A P-glikoprotein 1 (permeabilitás-glikoprotein, röviden P-gp vagy Pgp), más néven multidrogrezisztencia-fehérje 1 (MDR1) vagy ATP-kötő kazetta, B alcsalád, 1. tag (ABCB1) vagy differenciációs csoport 243 (CD243) fontos sejtmembránfehérje, mely számos idegen anyagot eltávolít a sejtekből. Adenozin-trifoszfát-dependens effluxpumpa széles szubsztráttartománnyal. Megtalálható állatokban, gombákban és baktériumokban, és valószínűleg a káros anyagok elleni védelemként fejlődött.
A P-gp glikoprotein, melyet emberben az ABCB1 gén kódol. Jól ismert ABC-transzporter, mely számos szubsztrátot szállít sejten belüli és sejtmembránokon át, és mely a MDR/TAP alcsalád tagja. A xenobiotikumok P-gp általi normál exkréciója a lumenbe farmakokinetikailag csökkenti néhány gyógyszer hatékonyságát, melyek P-gp-szubsztrátok. Emellett egyes ráksejtek is sok P-gp-t expresszálnak, tovább növelve e hatást, és antineoplasztikumrezisztenssé téve őket. Sok gyógyszer P-gp-inhibitor – ez gyakran véletlen, nem a fő hatásmechanizmus –, és néhány étel is. Bármilyen ilyen anyag nevezhető P-gp-inhibitornak.
Egy 2015-ös elemzés az ABCB1-polimorfizmusokról kimutatta, hogy „az ABCB1-variánsok hatása a P-glikoprotein-mRNS- és -fehérje-expresszióra vagy -aktivitásra különböző szövetekben (például májban, bélben, szívben) csekély. Bár az ABCB1-polimorfizmusok összefüggnek a gyógyszer-diszpozícióval és -válasszal, beleértve a különböző ABCB1-szubsztrátoknál felmerülő káros hatásokat különböző etnikai csoportok esetén, az eredmények egymásnak ellentmondók, és korlátozott klinikai relevanciájúak”.
Fehérje
A P-gp 170 kDa tömegű transzmembrán glikoprotein, ebből 10–15 kDa N-terminális glikoziláció. A fehérje N-terminális része 6 transzmembrán hélixet tartalmaz, melyeket nagy citoplazmatikus domén követ ATP-kötő hellyel, ezt újabb 6 transzmembrán hélixből és 1 ATP-kötő doménből álló szakasz követi, melynek hasonlósága az első félhez mintegy 65%-os. 2009-ben határozták meg az első emlős-P-glikoprotein szerkezetét, ennek PDB-azonosítója 3G5U. A szerkezet az egér MDR3 géntermékéből származik, melyet heterológan expresszált a Pichia pastoris. Az egér-P-gp szerkezete hasonlít a bakteriális MsbA ABC-transzporterhez (3B5W és 3B5X), melyek beforduló konformációt mutatnak, mely fontos lehet a szubsztrát belső membránréteg mentén történő kötésében. A P-gp további szerkezetei is ismertek (3G60 és 3G61 azonosítóval) 2 különböző ciklikus peptidszubsztráttal. A kiemelkedő kötőhelyet aromás aminosavak veszik körül.
Molekuláris dinamikai (MD) szimulációk alapján e szekvencia közvetlen hatással van a transzporter szerkezeti stabilitására a nukleotidkötő doménekben, és alsó határt ad meg a belső szerkötő üreghez.
Szöveti és sejten belüli eloszlás
A P-gp-t elsősorban a máj, a hasnyálmirigy, a vesék, a vastagbél és a jejunum bizonyos sejtjei expresszálják. A P-gp ezenkívül megtalálható a vér-agy gát kapillárisainak endotéliumában.
Funkció
A szubsztrát a P-gp-be a membrán belső oldalán lévő vagy a fehérje citoplazmatikus oldalán lévő nyíláson kerül be. Az ATP a citoplazmatikus oldalon kötődik. Ezután az ATP-hidrolízis a szubsztrátot a sejtből való eltávolítást lehetővé tevő helyzetbe teszi. Az eredeti ATP-ről származó foszfát felszabadítása ezzel egyidejű. A reakció során ADP keletkezik, és új ATP-molekula köthet a másodlagos ATP-kötő helyhez. A hidrolízis és az ADP- és foszfátfelszabadítás visszaállítja a fehérjét, lehetővé téve a folyamat újraindítását.
A fehérje az ATP-kötő kazettatranszporterek (ABC) közé tartozik. Az ABC-fehérjék különböző molekulákat szállítanak a sejten belüli és kívüli membránrészek közt. Az ABC-gének 7 alcsaládra oszthatók (ABC1, MDR/TAP, MRP, ALD, OABP, GCN20, White). E fehérje az MDR/TAP alcsalád tagja. Az MDR/TAP alcsalád tagjai a multidrog-rezisztenciában érintettek. A P-gp ATP-dependens széles szubsztráttartományú xenobiotikum-effluxpumpa. Ez felel a csökkent gyógyszer-felhalmozódásért multidrogrezisztens sejtekben, és gyakran mediálja a rák elleni szerekkel szembeni rezisztenciát. E fehérje továbbá a vér-agy gátban is transzporter. A gén mutációi felelnek a kolchicinrezisztenciáért és a gyulladásos bélbetegség 13-ért. Az alternatív splicing és alternatívpromoter-használat több transzkriptumvariánst okoz.
A P-gp számos szubsztrátot szállít a sejtmembránon át, ilyenek például:
E szubsztrátok szállítására való képessége okozza a P-gp számos szerepét, például:
Gyógyszerek eloszlása és hasznosíthatósága
A bélben megnövekvő P-gp-expresszió csökkenheti a P-gp-szubsztrát gyógyszerek felszívódó-képességét, így hasznosíthatóságát is. Ennek következményeképp a terápiás plazmakoncentrációt nem sikerül elérni. Ezzel szemben szupraterápiás plazmakoncentrációt és gyóyszertoxicitást okozhat a csökkent P-gp-expresszió.
Antineoplasztikus gyógyszerek aktív transzportja, mely ezekkel szembeni rezisztenciát okoz.
Mérgező metabolitok és xenobiotikumok sejtekből való eltávolítása vizeletbe, epébe és béllumenbe.
Vegyületek agyból való eltávolítása a vér-agy gáton keresztül.
Transzkripciós szinten expresszióját nagymértékben tanulmányozták, és számos transzkripciós faktor és út ismert, melyek szerepet játszanak a P-gp-expresszióban. Több transzkripciós faktor, például a p53, az YB-1 és az NF-κB is érintett a közvetlen P-gp-szabályzásban annak promoteréhez való kötéssel. Számos sejtkommunikációs út is érintett a P-gp-transzkripció szabályzásában. Például a PI3K/AKT/mTOR-út és a Wnt–β-katenin-út pozitívan szabályozzák a P-gp-expressziót. A mitogénaktivált fehérjekináz (MAPK) jelzése 3 utat tartalmaz: ezek a klasszikus MAPK/ERK-út, a p38–MAPK-út, és a c-Jun N-terminális kináz (JNK), melyeknek köze van a P-gp-expresszió szabályzásához. Több tanulmány szerint a MAPK/ERK-út pozitívan, a p38–MAPK-út negatívan, míg a JNK-út pozitívan és negatívan is szabályozhatja a P-gp-t.
2008 után a P-gp-t transzkripciósan és poszttranszkripciósan szabályzó miRNS-eket azonosítottak. Egyes miRNS-ek csökkentik a P-gp-expressziót. Például a miR-200c a JNK-úton vagy a ZEB1-en és ZEB2-n keresztül csökkenti a P-gp-expressziót, a miR-145 a P-gp-mRNS-t csökkenti a 3'-UTR-hez kötve, gátolva a P-gp-transzlációt. Más miRNS-ek növelik a P-gp-expressziót, például a miR-27a a Raf-kináz-gátló fehérje szupressziójával növeli azt, ezenkívül közvetlenül köthet a P-gp-promoterhez a transzkripciós faktorok hatásmechanizmusához hasonlóan.
A P-gp szubsztrátjai hajlamosak farmakokinetikai változásokra a P-gp-inhibitorokkal vagy -indukálókkal való kölcsönhatás miatt. Ilyenek például a kolchicin, a ciklosporin, a dabigatrán, a digoxin, a diltiazem, a fexofenadin, az indinavir, a morfin és a szirolimusz.
Rákon kívüli betegségek
A P-gp képes az amiloid béta – mely amiloid plakkokat képezhet Alzheimer-kórban – agyból való eltávolítására. Mivel a P-gp-expresszió az Alzheimer-kórban csökkent, a transzporter funkcióját javasolták az Alzheimer-kór megelőzésére vagy kezelésére.
A megváltozott P-gp-funkció összefügghet továbbá gyulladásos bélbetegségekkel is, azonban a bélgyulladásban játszott kettős hatása miatt sok kérdés megválaszolatlan maradt. Bár a csökkent effluxaktivitás betegséghajlamot okozhat, a megnövekedett effluxaktivitás a terápiás gyógyszerekre való ellenállást okozhat esetükben. Az MDR1A-deficiens egerek spontán krónikus bélgyulladást mutatnak, mely a humán ulceratív colitishoz hasonló.
Rák
A P-gp effluxaktivitása az egyébként hasznos anyagok, például kemoterápiás és más gyógyszerek sejtbeli koncentrációját a terápiás szint alá csökkentheti. Ezért a P-gp-túlexpresszió a sejtbeli gyógyszer-felhalmozódás csökkenése és a multidrog-rezisztencia mögött álló egyik fő mechanizums humán multidrogrezisztens daganatokban.
Történet
A P-gp-t először 1976-ban írták le. A P-gp-ről kimutatták, hogy multidrog-rezisztenciát okoz a citotoxikus szerekkel szemben rezisztens mutáns ráksejtkultúrákban.
A humánhoz 87%-ban hasonló szekvenciájú egér-P-gp szerkezetét röntgenkrisztallográfia útján 2009-ben határozták meg. Az első humán P-gp-szerkezetet 2010-ben határozták meg, ez az ATP-kötött, kifelé mutató konformációé.
P-gp is also used to differentiate transitional B cells from naive B cells. Dyes such as rhodamine 123 and MitoTracker dyes from Invitrogen can be used to make this differentiation.
Gyógyszercélpontként
Egyes betegségeket, különösen rákokat korábbi feltételezések szerint kezelhettek P-gp-inhibitorok, de nem bizonyultak megfelelőnek a klinikai kísérletekben.
rs1045642
Az rs1045642 SNP (3435T>C vagy 3435C>T) a P-gp változó aktivitásáért felel.
A TT genotípusú homozigóták általában könnyebben képesek eltávolítani a xenobiotikumokat a P-gp magasabb abszorpciós sebessége miatt. Egy homozigóta genotípus az erekből magasabb abszorpciós sebességet, a lumenből alacsonyabb eltávolítási sebességet mutat. A heterozigóták (CT) a xenobiotikumokat alacsonyabb sebességgel távolítják el.
↑Wolking S, Schaeffeler E, Lerche H, Schwab M, Nies AT (2015. július). "Impact of Genetic Polymorphisms of ABCB1 (MDR1, P-Glycoprotein) on Drug Disposition and Potential Clinical Implications: Update of the Literature". Clinical Pharmacokinetics. 54 (7): 709–35. doi:10.1007/s40262-015-0267-1. PMID25860377. S2CID35961181.
↑Franck Viguié (1998. március 1.). "ABCB1". Atlas of Genetics and Cytogenetics in Oncology and Haematology. Hozzáférés: 2008. március 2.
↑Ferreira RJ, Ferreira MJ, Dos Santos DJ (2012. június). "Insights on P-Glycoprotein's Efflux Mechanism Obtained by Molecular Dynamics Simulations". Journal of Chemical Theory and Computation. 8 (6): 1853–1864. doi:10.1021/ct300083m. PMID26593820.
↑Yang JM, Vassil AD, Hait WN (2001. október). "Activation of phospholipase C induces the expression of the multidrug resistance (MDR1) gene through the Raf-MAPK pathway". Molecular Pharmacology. 60 (4): 674–80. doi:10.1016/S0026-895X(24)12293-6. PMID11562428.
↑Ruike Z, Junhua C, Wenxing P (2010. november). "In vitro and in vivo evaluation of the effects of duloxetine on P-gp function". Human Psychopharmacology. 25 (7–8): 553–559. doi:10.1002/hup.1152. PMID21312289. S2CID3516785.
↑Vogelgesang S, Jedlitschky G, Brenn A, Walker LC (2011). "The role of the ATP-binding cassette transporter P-glycoprotein in the transport of beta-amyloid across the blood-brain barrier". Current Pharmaceutical Design. 17 (26): 2778–2786. doi:10.2174/138161211797440168. PMID21827406.
↑Vogelgesang S, Cascorbi I, Schroeder E, Pahnke J, Kroemer HK, Siegmund W, Kunert-Keil C, Walker LC, Warzok RW (2002). "Deposition of Alzheimer's beta-amyloid is inversely correlated with P-glycoprotein expression in the brains of elderly non-demented humans". Pharmacogenetics. 12 (7): 535–541. doi:10.1097/00008571-200210000-00005. PMID12360104.
↑van Assema DM, van Berckel BN (2016). "Blood-Brain Barrier ABC-transporter P-glycoprotein in Alzheimer's Disease: Still a Suspect?". Current Pharmaceutical Design. 22 (38): 5808–5816. doi:10.2174/1381612822666160804094544. PMID27494062.
↑Wilk JN, Bilsborough J, Viney JL (2005). "The mdr1a-/- mouse model of spontaneous colitis: a relevant and appropriate animal model to study inflammatory bowel disease". Immunologic Research. 31 (2): 151–9. doi:10.1385/ir:31:2:151. PMID15778512. S2CID21256040.
↑Breier A, Gibalova L, Seres M, Barancik M, Sulova Z (2013. január). "New insight into p-glycoprotein as a drug target". Anti-Cancer Agents in Medicinal Chemistry. 13 (1): 159–70. doi:10.2174/1871520611307010159. PMID22931413.
↑Juliano RL, Ling V (1976. november). "A surface glycoprotein modulating drug permeability in Chinese hamster ovary cell mutants". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. 455 (1): 152–162. doi:10.1016/0005-2736(76)90160-7. PMID990323.
↑Wirths S, Lanzavecchia A (2005. december). "ABCB1 transporter discriminates human resting naive B cells from cycling transitional and memory B cells". European Journal of Immunology. 35 (12): 3433–41. doi:10.1002/eji.200535364. PMID16259010. S2CID24412083.