Enzimi coinvolti nel metabolismo dei farmaci (Fase I e Fase II) CYP: citocromi DPD: diidropirimidina deidrogenasi GST: glutatione S-transferasi NAT: N-acetiltransferasi ST: sulfotransferasi TPMT: tiopurina metiltransferasi UGT: UDP-glucuronosiltrasferasi

I citocromi P450

Frazione dei farmaci utilizzati in clinica metabolizzati dai piu’ importanti enzimi di fase 1 e fase 2 Goodman and Gilman, 2011

I citocromi (CYP) sono una superfamiglia di enzimi che contengono tutti una molecola di eme legata in maniera non covalente alla catena polipeptidica. L'eme è il gruppo che lega l'ossigeno e si trova anche nell'emoglobina, dove ha un ruolo nel legame e nel trasporto dell'ossigeno molecolare dai polmoni agli altri tessuti. L'eme contiene un atomo di ferro all'interno di una struttura di atomi di carbonio (tetraidropirrolica) che funziona nel legame dell'ossigeno all'interno del sito attivo del citocromo, come una parte del ciclo catalitico di questi enzimi. I CYP utilizzano l'ossigeno molecolare (02) più idrogenioni (H+) derivati dal cofattore NADPH per determinare l'ossidazione dei substrati. La reazione catalizzata dal citocromo può generare però un eccesso di intermedi di ossigeno attivato (02-), che possono essere potenzialmente dannosi e in genere vengono inattivati dall'enzima superossido dismutasi e trasformati in acqua.

Perché il citocromo P450 ha questo nome? Gli enzimi P450 hanno delle proprietà di spettro uniche e le forme ridotte si combinano con il monossido di carbonio per formare un pigmento di colore rosa (in inglese “Pigment” o “Pink” da cui “P”); questo composto ha picchi di assorbimento a 450 nm (da 447 a 452 nm).

Posizione dei citocromi nella cellula Goodman and Gilman, 2011

Meccanismo molecolare d'azione dei citocromi I substrati dell'enzima vengono ossidati attraverso un'unica reazione:

Meccanismo d’azione molecolare dei citocromi

Elenco substrati delle varie isoforme dei citocromi http://medicine.iupui.edu/clinpharm/ddis/table.aspx

Certi farmaci possono indurre l’espressione epatica dei citocromi

Citocromi ed interazione tra farmaci

Citocromi e metabolismo xenobiotici Specificita’ bassa = possono metabolizzare molecole con strutture differenti o reazioni diverse su una stessa molecola Ridotta specificita’ = riconoscono grande quantita’ di substrati = protezione da xenobiotici. Ampia varieta’ di substrati = sito di legame elastico = ridotta velocita’ di catalisi Ridotta velocita’ di catalisi -> emivita lunga dei farmaci (ore) rispetto ai composti endogeni

Citocromi I CYP sono fra gli enzimi piu’ studiati fra quelli coinvolti nel metabolismo degli xenobiotici. Tecniche di clonaggio e sequenziamento hanno evidenziato l'esistenza di almeno 57 geni funzionali e 58 pseudogeni diversi nell'uomo. Questi geni sono raggruppati, sulla base della similarità della sequenza amminoacidica, in una gran numero di famiglie e sottofamiglie. I CYP sono denominati utilizzando la radice comune CYP e quindi un numero identificativo della famiglia, che corrisponde ad una sequenza uguale per il 40 % ed una sottofamiglia, che corrisponde ad una sequenza uguale per il 55 %. Per esempio: Identificativo della famiglia (40 % di omologia strutturale) CYP 3 A 4 Identificativo della sotto-famiglia (55 % di omologia strutturale) Identificativo della proteina specifica

Negli esseri umani 12 CYP sono considerati importanti per il metabolismo degli xenobiotici: CYP1A1, CYP1A2, CYP1B1, CYP2A6, CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, CYP3A4 e CYP3A5. Per i farmaci, i più importanti sono le sottofamiglie: CYP2C, CYP2D e CYP3A. In particolare, CYP3A4 è l'enzima più espresso ed è coinvolto nel metabolismo di circa il 50 % dei farmaci. Le sottofamiglie CYP1A, CYP1B, CYP2A, CYP2B e CYP2E non sono coinvolte nel metabolismo dei farmaci, ma catalizzano la reazione di molte sostanze contenute negli alimenti e di origine ambientale, fra cui molte protossine e molecole procarcinogene. Inoltre, esiste un'ampia variabilità interindividuale nell'attività dei CYP, in parte legata anche alla presenza di polimorfismi genetici. Le isoforme più importanti con dei polimorfismi genetici sono i CYP2A6, CYP2D6, CYP2C9 e CYP2C19.

Contenuto di CYP in campioni di fegato umano da Linder M.W. et al., Clin Chem 43 (2), 1997

I citocromi presentano importanti differenze interindividuali di attivita’ geneticamente determinate Tabella presa da Weinshilboum R. et al., NEJM 348(6), 2006