앞서 설명드린 것처럼, PFK1 (phosphofructokinase type 1)은 당분해과정(glycolysis)을 조절하는 주요한 효소입니다.
당분해 효소(glycolytic enzyme) 억제제의 효과적인 암세포 살상작용 (1)
PFK1은 4개의 서브유닛(소단위)로 구성된 알로스테릭 효소(allosteric enzyme)이며, 여러 활성물질과 억제물질에 의해 조절됩니다. PFK1은 당분해과정(glycolysis)에서 중요한 위임된 단계(committed step)를 촉매하여, 프럭토스6인산(fructose 6-phosphate)과 ATP를 프럭토스1,6인산(1,6-bisphosphate)과 ADP로 변환시킵니다.
PFK1은 고농도의 ATP에 의해 억제되지만, 그러나 AMP는 ATP의 억제작용을 역전시킵니다. 따라서, 세포의 ATP/AMP 비율이 저하될 때 PFK1 효소의 활성이 높아집니다. 따라서, 당분해과정은 에너지 전하(energy charge)가 떨어질 때 촉진됩니다. PFK1은 ATP에 대한 친화도가 다른 기질(substrate:반응물질)과 억제물질 양쪽의 반응 사이트(sites)를 가지고 있습니다.
글루카곤(glucagon)은 PFK1의 합성억제를 통해 PFK1을 억제합니다. 글루카곤(glucagon) 은 혈당 대사작용 조절에 중요한 역할을 하는 호르몬으로, 혈중 혈당의 농도가 어느 수준 이하로 낮아지면 간에서 인슐린과는 반대로 작용하여 혈당량을 상승시킵니다.
또한 PFK1은 ATP 억제효과를 증가시키는 낮은 pH수준 (즉, 산도가 높은 상황)에서 억제됩니다. 근육이 무산소성 운동을 하고 과도한 양의 젖산(lactic acid)이 생성될 때 pH가 낮아집니다. 이 억제작용은 과도한 산(acid) 축적으로 인한 손상으로부터 근육을 보호하기 위한 것입니다.
마지막으로, PFK1은 PEP(phosphoenolpyruvic acid: 에놀피루브인산)과 시트레이트(citrate) 양쪽의 반응에 의해 억제됩니다. PEP는 당분해경로의 하향으로 반응이 더욱 진행되는 대사 생성물입니다. 시트레이트(citrate)는 시트르산(citric acid:구연산)의 염(salt) 또는 에스테르(ester)입니다. 시트레이트(citrate)는 PFK1의 생리적 억제물질로 잘 알려졌습니다. 왜냐하면 시트레이트(citrate)의 존재량과 ATP 생산 비율이 비례하기 때문이며, 시트레이트는 당분해작용을 감속시킵니다.
세포내 시트레이트의 수준은 필수적인 대사작용의 중간생성물로, 그리고 에너지생산의 핵심 조절자로, 2가지 모두입니다. 시트레이트의 중추적인 위치를 이해하는 것은 암세포의 증식에 대응하고 항암치료 내성을 극복하는 새로운 전략을 제시하는 데 매우 중요합니다.
Evolution of the allosteric ligand sites of mammalian phosphofructo-1-kinase.
Glucose fatty acid interactions and the regulation of glucose disposal.
시트레이트는 시트르산회로(citric acid cycle)의 초기 중간생성물 (early intermediate)입니다. 시트르산회로(citric acid cycle)는 에너지생산을 위한 일련의 생화학반응입니다. 많은 성분들, 예를 들면 지방산, 아미노산 등이 시트르산회로(citric acid cycle)의 중간체로 대사될 수 있습니다. 시트레이트의 형성은 시트르산회로(citric acid cycle)가 포화(saturation)에 이른다는 신호며, 따라서 더 이상 혈당을 분해하기 위해 위임받을 필요가 없으므로 당분해과정이 감속됩니다. 시트레이트가 풍부할때 PFK1의 억제가 완전합니다.
시트레이트는 히스톤(histones:염색질을 구성하는 중심 단백질)의 아세틸화(acetylation)를 촉진하기 때문에, 다양한 핵심적인 조절 효소의 수준을 조정하는 역할을 할 수 있습니다. 암세포에서 많은 유전자들이 침묵하는(활성화되지 않는) 것은 과도한 DNA 메틸화(methylation)와 유전자 관련 히스톤 아세틸화(acetylation)의 감소 때문입니다. 이처럼 침묵하는 유전자들 중 상당수는 강력한 종양억제유전자입니다. 히스톤 단백의 라이신 잔기(lysine residues)의 아세틸화는 침묵 중인 유전자의 활성화에 기여합니다.
또한 시트레이트는 종양의 혈관신생(angiogenesis)을 억제합니다. 혈액공급이 잘 되지 않으면 종양이 몇 밀리미터(mm) 크기 이상으로 자라지 못한다는 것은 잘 알려졌습니다. 종양 속으로 새로운 혈관이 자라는 혈관신생 과정은 일반적으로 암의 증식과 전이 모두를 위해 허용됩니다.
연구에서는 시트레이트를 과량 투여하였을 때 항암작용을 보였으며, 항암약물에 대해 암세포가 감수성을 보였습니다. 시트레이트는 항암약물내성을 지닌 암에서 항세포사멸(anti-apoptosis)에 핵심역할을 하는 Bcl-2계열 단백질인 Mcl-1과 Bcl-xL의 발현의 조기 감퇴를 유도했습니다. 실로, 이들 두가지 항세포사멸 단백질(anti-apoptotic proteins) 중 하나를 억제해도, 심지어 세포독성항암제 시스플라틴(cisplatin)의 저용량(5 g per ml)의 동시 사용도 배양 암세포 제거에 충분치 못했던 반면에, 두 가지 항세포사멸 단백질의 동시 억제는 완전한 암세포 사멸에 이르게 했습니다. 이처럼 시트레이트가 암세포에 항암약물 감수성을 만들기 때문에, 암치료법에서 고용량의 시트레이트 투여는 “대사작용 표적 전략”의 일환으로 고려되어야만 할 것입니다.
Understanding the central role of citrate in the metabolism of cancer cells.
Histone acetylation modulation by small molecules: a chemical approach.
ATP-citrate lyase links cellular metabolism to histone acetylation.
Biochemistry. A glucose-to-gene link.
The engine driving the ship: metabolic steering of cell proliferation and death.
Emerging metabolic targets in cancer therapy.
Targeting cancer metabolism: a therapeutic window opens.
대개 분말형태로 생산되는 시트르산(citric acid)은 감귤류 과일에 들어있는 천연성분입니다. 그러나, 입수된 자료들은 시트레이트가 낮은 수준의 급성, 만성의 독성이 있음을 확인해 줍니다 (간, 심장, 폐, 신장 같은 다양한 기관). 또한 시트레이트는 칼슘 킬레이션(chelation)으로 혈액의 항응고작용 (anticoagulation)의 원인이 됩니다. 킬레이션은 이온이 이웃한 물질의 원자와 최소 2개의 결합을 하는 과정입니다. 이 과정은 강력한 결합을 창출하므로, 혈액응고과정에 이용가능한 이온화된 칼슘을 상당히 감소시킵니다. 시트레이트는 마그네슘 킬레이션을 일으키기도 합니다.
시트레이트는 간에서 대사되며, 간 부전(liver failure) 동안에는 혈액에 축적됩니다. 과도한 양의 시트레이트는 더 많은 혈액에 항응고작용을 일으키고, 간에서 이들을 모두 대사시킬 수가 없으므로, 간질환을 지닌 환자분은 시트레이트를 사용하지 말아야 합니다. 만일 시트레이트가 축적되면, 다음 3가지 증상의 복합된 증상을 일으킬 수 있습니다: 1. 대사성 산증(metabolic acidosis), 2. 저칼슘혈증(hypocalcemia), 3 전신성 혈액응고이상(systemic hypocoagulability)
http://www.paipharma.com/pdfs/eecfd274-6a6e-4e4f-a271-8ce74c3c49a5_insert.pdf
