体外でのゼノバイオティクス代謝酵素活性を決定するためのクマリンベースのプロ蛍光および蛍光基質

Coumarin-Based Profluorescent and Fluorescent Substrates for Determining Xenobiotic-Metabolizing Enzyme Activities In Vitro.

• Hannu Raunio
• Olli Pentikäinen
• Risto O Juvonen

抄録

インビボでは、分光光度法、蛍光法、質量分析法、放射能法などの手法が用いられています。蛍光ベースのアッセイでは、反応は非蛍光基質またはその逆から蛍光性の製品を生成します。蛍光ベースの酵素アッセイは高感度で特異性が高く、酵素活性の低い組織の小さな試料でも測定が可能です。蛍光法は反応混合物の小型化にも対応しており、ハイスループットでの測定が可能です。7-ヒドロキシクマリンおよびその誘導体は、それらの望ましい光物理的特性のために蛍光体として広く使用されています。これらの化合物は、電子豊富な電荷移動特性を持つ大きな共役系を有しています。この共役系の構造を利用して、7-ヒドロキシコクマリンを蛍光センサーとして応用することが可能である。このレビューでは、主要な種類の外来生物代謝酵素系の活性評価におけるクマリンおよびその誘導体の歴史的ハイライトと現在の使用について説明する。従来、クマリン基質は、チトクロムP450（CYP）酵素の酸化活性を測定するために使用されてきた。この目的のために、プロ蛍光性クマリンは非常に感度が高いが、一般的には個々のCYP型に対する選択性に欠けている。我々は、分子モデリングの助けを借りて、最近、改良された選択性を持つCYPおよび抱合酵素の活性を測定するためのいくつかの新しいクマリンベースの基質を記述しました。

in vivo methods, such as spectrophotometric, fluorometric, mass spectrometric,and radioactivity-based techniques. In fluorescence-based assays, the reaction produces a fluorescentproduct from a nonfluorescent substrate or vice versa. Fluorescence-based enzyme assays areusually highly sensitive and specific, allowing measurements on small specimens of tissues withlow enzyme activities. Fluorescence assays are also amenable to miniaturization of the reactionmixtures and can thus be done in high throughput. 7-Hydroxycoumarin and its derivatives arewidely used as fluorophores due to their desirable photophysical properties. They possess a large -conjugated system with electron-rich and charge transfer properties. This conjugated structure leadsto applications of 7-hydroxycoumarins as fluorescent sensors for biological activities. We describe inthis review historical highlights and current use of coumarins and their derivatives in evaluatingactivities of the major types of xenobiotic-metabolizing enzyme systems. Traditionally, coumarinsubstrates have been used to measure oxidative activities of cytochrome P450 (CYP) enzymes. For thispurpose, profluorescent coumarins are very sensitive, but generally lack selectivity for individual CYPforms. With the aid of molecular modeling, we have recently described several new coumarin-basedsubstrates for measuring activities of CYP and conjugating enzymes with improved selectivity.