N-nitrozaminy stanowią szeroką klasę kancerogenów występujących w diecie, produktach tytoniowych oraz w środowisku ogólnym; mogą być one również tworzone endogennie w organizmie człowieka1. Przebadano ponad 300 związków N-nitrozowych, z czego >90% oceniono jako kancerogenne w modelach zwierzęcych2,3. Aby przejawić swoją kancerogenność, związki te muszą zostać najpierw aktywowane przez cytochromy P4501,2,3. Badania wykazują, że cytochromy P450 łatwo utleniają nitrozaminy do α-hydroksynitrozamin (Ryc. 1), które są związkami wysoce reaktywnymi o czasie połowicznego rozpadu wynoszącym ~5 s przed spontanicznym rozkładem do alkilodiazohydroksydów. Te ostatnie mogą alkilować DNA po utracie H2O i N2. Powstałe addukty DNA, jeśli nie zostaną naprawione, mogą powodować mutacje, które – jeśli wystąpią w krytycznych genach onkogennych lub supresorowych – prowadzą do rozwoju nowotworu1. Z tego powodu podjęto wiele wysiłków w celu pełnego zrozumienia szlaków metabolicznych, adduktów DNA oraz produktów metabolizmu wtórnego wynikających z utleniania kancerogennych nitrozamin przez cytochromy P450. Wiedza ta ma potencjalne zastosowanie w indywidualnej ocenie ryzyka raka4.

Rycina 1: Ogólny i proponowany metabolizm nitrosamin.
Nitrosaminy (1) są utleniane przez enzymy P450 do α-hydroksynitrosamin (2), które ulegają spontanicznemu rozkładowi do alkilodiazohydroksydów (3). Związki te mogą wiązać się z DNA, tworząc addukty DNA. Przypuszcza się, że 2 są dalej utleniane przez P450 do nitrosamidów 4. Te mogą bezpośrednio wiązać się z DNA, tworząc nowe addukty DNA, lub ulegać hydrolizie do 3, tworząc znane addukty DNA. R1 i R2 oznaczają dowolną grupę alkilową. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Choć hipoteza α-hydroksynitrozamin jest mocno poparta obszernymi danymi, istnieje kilka niespójności; jedną z głównych jest krótki okres półtrwania α-hydroksynitrozamin5,6. Wiadomo, że związki te powstają w błonie siateczki śródplazmatycznej, a następnie alkilują DNA jądrowe. Biorąc pod uwagę ich czas życia wynoszący zaledwie kilka sekund, zastanawiające jest, w jaki sposób produkty pośrednie te przetrwają niezbędny transport przez cytozol. Jedna z hipotez zakłada, że część α-hydroksynitrozamin ulega procesywnemu utlenieniu do nitrosamidów7,8, które są w porównaniu z nimi dość stabilne9. Prawdopodobnie odbywa się to poprzez zatrzymanie α-hydroksynitrozamin w centrum aktywnym cytochromu P450. Precedensy dla tego rodzaju utleniania zaobserwowano w przypadku nikotyny10, alkoholi11 oraz prostych alkilonitrozamin12,13. Ponadto nitrosamidy są kancerogenami bezpośrednio działającymi2,3. Na podstawie ich reaktywności9 uważa się, że związki te tworzą addukty DNA identyczne z tymi powstającymi z α-hydroksynitrozamin, a także nowe, nieznane dotąd addukty DNA (Ryc. 1). Zatem hipoteza ta wyjaśnia nie tylko transport przez cytozol, ale również powstawanie produktów uszkodzeń DNA.
W niniejszej pracy opisano ogólny protokół oceny konwersji nitrozoamin do nitrozoamidów katalizowanej in vitro przez cytochrom P450. Jako przykład przedstawiono wcześniej opisaną konwersję N′-nitrozonornikotyny (NNN) do N′-nitrozonornikotyny (NNC) przez cytochrom P450 2A614. Zastosowanie tego protokołu do szerokiego zakresu systemów substrat-enzym pomoże określić znaczenie nitrozoamidów w ogólnym metabolizmie nitrozoamin.