Тимидинфосфорилаза и её роль в активации пролекарств¶

Тимидинфосфорилаза — фермент класса трансфераз (гликозилтрансфераз), катализирующий обратимый гидролиз тимидина (и ряда других дезоксинуклеозидов пиримидинового ряда) с образованием тимина и 2-дезокси-D-рибозо-1-фосфата. У человека кодируется геном TYMP, локализованным на длинном плече 22-й хромосомы (22q13.33). Фермент относится к семейству нуклеозидфосфорилаз и играет ключевую роль как в катаболизме пиримидиновых нуклеозидов, так и в биотрансформации ряда противоопухолевых и противовирусных пролекарств.

¶Структура и каталитический механизм

Функционально активная форма фермента — димер, состоящий из двух идентичных субъединиц массой около 55 кДа каждая. Каждый мономер содержит один активный центр, в котором катализ осуществляется по механизму двойного замещения с участием остатка фосфата, ковалентно связанного с субстратом в интермедиате. Фермент использует неорганический фосфат как нуклеофил, расщепляя N-гликозидную связь между основанием и дезоксирибозой.

Тимидинфосфорилаза проявляет широкую субстратную специфичность: помимо тимидина она гидролизует дезоксиуридин и ряд синтетических аналогов нуклеозидов. Это свойство лежит в основе её фармакологического значения.

¶Роль в активации пролекарств

Многие противоопухолевые препараты класса аналогов нуклеозидов применяются в виде пролекарств — неактивных производных, которые должны быть последовательно метаболизированы в клетке до цитотоксичных форм. Тимидинфосфорилаза часто катализирует первый, лимитирующий этап этой активации.

Классический пример — капецитабин, пероральный фторпиримидин, применяемый при колоректальном раке и раке молочной железы. Капецитабин последовательно превращается в 5'-дезокси-5-фторцитидин, затем в 5'-дезокси-5-фторуридин, который и расщепляется тимидинфосфорилазой с высвобождением 5-фторурацила (5-ФУ) — активного цитотоксического метаболита. Дальнейшее фосфорилирование 5-ФУ приводит к образованию метаболитов, ингибирующих тимидилатсинтазу и встраивающихся в РНК и ДНК.

Аналогичным образом тимидинфосфорилаза участвует в активации других фторпиримидиновых пролекарств (например, флоксуридина, доксифлуридина), а также ряда экспериментальных соединений, разрабатываемых в рамках стратегии «направленной ферментной пролекарственной терапии» (GDEPT). В этой стратегии ген TYMP доставляется в опухолевые клетки, после чего вводится малотоксичное пролекарство, избирательно активируемое в трансфицированных клетках.

¶Экспрессия и клиническое значение

Экспрессия тимидинфосфорилазы существенно варьирует между тканями и опухолями. Повышенный уровень фермента часто наблюдается в клетках колоректального рака, рака желудка, печени и поджелудочной железы, что связывают с более высокой чувствительностью таких опухолей к капецитабину. Напротив, снижение экспрессии может служить механизмом лекарственной устойчивости.

Мутации гена TYMP приводят к редкому аутосомно-рецессивному заболеванию — митохондриальной нейрогастроинтестинальной энцефаломиопатии (MNGIE), при которой нарушается метаболизм тимидина и дезоксиуридина, что ведёт к дисбалансу нуклеотидов и дисфункции митохондрий.

¶Ингибиторы

Ингибиторы тимидинфосфорилазы рассматриваются как потенциальные средства, способные модулировать активацию фторпиримидиновых пролекарств и влиять на ангиогенез (фермент обладает также внекаталитической активностью, связанной с регуляцией апоптоза). Среди изученных соединений — аналоги оснований, конкурентно связывающие активный центр. Практического применения в клинике на момент описания они не получили, но остаются объектом исследований в онкофармакологии.