L'oxisterol és un derivat oxigenat (oxidat) del colesterol. Es forma per l'oxidació on participen enzims i/o prooxidants. Dins el grup d'oxisterols també s'hi inclouen els derivats oxigenats dels esterols de plantes i els derivats dels precursors del colesterol. Els òxids del colesterol es formen en els primers passos del metabolisme d'aquest per espècies reactives d'oxigen.
Els oxisterols tenen un paper important en diferents processos biològics, com ara l'homeòstasi del colesterol, el metabolisme dels lípids (esfingolípids, àcids grassos), l'apoptosi, l'autofàgia i la prenil·lació de proteïnes. A més a més, tenen molt més facilitat que el colesterol a travessar membranes.
Etimologia La paraula "oxisterol" prové del grec oxys (àcid) i stereos (sòlid), amb el sufix químic -ol que es refereix a un alcohol.
Estructura miniatura|Numeració dels carbonis del colesterol Els oxisterols estan formats per un cap polar constituït pel grup hidroxil i una cua o porció apolar formada pel carbocicle de nuclis condensats i els substituents alifàtics. A més, com a oxigenat del colesterol també tenen un o més grups hidroxils en algún altre carboni.
Les característiques que el grup hidroxil confereix a la molècula permetrà que dugui a terme les seves funcions dins l'organisme. Tot i això, entre els diferents tipus d'oxisterol, l'estructura és molt variable.
Tipus d'oxisterols Hi ha una gran diversitat d'oxisterols, ja que segons l'oxidació del colesterol adquireixen estructura i característiques diferents. A la següent llista es troben els oxisterols més coneguts: miniatura|Tipus d'oxisterols més coneguts, tots formats a partir de l'oxidació del colesterol. |356x356px
: té un paper molt important en la síntesi dels àcids biliars. : es produeix al cervell i s'està estudiant encara ara si té relació amb la Malaltia d'Alzheimer o no. : és l'oxisterol que més es troba al flux sanguini. : és molt abundant al plasma i és força estable. es troba al reticle endoplasmàtic llis de les neurones. : és produït per les cèl·lules immunitàries quan hi ha una infecció al nostre cos. són capaços d'activar els receptors X del fetge. : en la seva síntesi també hi ha intervé esterificació i sulfatació.
Síntesi Durant el , diversos investigadors van realitzar una sèrie d'experiments per tal de determinar la ruta metabòlica que portava a la formació dels oxisterols. A causa de la diversitat que presenta aquesta biomolècula, no hi ha una única ruta ni un lloc concret de l'organisme on es produeixi la seva síntesi. En definitiva, la ruta de formació difereix segons l'oxisterol que es tracta.
La primera distinció del procediment de formació dels oxisterols va ser si aquests es formaven per oxidació enzimàtica del colesterol (amb l'acció principal del citocrom P450) o a causa d'una autoxidació del colesterol. El 2000, el científic Schoepfer va publicar una revisió sobre la formació dels oxisterols explicant detalladament els resultats obtinguts de tots els experiments que es varen realitzar anys anteriors per tal d'arribar a una conclusió concreta sobre la seva síntesi. Fins i tot després de la recerca realitzada, encara no se sap la formació d'alguns oxisterols, com és el cas dels 4-hidroxisterols.
Actualment, no s'ha trobat amb plena exactitud quin és el procés de formació dels diferents oxisterols, però a partir de diferents estudis, es pot deduir quines substàncies o quines condicions promouen la seva síntesi i a partir d'aquests estudis es pot inferir una aproximació del procés de formació.
A continuació hi ha un recull dels resultats més rellevants d'aquestes investigacions.
Síntesi del 24-, 25-, 26-hidroxicolesterol miniatura|405x405px|Els oxisterols 24-hidroxisterol, 25- hidroxisterol i 26-hidroxisterol es sintetitzen a partir del colesterol Per reportar la via que seguia aquest grup d'oxisterols, els investigadors van partir de la mateixa base d'experimentació: incubar en un mitocondri hepàtic de rata el (4-¹⁴C)Chol. Cada científic va variar les condicions dels experiments com, per exemple, la presència d'oxigen, nitrogen o NADPH. Es van estudiar l'efecte que provocava cada variació sobre l'experiment per anar traçant la ruta de formació. Les tècniques per detectar els oxisterols van ser, en la seva majoria, HPLC i TLC.
Björkhem i Gustafsson van reportar que la formació de 26-OHC també requeria presència de NADPH i oxigen. Aringer va determinar la formació de 26-OHC, 25-OHC i 24-OHC amb la presència de NADPH o un sistema generador de NADPH. Lund, a diferència dels experiments anteriors, va realitzar l'experiment amb un mitocondri hepàtic de porc. Demostrà la conversió del Chol a 26-OHC, 25-OHC i 24-OHC (proporció 1:0'2:0'4) amb la presència afegida isocitrat en un tampó Tris HCL contenent un 20% de glicerol.
Petrack i Lantario, arran el seu experiment, van reportar que el mitocondri hepàtic de rata catalitzava la formació del 26-OHC a partir del colesterol endogen. No es va obtenir cap 26-OHC amb l'ebullició de les preparacions mitocondrials o amb la presència del ciclosporina o monòxid de carboni. El que sí que van trobar va ser petites quantitats de 25-OHC. Es va veure que la reacció enzimàtica es veia més facilitada amb la presència de cyclodextrina, ja que actua com un coenzim. S'observà que hi ha molècules que ajuden a l'estabilització enzim-substrat augmentant la velocitat de la reacció.
Els experiments de Berseus i de Mitropoulos i Myant varen demostrar l'alt grau d'especificitat que requereix la formació de 26-OHC.
Un estudi va demostrar que és una recció enzimàtica i, com la major part de les reaccions enzimàtiques, té una preferència espacial. S'ha demostrat que l'enzim que catalitza l'oxidació té estereoepecificitat, produeix més quantitat d'un isòmer que de l'altre. La estereoespecificitat difereix segons el tipus d'espècie. Aquest estudi es va realitzar amb els isòmers del 25-OHC: 25R i el 25S.
Altres investigacions també varen reportar que el 24-OHC i el 25-OHC també es poden sintetitzar a partir de la hidroxilació d'esterols o 3b-hydroxy-5a-cholest-8(14)-en-15-one. El 24-OHC també pot ser el resultat de la reducció d'un 24,25-epoxisterol com ho va demostrar Steckbeck.
Rennert et al. demostraren l'expresssió del gen 26-hidroxilasa en les cèl·lules de la granulosa. També es va reportar la dependència del NADPH en la formació del 25-OH-Chol a partir del [3H]Chol a la incubació amb un mitocondri d'un òvul d'una rata super ovulada. Totes les incubacions en van portar a terme sense la presència de aminoglutatimida per a inhibir l'activitat de clivatge de cadena lateral que és molt superior a l'activitat de la 26-hidroxilasa.
Estudis addicionals amb hepatòcits de rata indicaren que la ciclosporina A va causar una inhibició de concentració dependent de la incorporació de [¹⁴C]Chol.
Axelson i Larsson varen descriure a formació del 26-OHC després de la incubació de FCS amb fibroblasts humans normals. Hasan i Kushwaha
també van observar la formació de 26-OHC en homogeneïtzats del fetge de babuí en presència d'un sistema de generació de NADPH.
Síntesi dels esterols 7-oxigenats Un estudi anterior realitzat per Bergström et al. va demostrar que la 7α-hidroxilació implicada en la conversió global del colesterol en àcid clòric es produeix amb pèrdues estereospecífiques del 7α-hidrogen. Més tard Mendelsohn et al. van informar de la conversió del (26-¹⁴C)Chol a 7α-OHC i 7β-OHC a la incubació de preparacions de fetge de rata. Els investigadors van atribuir la formació dels dos hidroxisterols a l'acció enzimàtica i no a l'autoxidació del colesterol.
Després de la realització d'experiments, van poder constatar que els oxisterols 7α-OHC, 7β-OHC, i 7-ketocolesterol, així com els 7-hidroperòxids, són productes de l'autoxidació del colesterol.
D'altra banda, hi ha prou indicis que han demostrat que el 7α-OHC també és un producte enzimàtic, encara que no està tan clar en el cas del 7β-OHC.
El científic Song et al. van informar de la conversió enzimàtica del 7α-OH-Chol a 7-keto-Chol amb microsomes hepàtics de hàmster en una reacció dependent de NADP. L'activitat d'aquest enzim també s'ha vist en els microsomes hepàtics dels humans.
Dos científics que van estudiar la via de formació dels esterols 7-oxigenats, Teng i Smith van descobrir que també es podien obtenir mitjançant la incubació de colesterol en linoleat d'etil en presència de peroxidasa de rave. miniatura|Esquema on es representa com afecta l'augment del colesterol a la síntesi dels hidroxisterols Arran un estudi basat en l'increment de colesterol a la dieta i com afectava aquest increment en l'activitat enzimàtica del CYP7A en el fetge de les rates, es va suggerir que l'augment de l'activitat enzimàtica induïda pel colesterol va ser deguda a factors "no relacionats amb el flux de colesterol de l'intestí al fetge".
Es va proposar que els alts nivells de colesterol a la dieta causaven un augment en la unió entre els àcids biliars de l'intestí i, per tant, un augment de la pèrdua de l'àcid en la femta. Un grup d'investigadors, Osada et al., van dur a terme un estudi similar administrant colesterol durant 21 dies a rates (joves i adultes) i com aquest produïa un augment de l'activitat enzimàtica del CYP7A. Es va poder concloure que, a més colesterol, es gastaven més sals biliars per facilitar la digestió d'aquest.
Un dels àcids que compon les sals biliars és l'àcid còlic que, a la vegada, és un supressor de la CYP7A hidrolasa, l'enzim que catalitza la síntesi dels hidroxisterols. Per tant, si s'augmenta el percentatge de colesterol en la dieta, s'augmenta l'activitat metabòlica del CYP7A hidrolasa i, per consegüent, la síntesi dels hidroxisterols (veure esquema de la dreta).
Björkhem et al. van informar que els microsomes dels hepatòcits humans catalitzaven la conversió de 26-OHC a cholest-5-ene-3β,7α,26-triol.
D'altra banda, Martin et al., van realitzar una sèrie d'experiments que van portar a la conclusió que l'enzim microsomal responsable de 7α-hidroxilació del 26-OH-Chol no és el CYP7A.
Mentre que la 7α-hidroxilació del colesterol té lloc majoritàriament al fetge, la 7α-hidroxilació del 26-OH i 25-OH esterols la té en altres cèl·lules. Zhang i el seu equip van informar de la formació de 7α-hidròxids derivats de la incubació de 26-OH-Chol i 25-Oh-Chol amb fiboblasts humans, indicant així la formació extrahepàtica dels 7α-hidroxisterols.
Post et al. van informar que el cafestol causava una disminució de l'activitat de CYP7A en funció de la dosi, síntesi d'àcid biliar i l'activitat del cyp26 en hepatòcits de rates cultivats. La disminució en l'activitat de la 7α-hidroxilasa es va associar amb les disminucions en els seus nivells de RNAm i en l'activitat transcripcional de gens de cyp7a.
Síntesi dels 5,6-epòxids del colesterol i del colestà-3β, 5α, 6β-triol Un estudi ha informat sobre la transformació de colesterol i β-sitoesterol a 5,6-epòxids i 3β.5α,6β-triols, incubant fraccions de fetge de rata. Aquest estudi indica la complexitat d'aquest procés i conclou amb què la formació dels 5,6-epòxids i els 7-oxigenat esterol no és enzimàtica.ARINGER, L., AND P. ENEROTH. Formation and metabolism of 5,6-epoxides of cholesterol and b-sitosterol. J. Lipid Res. 15: 389–398, 1974.
Un altre estudi també va observar la conversió de 5α,6α-epòxid del colesterol, pregnenolona, 3β-hidroxipregn-5-è i 3-desoxiCol als corresponents 5α-6β-glicols a partir de la incubació de peròxids amb microsomes de fetge de vaca.WATABE, T., M. KANAI, M. ISOBE, AND N. OZAWA. Cholesterol aand b-epoxides as obligatory intermediates in the hepatic microsomal metabolism of cholesterol to cholestanetriol. Biochim. Biophys. Acta 619: 414–419, 1980.