Липоксигеназа 3 типа эпидермиса ( ALOXE3 или eLOX3 ) является членом семейства ферментов липоксигеназ ; в организме человека, оно кодируется ALOXE3 гена . [5] Этот ген расположен на хромосоме 17 в положении 13.1, где он образует кластер с двумя другими липоксигеназами, ALOX12B и ALOX15B . [6] Среди липоксигеназ человека ALOXE3 наиболее близко (54% идентичности) родственен по аминокислотной последовательности ALOX12B . [7] [8] [9] ALOXE3, ALOX12B и ALOX15B часто классифицируются как эпидермальные липоксигеназы в отличие от трех других липоксигеназ человека ( ALOX5 , ALOX12 и ALOX15 ), поскольку они изначально были определены как высоко или даже исключительно экспрессирующиеся и функционирующие в коже. Липоксигеназы эпидермального типа в настоящее время рассматриваются как отдельный подкласс внутри мультигенного семейства липоксигеназ млекопитающих, при этом мышиный Aloxe3 (также называемый e-Lox-3) является ортологом человеческого ALOXE3, мышиный Alox12b является ортологом человеческого ALOX12B (MIM 603741). и Alox8 мыши является ортологом ALOX15B человека (MIM 603697) [поставляется OMIM]. [5] Предполагается, что ALOX12B и ALOXE3 у людей, Alox12b и Aloxe3 у мышей, а также сопоставимые ортологи у других видов у других видов действуют последовательно в многоступенчатом метаболическом пути, который формирует продукты, которые структурно важны для создания и поддержания функции водного барьера кожи.
Иммунологически обнаруженные ALOXE3 и ALOX12B у людей и Aloxe3 и Alox12b у мышей имеют сходное тканевое распределение, поскольку они высоко экспрессируются во внешних дифференцированных слоях эпидермиса; они совместно локализуются на поверхности кератиноцитов в зернистом слое кожи мыши и во время эмбриогенеза мыши появляются одновременно в начале развития кожи на 15.5 день. [10] мРНК ALOXE3 у людей также была обнаружена на низких уровнях в поджелудочной железе, яичниках, головном мозге, семенниках, плаценте и некоторых секреторных эпителиях. [10] [11] мРНК Aloxe3 и Alox12b была обнаружена в языке, лесном животе , трахее, головном мозге, семенниках и жировой ткани мышей, а также в спинном мозге крыс. [10]
Эпидермальная ткань
ALOX12B, как и большинство других липоксигеназ, обладает активностью диоксигеназы (EC 1.13.11): он катализирует включение дикислорода (то есть молекулярного кислорода [O 2 ]) в единый субстрат. Благодаря этой активности фермент добавляет (O 2 ) в виде остатка гидропероксила (HO 2 ) к арахидоновой кислоте у ее 12-го атома углерода, образуя 12 ( R ) -гидроперокси-5 Z , 8 Z , 10 E , 14 Z -икозатетраеновая кислота (также называемая 12 ( R ) -HpETE или 12 R -HpETE). [12] [13]
арахидоновая кислота + O 2 12 R -HpETE
Гидропероксисодержащие полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК), такие как 12 R -HETE, легко разрушаются в результате неферментативных превращений, в которых два атома кислорода гидроперокси-остатка перегруппировываются с образованием ПНЖК, содержащих один гидроксильный (также называемый спиртовым) остаток и один эпоксидный остаток. [14] Эта трансформация может происходить в тканях или во время подготовки тканей с 12-HpETE с образованием гепоксилинов , то есть эпокси-спиртов 12-HpETE, которые относятся к типу A (т.е. гепоксилин As, которые содержат остатки эпоксидной смолы и спирта, отделенные друг от друга двойной (т.е. алкен ) связь или, в качестве альтернативы, тип в (т.е. hepoxilin Bs, которые содержат эпоксидные и спиртовые остатки на соседних атомах углерода); эти не-enxymatically формованные изделия представляют собой смесь из гидрокси и эпоксидной R , S стереоизомеры и диастереоизомеры . [ 15] Помимо арахидоновой кислоты, ALOX12B метаболизирует линолевую кислоту (LA) до 9 ( R ) -гидроперокси-10 (E), 12 (Z) -октадекадиеновой кислоты (9 R -HpODE): [15]
LA + O 2 9 R -HpODE.
ALOXE3 является атипичной липоксигеназой, в которой в большинстве, но не во всех экспериментальных условиях, отсутствует активность диоксигеназы, которая превращает ПНЖК в метаболиты гидропероксида; скорее, он обладает активностью гепоксилинсинтазы (т.е. гидропероксиизомеразы); то есть он превращает гидропероксисодержащие ПНЖК в гепоксилинподобные эпокси-спиртовые продукты; эти продукты, в отличие от продуктов, образующихся в результате неферментативных превращений, представляют собой специфические изомеры только с одной формой хиральных гидрокси- и эпоксидных остатков. ALOX3E метаболизирует 12 R -HpETE в 8 R- гидрокси-11 R , 12 R- эпокси-эйкозатриеновую кислоту [15] и метаболизирует 9 R -HpODE до продуктов, содержащих либо эпокси-спирт, либо остаток кетона . [10] [16] Он проявляет относительно слабую активность при проведении этого преобразования на свободном 9 R -HODE, но более высокую активность, когда 9 R -HpODE представлен в виде его метилового эфира . Основная функция ALOXE3 в эпидермальной ткани, по-видимому, заключается в метаболизме фрагмента 9 R -HpODE, который не является свободным, а скорее эстерифицирован с определенными липидами церамидов .
Л. является наиболее распространенными жирными кислотами в коже эпидермисе , присутствует главным образом этерифицирован к омегу - гидроксильного остатку амид -связанного омег-гидроксилированной очень длинноцепочечные жирные кислоты (VLCFAs) в уникальном классе керамиды называют этерифицированной омега-hydroxyacyl- сфингозина (EOS). EOS является промежуточным компонентом предлагаемого многоступенчатого метаболического пути, который доставляет ЖКОДЦ к ороговевшей липидной оболочке рогового слоя кожи ; Присутствие этих воскообразных гидрофобных ЖКОДЦ необходимо для поддержания целостности и функциональности кожи в качестве водного барьера (см. Микробиом легких № Роль эпителиального барьера ). [10] ALOX12B метаболизирует LA в EOS к его 9 R -hydroperoxy производного , которое затем ALOXE3 обращенные к трем церамидов-этерифицирована продуктов: а) 9 R 10 R -trans- эпоксида , 13 R -гидрокси-10 E -octadecenoic кислоты, б) 9-кето-10 E , 12 Z- октадекадиеновая кислота и в) 9 R , 10 R- транс-эпокси-13-кето-11 E -октадеценовая кислота. [10] [16] Предполагается, что продукты, окисленные ALOX12B / ALOE3, сигнализируют об их гидролизе (т.е. удалении) из EOS; это позволяет многоступенчатому метаболическому пути доставлять ЖКОДЦ к ороговевшей липидной оболочке рогового слоя кожи. [10] [17]
Другие ткани
AloxE3, по-видимому, отвечает за образование гепоксилинов A и / или B из 12 R -HpETE в спинномозговой жидкости крыс [18], и предполагается, что ALOXE3 отвечает за образование этих гепоксилинов в различных тканях человека [15] [19], хотя Присутствие и активность ALOXE3 во многих из этих гепоксилин-образующих тканей еще не было продемонстрировано.
Спинальный Aloxe3, по-видимому, благодаря своей способности вырабатывать гепоксилины, по-видимому, ответственен за гипералгезию, которая сопровождает воспаление у крыс. [18]
Aloxe3, по-видимому, необходим и достаточен для дифференцировки клеток фибробластов 3T3-L1 мыши в адипоциты (т. Е. Жировые клетки); функция Aloxe3 в этой дифференцировке, по-видимому, заключается в его метаболизме 12 R -HpETE в гепоксилины A3 или B3, которые непосредственно активируют гамма-рецептор, активируемый пролифератором пероксисом, который, в свою очередь, инициирует экспрессию генов дифференцировки адипоцитов. [20]
Врожденная ихтиозиформная эритродема
Делеции генов Alox12b или Aloxe3 в результате нокаута гена у мышей вызывают врожденное чешуйчатое заболевание кожи, которое характеризуется значительным снижением водного барьера кожи и другими особенностями, обнаруженными при аутосомно-рецессивной небуллезной врожденной ихтиозиформной эритродермии (ARCI) у людей; [16] гомозиготные рецессивные вредные мутации в ALOXE3 или ALOX12B также являются причинами, хотя и редко, этого врожденного заболевания у людей. [21] [22] ARCI относится к несиндромному (т.е. не связанному с другими признаками или симптомам) врожденному ихтиозу, включая ихтиоз арлекинского типа , ламеллярный ихтиоз и врожденную ихтиозиформную эритродермию . [10] ARCI имеет заболеваемость около 1/200 000 в европейских и североамериканских популяциях; 40 различных мутаций в ALOX12B и 13 различных мутаций в генах ALOXE3 составляют в общей сложности около 10% случаев ARCI; эти мутации являются гомозиготно-рецессивными (см. Доминирование (генетика) ), вызывают полную потерю функции ALOX12B или ALOXE3 (см. мутации ) и могут быть связаны с любой из трех указанных форм заболевания. [10] [23]
Гепоксилинсинтаза
У мышей , лишенная активность Aloxe3 из - за ген нокаут от Alox3 гена, уровни в коже hepoxilins A3 и B3, а также их метаболиты, trioxilins A3 и B3, значительно снижаются. [15] [24] Кроме того, крысиный Aloxe3 был вовлечен в производство гепоксилина B3 в исследованиях, в которых его ген трансфицировали в культивируемые клетки HEK 293 и аналогичным образом участвовал в индуцированном воспалением производстве гепоксилина B3 в позвоночнике крыс, а также в восприятие боли (т.е. аллодинии ) этими животными с использованием фармакологических ингибиторов и исследований нокдауна гена на основе siRNA . [18] Наконец, культивированные клетки кожи человека, которые богаты ALOXE3, легко превращают арахидоновую кислоту, а также 12 S -гидроперокси-эйкозатетраеновую кислоту в гепоксилин B3; это производство, в соответствии с более высоким содержанием ALOXE3, намного больше в клетках кожи, выделенных от субъектов с псориазом . [10] [15] Эти результаты предполагают, что ALOXE3 и его ортологи в значительной степени способствуют или являются активностью гепоксилинсинтазы, ответственной за производство биоактивных гепоксилинов (см. Гепоксилин ) в коже и других тканях млекопитающих, богатых ALOXE3 / ортологами, возможно, включая человека.
Другие возможные клинические значения
Распределение ALOXE3 и Aloxe3 (см. Распределение в тканях выше) предполагает, что эти липоксигеназы могут выполнять функции не только в коже, но и в других тканях. Исследования, представленные в вышеупомянутом подразделе «Активность, другие ткани», позволяют предположить, что активность Aloxe3 в отношении восприятия боли и дифференцировки адипоцитов у грызунов также может происходить у людей.
Внутриматочная доставка e-Lox-3 мышам на 14,5-й день гестации привела к задержке роста плода и внутриутробной смерти, по-видимому, из-за сильного отрицательного воздействия на развитие плаценты.