transkriptionen af ​​mange gener, der for forskellige antioxidantproteiner, såsom HMOX1, der koder for det kulilte-dannende og antiinflammatoriske protein, HO-1 (se Kulilte#Kemi og Kulilte#Fysiologi ). 15-Deoxy-Δ12,14-PGJ2 danner addukter med KEAP1 cystein 273 og 288 og blokerer derved dets evne til at undertrykke aktivering af Nrf2's induktion af antioxidantproteiner. Cyklopentenon prostaglandiners evne til at fremme transkription af Nrf2-afhængige gener synes kritisk for deres antiinflammatoriske virkninger.
  • eIF4A : eIF4A er en RNA -helikase er afgørende for proteinoversættelse . 15-Deoxy-Δ12,14-PGJ2 danner et addukt med cystein 264 i eIF4A for at hæmme proteinoversættelse og forårsage TRAF2 , et intracellulært signalprotein, der er nødvendigt for de cellestimulerende handlinger af det proinflammatoriske cytokin , TNFα , til at binde sig i cellulære stressgranulater . Inhiberingen af ​​proteinoversættelse kan udløse programmerede celledødsreaktioner, mens sekvestrering af TRAF2 kan undertrykke inflammatoriske reaktioner. PGA1 har lignende, selvom det er mindre potent virkning på proteintranslation og TRAF2 -sekvestrering og kan derfor også danne et addukt med og derved inaktivere eIF4a.
  • UCHL1 : PGA1, Δ12-PGJ2 og 15-deoxy-Δ12,14-PGJ2 danner addukter med UCHL1 (Ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L1), et protein, der viser sig at blive deponeret som aggregat i de patologisk involverede væv ved Parkinsons sygdom og andre neurodegenerative sygdomme . I yderligere undersøgelser viste det sig, at 15-deoxy-Δ12,14-PGJ2 udløste Uch-L1-aggregatdannelse og foreslog, at denne reaktion kan bidrage til udviklingen og/eller progressionen af ​​disse sygdomme.
  • H-Ras : 15-Deoxy-Δ12,14-PGJ2 danner en kovalent binding med cystein 184 på H-ras og aktiverer derved dette signalprotein og fremmer cellespredning.
  • Epoxidhydrolase : 15-Deoxy-Δ12,14-PGJ2 inhiberer opløselig epoxidhydrolase 2 ved at danne addukter med dets katalytiske cystein (Cys521) rest. Denne effekt blokerer hydrolasens evne til at inaktivere epoxyeicosatrieninsyrer (EET'er), især 14,15-EET. EET'erne forårsager vasodilatation af arterier, herunder hjertets. Ved at blokere produktionen af ​​14,15-ETE og i det mindste teoretisk set andre vasodilaterende ETE'er, Epoxydocosapentaensyrer og/eller Epoxydocosapentaensyrer ser det ud til at 15-deoxy-Δ12,14-PGJ2 forårsager dilatation af kranspulsårer og derved beskytter mod hjerte iskæmi og hjerteanfald i en rotte -model.

En eller flere af cyclopentenon -prostaglandinerne regulerer også andre cellesignalveje, selvom den eller de nøjagtige mekanismer bag dette ikke altid er klare. Det (de) regulerer signalering ved: a) at hæmme STAT3 - Janus kinase -vejen til at blokere cellulære proinflammatoriske reaktioner; b) stimulering af Suppressor af cytokinsignalering 1 , Suppressor af cytokinsignalering 3 og Src-homologi 2-domæneholdige proteinphosphatase 2-veje til at hæmme virkningerne af proinflammatoriske cytokiner; c) inhibering af aktiveringen af ERK1 , ERK2 , Akt og en p38 mitogenaktiveret proteinkinase- vej til at hæmme virkningerne af proinflammatoriske cytokiner og/eller differentiering af stamceller til pro-inflammatoriske dendritiske celler ; d) regulering af cellecyklussen og celleproliferation ved stimulering af p21 , cFos , Erg-1 og cMyc eller inhibering af N-Myc , Cyclin D1 , Cdk4 og insulinlignende vækstfaktor 1 ; og e) reguleringsmidler, såsom HSP70 , GPR78 , Gadd153, Ubiquitin B og Ubiquitin C, som bidrager til nedbrydning af unormale proteiner.

Prækliniske studier

Cellulære undersøgelser

Cyklopentenon prostaglandiner, hovedsageligt 15-deoxy-Δ12,14-PGJ2, Δ12-PGJ2, PGJ2 og i færre undersøgelser, PGA2 og PGA1 har vist sig at hæmme funktionen og/eller overlevelse af forskellige proinflammatoriske, neurologiske og andre celletyper. De tre PGJ2-cyclopentenon-prostaglandiner fremkalder apoptose i gnaverdyrkede neuronceller ved en mekanisme, der involverer inhibering af phosphoinositid 3-kinasesignalvejen ; denne inhibering er uafhængig af deres evne til at aktivere PPARγ eller deres prostaglandin DP2 -receptor.

Dyreforsøg

15-deoxy-Δ12,14-PGJ2, Δ12-PGJ2, PGJ2 og i færre undersøgelser inhiberer PGA2 og PGA1 den inflammatoriske reaktion og vævsskade, der følger eksperimentelt induceret pancreatitis ; glomerulonephritis ; gigt ; rygmarvs-, hjerne- og lungeskade; skade på grund af iskæmi i hjerte, hjerne, nyre og tarm; og stressinduceret traume i centralnervesystemet.

Rotte Cerebral cortex neuroner og humane neuroblastom SH-SY5Y celler bliver apoptotiske, når de behandles med mikromolære niveauer af 15-d-Δ12,14-PGJ2; denne effekt vises på grund af evnen hos 15-d-Δ12,15-PGJ2 til at hæmme Phosphoinositide 3-kinase- vejen til cellesignalering. Den direkte indsprøjtning af 15-d-Δ12,14-PGJ2 i hippocampus viste sig at forringe kontekstuel hukommelseshentning hos rotter, igen tilsyneladende ved at hæmme Phosphoinositid 3-kinasebanen. Baseret på disse og andre undersøgelser er det blevet foreslået, at hjernens overproduktion af cyclopentenonprostaglandiner bidrager til neuronskaden observeret i forskellige gnavermodeller af neurodegenerative sygdomme og kan derfor være relevant for udviklingen og/eller progressionen af ​​neuronskaden, der opstår i menneskelige sygdomme som Alzheimers sygdom og Parkinsons sygdom .

Menneskelige undersøgelser

15d-Δ12,14-PGJ2 og dets PGD2-forløber har vist sig at undertrykke hårvækst i undersøgelser af musemodeller og humane follikulære eksplantkulturmodeller; yderligere undersøgelser, der undersøgte indholdet af disse to prostaglanider i normalt og skaldet væv hos mus og mennesker, har impliceret PGD2 og i langt mindre grad 15d-Δ12, Δ14-PGJ2 i udviklingen af skaldethed hos mænd .

Referencer