ΒΙΟΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΩΝ Αντώνης Ν. Γαργαλιώνης, ΜD, PhD Βιοπαθολόγος Πανεπιστημιακός Υπότροφος Εργαστήριο Βιολογική Χημείας Ιατρική Σχολή.

Παρουσίαση με θέμα: "ΒΙΟΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΩΝ Αντώνης Ν. Γαργαλιώνης, ΜD, PhD Βιοπαθολόγος Πανεπιστημιακός Υπότροφος Εργαστήριο Βιολογική Χημείας Ιατρική Σχολή."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΒΙΟΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΩΝ Αντώνης Ν. Γαργαλιώνης, ΜD, PhD Βιοπαθολόγος Πανεπιστημιακός Υπότροφος Εργαστήριο Βιολογική Χημείας Ιατρική Σχολή Παν/ου Αθηνών Βιολογική Χημεία Ι

2 Νουκλεοτίδια - Γενικά Τα νουκλεοτίδια παίζουν ποικίλους ρόλους σε όλα τα κύτταρα Τα νουκλεοτίδια παίζουν ποικίλους ρόλους σε όλα τα κύτταρα Ιδιότητες: - Πρόδρομα μόρια του DNA, RNA, Ιδιότητες: - Πρόδρομα μόρια του DNA, RNA, - απαραίτητοι φορείς χημικής ενέργειας, - απαραίτητοι φορείς χημικής ενέργειας, - συστατικά των συμπαραγόντων NAD, FAD, - συστατικά των συμπαραγόντων NAD, FAD, S-αδενοσυλομεθειονίνη και συνένζυμο Α S-αδενοσυλομεθειονίνη και συνένζυμο Α UDP-γλυκόζη, CPD-διακυλογλυκερόλη, UDP-γλυκόζη, CPD-διακυλογλυκερόλη, - Δεύτεροι αγγελιοφόροι των κυττάρων : cAMP, cGMP - Δεύτεροι αγγελιοφόροι των κυττάρων : cAMP, cGMP Παράγονται από 2 οδούς: de novo οδούς Παράγονται από 2 οδούς: de novo οδούς οδούς διάσωσης οδούς διάσωσης

3 Παραγωγή νουκλεοτιδίων De novo σύνθεση με: αμινοξέα, 5-φωσφορική ριβόζη, CO 2, NH 3 De novo σύνθεση με: αμινοξέα, 5-φωσφορική ριβόζη, CO 2, NH 3 Οδοί διάσωσης: ανακυκλώνουν τις ελεύθερες βάσεις και τα νουκλεοτίδια που απελευθερώνονται από την αποδόμηση των νουκλεϊνικών οξέων Οδοί διάσωσης: ανακυκλώνουν τις ελεύθερες βάσεις και τα νουκλεοτίδια που απελευθερώνονται από την αποδόμηση των νουκλεϊνικών οξέων Οι de novo οδοί βιοσύνθεσης των πουρινών και πυριμιδινών φαίνονται σχεδόν ταυτόσημες σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς. Οι ελεύθερες βάσεις γουανίνη, αδενίνη, θυμίνη, κυτοσίνη, ουρακίλη δεν είναι ενδιάμεσα σε αυτές τις οδούς Οι de novo οδοί βιοσύνθεσης των πουρινών και πυριμιδινών φαίνονται σχεδόν ταυτόσημες σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς. Οι ελεύθερες βάσεις γουανίνη, αδενίνη, θυμίνη, κυτοσίνη, ουρακίλη δεν είναι ενδιάμεσα σε αυτές τις οδούς Ο δακτύλιος πουρίνης δομείται σταδιακά και ταυτόχρονα συνδέεται με τη ριβόζη Ο δακτύλιος πουρίνης δομείται σταδιακά και ταυτόχρονα συνδέεται με τη ριβόζη Ο δακτύλιος πυριμιδίνης δομείται ως οροτικό οξύ, συνδέεται με τη φωσφορική ριβόζη και έπειτα μετατρέπεται στα κοινά νουκλεοτίδια πυριμιδίνης που είναι απαραίτητα για τη σύνθεση των νουκλεϊνικών οξέων Ο δακτύλιος πυριμιδίνης δομείται ως οροτικό οξύ, συνδέεται με τη φωσφορική ριβόζη και έπειτα μετατρέπεται στα κοινά νουκλεοτίδια πυριμιδίνης που είναι απαραίτητα για τη σύνθεση των νουκλεϊνικών οξέων

4 Σύνθεση νουκλεοτιδίων Η de novo οδοί σύνθεσης των πυριμιδινών και των πουρινών μοιράζονται αρκετούς σημαντικούς προδρόμους Η de novo οδοί σύνθεσης των πυριμιδινών και των πουρινών μοιράζονται αρκετούς σημαντικούς προδρόμους Σημαντικός πρόδρομος και στις δύο οδούς είναι η πυροφωσφορική φωσφοριβόζη ( PRPP) Σημαντικός πρόδρομος και στις δύο οδούς είναι η πυροφωσφορική φωσφοριβόζη ( PRPP) Ένα αμινοξύ είναι σημαντικός πρόδρομος σε κάθε τύπο οδού: η γλυκίνη για τις πουρίνες και το ασπαρτικό για τις πυριμιδίνες Ένα αμινοξύ είναι σημαντικός πρόδρομος σε κάθε τύπο οδού: η γλυκίνη για τις πουρίνες και το ασπαρτικό για τις πυριμιδίνες Στη de novo σύνθεση των πουρινών όλα τα ένζυμα βρίσκονται στο κύτταρο υπό μορφή μεγάλων πολυενζυμικών συμπλόκων Στη de novo σύνθεση των πουρινών όλα τα ένζυμα βρίσκονται στο κύτταρο υπό μορφή μεγάλων πολυενζυμικών συμπλόκων Με εξαίρεση το ΑΤΡ, τα αποθέματα των νουκλεοτιδίων στο κύτταρο είναι πολύ μικρά (1% από την αναγκαία ποσότητα το κύτταρο καλείται να συνθέτει συνέχεια νουκλεοτίδια) Με εξαίρεση το ΑΤΡ, τα αποθέματα των νουκλεοτιδίων στο κύτταρο είναι πολύ μικρά (1% από την αναγκαία ποσότητα το κύτταρο καλείται να συνθέτει συνέχεια νουκλεοτίδια)

5 De novo βιοσύνθεση νουκλεοτιδίων πουρίνης Τα δύο ‘πατρικά’ νουκλεοτίδια πουρίνης των νουκλεϊνικών οξέων είναι: Τα δύο ‘πατρικά’ νουκλεοτίδια πουρίνης των νουκλεϊνικών οξέων είναι: - η 5΄-μονοφωσφορική αδενοσίνη (ΑΜΡ, αδενυλικό) και - η 5΄-μονοφωσφορική γουανοσίνη (GMP, γουανυλικό), που περιέχουν τις βάσεις πουρίνης, δηλαδή αδενίνη και γουανίνη Προέλευση των ατόμων του δακτυλίου των πουρινών

6 De novo βιοσύνθεση νουκλεοτιδίων πουρίνης 1ο βήμα: μια αμινομάδα που προέρχεται από τη γλουταμίνη συνδέεται με τα C1 της PRPP 1ο βήμα: μια αμινομάδα που προέρχεται από τη γλουταμίνη συνδέεται με τα C1 της PRPP 2 ο βήμα: προσθήκη 3C από τη γλυκίνη 2 ο βήμα: προσθήκη 3C από τη γλυκίνη 3 ο βήμα: φορμυλίωση από το Ν 10 -φορμυλοτετραϋδροφυλλικό 3 ο βήμα: φορμυλίωση από το Ν 10 -φορμυλοτετραϋδροφυλλικό 4 ο βήμα: συνεισφορά ενός ατόμου αζώτου από τη γλουταμίνη 4 ο βήμα: συνεισφορά ενός ατόμου αζώτου από τη γλουταμίνη πυροφωσφορική φωσφοριβόζη ( PRPP)

7 5 ο βήμα: αφυδάτωση και κλείσιμο δακτυλίου, παράγεται ο πενταμελής ιμιδαζολικός δακτύλιος του πυρήνα της πουρίνης 5 ο βήμα: αφυδάτωση και κλείσιμο δακτυλίου, παράγεται ο πενταμελής ιμιδαζολικός δακτύλιος του πυρήνα της πουρίνης 6 ο βήμα: προσθήκη καρβοξυλομάδας 6 ο βήμα: προσθήκη καρβοξυλομάδας 7ο βήμα: προσφορά αμινομάδας από το ασπαρτικό 7ο βήμα: προσφορά αμινομάδας από το ασπαρτικό 8 ο βήμα: απομάκρυνση ανθρακικού σκελετού του ασπαρτικού υπό μορφή φουμαρικού 8 ο βήμα: απομάκρυνση ανθρακικού σκελετού του ασπαρτικού υπό μορφή φουμαρικού

8 9 ο βήμα: το τελευταίο άτομο άνθρακα προσφέρεται από το Ν 10 - φορμυλοτετραϋδροφυλλικό 10 ο βήμα: κλείσιμο του δευτέρου δακτυλίου παραγωγή του δευτέρου συντηγμένου δακτυλίου του πυρήνα των πουρινών Το πρώτο ενδιάμεσο με πλήρη δακτύλιο πουρίνης είναι η μονοφωσφορική ινοσιτόλη (IMP)

9 Βιοσύνθεση ΑΜΡ και GMP από ΙΜΡ Μετατροπή ινοσινικού σε αδενυλικού προϋποθέτει εισαγωγή μιας αμινομάδας από το ασπαρτικό Μετατροπή ινοσινικού σε αδενυλικού προϋποθέτει εισαγωγή μιας αμινομάδας από το ασπαρτικό

10 Ρυθμιστικοί μηχανισμοί στη βιοσύνθεση των νουκλεοτιδίων αδενίνης και γουανίνης Η βιοσύνθεση νουκλεοτιδίων πουρίνης ρυθμίζεται με ανάδρομη αναστολή Η βιοσύνθεση νουκλεοτιδίων πουρίνης ρυθμίζεται με ανάδρομη αναστολή Αλλοστερικό ένζυμο: αμιδοτρανσφεράση γλουταμίνης PRPP Αλλοστερικό ένζυμο: αμιδοτρανσφεράση γλουταμίνης PRPP (-) ΙΜΡ, ΑΜΡ, GΜΡ Περίσσεια GMP: (-) δεϋδρογονάση ΙΜΡ Περίσσεια ΑΜΡ: (-) συνθετάση αδενυλοηλεκτρικού

11 Τα νουκλεοτίδια πυριμιδίνης παρασκευάζονται από ασπαρτικό, PRPP, και φωσφορικό καρβαμύλιο Τα κοινά ριβονουκλεοτίδια πυριμιδίνης είναι: Τα κοινά ριβονουκλεοτίδια πυριμιδίνης είναι: - η 5΄-μονοφωσφορική κυτιδίνη (CMP, κυτιδυλικό) και - η 5΄-μονοφωσφορική ουριδίνη (UMP,ουριδυλικό), τα οποία περιέχουν αντιστοίχως, τις πυριμιδίνες κυτοσίνη και ουρακίλη Πρώτα δημιουργείται ο εξαμελής δακτύλιος πυριμιδίνης και στη συνέχεια συνδέεται με την 5΄φωσφορική ριβόζη Πρώτα δημιουργείται ο εξαμελής δακτύλιος πυριμιδίνης και στη συνέχεια συνδέεται με την 5΄φωσφορική ριβόζη Το φωσφορικό καρβαμύλιο που απαιτείται για την βιοσύνθεση των πυριμιδινών παράγεται στο κυτταρόπλασμα από την συνθετάση ΙΙ του φωσφορικού καρβαμυλίου (διαφορετική μορφή του ενζύμου από αυτή που απαιτείται για τη σύνθεση της ουρίας) Το φωσφορικό καρβαμύλιο που απαιτείται για την βιοσύνθεση των πυριμιδινών παράγεται στο κυτταρόπλασμα από την συνθετάση ΙΙ του φωσφορικού καρβαμυλίου (διαφορετική μορφή του ενζύμου από αυτή που απαιτείται για τη σύνθεση της ουρίας)

12 De novo βιοσύνθεση νουκλεοτιδίων πυριμιδίνης 1 ο βήμα: το φωσφορικό καρβαμύλιο αντιδρά με ασπαρτικό. 1 ο βήμα: το φωσφορικό καρβαμύλιο αντιδρά με ασπαρτικό. Ενζυμο: τρανσκαρβαμυλάση του ασπαρτικού

13 De novo βιοσύνθεση νουκλεοτιδίων πυριμιδίνης

14 Η βιοσύνθεση των νουκλεοτιδίων πυριμιδίνης ρυθμίζεται με ανάδρομη αναστολή Η ταχύτητα σύνθεσης των νουκλεοτιδίων πυριμιδίνης ελέγχεται από την τρανσκαρβαμυλάση του ασπαρτικού (ATCάση) Η ταχύτητα σύνθεσης των νουκλεοτιδίων πυριμιδίνης ελέγχεται από την τρανσκαρβαμυλάση του ασπαρτικού (ATCάση) Η ATCάση αναστέλλεται από την 5’τριφωσφορική κυτιδίνη (CTP) Η ATCάση αναστέλλεται από την 5’τριφωσφορική κυτιδίνη (CTP) Η βακτηριακή ATCάση αποτελείται από έξη καταλυτικές και έξι ρυθμιστικές υπομονάδες Η βακτηριακή ATCάση αποτελείται από έξη καταλυτικές και έξι ρυθμιστικές υπομονάδες - οι καταλυτικές υπομονάδες προσδένουν τα υποστρώματα, - οι αλλοστερικές υπομονάδες προσδένουν τον αλλοστερικό αναστολέα Το μόριο της ΑΤCασης έχει ενεργό και ανενεργό διαμόρφωση. Το μόριο της ΑΤCασης έχει ενεργό και ανενεργό διαμόρφωση. Το ένζυμο εμφανίζει μέγιστη ενεργότητα όταν το CTP δεν είναι συνδεδεμένο στις ρυθμιστικές υπομονάδες. Όταν συσσωρευτεί CTP, οι ρυθμιστικές υπομονάδες υφίστανται αλλαγή διαμόρφωσης, η οποία μεταδίδεται στις καταλυτικές υπομονάδες που μεταπίπτουν σε ανενεργό διαμόρφωση. Το ένζυμο εμφανίζει μέγιστη ενεργότητα όταν το CTP δεν είναι συνδεδεμένο στις ρυθμιστικές υπομονάδες. Όταν συσσωρευτεί CTP, οι ρυθμιστικές υπομονάδες υφίστανται αλλαγή διαμόρφωσης, η οποία μεταδίδεται στις καταλυτικές υπομονάδες που μεταπίπτουν σε ανενεργό διαμόρφωση. Το ΑΤΡ παρεμποδίζει τις αλλαγές που επάγονται από το CTP Το ΑΤΡ παρεμποδίζει τις αλλαγές που επάγονται από το CTP

15 Αλλοστερική ρύθμιση της τρανσκαρβαμυλάσης του ασπαρτικού το CTP και ATP

16 Τα μονοφωσφορικά νουκλεοτίδια μετατρέπονται σε τριφωσφορικά νουκλεοτίδια Τα νουκλεοτίδια που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν σε βιοσυνθέσεις γενικά μετατρέπονται σε τριφωσφορικά νουκλεοσίδια Τα νουκλεοτίδια που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν σε βιοσυνθέσεις γενικά μετατρέπονται σε τριφωσφορικά νουκλεοσίδια Οι οδοί μετατροπής είναι οι ίδιες σε όλα τα κύτταρα Οι οδοί μετατροπής είναι οι ίδιες σε όλα τα κύτταρα Η φωσφορυλίωση του ΑΜΡ σε ΑDP προάγεται από την κινάση του αδενυλικού: ΑΤΡ + ΑΜΡ  2ΑDP Η φωσφορυλίωση του ΑΜΡ σε ΑDP προάγεται από την κινάση του αδενυλικού: ΑΤΡ + ΑΜΡ  2ΑDP Το ΑΤΡ μεσολαβεί τον σχηματισμό διφωσφορικών ενζύμων με την κινάση των μονοφωσφορικών νουκλεοσιδίων: Το ΑΤΡ μεσολαβεί τον σχηματισμό διφωσφορικών ενζύμων με την κινάση των μονοφωσφορικών νουκλεοσιδίων: ATP+NMP  ADP+NDP Τα διφωσφορικά νουκλεοσίδια μετατρέπονται σε τριφωσφορικά με τη δράση της κινάσης των διφωσφορικών νουκλεοσιδίων: Τα διφωσφορικά νουκλεοσίδια μετατρέπονται σε τριφωσφορικά με τη δράση της κινάσης των διφωσφορικών νουκλεοσιδίων: ΝΤΡ D +NDP A  NDP D +NTP A Α= acceptor (Δέκτης), D= donor (δότης)

17 Τα ριβονουκλεοτίδια είναι οι πρόδρομοι των δεοξυριβονουκλεοτιδίων Τα δεοξυριβονουκλεοτίδια προέρχονται από τα νουκλεοτίδια με άμεση αναγωγή στο 2΄-άτομο άνθρακα της D-ριβόζης (καταλύεται από την αναγωγάση των ριβονουκλεοτιδίων) Τα δεοξυριβονουκλεοτίδια προέρχονται από τα νουκλεοτίδια με άμεση αναγωγή στο 2΄-άτομο άνθρακα της D-ριβόζης (καταλύεται από την αναγωγάση των ριβονουκλεοτιδίων) Η αναγωγή απαιτεί ένα ζεύγος ατόμων υδρογόνου τα οποία προέρχονται από το NADPH μέσω της θειορεδοξίνης, μιας ενδιάμεσης πρωτεΐνης που μεταφέρει υδρογόνο Η αναγωγή απαιτεί ένα ζεύγος ατόμων υδρογόνου τα οποία προέρχονται από το NADPH μέσω της θειορεδοξίνης, μιας ενδιάμεσης πρωτεΐνης που μεταφέρει υδρογόνο Η θειορεδοξίνη έχει ζεύγη ομάδων –SH που μεταφέρουν άτομα υδρογόνου από το NADPH στο διφωσφορικό ριβονουκλεοτίδιο Η θειορεδοξίνη έχει ζεύγη ομάδων –SH που μεταφέρουν άτομα υδρογόνου από το NADPH στο διφωσφορικό ριβονουκλεοτίδιο

18 Αναγωγάση των ριβονουκλεοτιδίων

19 Πιθανός μηχανισμός για την αντίδραση της αναγωγάσης των ριβονουκλεοτιδίων

20 Η ειδικότητα και ενεργότητα της αναγωγάσης των ριβονουκλεοτιδίων στο Ε.coli ρυθμίζονται από την πρόσδεση μορίων τελεστών Η ειδικότητα και ενεργότητα της αναγωγάσης των ριβονουκλεοτιδίων στο Ε.coli ρυθμίζονται από την πρόσδεση μορίων τελεστών Κάθε R1 έχει δύο είδη ρυθμιστικών θέσεων. Οι θέσεις του πρώτου είδους επηρεάζουν την συνολική ενεργότητα του ενζύμου και προσδένουν είτε ATP Κάθε R1 έχει δύο είδη ρυθμιστικών θέσεων. Οι θέσεις του πρώτου είδους επηρεάζουν την συνολική ενεργότητα του ενζύμου και προσδένουν είτε ATP (ενεργοποιεί το ένζυμο), είτε dATP (απενεργοποιεί). Οι θέσεις του δεύτερου είδους τροποποιούν την ειδικότητα ως προς το υπόστρωμα σε απάντηση προς το μόριο-τελεστή που προσδένουν (ATP, dATP, dTTP, dGTP) Oταν προσδένουν ΑΤΡ ή dATP ευνοείται η αναγωγή των UDP και CDP, ενώ όταν προσδένουν dTTP ή dGTP διεγείρεται η αναγωγή του GDP ή του ADP Oταν προσδένουν ΑΤΡ ή dATP ευνοείται η αναγωγή των UDP και CDP, ενώ όταν προσδένουν dTTP ή dGTP διεγείρεται η αναγωγή του GDP ή του ADP Αυτή η ρύθμιση εξασφαλίζει μια ισορροπημένη δεξαμενή πρόδρoμων μορίων για σύνθεση του DNA Αυτή η ρύθμιση εξασφαλίζει μια ισορροπημένη δεξαμενή πρόδρoμων μορίων για σύνθεση του DNA Το ΑΤΡ επίσης δρα ως γενικός ενεργοποιητής τόσο για τη βιοσύνθεση όσο και για ην αναγωγή των ριβονουκλεοτιδίων Το ΑΤΡ επίσης δρα ως γενικός ενεργοποιητής τόσο για τη βιοσύνθεση όσο και για ην αναγωγή των ριβονουκλεοτιδίων

21 Ρύθμιση της αναγωγάσης των ριβονουκλεοτιδίων από τριφωσφορικά δεοξυνουκλεοτίδια

22 Βιοσύνθεση του θυμιδυλικού Το DΝΑ περιέχει θυμίνη αντί για ουρακίλη και η de novo οδός προς τη θυμίνη περιλαμβάνει μόνο δεοξυριβονουκλεοτίδια. Άμεσος πρόδρομος του θυμιδυλικου (dTMP) είναι το dUMP. Η αντίδραση καταλύεται από τη συνθάση του θυμιδυλικού Το DΝΑ περιέχει θυμίνη αντί για ουρακίλη και η de novo οδός προς τη θυμίνη περιλαμβάνει μόνο δεοξυριβονουκλεοτίδια. Άμεσος πρόδρομος του θυμιδυλικου (dTMP) είναι το dUMP. Η αντίδραση καταλύεται από τη συνθάση του θυμιδυλικού

23 ΙΙ. Καταβολισμός νουκλεοτιδίων πουρίνης Τα νουκλεοτίδια πουρίνης αποδομούνται σε μια οδό στην οποία χάνουν τη φωσφορική ομάδα τους με τη δράση της 5’- νουκλεοτιδάσης Τα νουκλεοτίδια πουρίνης αποδομούνται σε μια οδό στην οποία χάνουν τη φωσφορική ομάδα τους με τη δράση της 5’- νουκλεοτιδάσης

24 Καταβολισμός νουκλεοτιδίων πουρίνης Το ουρικό οξύ είναι το απεκκρινόμενο τελικό προϊόν του μεταβολισμού των πουρινών στα πρωτεύοντα, τα πτηνά και μερικά άλλα ζώα. Ένας υγιής ενήλικας απεκκρίνει ουρικό οξύ με ρυθμό 0,6 gr/24h.

25 Καταβολισμος πυριμιδινών Οι οδοί αποδόμησης πυριμιδινών οδηγούν σε παραγωγή ΝΗ 4 + και συνεπώς σε σύνθεση ουρίας Οι οδοί αποδόμησης πυριμιδινών οδηγούν σε παραγωγή ΝΗ 4 + και συνεπώς σε σύνθεση ουρίας Παράδειγμα η θυμίνη αποδομείται σε μεθυλομηλονυλοημιαλδεύδη, ένα ενδιάμεσο του καταβολισμού της βαλίνης Παράδειγμα η θυμίνη αποδομείται σε μεθυλομηλονυλοημιαλδεύδη, ένα ενδιάμεσο του καταβολισμού της βαλίνης

26 Ανεπάρκεια της δεαμινάσης της αδενοσίνης (adenosine deaminase, ADA) Γενετική ανωμαλία του μεταβολισμού των πουρινών Βαριά ανοσοανεπάρκεια εξ’ αιτίας διαταραχών της ωρίμανσης των Τ και Β- λεμφοκυττάρων Η έλλειψη της ADA οδηγεί σε 100πλασια αύξηση της κυτταρικής συγκέντρωσης του dATP που είναι ισχυρός αναστολέας της αναγωγάσης των ριβονουκλεοτιδίων Τα υψηλά επίπεδα των dATP προκαλούν γενική ανεπάρκεια των υπόλοιπων dNTPs στα Τ-λεμφοκύταρα.Οι ασθενείς δεν επιζούν παρά μόνο απομονωμένοι σε στείρο γυάλινο κλουβί Είναι ένας από τους πρώτους στόχους κλινικών δοκιμών γονιδιακής θεραπείας στον άνθρωπο

27 Οι βάσεις πουρίνης και πυριμιδίνης ανακυκλώνονται με οδούς διάσωσης Ελεύθερες βάσεις πουρίνης και πυριμιδίνης παράγονται συνεχώς στα κύτταρα κατά την μεταβολική αποδόμηση των νουκλεοτιδίων Οι ελεύθερες πουρίνες σε μεγάλο βαθμό διασώζονται και ξαναχρησιμοποιούνται για τη σύνθεση νουκλεοτιδίων σε μια απλούστερη οδό συγκριτικά με τη de novo σύνθεση Μια κύρια οδός διάσωσης η αντίδραση αδενίνης με PRPP και απόδοση νουκλεοτιδίου αδενίνης : Αδενίνη+ PRPP  ΑΜΡ +ΡΡι (ένζυμο: φωσφοριβοζυλοτρανσφεράση της αδενοσίνης) Η ελεύθερη γουανίνη και υποξανθίνη διασώζονται κατά τον ίδιο τρόπο από τη φωσφοζυλοτρανσφεράση υποξανθίνης- γουανίνης.

28 Σύνδρομο Lesch-Nyhan Γενετική ανεπάρκεια Γενετική ανεπάρκειαφωσφοριβοζυλοτρανσφεράσηςυποξανθίνης-γουανίνης Παρατηρείται σχεδόν αποκλειστικά σε αγόρια Παρατηρείται σχεδόν αποκλειστικά σε αγόρια Εκδηλώνεται σε ηλικία 2 ετών, κινητικές διαταραχές, διανοητική καθυστέρηση επιθετικότητα και ψυχαναγκαστικές αυτοκαταστροφικές τάσεις (τα επίπεδα της PRPP αυξάνονται και πουρίνες υπερπαράγονται οδηγώντας σε υπερπαραγωγή ουρικού οξέος) Εκδηλώνεται σε ηλικία 2 ετών, κινητικές διαταραχές, διανοητική καθυστέρηση επιθετικότητα και ψυχαναγκαστικές αυτοκαταστροφικές τάσεις (τα επίπεδα της PRPP αυξάνονται και πουρίνες υπερπαράγονται οδηγώντας σε υπερπαραγωγή ουρικού οξέος) Ο εγκέφαλος εξαρτάται πολύ από τις οδούς διάσωσης και αυτό ίσως ευθύνεται για τις βλάβες του ΚΝΣ Ο εγκέφαλος εξαρτάται πολύ από τις οδούς διάσωσης και αυτό ίσως ευθύνεται για τις βλάβες του ΚΝΣ Στόχος κλινικών δοκιμών γονιδιακής θεραπείας Στόχος κλινικών δοκιμών γονιδιακής θεραπείας X-linked recessive disease; the gene mutation is usually carried by the mother and passed on to her son

29 Ουρική αρθρίτιδα Αυξημένη συγκέντρωση ουρικού οξέος στο αίμα και στους ιστούς. Αρθρώσεις: Πόνο και φλεγμονή (εναπόθεσης κρυστάλλων ουρικού νατρίου). Νεφρικές βλάβες λόγω εναπόθεσης ουρικού οξέος στα νεφρικά σωληνάρια Αυξημένη συγκέντρωση ουρικού οξέος στο αίμα και στους ιστούς. Αρθρώσεις: Πόνο και φλεγμονή (εναπόθεσης κρυστάλλων ουρικού νατρίου). Νεφρικές βλάβες λόγω εναπόθεσης ουρικού οξέος στα νεφρικά σωληνάρια Προσβάλλει κυρίως άνδρες Προσβάλλει κυρίως άνδρες Σε μερικές περιπτώσεις εμπλέκεται μια Σε μερικές περιπτώσεις εμπλέκεται μια γενετική ανεπάρκεια σε κάποιο από τα ένζυμα μεταβολισμού των πουρινών Αντιμετωπίζεται με συνδυασμό φαρμάκων και δίαιτας. Τροφές πλούσιες σε νουκλεοτίδια και νουκλεϊνικά οξέα (π.χ. συκώτι) απαγορεύονται Αντιμετωπίζεται με συνδυασμό φαρμάκων και δίαιτας. Τροφές πλούσιες σε νουκλεοτίδια και νουκλεϊνικά οξέα (π.χ. συκώτι) απαγορεύονται Αλλοπουρινόλη: φάρμακο αναστολέας της οξειδάσης της ξανθίνης, το ένζυμο που μετατρέπει τις πουρίνες σε ουρικό οξύ

30 Αλλοπουρινόλη: αναστολέας της οξειδάσης της ξανθίνης

31 Χημειοθεραπευτικά φάρμακα – στοχεύουν σε ένζυμα βιοσυνθετικών οδών των νουκλεοτιδίων Τα καρκινικά κύτταρα έχουν μεγαλύτερες απαιτήσεις από τα φυσιολογικά για νουκλεοτίδια Μια μεγάλη ομάδα χημειοθεραπευτικών περιλαμβάνει ουσίες που δρουν αναστέλλοντας ένα ή περισσότερα ένζυμα αυτών των οδών Ενώσεις που αναστέλλουν τις αμιδοτρανσφεράσες της γλουταμίνης (αζασερίνη, ασιβισίνη) Άλλοι στόχοι για τη δράση χημειοθεραπευτικών είναι η συνθάση του θυμιδυλικού και αναγωγάση του διϋδροφυλλικού, ένζυμα που παρέχουν στο κύτταρο τη μοναδική οδό για τη σύνθεση της θυμίνης Φθοριουρακίλη: δεν είναι η ίδια αναστολέας της συνθάσης του θυμιδυλικού. Οδοί διάσωσης την μετατρέπουν στο μονοφωσφορικό δεοξυνουκλεοσίδιο FdUMP, το οποίο προσδένεται στο ένζυμο και το απενεργοποιεί Μεθοτρεξάτη: αναστολέας της αναγωγάσης του διϋδροφυλλικού Τριμεθοπρίνη: αντιβιοτικό, προσδένει την βακτηριακή αναγωγάση του διϋδροφυλλικού 100 000 φορές καλύτερα από το ενζυμο των θηλαστικών

32 Αναστολείς των αμιδοτρανσφερασών της γλουταμίνης Ανάλογα γλουταμίνης που παρεμβαίνουν σε αρκετές βιοσυνθετικές οδούς

33 Η σύνθεση του θυμιδυλικού και ο μεταβολισμός των φυλλικών ως στόχοι χημειοθεραπευτικών Η συνθάση του θυμιδυλικού και η αναγωγάση του διϋδροφυλλικού είναι ένζυμα που παρέχουν στο κύτταρο τη μοναδική οδό για τη σύνθεση της θυμίνης – αναστολείς αυτών χρησιμοποιούνται ως χημειοθεραπευτικοί παράγοντες

34 Προτεινόμενη βιβλιογραφία Harper’s Harper’s Κεφ. 32, 33, 34 Lehninger, Τόμος ΙΙ, Lehninger, Τόμος ΙΙ, Κεφ. 22.4 Devlin: Τόμος ΙΙ Devlin: Τόμος ΙΙ Κεφ. 20