A ciklooxigenáz 2 (COX-2), más néven prosztaglandin-endoperoxid-szintáz 2 (HUGO: PTGS2) enzim, melyet a PTGS2 gén kódol. Emberben a 3 ciklooxigenáz egyike. Az arachidonsav prosztaglandin H2-vé, a prosztaciklin prekurzorává alakításában fontos, és a gyulladás során expresszálódik. Funkció A PTGS2 (COX-2) az arachidonsavat prosztaglandin-endoperoxid H2-vé alakítja. A PTGS-ek a nem-szteroid gyulladáscsökkentő gyógyszerek célpontjai, a PTGS2-t kiemelten a koxibok gátolják. A PTGS-2 szekvencia-homodimer. Minden monomerje 1 peroxidáz és 1 PTGS (COX) aktív helyet tartalmaz. A ciklooxigenázok az arachidonsav prosztaglandinná alakítását 2 lépésben katalizálják: először hidrogént távolítanak el a 13. szénatomról, majd 2 oxigénmolekulát ad hozzá a PTGS2, prosztaglandin G2-t adva. Ez PGH2-vé redukálódik a peroxidázban, és további prosztaglandinokká (D2, E2, PGF2α), prosztaciklin (PGI2) vagy tromboxán A2-vé alakítják a szövetspecifikus izomerázok.

Az arachidonsav PGG2-vé alakítása során a COX-2 a zsírsavat kis mennyiségű racém 15-hidroxiikozatetraénsav-keverékké alakítja – ezek aránya 22% 15(R)-HETE and ~78% 15(S)-HETE sztereoziomer, emellett kevés 11(R)-HETE is keletkezik. A két 15-HETE-sztereoziomer rendelkezik biológiai aktivitással, de lényeges az is, hogy lipoxinokká alakulhat. Ezenkívül az acetilszalicilsavval kezelt COX-2 az arachidonsavat szinte csak 15(R)-HETE-vé alakítja, mely epilipoxinokká alakulhat. A lipoxinok és epilipoxinok jelentős gyulladásgátlók, és a két COX és az acetilszalicilsav hatásaihoz is hozzájárulhat.

A COX-2-t inhibeálja a kalcitriol (a D-vitamin aktív formája). Mechanizmus bélyegkép|PTGS2-höz kötött arachidonsav. Az arachidonsav (világoskék) és az 530. szerin és a 385. tirozin közti poláris kölcsönhatások sárgával. A szubsztrátot hidrofób kölcsönhatások stabilizálják. bélyegkép|A COX-aktiváció és -katalízis mechanizmusa. Egy hidroperoxid a hemet ferril-oxo származékká oxidálja, mely vagy a peroxidázciklus 1. részében redukálódik, vagy a 385. tirozint oxidálja tirozillá. A tirozil ezután a 13-pro(S) hidrogént oxidálhatja, elindítva a COX-ciklust.

Katalízis során a peroxidáz- és PTGS-aktivitásokat mechanizmusalapú elsőrendű folyamatok inaktiválják, ami azt jelenti, hogy a PGHS-2 peroxidáz- vagy PTGS-aktivitása 1–2 perc alatt megszűnik elegendő szubsztrát jelenlétében is.

Az arachidonsav PGG2-vé alakulása gyökös reakciók sorozataként is leírható a többszörösen telítetlen zsírsavak autoxidációjához hasonlóan. A 13-pro(S)-hidrogén leválik, és az oxigén a pentadienilgyökhöz kötődik a 11. szénatomon. A 11-peroxilgyök a 9., a 8. szénen keletkezett szénközpontú gyök a 12. szénatomon záródik, endoperoxidot adva. Az allilgyök a 15. szénatomon oxigénhez kötődik, 15-(S)-peroxilgyököt adva, mely PGG2-vé redukálódik. Ezt több bizonyíték is alátámasztja, például a jelentős kinetikus izotóphatás a 13-pro(S)-hidrogén absztrakciójánál, az, hogy a szénközpontú gyökök kötést létesítenek katalízis során, és hogy kevés oxidációs termék keletkezik az allilgyök csapdázódásának a 13. és 15. helyen.

Egy másik mechanizmus, melyben a 13-pro-(S)-hidrogén leválik, és a karbanion gyökké oxidálódik, szintén lehetséges. Azonban a 10,10-difluorarachidonsav oxigénezése 11-(S)-hidroxiikoza-5,8,12,14-tetraénsavvá cáfolja a karbanion köztitermék keletkezését, mivel konjugált diént létrehozó fluoreliminációval járna. A 10,10-difluorarachidonsavból származó endoperoxid termékek hiányárólfeltételezték azt is, hogy egy C–10-karbokation fontosságát jelzi a PGG2-szintézisben. Azonban a kationos mechanizmus a 13-pro(S)-hidrogén eltávolítása előtti endoperoxidképzést jelentene, mely szintén nem esik egybe az arachidonsav-oxidációt vizsgáló izotópkísérletek eredményével. Szerkezet bélyegkép|A különböző ligandumok az allosztérikus vagy a katalitikus alegységhez kötnek. Előbbi nem szubsztrátot köt, mely aktiválja a FA-t (például palmitinsav). A zsírsavkötött allosztérikus alegység aktiválja a katalitikus egységet az arachidonsav Km-jének csökkentésével.

A PTGS2 (COX-2) homodimer, melynek mindkét monomerje 70 kDa tömegű. A PTGS1 és PTGS2 tercier és kvaterner szerkezete közel azonos. Mindkét alegység 3 különböző szerkezeti doménből áll: egy rövid N-terminális epidermális növekedési faktorból (EGF domén); egy α-hélixekből álló membránkötő részből és egy C-terminális katalitikus doménből. A PTGS enzimek monotopikus membránfehérjék, membránkötő doménjük amfipatikus α-hélixekből áll néhány membránrétegnek kitett hidrofób aminosavval. A PTGS1 (COX-1) és PTGS2 (COX-2) bifunkciós enzimek, melyek 2 egymást követő reakciót katalizálnak térben eltérő, de mechanikailag összekapcsolt aktív helyeken. A ciklooxigenáz- és a peroxidáz-aktívhely is a fehérje mintegy 80%-át kitevő katalitikus domén része. A katalitikus domén homológ az emlősperoxidázokkal, például a mieloperoxidázzal.

A humán PTGS2 konformációs heterodimerként működik katalitikus (E-cat) és allosztérikus (E-allo) monomerrel. A hem csak az E-cat peroxidázához köt, míg a szubsztrátok és néhány inhibitor, például a celekoxib az E-cat COX-helyéhez köt. Az E-cat-et az E-allo az ahhoz kötött ligandumtól függően szabályozza. A szubsztrát és nem szubsztrát zsírsavak és néhány ciklooxigenázgátló, például a naproxén elsősorban az E-allo COX-helyéhez köt. Az arachidonsav az E-cat-hez és E-allo-hoz egyaránt köthet, de az E-allo felé 25-ször nagyobb affinitást mutat. A palimitinsav hatékony PGHS-2-stimulátor, és csak E-allo-hoz kötődik palmitinsav–egér-PGHS-2 kokristályokban. A nem szubsztrát zsírsavak növelhetik vagy csökkenthetik a PTGS-gátlókat zsírsavtól és az inhibitor által kötött monomertől függően. A szabad zsírsavak mennyisége és összetétele is befolyásolja a PGHS-2-aktivitást és a PTGS-gátlókra adott választ. Klinikai jelentőség bélyegkép|COX-2-höz kötött flurbiprofén (nem specifikus ciklooxigenáz 2-inhibitor). A flurbiprofént hidrofób és poláris kölcsönhatások (Y355 R120) stabilizálják.

A PTGS2 (COX-2) nem expresszálódik normál körülmények közt a legtöbb sejtben, de gyulladás során magasabb szintje. A PTGS1-et sok szövet konstitutívan expresszálja, és az a domináns forma a gyomornyálkahártyában és a vesékben. A PTGS1-gátlás csökkenti a sejtvédő PGE2 és prosztaciklin termelését a gyomorban, ami gyomorfekélyt okozhat. Mivel a PTGS2-t általában olyan sejtek expresszálják, ahol a prosztaglandinmennyiség magasabb (például gyulladás miatt), a szelektív PTGS2-inhibitorokat kevesebb mellékhatással rendelkezőnek tartották, de kimutatták, hogy a kardiovaszkuláris tünetek – például szívinfarktus és stroke – kockázatát jelentősen növelik. E hatásokat két mechanizmus magyarázhatja. Kis mennyiségű acetilszalicilsav az infarktus és a stroke ellen a PTGS1 tromboxán A2-termelésének gátlásával véd, mely a trombocitákat összetapasztja, és vérrögöt képez, így ennek gátlása csökkenti a szívbetegséget. Ezzel szemben a PTGS2 a prosztaglandinok, különösen az érendotéliumban található prosztaciklin fontosabb forrása. A prosztaciklin felszabadítja a trombocitákat, így a szelektív COX-2-inhibitorok (koxibok) növelik a vérrögképződés miatt a kardiovaszkuláris mellékhatásokat.

A nem-szteroid gyulladáscsökkentők (NSAID) a PTGS1 és PTGS2 általi prosztaglandintermelést gátolják. A PTGS2-szelektív szerek a hagyományos szereknél kisebb kockázatot mutatnak gasztroinsztesztinális mellékhatásokra, azonban nagyobb a kardiovaszkulárisak – például szívelégtelenség, szívinfarktus, stroke – kockázata. A humán farmakológia és genetika terén, genetikailag módosított rágcsálókkal és más állatmodellekkel végzett tanulmányok, valamint a randomizált kísérletek szerint ennek oka a PTGS2 által termelt, a kardiovaszkuláris rendszert védő prosztaglandinok – különösen a prosztaciklin – termelésének csökkenése

A PTGS2 expressziója sok rákban nagyobb. A PTGS2-túlexpresszió a megnövekedett angiogenezissel és a SLC2A1- (GLUT-1-) expresszióval együtt összefügg az epehólyagrákkal. Ezenkívül egy PTGS2-terméket, a PGH2-t a prosztaglandin E2-szintáz PGE2-vé alakítja, mely stimulálja a rák előrehaladását. Ezért a PTGS2-gátlás megelőzheti vagy kezelheti e ráktípusokat.

A COX-2 expresszálódik továbbá humán idiopátiás epiretinális membránokban is. A lornoxikám általi ciklooxigenázblokkolás a gyulladás akut fázisában a membránképződést a proliferatív vitreoretinopátia modelljében 33%-kal, a konkanavalin A-modellben 31%-kal csökkentette. A lornoxikám nemcsak nörmális szintre csökkentette mindkét PVR-modellben a ciklooxigenázt, hanem aretina és az érhártyavastagság gyulladásserkentő anyagok hatására történő változásait is csökkentette. Ez alapján a ciklooxigenázok és prosztaglandinok fontos szerepet töltenek be a PVR-ben.

A PTGS2-expresszió az emberi szaporodás több szakaszával is összefügg. Megtalálható a korionlemezben, a magzatburok-epitéliumban, a szincitiotrofoblasztban, a csillós fibroblasztokban, a koriontrofoblasztokban, a magzatburok-trofoblasztokban, a méhlepény bazális lemezén, a decidualis sejtekben és a csillós rétegen kívüli citotrofoblasztokban. Chorioamnionitis vagy deciduitis során a PTGS2 magzatburokbeli és choriodecidualis szintnövekedése egyike a gyulladás 3 korlátozott hatásának a méhtestben. A megnövekedett PTGS2-expresszió a magzati membránokban összefügg a gyulladással, méhbeli prosztaglandingén-expressziót és immunlokalizációt okozva a korion trofoblasztjaiban és a környező deciduában vagy choriodeciduában. A PTGS2 összefügg a gyulladással, és megtalálható gyulladással összefüggő leukocitákban. Pozitív a korreláció az amnionban spontán szüléskor történő PTGS2-expresszióval, és a PTGS2-expresszió a magzat szüléskori előrehaladottságával pozitívan korrelál, és az amnionban és a choriodeciduában koraszülés vagy időben történő szülés esetén nincs változás. Az oxitocin stimulálja a PTGS-expressziót a miometriumban.

A mutáns PTGS2 5939C-hordozók a han kínai népességben magasabb gyomorrákkockázatot mutatnak. Ezenkívül összefüggés van a Helicobacter pylori-fertőzés és az 5939C allél közt.

Ischaemiás stroke során az oxigén- és glükózhiány gyulladásos válaszokat okoz, megnövelve a COX-2-expressziót, különösen neuronokban, glia- és endotélsejtekben. Ez hozzájárul a gyulladást serkentő prosztaglandinok, például a PGE2 termeléséhez, mely növeli a neuronok károsodását excitotoxicitás, oxidatív stressz és apoptózis útján. Ezenkívül a COX-2-eredetű prosztaglandinok ronthatják a vér-agy gát integritását, lehetővé téve a perifériás immunsejteknek és gyulladásmediátoroknak az agyba jutást, tovább rontva az agykárosodást. Kölcsönhatások A PTGS2 kölcsönhat a kaveolin 1-gyel. Történet Az első ciklooxigenázgént, mely nem bizonyult a ciklooxigenáz 1-gyel homológnak, 1991-ben fedezték fel Daniel Simmons laboratóriumának munkatársai a Brigham Young Egyetemen. A humán ciklooxigenáz 2-gént Hia és Neilson fedezték fel 1992-ben. Jegyzetek

Fordítás

Források

További információk Nextbio NSAIDs and Cardiovascular Risk Explained, According to Studies from the Perelman School of Medicine