¡Descarga Casos clínicos de pacientes con alteraciones en el metabolismo del Citocromo P450 y más Apuntes en PDF de Fisiología solo en Docsity!
Serie Ciencias Biomédicas
Aspectos fundamentales del Citocromo P
Colección Docencia Universitaria
Editor de la Colección Docencia Universitaria:
(^) Fernando Bandrés Moya
Coordinadora de la Monografía:
(^) Eva Arribas Arbiol
Cátedra Roche — UCM
de Diagnóstico e Innovación
Psiquiatra. CASTA Guadarrama. María José González Galán CASTA Arévalo. Farmacéutica. Unidad de Farmacia para el Tratamiento de Deshabituación de Opiáceos. Sonia Blanco Ramos CASTA Arévalo. Farmacéutica. Unidad de Farmacia para el Tratamiento de Deshabituación de Opiáceos. Ana María Marín Fernández CASTA Arévalo. Farmacéutica. Unidad de Farmacia para el Tratamiento de Deshabituación de Opiáceos. María Asunción de Sande García CASTA Arévalo. Farmacéutico. Unidad de Farmacia para el Tratamiento de Deshabituación de Opiáceos. Antonio Gallego Fernández Autores Opiáceos. CASTA Arévalo. Directora Técnica. Unidad de Farmacia para el Tratamiento de Deshabituación de Eva Arribas Arbiol Coordinadora de la Monografía Facultad de Medicina. Universidad Complutense de Madrid.Profesor Titular de Toxicología y Legislación Sanitaria. Director del Aula de Estudios Avanzados. Unidad Docente Fundación Tejerina. Fernando Bandrés Moya Editor de la Colección Docencia Universitaria
© 201 ASPECTOS FUNDAMENTALES DEL CITOCROMO P
ISBN: 978-84-937689-9- Edita ADEMAS Comunicación Gráfica, s.l. Diseño y Maquetación Francisco J. Carvajal
Índice
Generalidades del citocromo P Antonio Gallego Fernández 7
Aspectos farmacológicos del citocromo P450. Importancia clínica María Asunción de Sande García 33
Polimorfismos genéticos de los citocromos P Ana María Marín Fernández y Eva Arribas Arbiol 93
Técnicas de identificación de polimorfismos genéticos Sonia Blanco Ramos 121
Casos prácticos para la docencia universitaria
Fármacos antipsicóticos tipo risperidona-paliperidona y su relación con los citocromos Eva Arribas Arbiol 145
Casos clínicos María José González Galán 163
Discusión a los casos clínicos Eva Arribas Arbiol 173
Prólogo
Esta segunda monografía que presentamos, referida a la toxicología clínica y las drogodependencias, pertenece, al igual que la publicada en 2009 sobre me- tadona, a la colección Docencia Universitaria, Serie de Ciencias Biomédicas, y pretende introducir al lector universitario, o profesional de ciencias de la salud en un tema de absoluta actualidad como es la relación de los citocromos im- plicados en el metabolismo de sustancias, tanto endógenas como exógenas, con la evolución en la terapéutica del paciente y con su salud en general. A medida que los nuevos avances científicos y biotecnológicos nos permi- ten conocer el mecanismo íntimo de acción de los fármacos, así como de su fisiopatología molecular, somos capaces de detectar nuevos biomarcadores, determinantes, no solo para evitar efectos adversos, sino también para tomar decisiones en los protocolos de tratamiento personalizados a cada paciente. Los avances en el conocimiento sobre el metabolismo de fármacos, espe- cialmente en fase I, ponen en evidencia la gran importancia que adquiere el mejor conocimiento de la intervención del CYP-450, sus diferentes familias y subfamilias, así como los polimorfismos asociados. Todo ello comienza a insi- nuar nuevas y futuras aplicaciones de uso clínico, que a buen seguro tendrán una importante repercusión socio sanitaria. La monografía se ha estructurado en una sucesión de capítulos en los que se tratan los aspectos más importantes del tema en cuestión, realizando una revisión bibliográfica actualizada, para poder ofrecer los últimos avances en este campo. Aún así, debido a la elevada complejidad del tema, así como a la evolución científica constante en el mismo, consideramos esta revisión como una introducción a la inmensidad del problema. La unidad de farmacia de CASTA Arévalo, ha pretendido aportar desde sus inicios, no solo la cobertura farmacológica necesaria para los tratamientos de sustitutivos opiáceos de los centros dependientes del instituto de adicciones de Madrid Salud, sino también avances sustanciales, tanto desde el punto de vista técnico, como también desde otras perspectivas como la formación, par- ticipación en congresos y seminarios científicos, y publicaciones de revisión como la que nos ocupa. La estrecha colaboración con instituciones como la Fundación Tejerina, gra- cias a los acuerdos suscritos en 2009, ha propiciado, entre otras cosas, que fuéramos capaces de ofrecer una unidad de farmacia viva, convirtiéndola, gra-
Prólogo
Honorio Bando
cias al esfuerzo de todos, en un apoyo indiscutible en la gestión integral del paciente drogodependiente. No podemos terminar este prólogo sin agradecer a todas los colaboradores que han participado de alguna manera en la edición de esta monografía, al Instituto Universitario de Investigación en Neuroquímica (UCM), a la Funda- ción Tejerina, al Instituto de Adicciones de Madrid Salud, a la Cátedra Roche- UCM de Diagnóstico e Innovación, a la Cátedra Florencio Tejerina-Universi- dad Europea de Madrid, y por supuesto a los profesionales tanto de la Unidad de Farmacia de CASTA Arévalo, como de CASTA Guadarrama. Esperamos que esta monografía, como las demás, cumpla el objetivo de ser de utilidad para los universitarios y profesionales de ciencias de la salud, en el contexto del nuevo Espacio Europeo de Educación Superior.
F ernando Bandrés Moya eva arriBas arBiol
Generalidades del citocromo P
Antonio Gallego Fernández
gánicos, etc., así como de algunas sustancias endógenas como colesterol, ácidos biliares, esteroides, vitaminas liposolubles y ácidos grasos. Se vió que presenta- ba una amplia distribución entre distintas especies, desde bacterias hasta mamí- feros, así como dentro de un mismo organismo, estando presente en una gran variedad de tejidos como riñón, pulmón, piel, intestino, corteza adrenal, testícu- los, placenta y otros, aunque es particularmente activo en el hígado (5). En organismos eucariotas se ha detectado prácticamente en todas las mem- branas subcelulares (6, 7), siendo la mitocondria, y principalmente el retículo endoplásmico las fuentes más importantes (8, 9). En las bacterias, los citocromos no tienen una asociación a membrana y se solubilizan fácilmente (10, 11).
Figura 2. Imagen tomada de http://cmap.udg.co.cup
Los citocromos P450 son miembros de una superfamilia de hemoproteí- nas que activan dioxígeno para catalizar la oxidación de hidrocarburos in- activados mediante la siguiente reacción (el ciclo catalítico se verá mas ade- lante) (12):
R – H + O 2 + NADPH + H+^ ➞ R – O – H + H 2 O + NAD (P)+
Ribosomas
Envolutura nuclear Núcleo (^) Cisternas Lumen
Retículo endoplásmico rugoso
Retículo endoplásmico liso
Aspectos fundamentales del Citocromo P
Generalidades del citocromo P
Se han identificado más de 7.700 secuencias de P450 distribuidas en 866 familias. 2.740 secuencias se encuentran en animales y 2.675 en plantas (14), aunque estos datos se encuentran en continua evolución (figura 3). Siguiendo las recomendaciones de un comité de nomenclatura, los P450 se nombran según la identidad de la secuencia de aminoácidos. Los P450 perte- necientes a una misma familia comparten el 40% de identidad, los pertenen- cientes a una subfamilia comparten como mínimo el 55% (13), mientras que la identidad de la secuencia en las especies ronda el 15%. Presentan una amplia versatilidad funcional, siendo capaz de catalizar una gran cantidad de procesos y unirse a un número elevado de sustratos (14). Entre las reacciones catalizadas por este citocromo se encuentran principal- mente reacciones de oxidación (N-oxidaciones, S-oxidaciones, epoxidaciones), hidroxilaciones aromáticas y alifáticas, desalquilaciones, desulfuraciones, des- aminaciones y deshalogenaciones. Este gran número de reacciones metabóli- cas hace que el citocromo P450 sea una herramienta fundamental en la com- prensión de la respuesta individual a los fármacos, ayudándonos a comprender mejor determinados efectos beneficiosos, o adversos que pudieran ocurrir en un paciente.
Figura 3. Citocromos P450 humanos [modificado de (14)]
Familia Subfamilia
17A1 19A1 20A1 21A1P21A2 24A1 39A1 46A 27A1 27B1 27C 26A1 26B1 26C1 51A1 51P151P251P
1 2 3 4 5 7 8 11 17 19 20 21 24 26 27 39 46 51 1A1^ 5A 1A2 1B 7A1 7B 8A1 8B
11A1 11B111B
4F24F 4F9P4F 4F10P4F 4F124F 4F23P4F24P
4A20X4A11 4V 4A
4B1 4X1 (^) 4Z2P4Z1 4AH1X
2A62A 2A7PTX2A7PCX 2A18PC2A 2A18PN
2C82C 2C182C 2C68P2C62P
2D62D 2D7P12D7AP 2D8P12D8P
2B71P2B 2B7P2X2B7P3X
2E1 (^) 2F1P2F1 2G1P2G2P 2J2 2R1 2S1 2T2P2T3P 2U1 2W1 2AB1P2AC1P
3A43A 3A 5P13A 3A433A
CYP450 humanos
Aspectos fundamentales del Citocromo P
Generalidades del citocromo P
En general el citocromo P450 de eucariotas tiene un peso molecular de unos 50 a 60 kD. La concordancia en la secuencia de aminoácidos entre los diferentes citocromos P450 viene siendo inferior al 20% en algunos casos (17), aunque el extremo C-terminal de la molécula presenta una conserva- ción de las secuencias de aminoácidos entre los distintos citocromos P mayor que la región N-terminal, siendo las secuencias intermedias las que presentan un menor grado de concordancia; de tal forma que un 30% de identidad de la secuencia en la zona intermedia puede considerarse como significativa, mientras que un 50% de correlación en la región C-ter- minal podría considerarse como baja. No obstante, en los estudios de cris- talización de proteínas se ha podido observar que existe una elevada con- servación en la topografía y estructura tridimensional de los citocromos P450 (18). En cuanto a su localización, podemos decir que presentan una amplia dis- tribución en el organismo, estando presentes en la práctica totalidad de los tejidos de mamíferos, presentándose en ellos uno o más citocromos diferentes, si bien son especialmente abundantes en hígado e intestino delgado. En el interior celular se localizan en diversos orgánulos celulares, aunque principal- mente lo hacen en condriosomas y retículo endoplasmático liso.
- Estructura del citocromo P
En las estructuras cristalinas del enzima libre, disponibles hasta el momento se observa un grupo hemo (figura 5), en el cual el hierro se encuentra unido a un grupo tiol (-SH) de una cisteina y a una molécula de agua (19). La estructura secundaria del P450 consiste en aproximadamente 12 alfa hélices, de las cuales las hélices I y L, altamente conservadas, están en con- tacto directo con el grupo hemo (12). La hélice I contiene también residuos críticos implicados en el suministro de protones a los intermediarios hidro- peroxo y peroxo del ciclo catalítico (12). La zona del núcleo está constituida por cuatro hélices ( a D, a E, a I y a L), hélices J y K, dos láminas b , y una es- piral denominada meander loop (serpentina) (12) (figura 6). Abarca entre 7-10 residuos de aminoácidos y se supone que juega un papel en la unión del grupo hemo, y en la estabilización de la estructura terciaria de la proteí- na (20).
Generalidades del citocromo P
Antonio Gallego Fernández
Existen seis regiones denominadas SRSs (substrate recognition sites), involu- cradas en el reconocimiento y unión de sustratos, que por lo tanto determinan la especificidad de los mismos (21). De un modo resumido, vemos que la molécula del enzima está constituida por una combinación de regiones a -hélice y de hojas (laminas b ), fundamen- talmente en la región de la proteína que rodea al grupo hemo (figura 7), mien- tras que las regiones más variables son las que constituyen los lugares de an- claje a la membrana o de unión y reconocimiento de sustratos (22). La alta conservación de la región del hemo, que se corresponde con el centro catalíti- co del enzima, refleja un mecanismo común de transferencia de electrones y de protones y de activación de oxígeno (23). El enzima permanece anclado a la membrana a través de una hélice hidrofóbica cercana al extremo N-terminal, por lo que la mayor parte de la proteína se sitúa en la cara citosólica de la membrana (24). Esta hélice transmembrana está seguida, por regla general, por una serie de aminoácidos básicos cuyos residuos interaccionan con las cargas negativas de los lípidos de la membrana (14).
Figura 5. Grupo Hemo del citocromo P
Hierro Azufre Carbono Nitrógeno Oxígeno Hidrógeno
Generalidades del citocromo P
Antonio Gallego Fernández
Como puede observarse en la figura 8, esta hemoproteína se encuentra relacionada con una segunda proteína de membrana, la NADPH-citocromo P450 reductasa en una relación aproximada de 10:1 (10 moléculas de cito- cromo P450 por cada una de reductasa); esta reductasa posee el complejo FAD/FMN capaz de trasferir los electrones necesarios para la reacción oxi- dativa producida en el citocromo P450, aunque estos electrones también pueden provenir desde el citocromo b5, que facilita su trasferencia desde el NAD(P)H.
- Citocromo P450. Nomenclatura y distribución
Desde los años 50 hasta finales de los 80, los enzimas se nombraban en función de la reacción que catalizaban o de su inducibilidad, lo que provocó que un mismo citocromo P-450 tuviese diferentes nombres dependiendo del laborato- rio donde había sido aislado. A finales de los años 80 el elevado número de citocromos P-450 conocidos hizo que la comunidad científica se planteara la necesidad de establecer unos criterios de nomenclatura que evitaran posibles ambigüedades (14).
Figura 8. Localización del citocromo P450. Imagen modificada de (14)
Fe 3 +^ /Fe 2 +
P
e –
NADPH O^2 H^2 O
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO
Xe OH Xe H
e–
Citocromo P reductasa
Citocromo b (^5)
Aspectos fundamentales del Citocromo P
Generalidades del citocromo P
Así, en 1987 se establecieron los principios del sistema de nomenclatura y clasificación que se utiliza hoy en día, los cuales obedecen a criterios filogené- ticos y se basan en la identidad de la secuencia de aminoácidos en las cadenas polipeptídicas de los diferentes enzimas (25). Según este criterio, los P-450 se identifican con las siglas CYP seguido de un número que designa la familia, una letra que identifica la subfamilia y otro número que se corresponde con el gen (por ejemplo, CYP1A1, CYP2C9). Con este sistema de nomenclatura que- dan totalmente identificados todos los citocromos P-450, tanto procariotas como eucariotas.
CYP 3 A 4
Citocromo Familia
40%
Subfamilia
55%
Individuo
3%
En una misma familia se agrupan aquellos enzimas cuya secuencia de ami- noácidos tiene una similitud mayor del 40%, independientemente de la espe- cie de procedencia. Dentro de una familia los citocromos P-450 se agrupan en diferentes subfamilias que, siempre que haya más de una, se denominan co- rrelativamente empezando siempre por la letra A (por ejemplo, CYP2A, CYP2B, CYP2C, etc.). En este caso, el requisito para que dos citocromos P- pertenezcan a la misma subfamilia es que tengan una homología en la secuen- cia de aminoácidos superior al 55%. Así, una concordancia superior al 40% en la secuencia de aminoácidos se daría en citocromos pertenecientes a una mis- ma familia; si la concordancia fuese superior al 55%, estaríamos hablando de miembros de una misma subfamilia. Por último, dentro de la misma subfamilia, los enzimas individuales se designan según números empezando siempre por el 1 (por ejemplo, CYP1A1, CYP1A2), teniendo en cuenta que dos citocromos P-450 se consideran como diferentes siempre y cuando sus respectivas secuencias difieran en más de un 3%. Actualmente se conocen 57 genes y más de 59 pseudogenes divididos en 18 familias de genes y 43 subfamilias (13).
Aspectos fundamentales del Citocromo P
Generalidades del citocromo P
2H+^ 2e–
FAD/FMN FADH 2 /FMNH (^2)
H
H
O
O
R
NH N
O
O
N
H 3 C
R
NH
N
H 3 C
H 3 C
N H 3 C N N
- Clase III: no requieren un donador de electrones, son autosuficientes. Catalizan las reacciones de deshidratación de alquil-hidroperóxidos y alquil-peróxidos inicialmente generados por dioxigenasas (26).
- Clase IV : reciben los electrones directamente del NADPH (19).
NAD+^ /NADP +^ NADH 2 /NADPH^2
H H
R
O NH 2
N
+H++2e–
R
O NH 2
N+
Las enzimas de clase I y II, de todos los organismos participan en la detoxi- ficación, o en algunos casos activación, de xenobióticos. Se ha demostrado que tienen contribución en los procesos de carcinogénesis, y son determinantes en el metabolismo, tolerancia, selectividad y compatibilidad, de drogas y pestici- das (27, 28, 29, 30). Las clases III y IV pueden considerarse como los restos más ancestrales de las formas de los P450 involucradas en la detoxificación de especies de oxíge- no activo (16).
Generalidades del citocromo P
Antonio Gallego Fernández
Tabla 1. Citocromos P450 humanos [modificada de (31)] P450 Tejido Sustrato CYP1A1 Varios Benzopireno CYP1A2 Hígado Aflatoxina B Cafeína
Arilaminas heterocíclicas Fenacetina CYP2A6 Hígado Cumarina Dietilnitrosamina CYP2A7 Hígado CYP2B6 Hígado Ciclofosfamida Metadona CYP2B7 Pulmón CYP2C8 Hígado Intestino
Tolbutamida R-Mefentoína CYP2C9 Hígado Intestino
R-Mefentoína Tolbutamida Warfarina CYP2C17 Hígado CYP2C18 Hígado CYP2C19 Hígado Metadona CYP2D6 Hígado Intestino Riñón
Bufuralol Debrisoquina Riñón Esparteína CYP2E1 Hígado Intestino Leucocitos
Tetracloruro de carbono Etanol Dimetilnitrosamina CYP2F1 Pulmón CYP3A3 Hígado Aflatoxina B Ciclosporina
Nifedipino Testosterona CYP3A4 Tracto gastro intestinal Hígado
Aflatoxina B Ciclosporina
Nifedipino Testosterona
Metadona
CYP3A5 Hígado Ciclosporina Nifedipino Testosterona CYP3A7 Hígado (fetal) Aflatoxina B Testosterona CYP4B1 Pulmón
