CC BY
156
Оптимизация моделирования биотрансформации лекарственных средств цитохромами CYP-системы
С.Н.Ларина, И.В.Игнатьев, Н.В.Чебышев, Г.В.Раменская, О.Е.Пасхина
Московская медицинская академия им. И.М.Сеченова,
Институт клинической фармакологии ФТУНЦЭСМП, Москва
Цитохромы CYP450 играют решающую роль в осуществлении I фазы биотрансформации ксенобиотиков (в т.ч. лекарственных средств) в организме человека и животных. Для разработки новых лекарств, оценки лекарственных взаимодействий, также как для лучшего понимания путей метаболизма различных ксенобиотиков необходимо изучать метаболизм опосредованный цитохромами Р450. В обзоре обсуждается возможность применения разных видов животных с наиболее адекватными системами цитохромов. Различные виды, по-видимому, могут быть использованы для оценки путей биотрансформации и взаимодействия лекарств опосредованных различными системами. Для CYPM опосредованного метаболизма возможно использование обычных модельных животных, за исключением собаки. Напротив, собака может быть удобна для моделирования CYP2D опосредованного метаболизма. Адекватными представителями для изучения CYP2С путей могут быть обезьяны. CYP3А, по-видимому, хорошо моделируется CYP3A29 свиней или минисвиней. Детальное изучение механизма индукции цитохромов позволяет выявить различные типы регуляции этого процесса. Регуляция индукции CYP450 также является в значительной мере видоспецифической. Важную роль в этом процессе играют ядерные рецепторы PXR, CAR, RXR. Выбор соответствующего модельного животного должен проводиться с учетом механизмов регуляции индукции CYP450.
Ключевые слова: биотрансформация, цитохром Р450, животные-биомодели, индукция, ингибирование.
Цитохромы Р450 (CYP) — это ферменты, можно условно разделить на два класса. Пер-
метаболизирующие малополярные вещест- вый класс участвует в биосинтезе. Пример —
ва. Они возникли на заре эволюции и име- образование стероидных гормонов из холе-
ются у всех современных организмов. Все стерина [7]. Второй класс принимает участие
CYP связывают два атома кислорода. Дан- в метаболизме ксенобиотиков.
ные ферменты называются оксидазами со Важность изучения CYP для практиче-смешанной функцией и относятся к классу ской медицины возросла после того, как
монооксигеназ (систематический номер несколько лекарственных средств (ЛС)
1.14.14.1). Они катализируют многие типы пришлось снять с продаж из-за возникно-
реакций: гидроксилирование углеводоро- вения не изученных лекарственных взаи-
дов; эпоксидирование двойных связей; модействий, приведших к опасным для
окисление и деалкилирование гетероато- жизни последствиям. Это происходит лимов; перенос окислительной группы; рас- бо при индукции фермента принимаемым
щепление эфиров; дегидрогенизация; вос- лекарством, когда повышение уровня
становительное дегалогенирование и др. CYP приводит к изменениям метаболизма
У млекопитающих известно более 60 данного лекарства, либо при ингибирова-
CYP, объединенных в 17 семейств. Члены од- нии метаболизма лекарства в результате
ного семейства имеют более 40% идентично- конкуренции за фермент с другим ЛС суб-
сти аминокислотного состава, члены одного стратом, принимаемым совместно. При-
подсемейства — более 55%. Ферменты CYP мером первого случая является изменение
уровня циклоспорина на фоне приема лекарств, содержащих гиперицин, что приводит к серьезным осложнениям у пациентов после пересадки органов [17]. Второй механизм можно проиллюстрировать на примере взаимодействия терфенадина с противогрибковыми лекарственными средствами (интраконазол, кетоконазол и др.) [35]. При этом у пациентов повышается уровень терфенадина, вызывая опасные для жизни нарушения ритма и частоты сердечных сокращений.
СУР3А4 и сходный с ним СУР3Л5 мета-болизируют большинство лекарств [6]. Очевидно, что возможно взаимодействие между препаратами, являющимися субстратами СУР3Л4. Ингибиторами СУР3Л4 являются азоловые противогрибковые средства, некоторые макролидные антибиотики, статины, блокаторы кальциевых каналов и др.
Другие важнейшие представители СУР, принимающие участие в метаболизме лекарств, это:
• СУР2Б6, метаболизирующий бета-бло-каторы, ингибиторы обратного захвата
серотонина и трициклические антидепрессанты;
• CYP2C9, метаболизирующий S-варфа-рин, нестероидные противовоспалительные средства, пероральные антидиабетические препараты;
• CYP2C19, метаболизирующий трицик-лические антидепрессанты;
• CYP2E1, метаболизирующий парацетамол, галотан, этанол, ацетон, ацетонитрил, нитрозамины;
• CYP1A2, метаболизирующий теофил-лин, кофеин, клозапин, такрин.
Экспериментальные животные и их особенности
Одной из важнейших задач фармакологии является изучение молекулярных основ лекарственного метаболизма. Для этого необходимы адекватные экспериментальные модели. Поскольку методы in vitro не позволяют должным образом моделировать процессы, происходящие в сложном многоклеточном
Таблица 1
Главные ферменты Р450 микросом печени человека и экспериментальные модели для их изучения
CYP Содержание в печени человека Доля метаболи-зируемых ЛС-субстратов Маркерная активность ферментов Модельная система
1А2 12% 4% Кофеин Крысы, кролики, свиньи
2С9/19 20% 11% Диклофенак/ ^)мефенитоин Приматы
2D6 4% 30% Спартеин, дебри-зохин, декстроме-торфан Собаки
2Е1 6% 2% хлорзоксазон Крысы, кролики, свиньи
3А4 30% 52% Нифедипин, эритромицин, алпразо-лам, декстроме-торфан Свиньи
организме, огромное значение имеют экспериментальные животные.
Крысы
СУРІА2 крысы имеет высокое сходство со своим аналогом у человека [9]. То же верно и для СУР2Б1. Поэтому, крыса является хорошим модельным объектом для изучения лекарств, метаболизируемых этими ферментами.
Вместе с тем, ортологичный СУР3А4 человека СУР3А1 крыс не индуцируется ри-фампицином [16] и имеет иной набор субстратов [9]. Самое многочисленное подсемейство СУР у крыс — СУР2С, выполняет ту же функцию, что СУР3А у человека [18]. Другому важному для метаболизма лекарств ферменту человека СУР2Б6 соответствует ортологичный фермент крысы СУР2Б1. Эти два фермента имеют сходную субстратную специфичность. Однако это сходство недостаточно для того, чтобы переносить на человека данные, полученные на крысах [23]. Часто одни и те же вещества у крыс и у человека индуцируют разные СУР [24].
Кролики
СУР кроликов были подробно изучены одними из первых [10]. Ферменты СУР1А2, СУР2Е1 и СУР2В4 кроликов сходны с человеческими аналогами [5, 28].
У кроликов, как и у крыс, главную роль в метаболизме ксенобиотиков играет подсемейство 2С (в отличие от ЗА у человека) [36].
На данный момент у кроликов не известны ферменты, соответствующие СУР2Б6 человека. Известные на настоящий момент СУР2Б23 и СУР2Б24 пока еще мало изучены [38].
Таким образом, кролики не подходят для большинства фармакологических исследований.
Собаки
СУР собак сильно отличаются от СУР человека [16]. Поэтому они являются пло-
хим объектом для изучения большинства цитохромов.
Исключение составляет СУР2Б15 собак, который по своей активности сходен с СУР2Б6 человека [26]. Это позволяет рассматривать собак, как перспективную модель для исследования соответствующих ЛС.
У собак также обнаружены СУР2С21 и СУР2С41. Однако эти ферменты изучены недостаточно, что не позволяет проводить параллели с человеком [3].
Интересно, что собаки являются единственными млекопитающими, способными к метаболизму полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) с помощью СУР 2В11 [9].
Приматы
Среди приматов наиболее популярными модельными объектами являются макаки и мармазетки, хотя у них наблюдаются внутривидовые различия в активности СУР [29]. СУР2Е1 приматов имеет сходство с человеческим аналогом по субстратной специфичности [29], однако отличается по механизму индукции [14]. Члены подсемейства цито-хромов 2С у приматов имеют высокое сходство с таковыми у человека [29]. Если не будет найдено существенных различий, приматов можно будет считать лучшим модельным объектом для изучения лекарств, мета-болизируемых 2С подсемейством.
Мини-свиньи
У свиней обнаружены все аналоги СУР человека [1, 20].
СУР1А2 и СУР2Е1 мини-свиньи имеют высокое сходство с соответствующими СУР человека [22, 20]. Несмотря на высокое структурное сходство СУР2Б25 свиней с СУР2Б6 человека [22], их свойства различаются [20]. У мини-свиней подсемейство 2С представлено довольно широко [7], но изучено недостаточно.
СУР3А29 и СУР3А39 также демонстрируют высокое сходство со соответствующи-
ми формами изоферментов у человека [20, 22] и являются преобладающими среди прочих CYP свиней [32]. Структурное сходство CYP3A29 свиньи и CYP3A4 человека делает мини-свиней хорошим объектом для изучения лекарств, метаболизируемых CYP3A4 [1, 20, 32].
Таким образом, для фармакологического исследования лекарств, метаболизи-руемых CYP1A2, экспериментальные животные модели являются релевантными, за исключением собак. Как модельный объект, собаки подходят для изучения лекарственных форм, метаболизируемых CYP2D6. Для подсемейства 2С оптимальными модельными животными являются, по-видимому, приматы, хотя при их использовании могут возникать проблемы этического характера. Для моделирования метаболизма под действием CYP3A4 хорошо подходят мини-свиньи.
Отметим, что необходимо параллельное использование моделей in vitro, поскольку, несмотря на сходство модельных животных с человеком, межвидовые различия в строении и функциональные особенности ферментов могут вызывать значительные модификации ответа на лекарственное воздействие.
Работа ферментов 1А и 2Е сходна у различных видов. Напротив, каталитическая активность цитохромов 2С демонстрирует широкий диапазон межвидовых различий. Различаются как сами изоформы, так и механизмы их регуляции. Различные лекарства могут регулировать работу CYP генов путем связывания в качестве лигандов с соответствующими ядерными рецепторами или транскрипционными факторами. Существуют различные механизмы регуляции работы CYP генов.
Свиньи представляются перспективной моделью для фармакологических исследований, однако, в отличие от грызунов, их система биотрансформации изучена недостаточно.
Регуляция экспрессии гена CYP1A1
Механизм индукции и регуляция AhR/DRE
Ген CYP 1A1 кодирует фермент CYP1A1, катализирующий окисление многих ксенобиотиков, включая ПАУ [1]. Рецептор ароматических углеводородов (AhR) находится в цитоплазме, в комплексе с HSP90 и AIP. При связывании с ПАУ происходит диссоциация AhR от HSP90 и AIP, после чего он связывается со своим ядерным переносчиком (Amt), происходит проникновение в ядро и связывание гетеродимера AhR/Amt с диоксин-регулируемым энхан-сером (DRE), что вызывает активацию транскрипции CYP 1A1. По такому механизму происходит индукция целого ряда генов: CYP 1A2, CYP 1В1 и др. [24]. Исследования на мышах выявили влияние генетического полиморфизма AhR на эффективность данного процесса [34]. В настоящее время ведется изучение генетического полиморфизма AhR у человека. Поскольку AhR является основным белком-индуктором CYP1A1, нарушения в кодирующем его гене могут приводить к изменению характера индукции и субстратной специфичности CYP1A1. В гене, кодирующем AhR, выявлен полиморфный маркер G1721A (Arg554Lys) [31], ассоциированный с усилением индукции CYP 1А1.
Экспрессия генов CYP, индуцируемая фенобарбиталом
Молекулярный механизм активации транскрипции генов CYP фенобарбиталом долгое время оставался неясным. Однако в последние годы в 5’-нетраслируемых областях ряда генов были обнаружены последовательности, на которые фенобарбитал может воздействовать. [37]. Вероятно, при этом происходит активация ядерных рецепторов, которые, в свою очередь, индуцируют транскрипцию генов CYP.
Фенобарбитал активирует многие гены (более 50), продукты которых принимают участие в биотрансформации [8]. Он является прототипом группы ксенобиотиков — барбитурат подобных индукторов. Эта группа включает в себя лекарства (барбитураты, фенитоин, карбамазепин, клотримазол, ло-вастин, примидон, циклофосфамид), пестициды (диэлдрин, хлордан, метоксихлор), растворители (ацетон, пиридин) и др.
Предполагалось, что фенобарбитал регулирует экспрессию генов, стимулируя синтез стероидов и стероид-индуциро-ванную активацию транскрипции посредством стероидных рецепторов [30]. Попытки идентифицировать эти рецепторы пока не увенчались успехом [19]. Перспективным представляется дальнейшее изучение промоторов барбитурат-индуциру-емых генов и белков, которые связываются с этими последовательностями.
Последовательность Barbie box обнаружена в промоторных областях почти всех генов, индуцируемых фенобарбиталом [37]. Высокая консервативность данной последовательности позволяет предположить, что она играет важную роль в механизме барбитурат зависимой индукции. [11].
Исследования регуляторных элементов, находящихся на разном расстоянии от точки начала трансляции показали, что участки, находящиеся от нее на расстоянии более 800 п.н., более важны для ответа на фенобарбитал [25]. Эта область также ответственна за специфическую для клеток печени экспрессию генов. Дальнейшие исследования выявили присутствие в ней барбитурат-отвечающих элементов. Эти последовательности содержат энхансерный модуль, отвечающий на фенобарбитал (PBREM). Продолжаются поиски рецепторных белков, которые экспрессируются и связываются с PBREM после введения фенобарбитала.
Ядерные гормональные рецепторы (NHR) — это суперсемейство транскрипционных факторов, активируемых эндо-
генными веществами, такими как стероиды, тиреоидные гормоны, ретиноиды и пр. В настоящее время насчитывают более 70 членов этого суперсемейства. Они имеют значительное сходство с классическими стероидными и тиреоидными гормональными рецепторами. Членами этого суперсемейства являются так называемые ор-фан-рецепторы. Эти рецепторы в составе димера с RXR связываются с ДНК в области (AG[G/T]TCA)n повторов. ^ецифич-ность связывания рецептора определяется ориентацией, последовательностью и расстоянием между повторами [18]. Два члена семейства NHR — PXR и CAR являются наиболее важными для индукции многих CYP у различных видов млекопитающих.
CAR является рецептором млекопитающих и дрожжей, который может индуцировать экспрессию генов в ответ на воздействие ретиноевой кислоты [4]. Ген, кодирующий CAR, транскрибируется в отсутствие лиганда. При связывании CAR с соответствующим фрагментом регулируемого гена происходит инактивация последнего. Инактивация CAR лигандом, напротив, приводит к включению контролируемого гена. Лктивация CAR также происходит под воздействием лиганд-независимого коактива-тора, такого как коактиватор стероидного рецептора 1 (SRC1). Вероятно, CAR может также участвовать в ответе на фенобарбитал, однако прямое связывание индуктора с CAR не было показано.
PXR является другим барбитурат индуцируемым рецептором [15]. Он селективно экспрессируется в печени и эпителии кишечника, там же, где идет экспрессия CYР3А4. PXR активируется неродственными индукторами CYР3А4 человека и CYР3А1 крыс: макролидными антибиотиками, противогрибковыми препаратами, синтетическими глюкокортикоидами, барбитурат подобными индукторами и пр. [37]. PXR димеризуется с RXR и активирует гены CYP 3Л. PXR разных видов акти-
вируется аналогичными индукторами. Однако гомологичные РХЯ человека и животных могут значительно различаться по степени связывания лигандов. Различная степень активации РХЯ является возможной причиной видовых различий в экспрессии генов 3А подсемейства.
Идентичный рецептор был обнаружен у человека, он был назван БХЯ (стероидный рецептор ксенобиотиков) [2]. Лекарства, индуцирующие СУР 3А, используют его для активации промотора СУР 3А. Был обнаружен природный лиганд этого рецептора. Им оказался гиперфорин, фуранокумарин зверобоя продырявленного, индуцирующий СУР 3А4 [21]. Это открытие дало старт изучению лекарственного взаимодействия, вызываемого этим ЛС.
Показано, что лекарства, индуцирующие СУР 3А4, является лигандами для РХЯ [12].
Видовые различия в индукции CYP 3А и CYP 2В
Интересные видовые различия в индукции CYP 3Л наблюдались при использовании типичного индуктора CYP 3Л крыс PCN. Ни у кроликов, ни у человека не происходило индукции CYP 3Л в ответ на PCN [13]. Так же один из самых эффективных индукторов CYP 3Л человека и кроликов, рифампин, не индуцировал CYP 3Л у крыс [13].
Cравнение PXR, выделенного из крыс [39], кроликов [12] и человека [15] показало, что аминокислотное сходство составило более 90% для ДНК-связывающего домена и лишь около 70% для лиганд-связы-вающего [12, 39]. Профиль активации лигандами PXR у различных видов соответствует профилю индукции CYP 3Л in vivo, однозначно доказывая, что видовые различия в индукции CYP 3Л лекарствами и стероидами является результатом различий в лиганд-связывающем домене PXR.
Взаимодействие ядерных гормональных рецепторов, СYР и АВС-транспортеров
Ядерные гормональные рецепторы PXR и CAR являются интегрированной частью биологического ответа на токсины. Перед исследователями стоит задача не просто выявить все гены, участвующие в контроле этого процесса, но и понять характер взаимодействия между ними. PXR и CAR регулируются по принципу прямой связи. Например, таксол активирует PXR [33], приводя к усилению своей элиминации, так как PXR, в свою очередь, индуцирует ген MDR1, кодирующий Р-гликопротеин (Pgp). Поскольку Pgp выводит многие лиганды PXR, он служит тонким регулятором концентрации лиганда, доступного для PXR. Цепень индукции CYP3А лекарствами, являющимися лигандами PXR и субстратами Pgp, определяется его уровнем в клетке [27]. Менее изучены компоненты обратной связи этого молекулярного пути. Вещества, контролирующие PXR по типу обратной связи, регулируют силу и длительность PXR активации.
Заключение
Таким образом, организм имеет строго контролируемую систему метаболизма и выведения ксенобиотиков и продуктов обмена. Эффективность работы этой системы зависит от состояния всех ее элементов. Поэтому, воздействуя на один из таких элементов, можно разбалансировать всю систему, что приведет к тяжелым для организма последствиям. В ходе доклинических испытаний необходимо тщательно проверять лекарственные средства в плане того, на какие элементы данной системы и в какой степени они могут воздействовать. Для этого нужно
широко задействовать весь спектр возможностей современной науки, так как, в конечном счете, речь идет о человеческой жизни. И модельные животные дают хороший шанс заранее отбраковать препараты, вызывающие нежелательные эффекты. Надо лишь правильно использовать модельные объекты для эксперимента, учитывая их особенности.
Литература
1. AnzenbacherP., Sou е ek P., Anzenba-cherovа E, et al. Presence and activity of cytochrome P450 isoforms in minipig liver microsomes. // Drug Metab. Dispositio, 26:56, 1998.
2. Blumberg B, Sabbagh W, Juguilon H. et.al. SXR, a novel steroid and xenobiotic sensing nuclear receptor. // Genes Dev. 12, 3195-3205, 1998.
3. Chauret N, Gauthier A., Martin J, Nicoll-Griffith D.A. In vitro comparison of cytochrome P450-mediated metabolic activities in human, dog, cat, and horse. // Drug Metab. Disposition. 25:1130. 1997.
4. Czekaj P. Interakcje receptorow hormone tarczycy I pochodnych witamin A I D z DNA. // Post. Biol. Kom. (in Polish), 23, 261-278, 1996.
5. Ding X., Pernecky S.J., Coon M.J. Purification and characterization of cytochrome P450 2E2 from hepatic microsomes of neonatal rabbits. // Arch. Biochem. Bioiphys, 291: 270, 1991.
6. Dresser G.K., Spencer D.J., Bailey D.G. Pharmacokinetic-pharmacodynamic consequences and clinical relevance of cytochrome P450 3A4 inhibition. // Clin. Pharmacokinet., 38: 41, 2000.
7. http://drnelson.utmem.edu/cytochrome P450.html
8. Frueh F., Zanger U., Meyer U.Extent and character of Phenobarbital-mediated changes in gene expression in the liver. // Mol. Pharmacol., 51, 363-369, 1997.
9. Guengerich F.P. Comparisons on catalytic selectivity of cytochrome P450 subfamily enzymes from different species. // Chem.-Biol. Interact., 106:161, 1997.
10. Haugen D.A, Coon M.J. Properties of elec-
trophoretically homogenous
Phenobarbital- inducible and beta naph-thoflavone-inducible forms of liver microsomal cytochrome P-450. // J. Biol. Chem, 251: 7929, 1976.
11. He J., Fulco A. A barbiturate-regulated protein binding to a common sequence in the cytochrome P450 genes of rodents and bacteria. // J. boil. Chem., 226, 7864-7869,1991.
12. Jayyosi Z., Muc M., Erick J. et al. Catalytic and immunochemical characterization of cytochrome P450 isozyme induction in dog liver. // Fundam. Appl. Toxicol., 31:95. 1996.
13. Kobayashi K., Urashima K., Shimada T., Chiba K. Substrate specificity for rat cytochrome P450 (CYP) isoforms: Screening with cDNA-expressed system of the rat. // Biochem. Pharmacol., 63: 889, 2002.
14. Kocarek T.A., SchuetzE.G., Strom S.C. et al. Comparative analysis of cytochrome P4503A induction in primary cultures of rat, rabbit and human hepatocytes. // Drug Metab. Dispos., 23, 415-421, 1995.
15. Larsen M.C., Jefcoate C.R. Phenobarbital induction of CYP2B1, CYP2B2 and CYP3A1 in rat liver, genetic differences in a common regulatory mechanism. // Arch. Biochem. Biophys., 321, 67-476, 1995.
16. Lehmann J., McKee D., Watson M. et al. The human orphan nuclear receptor PXR is activated by compounds that regulate CYP3A4 gene expression and cause drug interactions. // J. Clin. Invest, 102, 1016-102, 1998.
17. Mai I., Kru ger H., Budde K. et al. Hazardous pharmacokinetic interaction of Saint John’s wort (Hypericum perforatum) with the immunosuppressant cyclosporine. // Int. J. Clin. Pharmacol. Therapeutics, 38: 500, 2000.
18. Mandelbaum A., Pertyborn F., Martin/ Facklam M., Wiesel M. Unexplained decrease of cyclosporine trough levels in a compliant renal transplant patient. // Nephrol. Dialysis Transplantation., 15: 1473, 2000.
19. Mangelsdorf D.J., Evans R.M. The RXR Heterodimers and Orphan Receptors. // Cell, 83, 841-850, 1995.
20. Miller E., Miller J.A. Mechanisms of chemical carcinogenesis. // Cancer, 47, 1055-64, 1981.
21.Monshouwer M., van’t Klooster G.A.E., Nijmeijer S.M. et al. Characterization of cytochrome P450 isoenzymes in primary cultures of pig hepatocytes. // Toxicol. In Vitro, 12: 715, 1998.
22. Mulling M.E., Horowitz B.Z., Linden D.H. et al. Life-threatening interaction of mibefradil and beta-blockers wih dihydropyridine calcium channel blockers. — JAMA.. 280:157, 1998.
23. Myers M.J., Farrell D.E., Howard K.D., Kawalek J.C. Identification of multiple constitutive and inducible hepatic cytochrome P450 enzymes in market weight swine. // Drug Metab. Disposition, 29: 908, 2001.
24. Prasad R., Prasad N., Harrel J.E. et al. Aryl hydrocarbon hydroxylase inducibility and lymphoblast formation in lung cancer patients. // Int. J. Cancer, 23, 316-320, 1979.
25. QuattrochiL.C., TukeyR.H. The human CYP 1A2 gene and induction by 3-methylcholan-threne. // J.Biol.Chem., 269:6949, 1994.
26. Ramsden R., Sommer K.M., Omie-cinski C.J. Phenobarbital induction and tissue-specific expression of the rat CYP2B2 gene in transgenic mine. // J. Biol. Chem., 268, 21722-21726, 1993.
27. Roussel F., Duignan D.B., Lawton M.P. et al. Expression and characterization of canine cytochrome P450 2D15. // Arch. Biochem. Biophys., 357: 27, 1998.
28. Schuetz E.G., Schinkel A.H., Relling M.V., Schuetz J.D. P-glycoprotein, a major determinant of rifampicin-inducible
expression of cytochrome P4503A in mice and humans. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93, 4001-4005, 1996.
29. Schwartz P. S., Waxman D.J. Cyclophosphamide induces caspase 9-dependent apoptosis in 9L tumor cells. // Mol. Pharmacol., 60:1268, 2001.
30. Sharer J.E., Shipley L.A., Vandenbranded M.R. et al. Comparisons of phase I and phase II in vitro hepatic enzyme activities of human, dog, rhesus monkey, and cynomol-gus monkey. // Drug metab. Disposition, 23: 1231, 1995.
31. ShehinS.E, StephensonR.O., Green-lee W.F. Transcriptional regulation of the human CYP1B1 gene. Evidence for involvement of an aryl hydrocarbon receptor response element in constitutive expression. // J.Biol.Chem., 275, 6770-6776, 2000.
32. Smith G, Henderson C., Parker M. et al. 1,4-Bis [2-(3,5-dichloropyridyloxy)] benzene, an extremely potent modulator of mouse hepatic cytochrome P-450 gene expression. // Biochem. J., 289, 807-813, 1993
33. Sueyoshi T., Kawamoto T., Zelko I. et al. The repressed nuclear receptor CAR responds to Phenobarbital in activating the Human CYP2B6 Gene. // J. Biol.Chem, 274, 6043-6046, 1999.
34. Synold T. W., Dussault I., Forman B.M. The orphan nuclear receptor SXR coordinately regulates drug metabolism and efflux. // Nat Med.;5:584-90, 2001.
35. Thomas P.E., Kouri R.E., Hutton J.J. The genetics of aryl hydrocarbon hydroxylase induction in mice: a single gene difference between C57BL-6J and DBA-2J. // Biochem. Genet., 6, 157-68, 1972.
36. Thummel K.E., Wilkinson GR. In vitro and in vivo drug interaction involving human CYP3A. // Annual Rev. Pharma-col. Toxicol., 38: 389, 1998.
37. Wei P., Zhang J., Egan-Hafley M. et al. The nuclear receptor CAR mediates specific xenobiotic induction of drug metabolism. // Nature, 407, 920-923, 2000.
38. Whitlock J., Denison M. Human cytochrome P450 enzymes; in Cytochrome P450: Structure, Mechanisms and Biochemistry (Ortiz de Montellano, P., ed.) — New York, Plenum Press, pp. 367-390, 1995.
39. Yamamoto Y., Ishizuka M., Takada A., Fujita
S. Cloning, tissue distribution, and functional expression of two novel rabbit cytochrome P450 isozymes, CYP2D23 and CYP2D24. // J. Biochem. (Tokyo), 124:503, 1998
OPTIMIZATION OF MODELLING OF DRUG BIOTRANSFORMATION BY CYP-SYSTEM CYTOCHROMES S.N.Larina, I.V.Ignatiev, N.V.Tchebyschev, G.V.Ramenskaya, O.E.Paskhina
Moscow Sechenov Medical Academy,
Institute of Clinical Pharmacology NC ESMP, Moscow
Key words: biotransformation, cytochrome P450, animal models, induction, inhibition.
Cytochrome P450 (CYP) are enzymes known for their role in I phase of xenobiotics (and drug) biotransformation in human and animal organism. For the development of new drugs, evaluation of drug-drug interactions, as well as for better understanding of different xenobiotics metabolism is necessary to study drug metabolism mediated by cytochromes P450. In this review is discussed the possibility to use different animal species with adequate CYP systems involved. Different species, seem to be, available to biotransformation and drug interaction mediated by different CYP systems. For CYP1A1-mediated pathways, all the commonly used experimental models are appropriate except probably the dog. On the contrary the dog, seems to be suitable for modeling of processes depending on the CYP2D. The adequate system for CYP2C studying can be based on monkey (Macaca rhesus). The CYP3A may be well modelled by pig or minipig CYP3A29. Detailed studying of CYP450 induction reveals the different types of this process regulation. CYP450 induction is also species-specific. Nuclear receptors PXR, CAR, RXR play important role in this process. The mechanisms of CYP450 induction should be taken in to account when evaluation of appropriate animal models occurs.
