СПЕКТРАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЦИТОХРОМУ P450 ПРИ ВЗАЄМОДІЇ З ПРОПОКСАЗЕПАМОМ ТА ЙОГО МЕТАБОЛІТОМ

М. Я. Головенко; В. Б. Ларіонов; І. П. Валіводзь

doi:10.11603/mcch.2410-681X.2023.i2.13854

Автор(и)

М. Я. Головенко ФІЗИКО-ХІМІЧНИЙ ІНСТИТУТ ІМЕНІ О. В. БОГАТСЬКОГО НАН УКРАЇНИ, ОДЕСА
В. Б. Ларіонов ФІЗИКО-ХІМІЧНИЙ ІНСТИТУТ ІМЕНІ О. В. БОГАТСЬКОГО НАН УКРАЇНИ, ОДЕСА
І. П. Валіводзь ФІЗИКО-ХІМІЧНИЙ ІНСТИТУТ ІМЕНІ О. В. БОГАТСЬКОГО НАН УКРАЇНИ, ОДЕСА

DOI:

https://doi.org/10.11603/mcch.2410-681X.2023.i2.13854

Ключові слова:

пропоксазепам, CYP, мікросоми печінки щурів, спектральні зміни

Анотація

Вступ. Пропоксазепам (похідне бензодіазепіну) є новаторським анальгетиком, що одночасно гальмує гострий і хронічний біль, з компонентами протизапальної та протисудомної дій, які залежать від стану рецептора гамма-аміномасляної кислоти. Відомості про можливу взаємодію сполуки з іншими препаратами на рівні цитохрому Р450 (CYP) на сьогодні відсутні.

Мета дослідження – вивчити показники спектральних змін загального CYP мікросом печінки щурів при взаємодії з пропоксазепамом та його 3-гідроксиметаболітом, що опосередковано може свідчити про взаємодію сполуки з іншими лікарськими засобами.

Методи дослідження. Досліди проведено на статевозрілих щурах лінії Вістар масою 150–180 г, яких поділили на дві групи: 1-ша – тварини, яким протягом 3 днів вводили фенобарбітал (80 мг/кг); 2-га – тварини, яким упродовж 3 днів вводили 3-метилхолантрен (40 мг/кг). Мікросоми печінки щурів ізолювали шляхом ультрацентрифугування постмітохондріальної фракції в середовищі, що містить 1,15 % КСl і 40 мМ трис-НСl-буфер (рН 7,4), в ультрацентрифузі “Beckman” при 105 000 g. Мікросоми розводили 40 мМ трис-НСl-буфером (рН 7,4) до вмісту білка 2,6 мг/мл. Пропоксазепам та його 3-гідроксиметаболіт розчиняли в метанолі до концентрації 30 мМ і додавали до 3 мл суспензії мікросом. Вміст CYP та його спектральні характеристики досліджували методом диференційної спектрофотометрії на спектрофотометрі “Aminco”.

Результати й обговорення. Пропоксазепам (I) та 3-гідроксиметаболіт (II) при взаємодії із CYP печінки щурів, яким вводили фенобарбітал і 3-метилхолантрен, продемонстрували 2-й тип спектральних змін гемопротеїну, що є характерним при зв’язуванні сполук з гемовим залізом. Константи зв’язування I і II істотно відрізняються, що вказує на можливість взаємодії субстратів з різними ділянками CYP. Характерні точки (максимум, мінімум та ізобестика) спектра CYP були зміщені під час титрування II до довгохвильової ділянки порівняно з I. Пропоксазепам та його метаболіт проявляли незначну спорідненість до мікросом щурів, які отримували різні індуктори, значення K_s були в межах 0,76·10^-4–1,25·10^-4 М.

Висновок. Кількісні показники інгібіторної активності I та II, визначені з використанням методу диференційної спектрофотометрії, є лише орієнтовними за своєю природою, але все ж можуть припускати принаймні значну можливість інгібіторної взаємодії при клінічному застосуванні ліків.

Посилання

Reder, A., Larionov, V., Golovenko, M. (2022). Subunit-dependent interaction of propoxazepam and its metabolite with the γ-aminobuturic acid type a receptor. EUREKA: Health Sciences, 5, 10-18. DOI: https://doi.org/10.21303/2504-5679.2022.002649

Voloshchuk N.I., Reder А.S., Golovenko M.Y., Taran I.V., Pashinska О.S. (2017). Pharmacological analysis of neurochemical antinociceptive mechanisms of propoxazepam action. Pharmacology and Drug Toxicology, (1), 3-11.

Reder A.S., Adronati S.A., Golovenko M.Ya., Pavlovski V.I., Kabanova T.A., Khalimova O.I., Larionov, V.B., Voloshchuk, N.I. (2022). Use of 7-bromo-5-0-chlorophenyl)-3 propoxy-1,2-dihydro-3H-1,4 benzodiazepin- 2-one for inhibition of neuropathic pain andseizures of different etiology. Patent No. US 11,304,956 B2( 45 ) Date of Patent : Apr. 19.

Golovenko, M.Ya., Reder, A.S., Andronati, S.A. (2022). Species differences metabolism in vitro model of a novel analgesic propoxazepam with polymodal mechanism of action. GSC Biological and Pharmaceutical Sciences, 19 (02), 1-7. DOI: https://doi.org/10.30574/gscbps.2022.19.2.0162

Golovenko, N.Ya. (2001). Some aspects of biochemistry, chemistry, molecular biology and genetics of cytochrome. Modern Problems of Toxicology, 3, 22-41 [in Russian].

Sim, S.C., & Ingelman-Sundberg, M. (2010). The Human Cytochrome P450 (CYP) Allele Nomenclature website: a peer-reviewed database of CYP variants and their associated effects. Hum. Genom., 4 (4), 278-281. DOI: https://doi.org/10.1186/1479-7364-4-4-278

Administration FaD. In vitro metabolism- and transporter- mediated drug-drug interaction studies guidance for industry. https://wwwfdagov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/vitro-metabolism and transporter-mediated drug-drug interaction studies guidance industry 2017.

Cederbaum, A.I. (2015). Molecular mechanisms of the microsomal mixed function oxidases and biological and pathological implications. Redox Biol., 4, 60-73. DOI: https://doi.org/10.1016/j.redox.2014.11.008

Sugishima, M., Sato, H., Higashimoto, Y., Harada, J., Wada, K., Fukuyama, K., & Noguchi, M. (2014). Structural basis for the electron transfer from an open form of NADPH-cytochrome P450 oxidoreductase to heme oxygenase. Proc. Natl. Acad. Sci USA., 111 (7), 2524-2529. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1322034111

Johnston, W.A., Hunter, D.J., Noble, C.J., Hanson, G.R., Stok, J.E., Hayes, M.A., De Voss, J.J., Gillam, E.M. (2011). Cytochrome P450 is present in both ferrous and ferric forms in the resting state within intact Escherichia coli and hepatocytes. J. Biol. Chem., 286, 40750-40759. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.M111.300871

Schenkman, J.B., Remmer, H., & Estabrook, R.W. (1967). Spectral studies of drug interaction with hepatic microsomal cytochrome P-450. Mol. Pharmacol., 3, 113-123.

Meuard, A., Fabra, C., Huang, Y., and Auclair, K. (2012). Type II ligands as chemical auxiliaries to favor enzymatic transformations by P4502E1. Chembiochem., 13, 2527-2536. DOI: https://doi.org/10.1002/cbic.201200524

Guengerich F.P., Wilkey, C.J., Phan, T.N. (2019). Human cytochrome P450 enzymes bind drugs and other substrates mainly through conformational-selection modes. J. Biol. Chem., 294 (28), 10928-10941. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.RA119.009305

Omura, T., & Sato, R. (1964). The Carbon Monoxide-binding Pigment of Liver MicrosomesI. Evidence for its hemoprotein nature. The Journal of Biological Chemistry., 239 (7), 2370-2378 DOI: https://doi.org/10.1016/S0021-9258(20)82244-3

Mak, P.J., & Denisov, I.G. (2018). Spectroscopic studies of the cytochrome P450 reaction mechanisms. BBB Proteins Proteomics, 1866, 178-204. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbapap.2017.06.021

Hakkola, J., Hukkanen, J., Turpeinen, M., & Pelkonen, O. (2020). Inhibition and induction of CYP enzymes in humans: an update. Archives of Toxicology, 94, 3671-3722. DOI: https://doi.org/10.1007/s00204-020-02936-7

Directive 2010/63/EU of the European Parliament and of the Council of 22 September 2010 on the protection of animals used for scientific purposes. Official Journal of the European Union. 20.10.2010. URL: http://data.europa.eu/eli/dir/2010/63/oj.

Jiinig, G.-R., Misselwitz, R., Zirwer, D., Buder, E., Rein, H., Ruckpaul, K. (1977). Differentiation between type I and type II substrate binding to cytochrome P450 by temperature studies. CCACAA., 49 (2), 263-270.

Wrighton, S.A., Vandenbranden, M., Stevens, J.C., Shipley LA, Ring BR. (1993). In vitro methods for assessing human hepatic drug metabolism: Their use in drug development. Drug Metab Rev., 25, 453-483. DOI: https://doi.org/10.3109/03602539308993982

Paine, A.J. (1995) Heterogeneity of cytochrome P450 and its toxicological significance. Human Exp. Toxicol., 14, 1-7. DOI: https://doi.org/10.1177/096032719501400101

Shimada, T.M., Mimura, K., Inoue, S., Nakamura, H., Oda, S., Ohmori H. Yamazaki. (1997). Cytochrome P450-dependent drug oxidation activities in liver microsomes of various animal species including rats, quinea pigs, dogs, monkeys, and humans. Arch. Toxicol., 71, 401-408. DOI: https://doi.org/10.1007/s002040050403

Brodie, M.J., Mintzer, S., Pack, A.M., Gidal, B.E., Vecht, C.J. (2013). Dieter Schmidt. Enzyme induction with antiepileptic drugs: Cause for concern? Epilepsia, 54 (1), 11-27. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1528-1167.2012.03671.x

Li, G., Dejan, K.H., van Breemen, N.R. (2015). High-throughput cytochrome P450 cocktail inhibition assay for assessing drug-drug and drug-botanical interactions. Drug Metabolism and Disposition., 43 (11), 1670-1678. DOI: https://doi.org/10.1124/dmd.115.065987

Isin, E.M., & Guengerich, F.P. (2008). Substrate binding to cytochromes P450. Anal. Bioanal. Chem., 392 (6), 1019-1030. DOI: https://doi.org/10.1007/s00216-008-2244-0

Luthra, A., Denisov, I.G., & Sligar, S. (2011). Spectroscopic features of cytochrome P450 reaction intermediates. Archives of Biochemistry and Biophysics., 507 (1), 26-35. DOI: https://doi.org/10.1016/j.abb.2010.12.008

Schenkman, J.B., Cinti, D.L., Orrenius, S., Moldeus, P., Kraschnitz, R. (1972). Temperature-dependent and induced spectral characteristics and transitions of liver microsomes. Biochemistry, 11, 4243-4251 DOI: https://doi.org/10.1021/bi00773a008