SXR

1. SXR

2. Meccanismi molecolari in cui è implicato SXR Interazione tra SXR e prodotti naturali Patologie legate ad SXR

3. SXR Steroid and Xenobiotic Receptor PXR Pregnane X Receptor

4. Originariamente fu descritto nel 1998 come un sensore di xenobiotici che giocava un ruolo importante nella regolazione nel metabolismo ed escrezione di una vasta gamma di endobiotici, alimenti e agenti chimici xenobiotici

6. Situato sul cromosoma 13q12-13.3 il gene di SXR è costituito da nove esoni per una lunghezza complessiva di 35 Kb (a). Esistono tre isoforme di SXR le quali sono codificate in base al tipo di splicing che subisce l’mRNA (b).

7. Presenta tre catene α-elica, come tutti i recettori nucleari (NR), e cinque catene β-foglietto. Quest’ultima è una peculiarità di SXR poiché normalmente i NR ne possiedono solo due o tre. Le ulteriori catene β-foglietto permettono di ampliare il sito di legame per il ligando (LBD), conferendo ad SXR la capacità di legare una vasta gamma di substrati, che comprende sia sostanze endogene che xenobiotici.

8. I primi studi eseguiti, che riguardavano SXR, erano volti a capire le reali potenzialità di questo “sensore”

9. Watkins, nel 2001, utilizzando diversi tipi di substrati (tra cui iperforina e SR12813) dimostrò non solo l’alta flessibilità di LBD, ma anche che SXR, in base al substrato, poteva modificare il suo orientamento ed il numero di legami idrogeno che può formare SXR con il substrato. Chrencik, nel 2005, ha dimostrato l’eterogeneità di legame tra SXR e il 4-metil-1-piperazinile, e tra SXR e Rifampicina

10. Xue, nel 2007, ha dimostrato il ligame di SXR con il 17β-estradiolo. Successivamente compararono il complesso SXR-estradiolo con altri recettori nucleari, includendo quelli per estrogeni, e videro che il legame si SXR era unico nel suo genere poiché dimostrava alta affinità sia per molecole endogene che xenobiotiche.

12. Punto di svolta nella ricerca su SXR fu la scoperta che SXR è un regolatore chiave degli enzimi della famiglia citocromo P450 monoossigenasi (CYP), enzimi responsabili del metabolismo di substrati lipofilici di diversa struttura, nel metabolismo ossidativo, perossidativo e reduttivo di numerosi composti endogeni, incluso steroidi, acidi biliari, acidi grassi, prostaglandine, leucotrieni, amine biogene e retinoidi.

13. CYP1A2 • CYP2A6 • CYP3A4 Della famiglia CYP ricordiamo essenzialmente:

14. Distribuzione dei CYPs

15. Fu un’ipotesi GIUSTA. Infatti CYP3A4 è responsabile per oltre il 50% del metabolismo degli xenobiotici, seguito da CYP2A6 con circa il 20%. Questi risultati indussero i ricercatori ad ipotizzare che il maggior responsabile degli effetti enzimatici svolti dalla famiglia CYP fosse CYP3A4. CYP3A4 essendo responsabile di più del 50% del metabolismo degli xenobiotici, oggi viene considerato come una delle prime difese dell’organismo contro sostanze tossiche derivanti da dieta ed ambiente.

16. Attivazione di CYP3A4 da parte di PXP

17. Meccanismo d’azione di CYP3A4

18. E’ noto, inoltre, che i farmaci su cui agisce CYP3A4 sono anche in grado di up-regolare la trascrizione dell’enzima stesso. Questi stessi farmaci potrebbe anche determinare l’interazione di CYP3A4 con altri farmaci. Questo è un serio problema che si aggiunge all’estrema diversità dei composti induttori di CYP3A4

19. LOCALIZZAZIONE SUBCELLULARE DI SXR

20. Nucleo o Citoplasma…… Questo è il Problema!

22. Nuclear Stain CFP-mPXR431 YFP-Mutant Merge

23. Regolazione specie-specifico SXR mostra considerevoli differenze nella sua farmacologia tra i mammiferi, il quale può esprimere differenze specie-specifico nell’induzione di CYP3A4 da xenobiotici. Differenze nella sequenza amminoacidica tra recettori nucleari sono responsabili dell’induzione specie-specifico. Questa tesi fu convalidata da diverse evidenze sperimentali: • L’antibiotico rifampicina, il farmaco per il diabete troglitazone ed il riduttore del colesterolo SR12813, sono attivatori di SXR nell’uomo e nel coniglio, ma non in topo e ratto; • Contrariamente, il pregnenolone 16α-carbonitrile (PCN) è un potente attivatore nel topo e nel ratto piuttostochè nell’uomo e coniglio.

24. Per tentare di risolvere il problema della localizzazione subcellulare di SXR, Xie ed i suoi collabolatori, nel 2000, proposero un modello sperimentale di topo “umanizzato”, nel quale fu soppresso il gene di SXR di topo e sostituito con SXR umano. Questi topi “umanizzati” rispondevano bene alla rifampicina (attivatore di SXR umano), ma non al PCN (attivatore di topo). Inoltre i geni di SXR non solo erano espressi nel fegato e nell’intestino, ma anche in tutti gli altri tessuti dov’era espresso CYP3A4. Questi modelli dimostrano in maniera convincente che SXR è la chiave di regolazione specie-specifico di CYP3A4. In definitiva, si deduce che, sia chi pensava che fosse un recettore a localizzazione sia nucleare che citoplasmatica sia chi pensava fosse solo nucleare, avesse ragione, poiché erano state semplicemente utilizzate cellule di organismi differenti: nel primo caso uomo o coniglio, nel secondo topo o ratto.

25. Inoltre questi esperimenti dimostrano anche che la selettiva attivazione di geni target in risposta ad attivatori specie-specifici risiede nel dominio di legame al recettore e non nel dominio di legame al DNA (DBD).

27. Varianti alleliche Naturali di SXR SXR mostra un’ampia specificatà per una varietà di farmaci ed è il regolatore primario di CYP3A4. I livelli enzimatici di CYP3A4 mostrano dimorfismi sessuali e variazioni nei livelli e funzioni tra individui di varie etnie. Variazioni nell’espressione di CYP3A4 conducono ad importanti differenze nel metabolismo dei farmaci portando a differenze cliniche significative sulla risposta alla tossicità dei farmaci. Inoltre può influenzare i livelli di estrogeni circolanti ed il rischio di cancro al seno.

28. Sono state scoperte più di 70 polimorfismi di singoli nucleotidi (SNPs),di cui 15 nella regione codificante di SXR, che possono indurre la formazione di nuove strutture di SXR. Ciò potrebbe dare un contributo all’espressione ed attività di CYP3A4 QUINDI SXR SPIEGA, IN PARTE, PERCHE’ PERSONE APPARTENENTI A DIVERSE ETNIE METABOLIZZANO I FARMACI IN MANIERA DIVERSA.

29. SXR è implicato • Nella regolazione dei geni coinvolti nel metabolismo dei farmaci e del loro trasporto • Nella detossifficazione degli acidi biliari • Nel metabolismo del colesterolo

30. Tutto ciò implica che variazioni geniche che contribuiscono ad alterare le funzioni si SXR avranno importanti implicazioni cliniche. In aggiunta, i polimorfismi di SXR potrebbero anche influenzare individuali predisposizioni a tumori causati da agenti cancerogeni ambientali, che includono cancro al fegato, polmoni e naturalmente al seno. Quest’area di ricerca rimane tutt’ora largamente inesplorata!

31. Meccanismi molecolari in cui è implicato SXR Interazione tra SXR e prodotti naturali Patologie legate ad SXR

33. L’erba di Sangiovanni • L’erba di Sangiovanni è una pianta usata per secoli per trattare una grande varietà di malattie che includono: • Lividi • Dissenteria • ittero • Diarrea • Ansia • Disordini stagionali e disturbi del sonno. • In tempi più recenti ,l’erba di Sangiovanni è diventata sempre più usata come un’erba alternativa ai farmaci antidepressivi per il trattamento leggero che mira a moderare la depressione clinica.

34. Hyperforin Si crede che l’iperforina sia il responsabile degli effetti antidepressivi dell’erba . Per quanto ci riguarda tale sostanza ci interessa in quanto ligando naturale per SXR. Si pensa che l’iperforina sia responsabile dell’induzione degli enzimi CYP3A4 e CYP2C9 del citocromo P450 tramite legame con SXR. L’iperforina ha quindi un’azione comparabile a quella della rifampicina.

35. Strutture molecolari a confronto HYPERFORIN RIFAMPICIN

36. La vitamina E • La vitamina E è un nutriente essenziale con attività antiossidanti. La famiglia di questa vitamina comprende 8 membri:α-β-γ e δ tocoferoli e α-β-γ e δ tocotrienoli. E’ risaputo che l’α tocoferolo è la forma di vitamina E più abbondante in natura ed ha la più alta attività biologica negli uomini.

37. I tocotrienoli E’ stato scoperto recentemente che tutti e 4 i tocotrienoli sono capaci di legare specificamente ed attivare SXR. I tocotrienoli inoltre regolano selettivamente il gene target di SXR,ossia CYP3A4 nelle linee cellulari dell’intestino e del fegato. L’abilità dei tocotrienoli di regolare i geni target di SXR in un modo tessuto specifico suggerisce che i tocotrienoli sono selettivi modulatori di SXR.

38. Sulforaphane(SFN) • L’SFN è uno dei fitochimici più biologicamente attivi nella dieta umana . E’ presente ad alte concentrazioni in alcuni vegetali crociferi,specialmente nei broccoli e nei germogli di broccoli. Studi clinici ed epidemiologici hanno indicato che le diete ricche di vegetali crociferi proteggono contro un gran numero di cancri; può infatti indurre apoptosi e arresto del ciclo cellulare nelle cellule umane cancerose. E’ stato anche riportato che SFN è in grado di downregolare la trascrizione di CYP3A4 e l’attività enzimatica in epatociti umani in coltura. E’ stato scoperto recentemente che SFN è uno specifico antagonista di SXR e inibisce l’induzione dell’eliminazione dei farmaci mediata da SXR. SFN inibisce efficientemente la trascrizione mediata da SXR del gene CYP3A4 . SFN agisce bloccando la trascrizione del gene CYP3A4 ad opera di SXR.

39. Altri prodotti naturali • Molti altri prodotti naturali hanno dimostrato di essere attivatori di SXR: - gugulipid - kavakava - paclitaxel - Coleusforskohlii - Hypoxis - Sutherlandia - qinghao - wuweizi - gancao.

40. SXR e la vitamina K2 • Interessantemente, SXR è espresso anche nelle linee cellullari di osteosarcoma e funziona come un mediatore dell’omeostasi delle ossa in aggiunta al suo ruolo di sensore di xenobiotici. L a vitamina K2, un nutriente essenziale richiesto per la coagulazione del sangue , gioca un ruolo importante nella formazione delle ossa. Un supplemento di vitamina K2 infatti upregola l’espressione di marker delle ossa, aumenta la densità delle ossa in vivo, ed è usata clinicamente nel management dell’osteoporosi. La vitamina K2 può anche agire come un regolatore trascrizionale dell’espressione genica nelle cellule di osteosarcoma.

41. Meccanismo d’azione • La vitamina K2 si lega a SXR e lo attiva ,inducendo l’espressione dei geni target di SXR nelle cellule di osteosarcoma . Il trattamento con vit.K2 delle cellule di osteosarcoma aumenta i livelli di mRNA per la fosfatasi alcalina dell’osso ,l’osteoprotegerina e l’osteopontina. Inoltre il trattamento con vit.K2 aumenta l’accumulo di collagene negli osteoblasti. Tali osservazioni suggeriscono una nuova funzione per la vit.K2 nella formazione delle ossa come regolatore trascrizionale di geni matrice cellulare-correlati coinvolti nell’assemblaggio del collagene.

42. Meccanismo d’azione • La vit. K2 induce quindi il differenziamento degli osteoblasti attraverso il controllo trascrizionale di Msx2 mediato da SXR ( Msx2 è un fattore di trascrizione osteoblastogenico). L’azione osteoprotettiva della vit.K2 è dunque mediata attraverso l’attivazione di SXR e quest’ultimo gioca un nuovo ed inaspettato ruolo come mediatore dell’omeostasi delle ossa. Un’importante implicazione di questa scoperta è che un sottoinsieme di attivatori di SXR potrebbero funzionare come effettivi agenti terapeutici per il management dell’osteoporosi.

43. SXR e omeostasi degli acidi biliari • Gli acidi biliari sono prodotti finali del metabolismo del colesterolo epatico. Essi funzionano come detergenti solubilizzanti e giocano un ruolo importante nella digestione e nell’assorbimento dei lipidi nell’intestino tenue. A prescindere dai ruoli benefici degli acidi biliari, certi acidi biliari sono tossici ad alte concentrazioni e acidi biliari secondari, specialmente l’acido litocolico si pensa che partecipino alla patogenesi della malattia del fegato e del cancro al colon. Acido litocolico

44. SXR e LCA • Un intrigante legame tra SXR e l’omeostasi degli acidi biliari fu svelato dalla scoperta che l’altamente tossico LCA e il suo metabolita 3-keto possono efficientemente attivare SXR. SXR gioca un ruolo importante nel metabolismo degli acidi biliari e protegge contro la tossicità di LCA nel fegato di topo.

45. SXR e LCA • L’attivazione di SXR indotta dagli acidi biliari upregola anche l’espressione dei geni coinvolti nel metabolismo degli acidi biliari come MRP2, OATP2 e CYP3A. MRP2 e OATP2 trasportano acidi biliari attraverso membrane canalicolari e sinusoidali e gli enzimi di CYP3A idrossilano gli acidi biliari, incluso LCA. L’idrossilazione di LCA da parte di CYP3A produce derivati più polari e solubili che sono più facilmente secreti dai reni. Dunque , l’attivazione di SXR mantiene l’omeostasi degli acidi biliari reprimendone la sintesi , aumentandone il metabolismo e l’escrezione ed inducendo l’espressione di CYP3A, OATP2 e MRP2.

46. SXR,metabolismo del colesterolo ed omeostasi dei lipidi • Il legame tra SXR e l’omeostasi del colesterolo fu svelato in seguito alla scoperta che non solo gli acidi biliari secondari ma anche composti intermedi degli acidi biliari sono capaci di attivare SXR. Infatti i precursori degli acidi biliari sono ligandi endogeni per SXR . L’attivazione di SXR attraverso questi composti (steroli) induce l’espressione di CYP3A4 e garantisce un pathway alternativo per l’eliminazione degli steroli.

47. SXR e colesterolo • Il ruolo di SXR nella clearence del colesterolo e nell’omeostasi fu sottolineato dalla scoperta che topi privi di SXR sviluppavano insufficienza epatorenale acuta quando essi erano alimentati secondo una dieta contenente alti livelli di colesterolo ed acidi colici. Sebbene questa scoperta indica che SXR gioca un ruolo importante nella detossificazione del colesterolo e nell’omeostasi dei lipidi , non è chiaro quali effetti, se ce ne sono , l’attivazione a lungo termine di SXR ha sui livelli di colesterolo nei modelli umani o in quelli animali.

48. Il Cafestolo • Il cafestolo, presente in un tipo di caffè è il più potente composto elevante il colesterolo conosciuto nella dieta umana e rappresenta un agonista sia di SXR che di FXR. Il cafestolo può indurre l’espressione del CYP27A1 che promuove l’efflusso di colesterolo al fegato via attivazione di SXR.

49. Meccanismo d’azione CYP27A1

50. Il Cocktail alternativo • Diversi studi clinici hanno dimostrato che una bevanda mixata di vegetali verdi e frutta contenente broccoli può abbassare i livelli di colesterolo nei pazienti ipercolesterolemici e uno studio sperimentale ha indicato che una razione di germogli di broccoli per una settimana può ridurre significativamente i livelli di colesterolo totale e di LDL in soggetti sani.