Siklooksigenase-2

Siklooksigenase-2 (Bahasa Inggris: Cyclooxygenase-2, disingkat COX-2), juga dikenal sebagai prostaglandin-endoperoksida sintase 2 (HUGO PTGS2), adalah enzim yang pada manusia dikodekan oleh gen PTGS2. Pada manusia, enzim ini merupakan salah satu dari tiga siklooksigenase. Enzim ini terlibat dalam konversi asam arakidonat menjadi prostaglandin H2, prekursor penting prostasiklin, yang diekspresikan dalam peradangan.

Sejarah
PTGS2 (COX-2) ditemukan pada tahun 1991 oleh seorang laboran yakni Daniel Simmons di Universitas Brigham Young.

Fungsi
PTGS2 (COX-2) mengubah asam arakidonat (AA) menjadi prostaglandin endoperoksida H2. PTGS merupakan target untuk OAINS dan penghambat spesifik PTGS2 (COX-2) yang disebut "koksib". PTGS-2 adalah homodimer sekuens. Setiap monomer enzim memiliki situs aktif peroksidase dan PTGS (COX). Enzim PTGS (COX) mengkatalisis konversi AA menjadi prostaglandin dalam dua langkah. Pertama, hidrogen diambil dari karbon 13 asam arakidonat, dan kemudian dua molekul oksigen ditambahkan oleh PTGS2 (COX-2), menghasilkan PGG2. Kedua, PGG2 direduksi menjadi PGH2 di situs aktif peroksidase. PGH2 yang disintesis diubah menjadi prostaglandin (PGD2, PGE2, PGF2α), prostasiklin (PGI2), atau tromboksan A2 oleh isomerase spesifik jaringan (Gambar 2).

Sementara memetabolisme asam arakidonat terutama menjadi PGG2, COX-2 juga mengubah asam lemak ini menjadi sejumlah kecil campuran rasemat asam 15-hidroksiikosatetraenoat (15-HETE) yang terdiri dari ~22% stereoisomer 15(R)-HETE dan ~78% stereoisomer 15(S)-HETE serta sejumlah kecil 11(R)-HETE. Kedua stereoisomer 15-HETE memiliki aktivitas biologis intrinsik, tetapi mungkin yang lebih penting dapat dimetabolisme lebih lanjut menjadi kelas agen utama, yaitu lipoksin. Lebih jauh lagi, COX-2 yang diobati dengan aspirin memetabolisme asam arakidonat hampir secara eksklusif menjadi 15(R)-HETE yang produknya dapat dimetabolisme lebih lanjut menjadi epi-lipoksin.

COX-2 secara alami dihambat oleh kalsitriol (bentuk aktif vitamin D).

Mekanisme
Baik aktivitas peroksidase maupun PTGS dinonaktifkan selama katalisis melalui proses orde pertama berbasis mekanisme, yang berarti bahwa aktivitas peroksidase PGHS-2 atau PTGS turun menjadi nol dalam waktu 1–2 menit, bahkan dengan adanya substrat yang cukup.

Konversi asam arakidonat menjadi PGG2 dapat ditunjukkan sebagai serangkaian reaksi radikal bebas yang analog dengan autoksidasi asam lemak tak jenuh ganda. Hidrogen 13-pro(S) dihilangkan dan dioksigen menjebak radikal pentadienil pada karbon 11. Radikal 11-peroksil mengalami siklisasi pada karbon 9, dan radikal bebas berpusat karbon yang dihasilkan pada C-8 mengalami siklisasi pada karbon 12, sehingga menghasilkan endoperoksida. Radikal alilik yang dihasilkan terperangkap oleh dioksigen pada karbon 15 untuk membentuk radikal bebas 15-(S)-peroksil; radikal bebas ini kemudian direduksi menjadi PGG2. Hal ini didukung oleh bukti-bukti berikut: 1) efek isotop kinetik yang signifikan diamati untuk abstraksi hidrogen 13-pro (S); 2) radikal bebas berpusat karbon terperangkap selama katalisis; 3) sejumlah kecil produk oksidasi terbentuk karena penangkapan oksigen dari perantara radikal alilik pada posisi 13 dan 15.

Mekanisme lain di mana hidrogen 13-pro (S) dideprotonasi dan karbanion dioksidasi menjadi radikal bebas secara teoritis dimungkinkan. Namun, oksigenasi asam 10,10-difluoroarakidonat menjadi asam 11-(S)-hidroksieikosa-5,8,12,14-tetraenoat tidak konsisten dengan pembentukan intermediat karbanion karena akan menghilangkan fluorida untuk membentuk diena terkonjugasi. Tidak adanya produk yang mengandung endoperoksida yang berasal dari asam 10,10-difluoroarakidonat dianggap menunjukkan pentingnya karbokation C-10 dalam sintesis PGG2. Namun, mekanisme kationik mensyaratkan bahwa pembentukan endoperoksida terjadi sebelum penghilangan hidrogen 13-pro (S). Hal ini tidak konsisten dengan hasil percobaan isotop oksigenasi asam arakidonat.

Struktur
PTGS2 (COX-2) ada sebagai homodimer, setiap monomer dengan massa molekuler sekitar 70 kDa. Struktur tersier dan kuaterner enzim PTGS1 (COX-1) dan PTGS2 (COX-2) hampir identik. Setiap subunit memiliki tiga domain struktural yang berbeda: domain faktor pertumbuhan epidermal (EGF) N-terminal pendek; bagian pengikat membran α-heliks; dan domain katalitik C-terminal. Enzim PTGS (COX, yang dapat dikelirukan dengan "sitokrom oksidase") adalah protein membran monotopik; domain pengikat membran terdiri dari serangkaian heliks α amfipatik dengan beberapa asam amino hidrofobik yang terpapar pada lapisan membran. PTGS1 (COX-1) dan PTGS2 (COX-2) adalah enzim bifungsional yang melakukan dua reaksi kimia berurutan di situs aktif yang berbeda secara spasial tetapi terhubung secara mekanistik. Baik situs aktif siklooksigenase maupun peroksidase terletak di domain katalitik, yang mencakup sekitar 80% protein. Domain katalitik homolog dengan peroksidase manusia dan mamalia seperti mieloperoksidase.

Telah ditemukan bahwa PTGS2 (COX-2) manusia berfungsi sebagai heterodimer konformasional yang memiliki monomer katalitik (E-cat) dan monomer alosterik (E-allo). Heme hanya berikatan dengan situs peroksidase E-cat, sedangkan substrat serta penghambat enzim tertentu (misalnya selekoksib) berikatan dengan situs COX E-cat. E-cat diatur oleh E-allo dengan cara yang bergantung pada ligan apa yang terikat pada E-allo. Asam lemak (FA) substrat dan non-substrat serta beberapa penghambat PTGS (misalnya naproksen) lebih disukai berikatan dengan situs PTGS (COX) E-allo. Asam arakidonat dapat berikatan dengan E-cat dan E-allo, tetapi afinitas AA terhadap E-allo 25 kali lebih besar daripada terhadap Ecat. Asam palmitat, stimulator huPGHS-2 yang efektif, hanya berikatan dengan E-allo dalam kristal bersama asam palmitat/PGHS-2 tikus. Asam lemak non-substrat dapat mempotensiasi atau melemahkan penghambat PTGS (COX) tergantung pada asam lemak dan apakah penghambat tersebut berikatan dengan E-cat atau E-allo. Studi menunjukkan bahwa konsentrasi dan komposisi kumpulan asam lemak bebas di lingkungan tempat PGHS-2 berfungsi dalam sel, yang juga disebut sebagai sifat asam lemak, adalah faktor kunci yang mengatur aktivitas PGHS-2 dan responsnya terhadap penghambat PTGS (COX).

Signifikansi klinis
PTGS2 (COX-2) tidak diekspresikan dalam kondisi normal di sebagian besar sel, tetapi kadarnya meningkat selama peradangan. PTGS1 (COX-1) diekspresikan secara konstitutif di banyak jaringan dan merupakan bentuk dominan di mukosa lambung dan di ginjal. Penghambatan PTGS1 (COX-1) mengurangi produksi basal PGE2 dan PG12 sitoprotektif di lambung, yang dapat berkontribusi pada tukak lambung. Karena PTGS2 (COX-2) umumnya hanya diekspresikan dalam sel di mana prostaglandin meningkat (misalnya selama peradangan), kandidat obat yang secara selektif menghambat PTGS2 (COX-2) diduga menunjukkan efek samping yang lebih sedikit tetapi terbukti secara substansial meningkatkan risiko kejadian kardiovaskular seperti serangan jantung dan strok. Dua mekanisme berbeda dapat menjelaskan efek yang kontradiktif. Aspirin dosis rendah melindungi terhadap serangan jantung dan strok dengan memblokir PTGS1 (COX-1) dari pembentukan prostaglandin yang disebut tromboksan A2. Tromboksan A2 merekatkan trombosit dan mendorong pembekuan; menghambatnya membantu mencegah penyakit jantung. Di sisi lain, PTGS2 (COX-2) adalah sumber prostaglandin yang lebih penting, khususnya prostasiklin yang ditemukan di lapisan pembuluh darah. Prostasiklin merelaksasi atau melepaskan ikatan trombosit, sehingga penghambat COX-2 selektif ("-koksib") meningkatkan risiko kejadian kardiovaskular karena pembekuan.

Obat antiinflamasi nonsteroid (OAINS) menghambat produksi prostaglandin oleh PTGS1 (COX-1) dan PTGS2 (COX-2). OAINS yang selektif untuk penghambatan PTGS2 (COX-2) cenderung kurang menyebabkan efek samping saluran cerna dibandingkan obat tradisional, tetapi dapat menyebabkan kejadian kardiovaskular seperti gagal jantung, serangan jantung, dan strok. Studi dengan farmakologi dan genetika manusia, hewan pengerat yang dimanipulasi secara genetik, dan model hewan lainnya serta uji coba acak menunjukkan bahwa hal ini disebabkan oleh penekanan prostaglandin kardioprotektif yang bergantung pada PTGS2 (COX-2), khususnya prostasiklin.

Ekspresi PTGS2 (COX-2) meningkat pada banyak kanker. Ekspresi berlebihan PTGS2 (COX-2) bersamaan dengan peningkatan angiogenesis dan ekspresi SLC2A1 (GLUT-1) secara signifikan berhubungan dengan karsinoma kantong empedu. Selanjutnya, produk PTGS2 (COX-2) yakni PGH2, diubah oleh prostaglandin E2 sintase menjadi PGE2, yang pada gilirannya dapat merangsang perkembangan kanker. Akibatnya, penghambatan PTGS2 (COX-2) mungkin bermanfaat dalam pencegahan dan pengobatan jenis kanker ini.

Ekspresi COX-2 ditemukan pada membran epiretinal idiopatik manusia. Pemblokiran siklooksigenase oleh lornoksikam pada tahap akut peradangan mengurangi frekuensi pembentukan membran sebesar 43% pada model PVR dispase dan sebesar 31% pada model konkanavalin. Lornoksikam tidak hanya menormalkan ekspresi siklooksigenase pada kedua model PVR, tetapi juga menetralkan perubahan retina dan ketebalan koroid yang disebabkan oleh injeksi agen pro-inflamasi. Fakta-fakta ini menggarisbawahi pentingnya siklooksigenase dan prostaglandin dalam perkembangan PVR.

Peningkatan ekspresi gen PTGS2 juga telah dikaitkan dengan berbagai tahapan reproduksi manusia. Keberadaan gen ditemukan di lempeng korion, di epitel amnion, sinsitiotrofoblas, fibroblas vili, trofoblas korion, trofoblas amnion, serta lempeng basal plasenta, di sel desidua dan sitotrofoblas ekstravili.  Selama proses korioamnionitis/desiduitis, peningkatan ekspresi PTGS2 di amnion dan koriodesidua merupakan salah satu dari tiga efek terbatas peradangan di rahim. Peningkatan ekspresi gen PTGS2 di membran janin berhubungan dengan adanya peradangan, menyebabkan ekspresi gen prostaglandin rahim dan imunolokalisasi protein jalur prostaglandin di sel trofoblas korion dan desidua yang berdekatan, atau koriodesidua. PTGS2 terkait dengan sistem inflamasi dan telah diamati pada leukosit inflamasi. Telah dicatat bahwa terdapat korelasi positif dengan ekspresi PTGS2 di amnion selama persalinan spontan dan ditemukan memiliki peningkatan ekspresi seiring bertambahnya usia kehamilan setelah adanya persalinan tanpa perubahan yang diamati di amnion dan koriodesidua selama persalinan prematur atau cukup bulan. Selain itu, oksitosin merangsang ekspresi PTGS2 di sel miometrium.Phillips, Robert J et al. "Prostaglandin pathway gene expression in human placenta, amnion and choriodecidua is differentially affected by preterm and term labour and by uterine inflammation." BMC pregnancy and childbirth vol. 14 241. 22 Jul. 2014, doi:10.1186/1471-2393-14-241

Pembawa alel mutan PTGS2 5939C di antara populasi Tionghoa Han telah terbukti memiliki risiko kanker lambung yang lebih tinggi. Selain itu, ditemukan hubungan antara infeksi Helicobacter pylori dan keberadaan alel 5939C.

Selama strok iskemik, kekurangan oksigen dan glukosa memicu serangkaian respons inflamasi, yang menyebabkan peningkatan ekspresi COX-2, terutama pada neuron, sel glia, dan sel endotel. Peningkatan ini berkontribusi pada produksi prostaglandin pro-inflamasi seperti PGE2, yang memperburuk kerusakan neuron dengan meningkatkan eksitotoksisitas, stres oksidatif, dan apoptosis. Selain itu, prostaglandin yang berasal dari COX-2 dapat mengganggu integritas sawar darah otak (BBB), memungkinkan sel imun perifer dan mediator inflamasi untuk menginfiltrasi otak, yang selanjutnya memperburuk cedera otak.

Interaksi
PTGS2 telah terbukti berinteraksi dengan kaveolin 1.

Referensi

 Bacaan lanjutan 














 Pranala luar 
 Nextbio 
 NSAIDs and Cardiovascular Risk Explained, According to Studies from the Perelman School of Medicine


Kategori:Prostaglandin