ABCB1: Экспрессия и роль в транспорте ксенобиотиков у человека.

Введение

Белки млекопитающих, обнаруженные у Homo sapiens. ABCB1 в Атласе экспрессии генов EBI. ABCB1 дифференциально экспрессируется в 97 экспериментах [93 вверх/106 вниз]: в 26 частях организма: почка [2 вверх/0 вниз], костный мозг [0 вверх/2 вниз]; в 29 состояниях заболевания: норма [10 вверх/3 вниз], глиобластома [0 вверх/2 вниз]; в 30 типах клеток, 22 клеточных линиях, 11 схемах лечения и 16 других состояниях. Значение фактора. Фактор. Вверх/Вниз. Легенда: – количество исследований, в которых ген экспрессируется вверх/вниз. Норма. Состояние заболевания. 10/3. Нет. Комбинированное лечение. 3/0. Стромальная клетка. Тип клеток. 1/2. Клетки почки. Тип клеток. 2/0. MDA MB 231. Клеточная линия. 0/2. Глиобластома. Состояние заболевания. 0/2. Эпителиальные клетки. Тип клеток. 0/2. HeLa. Клеточная линия. 0/2. Первичная стадия заболевания. 2/0. Костный мозг. Часть организма. 0/2. Данные об экспрессии ABCB1 в ATLAS.

Mammalian protein found in Homo sapiens

ABCB1 at EBI Gene Expression Atlas ABCB1 is differentially expressed in 97 experiments [93 up/106 dn]: 26 organism parts: kidney [2 up/0 dn], bone marrow [0 up/2 dn], ; 29 disease states: normal [10 up/3 dn], glioblastoma [0 up/2 dn], ; 30 cell types, 22 cell lines, 11 compound treatments and 16 other conditions. Factor Value Factor Up/Down Legend: – number of studies the gene is up/down in Normal Disease state 10/3None Compound treatment 3/0Stromal cell Cell type 1/2Kidney Cell type 2/0MDA MB 231 Cell line 0/2Glioblastoma Disease state 0/2Epithelial cell Cell type 0/2HeLa Cell line 0/2Primary Disease staging 2/0Bone marrow Organism part 0/2 ABCB1 expression data in ATLAS

P glycoprotein 1 (permeability glycoprotein, abbreviated as P gp or Pgp) also known as multidrug resistance protein 1 (MDR1) or ATP binding cassette sub family B member 1 (ABCB1) or cluster of differentiation 243 (CD243) is an important protein of the cell membrane that pumps many foreign substances out of cells. More formally, it is an ATP dependent efflux pump with broad substrate specificity. It exists in animals, fungi, and bacteria, and it likely evolved as a defense mechanism against harmful substances. P gp is extensively distributed and expressed in the intestinal epithelium where it pumps xenobiotics (such as toxins or drugs) back into the intestinal lumen, in liver cells where it pumps them into bile ducts, in the cells of the proximal tubule of the kidney where it pumps them into urinary filtrate (in the proximal tubule), and in the capillary endothelial cells composing the blood–brain barrier and blood–testis barrier, where it pumps them back into the capillaries. P gp is a glycoprotein that in humans is encoded by the ABCB1 gene. P gp is a well characterized ABC transporter (which transports a wide variety of substrates across extra and intracellular membranes) of the MDR/TAP subfamily. The normal excretion of xenobiotics back into the gut lumen by P gp pharmacokinetically reduces the efficacy of some pharmaceutical drugs (which are said to be P gp substrates). In addition, some cancer cells also express large amounts of P gp, further amplifying that effect and rendering these cancers multidrug resistant. Many drugs inhibit P gp, typically incidentally rather than as their main mechanism of action; some foods do as well. Any such substance can sometimes be called a P gp inhibitor. P gp was discovered in 1971 by Victor Ling.

P-гликопротеин 1 (гликопротеин проницаемости, сокращенно P-gp или Pgp), также известный как мультирезистентный белок 1 (MDR1) или субъединица B1 АТФ-связывающего кассетного транспортера (ABCB1) или кластер дифференцировки 243 (CD243), является важным белком клеточной мембраны, который выкачивает многие чужеродные вещества из клеток. Более формально, это АТФ-зависимый эффлюксный насос с широкой специфичностью к субстратам. Он существует у животных, грибов и бактерий и, вероятно, эволюционировал как защитный механизм против вредных веществ. P-gp широко распространен и экспрессируется в эпителии кишечника, где он выкачивает ксенобиотики (такие как токсины или лекарства) обратно в просвет кишечника, в клетках печени, где он выкачивает их в желчные протоки, в клетках проксимального канальца почки, где он выкачивает их в почечный фильтрат (в проксимальном канальце), и в эндотелиальных клетках капилляров, составляющих гематоэнцефалический и гематотестикулярный барьеры, где он выкачивает их обратно в капилляры. P-gp – это гликопротеин, который у человека кодируется геном ABCB1. P-gp является хорошо изученным ABC-транспортером (который транспортирует широкий спектр субстратов через вне- и внутриклеточные мембраны) подсемейства MDR/TAP. Нормальная экскреция ксенобиотиков обратно в просвет кишечника посредством P-gp фармакокинетически снижает эффективность некоторых фармацевтических препаратов (которые называются субстратами P-gp). Кроме того, некоторые раковые клетки также экспрессируют большое количество P-gp, что еще больше усиливает этот эффект и делает эти раковые клетки мультирезистентными к лекарствам. Многие лекарства ингибируют P-gp, как правило, случайно, а не как основной механизм действия; то же самое относится и к некоторым продуктам питания. Любое такое вещество иногда называют ингибитором P-gp. P-gp был открыт в 1971 году Виктором Лингом.

Ген

В обзоре полиморфизмов ABCB1, проведенном в 2015 году, было установлено, что "влияние вариаций ABCB1 на экспрессию P-гликопротеина (на уровне мРНК и белка) и/или его активность в различных тканях (например, печени, кишечника и сердца) представляется незначительным. Несмотря на то, что полиморфизмы и гаплотипы ABCB1 связывались с изменениями в фармакокинетике и фармакодинамике лекарственных средств, включая нежелательные реакции на различные субстраты ABCB1 в разных этнических группах, результаты в основном противоречивы и имеют ограниченную клиническую значимость".

Белок

P gp — это 170 кДа трансмембранный гликопротеин, включающий 10–15 кДа N-концевого гликозилирования. N-концевая половина белка содержит 6 трансмембранных спиралей, за которыми следует крупный цитоплазматический домен с участком связывания АТФ, а затем второй участок с 6 трансмембранными спиралями и доменом связывания АТФ, демонстрирующий более 65% сходства аминокислотной последовательности с первой половиной полипептида. В 2009 году была определена первая структура P-гликопротеина млекопитающих (3G5U). Структура получена из продукта гена MDR3 мыши, гетерологично экспрессированного в дрожжах *Pichia pastoris*. Структура мышиной P gp аналогична структурам бактериального ABC-транспортера MsbA (3B5W и 3B5X), которые принимают конформацию, обращенную внутрь, что, как считается, важно для связывания субстрата во внутреннем листе мембраны. Дополнительные структуры P gp (3G60 и 3G61) также были определены, выявив участки связывания двух различных циклических пептидных субстратов/ингибиторов. Широкий связывающий карман P gp выстлан боковыми цепями ароматических аминокислот. Молекулярно-динамическое моделирование (МД) показало, что эта последовательность оказывает прямое влияние на структурную стабильность транспортера (в доменах связывания нуклеотидов) и определяет нижнюю границу внутреннего кармана связывания лекарственных средств.

Вид, тканевое и подклеточное распространение

P-гликопротеин экспрессируется преимущественно в определенных типах клеток печени, поджелудочной железы, почек, толстой кишки и тощей кишки. P-гликопротеин также обнаруживается в клетках эндотелия мозговых капилляров.

Регулирование экспрессии и функции P-gp в раковых клетках

На транскрипционном уровне экспрессия P-gp была интенсивно изучена, и известно, что в её регуляции участвуют многочисленные факторы транскрипции и сигнальные пути. Различные факторы транскрипции, такие как p53, YB1 и NFκB, участвуют в прямой регуляции P-gp, связываясь с промоторными областями гена P-gp. Многие клеточные сигнальные пути также вовлечены в транскрипционную регуляцию P-gp. Например, было показано, что путь PI3K/Akt положительно регулирует экспрессию P-gp. Сигнализация митоген-активированных протеинкиназ (MAPK) включает три пути: классический MAPK/ERK путь, путь p38 MAPK и путь c-Jun N-концевой киназы (JNK), все из которых, как сообщается, влияют на регуляцию экспрессии P-gp. Исследования показали, что MAPK/ERK путь участвует в положительной регуляции P-gp; путь p38 MAPK отрицательно регулирует экспрессию гена P-gp; а путь JNK, как сообщалось, участвует как в положительной, так и в отрицательной регуляции P-gp. После 2008 года микроРНК (миРНК) были идентифицированы как новые регуляторы экспрессии P-gp как на транскрипционном, так и на посттранскрипционном уровнях. Некоторые миРНК снижают экспрессию P-gp. Например, miR-200c подавляет экспрессию P-gp через сигнальный путь JNK, а miR-145 снижает уровень мРНК P-gp, непосредственно связываясь с 3'-UTR гена P-gp и тем самым подавляя трансляцию P-gp. Другие миРНК увеличивают экспрессию P-gp. Например, miR-27a повышает экспрессию P-gp, подавляя белок-ингибитор киназы Raf (RKIP); альтернативно, miR-27a также может непосредственно связываться с промотором гена P-gp, действуя аналогично механизму действия факторов транскрипции. Экспрессия P-gp также регулируется посттрансляционными событиями, такими как посттранскрипционная модификация, деградация и внутриклеточный транспорт P-gp. Pim1 защищает P-gp от убиквитинирования и последующей деградации в протеасоме. Малые GTPазы Rab5 снижают эндоцитоз P-gp и, таким образом, повышают функциональный уровень P-gp на клеточной мембране; в то время как малые GTPазы Rab4 действуют в противоположном направлении: Rab4 снижают экзоцитоз P-gp из внутриклеточных компартментов к клеточной мембране и, следовательно, уменьшают функциональный уровень P-gp на клеточной мембране.

At the transcriptional level, the expression of P gp has been intensively studied, and numerous transcription factors and pathways are known to play roles. A variety of transcription factors, such as p53, YB 1, and NF κB are involved in the direct regulation of P gp by binding to the promoter regions of the P gp gene. Many cell signaling pathways are also involved in transcriptional regulation of P gp. For example, the PI3K/Akt pathway were reported to positively regulate the expression of P gp. Mitogen activated protein kinase (MAPK) signaling includes three pathways: the classical MAPK/ERK pathway, the p38 MAPK pathway, and the c Jun N terminal kinase (JNK) pathway, all of which were reported to have implications in the regulation of the expression of P gp. Studies suggested that the MAPK/ERK pathway is involved in the positive regulation of P gp; the p38 MAPK pathway negatively regulates the expression of the P gp gene; and the JNK pathway was reported to be involved in both positive regulation and negative regulation of P gp. After 2008, microRNAs (miRNAs) were identified as new players in regulating the expression of P gp in both transcriptional and post transcriptional levels. Some miRNAs decrease the expression of P gp. For example, miR 200c down regulates the expression of P gp through the JNK signaling pathway miR 145 down regulates the mRNA of P gp by directly binding to the 3' UTR of the gene of P gp and thus suppresses the translation of P gp. Some other miRNAs increase the expression of P gp. For example, miR 27a up regulates P gp expression by suppressing the Raf kinase inhibitor protein (RKIP); alternatively, miR 27a can also directly bind to the promoter of the P gp gene, which works in a similar way with the mechanism of action of transcriptional factors. The expression of P gp is also regulated by post translational events, such as post transcriptional modification, degradation, and intracellular trafficking of P gp. Pim 1 protects P gp from ubiquitination and the following degradation in the proteasome. Small GTPases Rab5 down regulates the endocytotic trafficking of P gp and thus increases the functional P gp level on the cell membrane; while Small GTPases Rab4 work in an opposite way: Rab4 down regulates the exocytotic trafficking of P gp from intracellular compartments to the cell membrane, and therefore decreases the functional P gp level on the cell membrane.

Взаимодействие лекарственных средств

Некоторые распространенные фармакологические ингибиторы P-гликопротеина включают: амиодарон, кларитромицин, циклоспорин, колхицин, дилтиазем, эритромицин, фелодипин, кетоконазол, лансопразол, омепразол и другие ингибиторы протонной помпы, нифедипин, пароксетин, резерпин, саквинавир и дулоксетин. Элакридар и CP 100356 – другие распространенные ингибиторы P-gp. Зосукидар и тарикидар также были разработаны с учетом этого. Наконец, вальсподар и реверсан – другие примеры подобных препаратов. ABCB1 связан с необходимой суточной дозой варфарина для поддержания МНО на уровне 2,5. Пациентам с генотипами GT или TT однонуклеотидного полиморфизма 2677G>T требуется примерно на 20% больше варфарина ежедневно. Общие фармакологические индукторы P-гликопротеина включают карбамазепин, дексаметазон, доксорубицин, нефазодон, фенобарбитал, фенитоин, празозин, рифампицин, зверобой продырявленный, тенофовир, типранавир, тразодон и винбластин. Субстраты P-гликопротеина подвержены изменениям фармакокинетики из-за лекарственных взаимодействий с ингибиторами или индукторами P-gp. Некоторые из этих субстратов включают колхицин, циклоспорин, дабигатран, фексофенадин, индинавир, морфин и сиролимус. Нарушение функции P-gp также связано с воспалительными заболеваниями кишечника (ВЗК), однако из-за его амбивалентного влияния на воспаление в кишечнике многие вопросы остаются до сих пор без ответа. В то время как снижение активности эффлюкса может способствовать восприимчивости к заболеваниям и лекарственной токсичности, повышение активности эффлюкса может приводить к устойчивости к терапевтическим препаратам при ВЗК.

Рак

Активность P-гликопротеина (P gp) efflux способна снижать внутриклеточные концентрации даже полезных соединений, таких как химиотерапевтические препараты и другие лекарственные средства, до субтерапевтических уровней. Следовательно, переэкспрессия P gp является одним из основных механизмов, лежащих в основе снижения внутриклеточного накопления лекарств и развития множественной лекарственной устойчивости при мультирезистентных (MDR) раках у человека.

История

Впервые P-гликопротеин был охарактеризован в 1976 году. Было показано, что P-гликопротеин отвечает за придание множественной лекарственной устойчивости мутантным культурам раковых клеток, которые приобрели устойчивость к цитотоксическим препаратам. Структура мышиного P-гликопротеина, имеющего 87% идентичности последовательности с человеческим P-гликопротеином, была определена методом рентгеновской кристаллографии в 2009 году.

Исследования

Радиоактивный верапамил может быть использован для измерения функции P-гликопротеина с помощью позитронно-эмиссионной томографии. P-гликопротеин также используется для дифференцирования переходных B-клеток от наивных B-клеток. Для проведения этой дифференцировки можно использовать красители, такие как родамин 123 и красители MitoTracker производства Invitrogen.

MDR1 как мишень для лекарственного средства

Было предложено, что ингибиторы MDR1 могут применяться для лечения различных заболеваний, особенно рака, однако ни один из них не продемонстрировал эффективности в клинических исследованиях.

Полиморфизм однонуклеотидов rs1045642

Однонуклеотидные полиморфизмы важны для дифференциальной активности насоса PGP. Субъекты, имеющие гомозиготный генотип TT, как правило, более эффективно выводят ксенобиотики из клетки. Гомозиготный генотип по аллелю ABCB1/MDR1 обеспечивает более высокую абсорбцию из кровеносных сосудов и меньший выброс в просвет. Ксенобиотики выводятся с более низкой скоростью у носителей гетерозиготного (CT) аллеля по сравнению с гомозиготами.