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シトクロムP450 2C9多型。タモキシフェンの存在下でのアミノ酸置換がタンパク質の柔軟性に及ぼす影響
Cytochrome P450 2C9 polymorphism: Effect of amino acid substitutions on protein flexibility in the presence of tamoxifen.
PMID: 31785970 DOI: 10.1016/j.compbiolchem.2019.107166.
抄録
タモキシフェンはプロドラッグであり、チトクロームP450 2C9（CYP2C9）は、タモキシフェンよりも治療的に強力な代謝物（4-ヒドロキシタモキシフェン）の形成に重要な役割を果たしている。CYP2C9は遺伝的多型を示すので、異なる表現型の薬物応答に寄与する可能性がある。また、薬理遺伝学的調査の臨床観察が異質である可能性を無視すると、誤解を招く可能性がある。何よりも、すべての多型変異体の臨床的調査は、薬理遺伝学的調査の範囲を超えている。そこで、遺伝子型とフェノタイプの関連を理解するために、タモキシフェンの存在下でのCYP2C9変異体のアミノ酸置換の原子間相互作用を研究することを目的とした。CYP2C9 R144C(*2)、I359L(*3)、D360E(*5)、R150H(*8)、R335W(*11)、L90P(*13)の多型変異体のアミノ酸置換が、タモキシフェン存在下での酵素の柔軟性に及ぼす影響を研究するために、計算機構造生物学的アプローチを採用した。これらの変異は、以前に決定された遺伝子型と薬剤の臨床結果との関連性に基づいて選択された。上記の平面に対して、酵素の野生型を表す結晶構造を用いて、タモキシフェンのドッキングを行った。ドッキングされたタモキシフェンの構造は、タモキシフェンの薬物代謝経路と一致し、 代謝部位はオキシフェリルヘムの5Å以内にあり、4-ヒドロキシル化に適していた。さらに、タモキシフェンの存在下での4-ヒドロキシ配向におけるタンパク質の柔軟性に対す るアミノ酸置換CYP2C9バリアントの影響を分子動力学（MD）シミュレーションで評価した。基質アクセス／エグレスチャネルを構成する F/G セグメント、基質特異性に関与するヘリックス B'、基質の保持に関与するヘリックス I において、バリアント間で異なるタンパク質の柔軟性の変化が観察された。変異体の軌道の根平均二乗ゆらぎ解析を行ったところ、F/Gセグメント、B'ヘリックス、Iヘリックスにゆらぎが見られた。軌道の主成分分析を行うことで構造の支配的な運動が同定され、ポーチュピンプロットはバリアントのF/Gセグメントの変位を示していた。このように、タモキシフェンの存在下での CYP2C9 変異体の原子間相互作用の研究は、タモキシフェンの治療効果に対す る変異体の効果を予測するものである。本研究で得られた知見は、タモキシフェンの薬理遺伝学を理解する上で有意義なものであると考えられる。
Tamoxifen is a prodrug and cytochrome P450 2C9 (CYP2C9) has a significant role in the formation of a therapeutically more potent metabolite (4-hydroxytamoxifen) than tamoxifen. Since CYP2C9 exhibits genetic polymorphism, it may contribute to different phenotypic drug response. Moreover, it may be misleading if the possibility of heterogeneous clinical observations of pharmacogenetic investigations is ignored. Above all, clinical investigation of all the polymorphic variants is beyond the scope of a pharmacogenetic study. Therefore, in order to understand the genotype-phenotype association, it is aimed to study the interatomic interactions of amino acid substitutions in CYP2C9 variants in the presence of tamoxifen. Computational structural biology approach was adopted to study the effect of amino acid substitutions of polymorphic variants of CYP2C9 R144C (*2), I359 L (*3), D360E (*5), R150H (*8), R335W (*11) and L90 P (*13) on the flexibility of the enzyme in the presence of tamoxifen. The mutations were selected based on previously determined associations on genotype and clinical outcome of drugs. Against the above plane, docking of tamoxifen was performed with the crystal structure representing the wild-type form of the enzyme. The docked conformation of tamoxifen was favourable for 4-hydroxylation with the site of metabolism within 5 Å of oxyferrylheme consistent with the drug metabolism pathway of tamoxifen. Further, the effect of amino acid substitutions CYP2C9 variants on the protein flexibility in the presence of tamoxifen in 4-hydroxy orientation was evaluated by molecular dynamics (MD) simulations. Distinct protein flexibility modulations between variants were observed in F/G segment constituting the substrate access/egress channels, helix B' involved with substrate specificity and helix I associated with the holding of substrates. Root Mean Square Fluctuation analysis of the trajectories of variants exhibited fluctuations in F/G segment, B' and I helix. Dominant motions in the structure were identified by performing Principal Component Analysis on trajectories and the porcupine plot depicted displaced F/G segment in variants. Thus, the interatomic interaction study of CYP2C9 variants in the presence of tamoxifen predicts the plausible effect of the investigated variants on the therapeutic outcome of tamoxifen. It is presumed that the observations of the study would be meaningful to understand tamoxifen pharmacogenetics.
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