Araquidonato 5-lipoxigenasa
Clase de enzimas
araquidonato 5-lipoxigenasa
Identificadores
Alias5-lipoxigenasa
Identificaciones externasGeneCards : [1]; OMA :- ortólogos
Ortólogos
EspeciesHumanoRatón
Entre

n / A

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Conjunto

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Protección unificada

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RefSeq (ARNm)

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RefSeq (proteína)

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araquidonato 5-lipoxigenasa
Identificadores
N.º CE1.13.11.34
N.º CAS80619-02-9 [ enlace muerto permanente ]
Bases de datos
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BRENDAEntrada de BRENDA
ExpasíVista de NiceZyme
BARRILEntrada de KEGG
MetaCiclovía metabólica
PRIAMOperfil
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Ontología genéticaAmiGO / QuickGO
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PubMedartículos
Instituto Nacional de BiologíaProteínas

La araquidonato 5-lipoxigenasa , también conocida como ALOX5 , 5-lipoxigenasa , 5-LOX o 5-LO , es una enzima que contiene hierro no hemo (EC 1.13.11.34) que en los seres humanos está codificada por el gen ALOX5 . [1] La araquidonato 5-lipoxigenasa es un miembro de la familia de enzimas lipoxigenasas . Transforma los sustratos de ácidos grasos esenciales ( AGE ) en leucotrienos, así como en una amplia gama de otros productos biológicamente activos. ALOX5 es un objetivo actual para la intervención farmacéutica en una serie de enfermedades.

Gene

El gen ALOX5 , que ocupa 71,9 kilopares de bases (kb) en el cromosoma 10 (todas las demás lipoxigenasas humanas están agrupadas en el cromosoma 17), está compuesto por 14 exones divididos por 13 intrones que codifican la proteína ALOX5 madura de 78 kilodalton (kDa) que consta de 673 aminoácidos. La región promotora del gen ALOX5 contiene 8 cajas GC pero carece de cajas TATA o cajas CAT y, por lo tanto, se parece a los promotores genéticos de los genes de mantenimiento típicos . Cinco de las 8 cajas GC están dispuestas en tándem y son reconocidas por los factores de transcripción Sp1 y Egr-1 . Un nuevo sitio de unión de Sp1 ocurre cerca del principal sitio de inicio de la transcripción (posición - 65); una región central rica en GC que incluye los sitios Sp1/Egr-1 puede ser crítica para la actividad promotora basal de 5-LO. [2]

Expresión

Las células implicadas principalmente en la regulación de la inflamación , la alergia y otras respuestas inmunitarias , por ejemplo, los neutrófilos , los eosinófilos , los basófilos , los monocitos , los macrófagos , los mastocitos , las células dendríticas y los linfocitos B expresan ALOX5. Las plaquetas , las células T y los eritrocitos son ALOX5-negativos. En la piel, las células de Langerhans expresan fuertemente ALOX5. Los fibroblastos , las células del músculo liso y las células endoteliales expresan niveles bajos de ALOX5. [2] [3] La regulación positiva de ALOX5 puede ocurrir durante la maduración de los leucocitos y en los neutrófilos humanos tratados con factor estimulante de colonias de granulocitos y macrófagos y luego estimulados con agentes fisiológicos.

La expresión aberrante de LOX5 se observa en varios tipos de tumores de cáncer humano in vivo, así como en varios tipos de líneas celulares de cáncer humano in vitro; estos tumores y líneas celulares incluyen los del páncreas, la próstata y el colon. Los productos de ALOX5, en particular el ácido 5-hidroxieicosatetraenoico y el ácido 5-oxo-eicosatetraenoico , promueven la proliferación de estas líneas celulares tumorales que expresan ALOX5 de manera aberrante, lo que sugiere que ALOX5 actúa como un factor pro-malignidad para ellas y, por extensión, para sus tumores parentales. [2]

Estudios con células humanas cultivadas han descubierto que existe una gran cantidad de variantes de empalme del ARNm de ALOX5 debido al empalme alternativo . Las consecuencias fisiológicas y/o patológicas de este corte aún están por definir. Sin embargo, en un estudio, se demostró que los tumores cerebrales humanos expresaban tres variantes de empalme del ARNm (2,7, 3,1 y 6,4 kb) además de la especie completa de 8,6 lb; la abundancia de las variantes se correlacionó con la malignidad de estos tumores, lo que sugiere que pueden desempeñar un papel en el desarrollo de estos tumores. [2]

Bioquímica

La ALOX5 humana es una proteína monomérica soluble que consta de 673 aminoácidos con un peso molecular de ~78 kDa . Estructuralmente, la ALOX5 posee: [3] [4]

  • Un dominio catalítico C-terminal (residuos 126–673)
  • Un dominio similar a C2 N-terminal que promueve su unión a sustratos de ligando, Ca 2+ , membranas de fosfolípidos celulares, proteína similar a Coactina ( COL1 ) y proteína Dicer
  • Un dominio PLAT dentro de su dominio similar a C2; este dominio, por analogía con otras proteínas que contienen el dominio PLAT, puede servir como una tapa móvil sobre el sitio de unión del sustrato de ALOX5
  • Un sitio de unión del trifosfato de adenosina (ATP); el ATP es crucial para la actividad metabólica de ALOX5
  • Una región rica en prolina (residuos 566-577), a veces denominada dominio de unión a SH3, que promueve su unión a proteínas con dominios SH3 como Grb2 y puede así vincular la regulación de la enzima a los receptores de tirosina quinasa .

La enzima posee dos actividades catalíticas como lo ilustra su metabolismo del ácido araquidónico . La actividad dioxigenasa de ALOX5 agrega un residuo hidroperoxilo (es decir, HO 2 ) al ácido araquidónico (es decir, ácido 5 Z ,8 Z ,11 Z ,14 Z -eicosatetraenoico) en el carbono 5 de su grupo dieno 1,4 (es decir, sus dobles enlaces 5 Z ,8 Z ) para formar 5( S )-hidroperoxi-6 E ,8 Z ,11 Z ,14 Z -eicosatetraenoico (es decir, 5 S -HpETE). [5] El intermediario 5 S -HpETE puede luego ser liberado por la enzima y rápidamente reducido por las glutatión peroxidasas celulares a su alcohol correspondiente, ácido 5( S )-hidroxi-6 E ,8 Z ,11 Z ,14 Z -eicosatetraenoico (es decir, 5-HETE ), o, alternativamente, metabolizado aún más por la actividad de epoxidasa de ALOX5 (también denominada LTA4 sintasa) que convierte 5 S -HpETE a su epóxido , 5 S ,6 S -hidroxi-6 E ,8 Z ,11 Z ,14 Z -eicosatetraenoico (es decir, LTA4 ). [6] Luego, la LTA4 es activada por una enzima soluble separada, la leucotrieno-A4 hidrolasa , para formar el producto dihidroxilo, leucotrieno B4 (LTB4, es decir, 5 S ,12 R -dihidroxi-5 S ,6 Z ,8 E ,10 E ,12 R ,14 Z -ácido eicosatetraenoico) o por la LTC4 sintasa o la glutatión S-transferasa microsomal 2 ( MGST2 ), que unen el azufre del residuo tio de la cisteína (es decir, SH) en el tripéptido glutamato - cisteína - glicina al carbono 6 de la LTA4, formando así LTC4 (es decir, 5 S -hidroxi,6 R- (S-glutatiónil)-7 E ,9 E ,11 Z ,14 Z -ácido eicosatetraenoico). Los residuos de Glu y Gly de LTC4 pueden eliminarse paso a paso mediante la gamma-glutamiltransferasa y una dipeptidasa para formar secuencialmente LTD4 y LTE4.. [4] [7] En distintos grados, los otros sustratos de PUFA de ALOX5 siguen vías metabólicas similares para formar productos análogos.

Las enzimas Alox5 de mamíferos subhumanos, como las de los roedores, parecen tener, al menos en general, estructuras, distribuciones, actividades y funciones similares a las de la ALOX5 humana. Por lo tanto, los estudios de modelos de Alox5 en roedores parecen ser valiosos para definir la función de la ALOX5 en humanos (véase Lipoxigenasa § Lipoxigenasas de ratón ).

Regulación

ALOX5 existe principalmente en el citoplasma y nucleoplasma de las células. Tras la estimulación celular, ALOX5: a) puede ser fosforilada en la serina 663, 523 y/o 271 por las quinasas de proteína activadas por mitógeno , la quinasa S6 , la quinasa de proteína A (PKA), la quinasa de proteína C , Cdc2 y/o una quinasa de proteína dependiente de Ca 2+ /calmodulina; b) se mueve para unirse a los fosfolípidos en la membrana nuclear y, probablemente, en la membrana del retículo endoplasmático ; c) es capaz de aceptar los ácidos grasos de sustrato que le presenta la proteína activadora de la 5-lipoxigenasa (FLAP) que está incrustada en estas membranas; y d) por lo tanto se vuelve adecuada para una alta actividad metabólica. Estos eventos, junto con los aumentos en los niveles de Ca 2+ citosólico , que promueven la translocación de ALOX5 desde el citoplasma y el nucleoplasma a las membranas citadas, son inducidos por estimulación celular como la causada por factores quimiotácticos en los leucocitos. Los aumentos en el Ca 2+ citosólico , el movimiento de ALOX5 a las membranas y la interacción de ALOX5 con FLAP son críticos para la activación fisiológica de la enzima. [3] Las fosforilaciones de serina 271 y 663 no parecen alterar la actividad de ALOX5. La fosforilación de serina 523 (que es realizada por PKA) inactiva totalmente la enzima y previene su localización nuclear; los estímulos que hacen que las células activen PKA pueden bloquear la producción de metabolitos de ALOX5. [4] [8]

Además de su activación, ALOX5 debe obtener acceso a sus sustratos de ácidos grasos poliinsaturados (PUFA), que comúnmente están unidos en un enlace éster a la posición sn 2 de los fosfolípidos de membrana , para formar productos biológicamente activos. Esto se logra mediante una gran familia de enzimas fosfolipasas A2 (PLA 2 ). El conjunto PLA 2 citosólico (es decir, cPLA 2 s) de enzimas PLA 2 (ver Fosfolipasa A2 § Fosfolipasas citosólicas A2 (cPLA2) ) en particular media muchos casos de liberación inducida por estímulos de PUFA en células inflamatorias. Por ejemplo, los factores quimiotácticos estimulan a los neutrófilos humanos para que eleven el Ca 2+ citosólico , lo que desencadena que las cPLA 2 s, particularmente la isoforma α (cPLA 2 α), se muevan desde su residencia normal en el citosol a las membranas celulares. Esta estimulación del factor quimiotáctico provoca simultáneamente la activación de las quinasas de proteína activadas por mitógeno (MAPK), que a su vez estimulan la actividad de cPLA 2 α al fosforilarlo en ser-505 (otros tipos de células pueden activar esta u otras isoformas de cPLA 2 utilizando otras quinasas que las fosforilan en diferentes residuos de serina). Estos dos eventos permiten que las cPLA 2 liberen PUFA esterificados a fosfolípidos de membrana a FLAP, que luego los presenta a ALOX5 para su metabolismo. [9] [10]

Se sabe que otros factores regulan la actividad de ALOX5 in vitro, pero no se han integrado completamente en su activación fisiológica durante la estimulación celular. ALOX5 se une a la proteína de unión a actina F , proteína similar a coactina. Según estudios in vitro, esta unión a proteína sirve para estabilizar ALOX5 actuando como una chaperona (proteína) o andamio, evitando así la inactivación de la enzima para promover su actividad metabólica; dependiendo de las circunstancias, como la presencia de fosfolípidos y los niveles de Ca 2+ ambiental , esta unión también altera los niveles relativos de hidroperoxi frente a epóxido (ver la sección de ácido araquidónico a continuación) productos fabricados por ALOX5. [3] [4] La unión de ALOX5 a las membranas, así como su interacción con FLAP, también hacen que la enzima altere sus niveles relativos de producción de hidroperoxi frente a epóxido, en estos casos favoreciendo la producción de los productos de epóxido. [4] La presencia de ciertos diacilgliceroles como 1-oleoil-2-acetil- sn -glicerol, 1-hexadecil-2-acetil- sn -glicerol y 1- O -hexadecil-2-acetil- sn -glicerol , y 1,2-dioctanoil- sn -glicerol pero no 1-estearoil-2-araquidonil- sn -glicerol aumentan la actividad catalítica de ALOX5 in vitro. [4]

Sustratos, metabolitos y actividades de metabolitos

ALOX5 metaboliza diversos PUFA omega-3 y omega-6 en una amplia gama de productos con actividades biológicas diferentes y, a veces, opuestas. A continuación, se incluye una lista de estos sustratos junto con sus principales metabolitos y actividades metabólicas.

Ácido araquidónico

ALOX5 metaboliza el ácido graso omega-6 , ácido araquidónico (AA, es decir, ácido 5Z,8Z,11Z,14Z-eicosatetraenoico), al ácido 5-hidroperoxieicosatetraenoico ( 5 - HpETE ) , que luego se convierte rápidamente en productos fisiológicamente y patológicamente importantes. Las glutatión peroxidasas celulares ubicuas (GPX) reducen el 5-HpETE al ácido 5-hidroxieicosatetraenoico ( 5-HETE ); el 5-HETE puede ser metabolizado aún más por la 5-hidroxieicosanoide deshidrogenasa (5-HEDH) al ácido 5-oxo-eicosatetraenoico (5-oxo-ETE). Alternativamente, la actividad intrínseca de ALOX5 puede convertir 5-HpETE a su 5,6 epóxido, leucotrieno A4 LTA4 , que luego se convierte rápidamente en leucotrieno B4 ( LTB4 ) por la leucotrieno-A4 hidrolasa (LTA4H) o en leucotrieno C4 ( LTC4 ) por la LTC4 sintasa (LTC4S); LTC4 sale de sus células de origen a través del transportador MRP1 (ABCC1) y se convierte rápidamente en LTD4 y luego en LTE4 ) por las enzimas gamma-glutamiltransferasa y dipeptidasa peptidasa unidas a la superficie celular. En otra vía, ALOX5 puede actuar en serie con una segunda enzima lipoxigenasa, ALOX15 , para metabolizar AA a lipoxina A4 (LxA4) y LxB4 (ver Mediadores especializados en pro-resolución § Lipoxinas ). [3] [11] [12] [13] Las GPX, 5-HEDH, LTA4H, LTC4S, ABCC1 y las peptidasas de la superficie celular pueden actuar de manera similar sobre los metabolitos derivados de ALOX5 de otros PUFA.

LTB4 , 5-HETE y 5-oxo-ETE pueden contribuir a la respuesta inmune innata como factores quimiotácticos leucocitarios , es decir, reclutan y activan aún más los neutrófilos y monocitos sanguíneos circulantes en sitios de invasión microbiana, lesión tisular y cuerpos extraños. Sin embargo, cuando se producen en exceso, pueden contribuir a una amplia gama de respuestas inflamatorias patológicas (5-HETE y LTB4). 5-Oxo-ETE es un factor quimiotáctico particularmente potente y activador de los eosinófilos y, por lo tanto, puede contribuir a las reacciones y enfermedades alérgicas basadas en eosinófilos. [4] [14] Estos metabolitos también pueden contribuir a la progresión de ciertos cánceres como los de próstata, mama, pulmón, ovario y páncreas. ALOX5 puede sobreexpresarse en algunos de estos cánceres; 5-Oxo-ETE y, en menor medida, 5-HETE estimulan las líneas celulares humanas derivadas de estos cánceres para que proliferen; y la inhibición farmacológica de ALOX5 en estas líneas celulares humanas hace que mueran entrando en apoptosis . [14] [15] [16] [17] [18] También se ha demostrado que ALOX5 y su metabolito LTB4, así como los receptores BLT1 y BLT2 de este metabolito , promueven el crecimiento de varios tipos de líneas celulares de cáncer humano en cultivo. [19] [20]

LTC4 , LTD4 y LTE4 contribuyen a reacciones alérgicas de las vías respiratorias como asma , ciertas reacciones de hipersensibilidad no alérgica de las vías respiratorias y otras enfermedades pulmonares que implican broncoconstricción al contraer estas vías respiratorias y promover en ellas inflamación, permeabilidad microvascular y secreción de moco; asimismo contribuyen a diversas reacciones alérgicas y no alérgicas que implican rinitis , conjuntivitis y urticaria . [3] Se ha demostrado que algunos de estos leucotrienos peptídicos promueven el crecimiento de líneas celulares cultivadas de cáncer de mama humano y leucemia linfocítica crónica , lo que sugiere que ALOX5 puede contribuir a la progresión de estas enfermedades. [19]

LxA4 y LxB4 son miembros de la clase de mediadores especializados pro-resolución de metabolitos de ácidos grasos poliinsaturados. Se forman más tarde que los factores quimiotácticos derivados de ALOX5 en la respuesta inflamatoria y se cree que limitan o resuelven estas respuestas, por ejemplo, inhibiendo la entrada de leucocitos circulantes en los tejidos inflamados, inhibiendo la acción proinflamatoria de los leucocitos, promoviendo la salida de los leucocitos de los sitios inflamatorios y estimulando la apoptosis leucocitaria (ver Mediadores especializados pro-resolución y Lipoxina ). [11]

Ácido mead

El ácido mead (es decir, ácido 5Z , 8Z , 11Z - eicosatrienoico) es idéntico al AA excepto que tiene un enlace simple en lugar de doble entre sus carbonos 14 y 15. ALOX5 metaboliza el ácido mead a análogos de la serie 3 (es decir, que contienen 3 enlaces dobles) de sus metabolitos AA de la serie 4, a saber, ácido 5( S )-hidroxi- 6E ,8Z , 11Z - eicosatrienoico (5-HETrE), ácido 5-oxo-6,8,11-eicosatrienoico (5-oxo-ETrE), LTA3 y LTC3; dado que LTA3 inhibe la LTA hidrolasa, las células que metabolizan el ácido mead producen relativamente poco LTB3 y se les impide metabolizar el ácido araquidónico a LTB4. Por otra parte, el 5-oxo-ETrE es casi tan potente como el 5-oxo-ETE como factor quimiotáctico de eosinófilos y, por lo tanto, puede contribuir al desarrollo de respuestas alérgicas fisiológicas y patológicas. [12] Presumiblemente, las mismas vías metabólicas que siguen a ALOX5 en la metabolización del ácido araquidónico a los metabolitos de la serie 4 también actúan sobre el ácido mead para formar estos productos.

Ácido eicosapentaenoico

ALOX5 metaboliza el ácido graso omega-3 , ácido eicosapentaenoico (EPA, es decir, ácido 4Z , 8Z , 11Z , 14Z , 17Z - eiosapentaenoico), al ácido 5-hidroperoxi-eicosapentaenoico que luego se convierte en productos de la serie 5 que son estructuralmente análogos a sus contrapartes de ácido araquidónico, a saber, ácido 5-hidroxi-eicosapentaenoico (5-HEPE), ácido 5-oxo-eiocosapentaenoico (5-oxo-HEPE), LTB5, LTC5, LTD5 y LTE5. [4] [21] Presumiblemente, las mismas vías metabólicas que siguen a ALOX5 en la metabolización del ácido araquidónico a los metabolitos de la serie 4 también actúan sobre el EPA para formar estos productos de la serie 5. ALOX5 también coopera con otras enzimas lipoxigenasas, ciclooxigenasas o citocromo P450 en vías metabólicas seriales para metabolizar EPA a resolvinas de la serie E (ver Mediadores especializados de resolución § Resolvinas derivadas de EPA para más detalles sobre este metabolismo) a saber, resolvina E1 (RvE1) y RvE2. [22] [23]

5-HEPE, 5-oxo-HEPE, LTB5, LTC5, LTD5 y LTE5 son generalmente menos potentes para estimular células y tejidos que sus contrapartes derivadas del ácido araquidónico; dado que su producción está asociada con una producción reducida de sus contrapartes derivadas del ácido araquidónico, pueden servir indirectamente para reducir las actividades proinflamatorias y proalérgicas de sus contrapartes derivadas del ácido araquidónico. [4] [21] RvE1 y ReV2 son mediadores pro-resolución especializados que contribuyen a la resolución de la inflamación y otras reacciones. [23]

Ácido docosahexaenoico

ALOX5 actúa en serie con ALOX15 para metabolizar el ácido graso omega 3, ácido docosahexaenoico (DHA, es decir, 4Z , 7Z , 10Z , 13Z , 16Z , 19Z -ácido docosahexaenoico), a resolvinas de la serie D (consulte Mediadores pro-resolución especializados § Resolvinas derivadas de DHA para obtener más detalles sobre este metabolismo). [23] [24]

Las resolvinas de la serie D (es decir, RvD1, RvD2, RvD3, RvD4, RvD5, RvD6, AT-RVD1, AT-RVD2, AT-RVD3, AT-RVD4, AT-RVD5 y AT-RVD6) son mediadores pro-resolutivos especializados que contribuyen a la resolución de la inflamación, promueven la curación del tejido y reducen la percepción del dolor basado en la inflamación. [23] [24]

Estudios transgénicos

Los estudios en sistemas animales modelo que eliminan o sobreexpresan el gen Alox5 han dado resultados aparentemente paradójicos. En ratones, por ejemplo, la sobreexpresión de Alox5 puede disminuir el daño causado por algunos tipos pero aumentar el daño causado por otros tipos de patógenos invasivos . Esto puede ser un reflejo de la variedad de metabolitos producidos por la enzima Alox5, algunos de los cuales poseen actividades opuestas como los factores quimiotácticos proinflamatorios y los mediadores pro-resolución especializados antiinflamatorios. Las funciones de Alox5 y presumiblemente de ALOX5 humano pueden variar ampliamente dependiendo de: los agentes que estimulan su actividad; los tipos de metabolitos que forman; los tejidos específicos que responden a estos metabolitos; los momentos (por ejemplo, temprano versus tardío) en los que se realizan las observaciones; y muy probablemente varios otros factores.

Los ratones knock out del gen Alox5 son más susceptibles al desarrollo y complicaciones patológicas de la infección experimental con Klebsiella pneumoniae , Borrelia burgdorferi y Paracoccidioides brasiliensis . [8] [25] En un modelo de sepsis inducida por perforación del ciego , los ratones knock out del gen ALOX5 exhibieron una disminución en el número de neutrófilos y un aumento en el número de bacterias que se acumularon en su peritoneo . [26] Por otro lado, los ratones knock out del gen ALOX5 demuestran una resistencia mejorada y una patología reducida a la infección por Brucella abortus [27] y, al menos en su fase aguda, a la infección por Trypanosoma cruzi . [28] Además, los ratones Alox5 -nulos exhiben un componente inflamatorio empeorado, incapacidad para resolver las respuestas relacionadas con la inflamación y una supervivencia reducida en modelos experimentales de enfermedad por el virus respiratorio sincitial , enfermedad de Lyme , enfermedad por Toxoplasma gondii y lesión corneal . Estos estudios indican que Alox5 puede cumplir una función protectora, presumiblemente generando metabolitos como factores quimiotácticos que movilizan el sistema inmunitario innato . Sin embargo, la supresión de la inflamación también parece ser una función de Alox5, presumiblemente al contribuir a la producción de mediadores pro-resolutivos especializados (SPM) antiinflamatorios , al menos en ciertos sistemas modelo basados ​​en la inflamación en roedores. Estos estudios genéticos permiten que ALOX5 junto con los factores quimiotácticos y los SPM que contribuyen a producir puedan desempeñar funciones proinflamatorias y antiinflamatorias opuestas similares en humanos. [22] [29]

Los ratones con el gen Alox5 deficiente muestran un aumento del volumen del tumor pulmonar y de la metástasis hepática de las células del carcinoma pulmonar de Lewis que se implantaron directamente en sus pulmones; este resultado difiere de muchos estudios in vitro que implicaron al ALOX5 humano junto con algunos de sus metabolitos en la promoción del crecimiento de células cancerosas en que se encuentra que el Alox5 de ratón y, tal vez, algunos de sus metabolitos inhiben el crecimiento de células cancerosas. Los estudios en este modelo sugieren que el Alox5, actuando a través de uno o más de sus metabolitos, reduce el crecimiento y la progresión del carcinoma de Lewis al reclutar células T auxiliares CD4+ inhibidoras del cáncer y células T citotóxicas CD8+ a los sitios de implantación. [30] Esta sorprendente diferencia entre los estudios in vitro humanos y los in vivo en ratones puede reflejar diferencias de especie, diferencias in vitro versus in vivo, o diferencias de tipo de célula cancerosa en la función de ALOX5/Alox5.

Importancia clínica

Inflamación

Los estudios implican que ALOX5 contribuye a la inmunidad innata al contribuir a las crecientes respuestas inflamatorias a una amplia gama de enfermedades:

Sin embargo, ALOX5 también contribuye al desarrollo y progresión de respuestas inflamatorias excesivas y crónicas como:

(ver Inflamación § Trastornos ).

Estas funciones duales probablemente reflejan la capacidad de ALOX5 para formar: a) el potente factor quimiotáctico, LTB4, y posiblemente también el factor quimiotáctico más débil, 5 S -HETE, que sirven para atraer y activar células inductoras de inflamación como leucocitos circulantes y macrófagos tisulares y células dendríticas y b) la subfamilia de lipoxinas y resolvinas de SPM que tienden a inhibir estas células así como las respuestas inflamatorias generales. [8] [31] [32]

Alergia

ALOX5 contribuye al desarrollo y progresión de reacciones y enfermedades alérgicas e inflamatorias como:

Esta actividad refleja su formación de a) LTC4, LTD4 y LTE4 que promueven la permeabilidad vascular, contraen el músculo liso de las vías respiratorias y perturban de otro modo estos tejidos y b) LTB4 y posiblemente 5-oxo-ETE que son factores quimiotácticos y activadores del tipo de célula que promueve tales reacciones, el eosinófilo . [8] [14] El 5-oxo-ETE y, en menor medida, el 5 S -HETE, también actúan sinérgicamente con otro mediador proalérgico, el factor activador de plaquetas , para estimular y activar de otro modo los eosinófilos. [14] [33] [34] [35]

Reacciones de hipersensibilidad

ALOX5 contribuye a las reacciones de hipersensibilidad no alérgicas a los AINE del sistema respiratorio y de la piel como:

También puede contribuir a las respuestas de hipersensibilidad del sistema respiratorio al aire frío y posiblemente incluso a las bebidas alcohólicas. Estas respuestas patológicas probablemente involucran los mismos metabolitos formados por ALOX5 que promueven las reacciones alérgicas. [13] [8] [36]

Medicamentos inhibidores de ALOX5

Los estudios de tejidos, modelos animales y genéticos animales y humanos citados anteriormente implican a ALOX5 en una amplia gama de enfermedades:

(ver Inflamación § Trastornos )

Sin embargo, el uso clínico de medicamentos que inhiben ALOX5 para tratar cualquiera de estas enfermedades ha tenido éxito únicamente con Zileuton junto con su preparación de liberación controlada, Zileuton CR.

El zileutón está aprobado en los EE. UU. para la profilaxis y el tratamiento crónico del asma alérgica; también se utiliza para tratar reacciones crónicas no alérgicas, como las reacciones no alérgicas en los pulmones, la nariz y la conjuntiva inducidas por AINE, así como el asma inducido por el ejercicio. El zileutón ha demostrado algunos efectos beneficiosos en ensayos clínicos para el tratamiento de la artritis reumatoide, la enfermedad inflamatoria intestinal y la psoriasis. [8] [37] El zileutón se encuentra actualmente en un estudio de fase II para el tratamiento del acné vulgar (acné facial inflamatorio de leve a moderado) y un estudio de fase I (ver Ensayo clínico § Fases ) combinándolo con imatinib para el tratamiento de la leucemia mieloide crónica . [38] [39] El zileutón y el zileutón CR causan elevaciones de las enzimas hepáticas en el 2 % de los pacientes; por lo tanto, los dos medicamentos están contraindicados en pacientes con enfermedad hepática activa o elevaciones persistentes de las enzimas hepáticas superiores a tres veces el límite superior de lo normal. Se debe evaluar la función hepática antes de iniciar cualquiera de estos medicamentos, mensualmente durante los primeros 3 meses, cada 2-3 meses durante el resto del primer año y periódicamente a partir de entonces; el zileutón también tiene un perfil farmacológico bastante desfavorable (ver Zileutón § Contraindicaciones y advertencias ). [38] Dadas estas deficiencias, se están estudiando otros medicamentos dirigidos a ALOX5.

Flavocoxid es una mezcla patentada de bioflavonoides derivados de plantas purificadas, que incluyen baicalina y catequinas . Inhibe la COX-1, la COX-2 y la ALOX5 in vitro y en modelos animales. Flavocoxid ha sido aprobado para su uso como alimento médico en los Estados Unidos desde 2004 y está disponible con receta para su uso en osteoartritis crónica en tabletas de 500 mg bajo el nombre comercial Limbrel. Sin embargo, en ensayos clínicos se produjeron elevaciones de las enzimas hepáticas séricas en hasta el 10% de los pacientes en terapia con flavocoxid, aunque las elevaciones superiores a 3 veces el límite superior de lo normal se produjeron solo en el 1-2% de los receptores. Sin embargo, desde su lanzamiento, ha habido varios informes de lesión hepática aguda clínicamente aparente atribuida a flavocoxid. [40]

Setileuton (MK-0633) ha completado un ensayo clínico de fase II para el tratamiento del asma, la enfermedad pulmonar obstructiva crónica y la aterosclerosis (NCT00404313, NCT00418613 y NCT00421278, respectivamente). [38] [41] PF-4191834 [42] ha completado estudios de fase II para el tratamiento del asma (NCT00723021). [38]

La hiperforina , un componente activo de la hierba de San Juan , es activa en concentraciones micromolares en la inhibición de ALOX5. [43] La indirrubina-3'-monoxima, un derivado del alcaloide natural, indirrubina , también se describe como un inhibidor selectivo de ALOX5 eficaz en una variedad de sistemas modelo libres de células y basados ​​en células. [44] Además, la curcumina , un componente de la cúrcuma , es un inhibidor de 5-LO según lo definido por estudios in vitro de la enzima. [45]

Se ha descubierto que el ácido acetil-ceto-beta-boswélico ( AKBA ) , uno de los ácidos boswélicos bioactivos que se encuentran en la Boswellia serrata (incienso indio), inhibe la 5-lipoxigenasa. La Boswellia reduce el edema cerebral en pacientes irradiados por un tumor cerebral y se cree que se debe a la inhibición de la 5-lipoxigenasa. [46] [47]

Aunque sólo un fármaco inhibidor de ALOX5 ha demostrado ser útil para el tratamiento de enfermedades humanas, otros fármacos que actúan en sentido descendente en la vía iniciada por ALOX5 se encuentran en uso clínico. Montelukast , Zafirlukast y Pranlukast son antagonistas del receptor 1 de cisteinil leucotrieno que contribuye a mediar las acciones de LTC4, LTD4 y LTE4. Estos fármacos se utilizan habitualmente como profilaxis y tratamiento crónico de enfermedades alérgicas y no alérgicas como el asma y la rinitis [3] y también pueden ser útiles para el tratamiento de la apnea del sueño infantil adquirida debido a la hipertrofia adenoamigdalina (véase Miopatía no inflamatoria adquirida § Miopatía inducida por la dieta y el trauma ). [48]

Hasta la fecha, sin embargo, ni los inhibidores de la síntesis de LTB4 (es decir, bloqueadores de ALOX5 o LTA4 hidrolasa) ni los inhibidores de los receptores LTB4 (BLT1 y BLT2) han resultado ser fármacos antiinflamatorios eficaces. Además, los bloqueadores de la síntesis de LTC4, LTD4 y LTE4 (es decir, inhibidores de ALOX5), así como de los antagonistas de los receptores LTC4 y LTD4, han demostrado ser inferiores a los corticosteroides como terapia farmacológica única para el asma persistente, particularmente en pacientes con obstrucción de las vías respiratorias. Como segundo fármaco añadido a los corticosteroides, los inhibidores de leucotrienos parecen ser inferiores a los fármacos agonistas beta2-adrenérgicos en el tratamiento del asma. [49]

Genética humana

ALOX5 contribuye a la formación de metabolitos de PUFA que pueden promover (por ejemplo, los leucotrienos, 5-oxo-ETE) pero también a metabolitos que inhiben (es decir, lipoxinas, resolvinas) enfermedades. En consecuencia, una anomalía dada en la expresión o actividad de ALOX5 debido a variaciones en su gen puede promover o suprimir la inflamación dependiendo de los roles relativos que estos metabolitos opuestos tienen en la regulación del tipo particular de reacción examinada. Además, las reacciones tisulares relacionadas con ALOX5 estudiadas hasta la fecha están influenciadas por múltiples variables genéticas, ambientales y de desarrollo que pueden influir en las consecuencias de las anomalías en la expresión o función de ALOX5. En consecuencia, las anomalías en el gen ALOX5 pueden variar con la población y los individuos estudiados.

Asma alérgica

El promotor ascendente del gen humano ALOX5 posee comúnmente cinco repeticiones GGGCCGG que se unen al factor de transcripción Sp1 y, por lo tanto, aumentan la transcripción del gen ALOX5. Las variantes homocigóticas para esta región promotora de cinco repeticiones en un estudio de 624 niños asmáticos en Ankara, Turquía, tenían muchas más probabilidades de tener asma grave . Estas variantes están asociadas con niveles reducidos de ALOX5, así como con una producción reducida de LTC4 en sus eosinófilos. [50] Estos datos sugieren que ALOX5 puede contribuir a atenuar la gravedad del asma, posiblemente metabolizando PUFA a mediadores especializados pro-resolución . [51] Las diferencias en el polimorfismo de un solo nucleótido en los genes que promueven la actividad de ALOX5 (es decir, la proteína activadora de la 5-lipoxigenasa ), metabolizan el producto inicial de ALOX5, 5 S -HpETE, a LTB4 (es decir, leucotrieno-A4 hidrolasa ), o son los receptores celulares responsables de mediar las respuestas celulares a los productos de ALOX de flujo descendente LTC4 y LTD4 (es decir, CYSLTR1 y CYSLTR2 ) se han asociado con la presencia de asma en estudios de población única. Estos estudios sugieren que las variantes genéticas pueden desempeñar un papel, aunque relativamente menor, en la susceptibilidad general al asma alérgico. [50]

Reacciones no alérgicas inducidas por AINE

La aspirina y otros fármacos antiinflamatorios no esteroides (AINE) pueden causar enfermedades exacerbadas por AINE (N-ERD). Estas se han clasificado recientemente en 5 grupos, 3 de los cuales no son causados ​​por un mecanismo inmunológico clásico y son relevantes para la función de ALOX5: 1) Enfermedad respiratoria exacerbada por AINE (NERD), es decir, síntomas de obstrucción de las vías respiratorias bronquiales, falta de aliento y/o congestión nasal / rinorrea que ocurren poco después de la ingestión de AINE en pacientes con antecedentes de asma y/o rinosinusitis ; 2) Enfermedad cutánea exacerbada por AINE (NECD), es decir, respuestas de ronchas y/o respuestas de angioedema que ocurren poco después de la ingestión de AINE en pacientes con antecedentes de urticaria crónica ; y 3) urticaria/angioedema inducido por AINE (NIUA) (es decir, ronchas y/o síntomas de angioedema que aparecen poco después de la ingestión de AINE en pacientes sin antecedentes de urticaria crónica ). [52] La variante del polimorfismo de un solo nucleótido (SNP) genético en el gen ALOX5 , ALOX5 -1708 G>A está asociada con asma inducida por AINE en pacientes coreanos y tres variantes del SNP ALOX5, rs4948672, [53] rs1565096, [54] y rs7894352, [55] están asociadas con reacciones cutáneas inducidas por AINE en pacientes españoles. [33]

Aterosclerosis

Los portadores de dos variaciones en el motivo de unión predominante de cinco repeticiones en tándem Sp1 (GGGCCGG) del promotor del gen ALOX5 en 470 sujetos (blancos no hispanos, 55,1%; hispanos, 29,6%; asiáticos o isleños del Pacífico, 7,7%; afroamericanos, 5,3%, y otros, 2,3%) se asociaron positivamente con la gravedad de la aterosclerosis , a juzgar por las mediciones del espesor de la íntima-media carotídea. Los alelos variantes implicaban deleciones (una o dos) o adiciones (una, dos o tres) de motivos Sp1 al alelo de cinco motivos en tándem. [56]

Véase también

Inhibidor de la 5-lipoxigenasa araquidonato

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Lectura adicional

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