The crystal structure of arguably the most important enzyme in drug metabolism — cytochrome P450 3A4 (CYP3A4) — has been published, and with it comes the surprise discovery that its active site is much smaller than previously thought. Although the overall structure of the enzyme is characteristic of the P450 family, this paper describes several unique features that provide new insights into the ability of CYP3A4 to metabolize a wide variety of diverse substrates.

CYP3A4

Putative Protein:DNA interactions within the CYP3A4 promoter and enhancer

CYP3A4 метаболизирует 50% всех лекарств, поступающих на рынок - более чем любая др. изоформа P450 - а разнообразие его субстратов указывает на то, что он способе метаболизировать некоторые соединение одновременно.

В отсутствие кристаллической структуры понимание сложности связывания с субстратом и конформационных изменений CYP3A4 достигалось использованием гомологичных моделей. Однако. последние ограничены для использования, т.к. сходство последовательностей между P450s низко - только 24% между CYP3A4 и недавно опубликованным CYP2C9.

В Science, Harren Jhoti и др. описали 3 структуры CYP3A4: несвязанную, связанную с субстратом (progesterone) и связанную с ингибитором (metyrapone). Они сообщили, что имеется некое уникальное свойство у CYP3A4, которое м. помочь в создании лекарств с улучшенным метаболическим и токсическим профилем.

Одним из особенно уникальных свойст CYP3A4 является 'Phe-cluster' из 7 фенилаланиновых остатков, которые формируют гидрофобный стержень, направленный в сторону активного сайта. Некоторые из этих остатков, которые формируют этот кластер, как было показано с помощью мутационного анализа, играют роль в активности CYP3A4. Присутствие этого кластера свидетельствует о том, что доступный объём активного сайта значительно меньше, чем ожидалось, исходя из крупных молекулярных размеров некоторых из субстратов для CYP3A4. Авт. полагают, что конформационные изменения Phe-cluster м. менять расположение остатков фенилаланина, в результате чего активный сайт расширяется и становится способным к связыванию более одного субстрата. Кроме того, активный сайт CYP3A4 обладает большим доступом к haem половинке по сравнению с CYP2C9. Эта близость м. делать возможным доступ к двум молекулам субстрата, чтобы получить доступ к реактивному кислороду, потенциально обеспечивая возможность для CYP3A4 , чтобы метаболизировать более одного субстрата одновременно.

Авт. исследовали м. ли конформационные изменения служить предварительным условием для связывания субстрата или ингибитора. Они были удивлены тем, что не обнаружили конформационных изменений у metyrapone-связанного CYP3A4, они предположили, что это м.б. потому, что metyrapone является маленькой молекулой, которая легко приспосабливается к активному сайту CYP3A4. Для проверки этой гипотезы они изучали конформацию белка, когда CYP3A4 соединяется с субстратом progesterone. И снова отсутствовали конформационные изменения, но более важным оказалось то, что progesterone соединяется периферически с активным сайтом вблизи Phe-cluster, в новом связывающем кармане CYP3A4, который м. участвовать в распознавании молекул субстрата и эффекторов и cooperativity. Более того, авт. полагают, что перемещение Phe-cluster м. облегчать перенос субстрата с периферического сайта на активный сайт путём образования субстрат-проводящего канала. Дальнейшие данные об активности CYP3A4 теперь будут получены благодаря доступности кристаллической структуры.