P-гликопротеин: структура и механизм действия¶

P-гликопротеин (англ. P-glycoprotein, P-gp; также известен как ABCB1, MDR1) — это трансмембранный транспортный белок из суперсемейства ABC-транспортеров (ATP-binding cassette), который осуществляет АТФ-зависимый выброс (эффлюкс) широкого спектра гидрофобных соединений из клетки. У человека кодируется геном ABCB1, расположенным в локусе 7q21.12. Белок играет ключевую роль в фармакокинетике многих лекарственных средств, а также является одним из главных факторов множественной лекарственной устойчивости (МЛУ) раковых клеток.

¶Структура

P-гликопротеин представляет собой полипептидную цепь длиной 1280 аминокислотных остатков с молекулярной массой около 170 кДа. Молекула организована в две гомологичные половины, каждая из которых содержит трансмембранный домен (TMD) из шести α-спиралей и нуклеотид-связывающий домен (NBD). Две половины соединены гибкой линкерной областью.

Трансмембранные домены формируют центральную полость (пору) с внутренней поверхностью, богатой ароматическими и гидрофобными аминокислотными остатками. Эта полость способна вмещать лиганды объёмом от 300 до 2000 Да. NBD-домены содержат канонические мотивы Уокера (Walker A и Walker B), а также сигнатуру C-мотив, характерные для ABC-транспортеров. Связывание и гидролиз АТФ в NBD-доменах обеспечивает конформационные изменения, необходимые для переноса субстрата.

¶Механизм действия

Транспортный цикл P-гликопротеина описывается моделью «переключателя» (alternating access). В исходном состоянии белок находится в конформации с открытой внутрь клетки полостью (inward-open). Субстрат, проникающий через липидный бислой, связывается с высокоаффинным участком внутри полости. Связывание двух молекул АТФ с NBD-доменами индуцирует закрытие полости и переход в конформацию с открытым наружу состоянием (outward-open). При этом субстрат высвобождается во внеклеточное пространство. Последующий гидролиз АТФ и диссоциация АДФ и неорганического фосфата возвращают белок в исходную конформацию.

Важной особенностью является способность P-gp распознавать субстраты непосредственно из липидного слоя мембраны, а не только из цитоплазмы. Это обеспечивает «вакуумный» механизм очистки мембраны от ксенобиотиков. Белок обладает чрезвычайно широкой субстратной специфичностью: его лигандами являются алкалоиды, антрациклины, таксаны, ингибиторы протеаз, сердечные гликозиды, глюкокортикоиды и многие другие соединения.

¶Функции и локализация

В норме P-гликопротеин экспрессируется в эпителиальных клетках с барьерной функцией: на апикальной мембране энтероцитов тонкого кишечника, в эпителии проксимальных канальцев почек, в гепатоцитах (на билиарной мембране), а также на люминальной поверхности эндотелиальных клеток сосудов головного мозга, где он формирует важнейший элемент гематоэнцефалического барьера. Белок также присутствует в плаценте, семенниках и лимфоцитах.

Физиологическая роль P-gp заключается в защите организма от токсических соединений и поддержании гомеостаза ксенобиотиков. Он ограничивает всасывание лекарств из желудочно-кишечного тракта, способствует их выведению с желчью и мочой, а также предотвращает проникновение в центральную нервную систему.

¶Роль в множественной лекарственной устойчивости

Гиперэкспрессия P-гликопротеина в опухолевых клетках является одним из наиболее изученных механизмов МЛУ. Клетки, приобретающие устойчивость к одному химиотерапевтическому агенту, часто становятся перекрёстно устойчивыми к другим структурно несвязанным препаратам вследствие активного выброса этих соединений из клетки. Повышенная экспрессия P-gp обнаружена при лейкозах, раке молочной железы, яичников, толстой кишки и других солидных опухолях.

Для преодоления МЛУ разрабатываются ингибиторы P-гликопротеина (верапамил, циклоспорин А, тариквидар, элакридар), однако клинические испытания показали ограниченную эффективность этих соединений из-за токсичности и фармакокинетических взаимодействий. В настоящее время ведутся исследования по созданию селективных ингибиторов третьего поколения и наноносителей, обходящих эффлюкс-механизмы.

¶Клиническое значение

Полиморфизм гена ABCB1 (наиболее изученные варианты C3435T, G2677T, C1236T) влияет на экспрессию и функциональную активность белка, что может изменять фармакокинетику субстратов P-gp (дигоксин, циклоспорин, фексофенадин). Это имеет значение для персонализированной медицины и коррекции дозовых режимов.

Ингибирование P-gp другими лекарственными средствами может приводить к клинически значимым лекарственным взаимодействиям. Например, кетоконазол или хинидин повышают концентрацию дигоксина в плазме крови за счёт подавления его канальцевой секреции. Напротив, индукторы белка (рифампицин, зверобой) снижают биодоступность многих пероральных препаратов.

¶Источники

• Ambudkar S. V., Kim I. W., Sauna Z. E. The power of the pump: mechanisms of action of P-glycoprotein (ABCB1) // European Journal of Pharmaceutical Sciences. — 2006.
• Callaghan R. Providing a molecular mechanism for P-glycoprotein; why would this help? // Biochemical Society Transactions. — 2015.
• Juliano R. L., Ling V. A surface glycoprotein modulating drug permeability in Chinese hamster ovary cell mutants // Biochimica et Biophysica Acta. — 1976.
• Sharon F. J. ABC multidrug transporters: structure, function and role in chemoresistance // Pharmacogenomics. — 2008.