-->
Menu

Nitric Oxide (Sejarah, Sintesis, Mekanisme Pada Penyakit)

Saturday, January 1, 2022

Sejarah NO. Pada tahun 1916, Mitchell dkk. mengamati bahwa oksida nitrogen diproduksi pada mamalia. Pada tahun 1928, Tannenbaum et al. menegaskan bahwa mamalia menghasilkan nitrogen oksida. Lima dekade kemudian, Furchgott dan Zawadski (1980) memberikan bukti bahwa relaksasi cincin vaskular yang diinduksi asetilkolin dimediasi oleh faktor relaksasi yang bergantung pada endothelium-dependent relaxing factor (EDRF). Kemudian pada tahun 1985, Stuehr dan Marletta melaporkan bahwa makrofag teraktivasi mensintesis nitrit/nitrat. Pada tahun 1987, Hibbs, dkk. menyarankan bahwa L-arginin adalah substrat untuk nitrit/nitrat yang diturunkan dari murine.

Nitric Oxide (Sejarah, Sintesis, Mekanisme Pada Penyakit)



Secara independen, Palmer,dkk. (1987) dan Ignarro, dkk. (1987) memberikan bukti bahwa EDRF adalah nitiric oxide(NO). Satu tahun kemudian, Palmer, dkk. (1988) melaporkan bahwa NO disintesis dari L-arginin, dan Marletta, dkk. (1988) melaporkan bahwa makrofag menghasilkan nitrit dan nitrat dari L-arginin. Garthwaite dkk. (1988) juga memberikan bukti keberadaan dan sintesis NO di otak. Selama periode 1988 hingga 1992, penelitian tentang biologi dan fungsi NO meningkat, dan kemudian pada tahun 1992, 'NO diberi nama ‘Molecule of the Year’ oleh D.E.Koshland, Jr., Editor for Science.


Sintesis NO


NO disintesis dari L-arginin oleh aksi NO sintase (NOS), enzim yang ada dalam tiga isoform. NOS otak (bNOS) atau NOS neuronal (nNOS atau NOS1) dan NOS endotel (eNOS atau NOS3), juga disebut sebagai NOS konstitutif (cNOS), bertanggung jawab atas pelepasan NO basal terus menerus dan keduanya memerlukan kalsium/kalmodulin untuk aktivasi ( Griffith dan Stuehr, 1995; Snyder, 1995).



Isoform ketiga adalah bentuk bebas kalsium yang dapat diinduksi (iNOS atau NOS2) yang diekspresikan hanya sebagai respons terhadap sitokin inflamasi dan lipopolisakarida (LPS; ditinjau dalam Nussler dan Billiar, 1993; Morris dan Billiar, 1994). Ketiga isoform NOS adalah produk dari gen terpisah yang memiliki homologi asam amino 50-60% (Nathan dan Xie, 1994). Namun, ketiga isoform dianggap berfungsi sebagai homodimer selama aktivasi, berbagi domain reduktase terminal karboksi yang homolog dengan sitokrom P-450 reduktase dan domain oksigenase terminal amino yang mengandung gugus prostetik hem, yang dihubungkan secara kasar di tengah. protein dengan domain pengikatan calmodulin (Dinerman dkk., 1993; Abu-Soud dkk., 1994, 1995a,b; Forstermann dkk., 1994; Sessa, 1994; Su dkk., 1995). Domain reduktase dari setiap isoform NOS mengandung tetrahydrobiopterin (THB) yang diperlukan untuk menghasilkan NO yang efisien dan diperlukan untuk mempertahankan konformasi yang stabil untuk transpor elektron, mungkin dengan mempromosikan homodimerisasi (Cho dkk., 1995; Klatt dkk., 1995; Tzeng dkk., 1995; Ghosh dkk., 1996). Selain itu, gugus prostetik hem tampaknya diperlukan untuk pengikatan THB dan dimerisasi enzim (Klatt dkk., 1996).


Peningkatan kalsium intraseluler memicu kaskade peristiwa yang mengarah ke aktivasi cNOS dan sintesis NO. Kalsium intraseluler mengikat kalmodulin untuk membentuk kompleks kalsium-kalmodulin dan mengatur pengikatan kalmodulin ke 'domain kait', yang memungkinkan transfer elektron dari NADPH melalui kelompok flavin dalam domain reduktase ke situs aktif yang mengandung hem, sehingga memfasilitasi konversi dari O2 dan L-arginin menjadi NO dan L-sitrulin (Abu-Soud dkk., 1994, 1995a,b; Su dkk., 1995; Siddhanta dkk., 1996.). Berbeda dengan cNOS, iNOS mengandung calmodulin yang terikat erat pada setiap subunit enzim, dan oleh karena itu aktivasi iNOS tidak memerlukan peningkatan kalsium intraseluler dan menghasilkan aktivasi permanen enzim (Cho dkk., 1992). Memang, chelator kalsium telah terbukti mengurangi aktivitas cNOS secara signifikan; namun, berkaitan dengan aktivitas iNOS, peran kalsium masih belum jelas, seperti Gellar dkk. (1993) menunjukkan bahwa chelators kalsium secara signifikan mengurangi aktivitas iNOS, sedangkan Charles dkk. (1993) melaporkan bahwa aktivitas iNOS tidak dipengaruhi oleh chelators kalsium.



Selain kalsium, beberapa faktor lain dapat mengatur aktivitas NOS. Mekanisme pra serta pasca-translasi dan transkripsi telah terbukti mengatur ekspresi semua bentuk NOS dan berada di luar cakupan tinjauan ini (Morris dan Billiar, 1994; Kelly dkk., 1996). Meskipun iNOS adalah sitosol, cNOS memiliki situs untuk miristilasi, memungkinkan untuk menghubungkan ke membran sel (Busconi dan Michel, 1993). Fosforilasi cNOS oleh protein kinase C atau A dikaitkan dengan pelepasan enzim dari membran sel dan hilangnya aktivitas (Bredt dkk., 1992; Michel dkk., 1993). Situs fosforilasi potensial juga ada di iNOS (Geller dkk., 1993); namun, tidak ada signifikansi fungsional yang telah ditunjukkan.



L-Arginine adalah satu-satunya donor nitrogen fisiologis untuk reaksi yang dikatalisis NOS; maka ketersediaan substrat penting ini dapat menentukan tingkat generasi NO. Sintesis arginin serta pengangkutannya ke dalam sel juga dapat mempengaruhi sintesis NO. Arginin disintesis dari citrulline oleh aksi arginosuccinate synthetase dan arginosuccinate lyase (Morris, 1992) dan dikatabolisme oleh arginase (Albina dkk., 1988). Telah ditunjukkan bahwa sintesis arginin endogen digabungkan dengan sintesis NO dan bahwa induksi sintetase arginosuksinat bukanlah sekunder dari peningkatan aktivitas NOS (Morris dkk., 1994; Nussler dkk., 1994). Selain itu, konsentrasi rendah arginin yang disebabkan oleh pelepasan arginase pada luka bertanggung jawab atas penurunan sintesis NO (Albina dkk., 1988). Selain sintesis, pengangkutan arginin ke dalam sel juga dapat mengatur aktivitas NOS. Dalam hal ini, telah ditunjukkan bahwa transpor L-arginin hepatik, yang normalnya rendah, meningkat selama sepsis dan setelah pengobatan dengan LPS (Sax dkk., 1988; Inoue dkk., 1993). Penghambatan kompetitif penyerapan arginin oleh L-lisin, L-ornitin (asam amino alami) dan nitro-L-arginin metil ester (L-NAME) atau Ng-monometil-L-arginin (L-NMMA, analog arginin) menghasilkan penurunan sintesis NO (Bogle dkk., 1992; Inoue dkk., 1993). Aktivitas NOS mungkin tidak selalu diatur bersama oleh transportasi L-arginin, karena deksametason menghambat induksi makrofag iNOS tetapi tidak pada transportasi arginin (Baydoun dkk., 1993). Secara keseluruhan, sintesis dan transportasi arginin mewakili target potensial untuk manipulasi eksperimental dan terapeutik dari sintesis NO seluler. 



Karena aktivitas NOS tergantung pada ketersediaan substrat dan kofaktor NADPH, flavin mononucleotide (FMN), flavin adenine dinucleotide (FAD), THB, ketersediaan faktor-faktor ini menentukan tingkat seluler sintesis NO. Aktivasi maksimal NOS membutuhkan NADPH, FAD, FMN, THB dan tiol tereduksi (Morris dan Billiar, 1994; Davies dkk., 1995; Kelly dkk., 1996). Ini menyiratkan bahwa aktivitas jalur metabolisme yang menghasilkan atau bersaing untuk kofaktor ini dalam kondisi fisiologis dan patologis dapat memainkan peran penting dalam menentukan tingkat produksi NO seluler. Sintesis NADPH telah terbukti diinduksi bersama dengan iNOS. Selain itu, aktivitas jalur pentosa fosfat penghasil NADPH, dan enzim pembatas laju glukosa 6-fosfat dehidrogenase, khususnya, telah terbukti berkorelasi dengan produksi NO (Corraliza dkk., 1993; Morris dan Billiar, 1994). ). Selain itu, glukosa, yang merangsang sintesis NADPH melalui jalur pentosa fosfat, merangsang konversi L-arginin menjadi L-sitrulin, mungkin melalui NOS (Blachier dkk., 1991). Penekanan glutathione endogen dalam sel endotel telah terbukti menghasilkan penurunan sintesis NO, dan efek ini kemungkinan disebabkan oleh pengurangan non-spesifik dalam kapasitas redoks seluler (Murphy dkk., 1991). THB, kofaktor tereduksi yang disintesis dari guanosin trifosfat (GTP) oleh aksi GTP-siklohidrolase I (GTPsiklohidrolase; enzim pertama dan pembatas laju dalam sintesis denovo THB), memainkan peran penting dalam mempertahankan aktivitas NOS (Gross dan Levi, 1992; Kaufman, 1993). Bukti stoikiometri menunjukkan bahwa setiap molekul THB memungkinkan untuk menghasilkan 18 molekul NO tanpa daur ulang THB (Giovanelli dkk., 1991), menunjukkan bahwa THB memiliki peran katalitik atau struktural untuk NOS. Memang, THB sangat penting dalam membentuk enzim dimer aktif untuk monomer iNOS dan mempertahankan iNOS dalam konfigurasi aktif (Baek et al., 1993). Pada sel otot polos arteri pulmonalis yang distimulasi dengan sitokin atau LPS, peningkatan konsentrasi guanosin trifosfat siklohidrolase (GTP-CH) diinduksi bersama dengan iNOS (Nakayama dkk., 1994). Ko-induksi serupa pertama kali diamati pada fibroblas sebagai respons terhadap interferon (IFN)-γ (Werner-Felmayer dkk., 1990). Peningkatan GTP-CH saja, dan bukan ekspresi NOS, telah terbukti menjelaskan faktor nekrosis tumor (TNF), peningkatan aktivitas eNOS yang diinduksi IFN-γ atau LPS (Werner-Felmayer dkk., 1993)



Aktivitas NOS juga dapat dihambat dengan memblokir flavoprotein dan menghambat hem (Nathan, 1992). Apalagi NO sendiri dapat mengatur aktivitasnya sendiri. Ini jelas terlihat dari temuan bahwa sintesis NO tidak linier setelah 20 menit dan menunjukkan kemungkinan penghambatan umpan balik (Assreuy dll., 1993). Donor NO telah terbukti menghambat aktivitas cNOS secara parsial reversibel, sedangkan pemulung NO memperpanjang kinetika linier enzim (Rogers dan Ignarro, 1992; Buga dll., 1993). Karena NO bereaksi dengan besi hem dan non-hem, telah dipostulasikan bahwa NO menginaktivasi pusat hem pada enzim NOS (Assreuy dll., 1993). Dalam hal ini, baik cNOS dan iNOS telah terbukti membentuk kompleks ferrous-nitrosyl dalam kelompok prostetik hem mereka (Abu-Soud dll., 1995a,b; Hurshman dan Marletta, 1995). Peningkatan produksi NO oleh sitokin telah terbukti mengurangi ketersediaan heme dan penyisipan ke dalam monomer iNOS yang baru disintesis (Albakri dan Stuehr, 1996). Regulasi sintesis NO dengan penghambatan produk mungkin memiliki implikasi penting dalam keadaan fisiologis dan patologis, karena dapat meningkatkan sintesis NO dengan adanya zat yang menurunkan NO dan menurunkan sintesis NO dalam situasi ketika NO terakumulasi. 



Karena homologi yang dekat dan berbagi sifat enzimatik dengan sitokrom P-450, penelitian telah menghubungkan komponen oksidatif NOS dengan sitokrom P-450 (Bredt dll., 1991). Dalam hal ini, NOS telah terbukti menghasilkan hidrogen peroksida, superoksida serta NO (Heinzel dll., 1992; Pou dll., 1992). Dalam sel yang kehabisan L-arginin, pembentukan superoksida meningkat, sedangkan keberadaan L-rginin mengurangi pembentukan superoksida (Xia dll., 1996). Superoksida ( O2 –) yang dihasilkan pada konsentrasi rendah L-arginin bereaksi dengan NO, menghasilkan peningkatan generasi peroksinitrit (ONOO–) dan toksisitas sel. Selain itu, generasi O2 – dan ONOO– serta toksisitas sel diblokir oleh pemblokir NOS spesifik metil ester N-nitroL-arginin (L-NAME; Xiadll ., 1996). Metodologi yang berbeda telah digunakan untuk mengidentifikasi NO dalam media fisiologis atau dalam model biologis yang berbeda. Berbagai tes yang tersedia untuk pengukuran NO baru-baru ini ditinjau oleh Archer (1993).


Mekanisme yang mempengaruhi produksi NO pada penyakit



Produksi NO dipengaruhi pada sepsis dan trauma, kurang gizi dan penyakit pembuluh darah dan penyakit lainnya.


Sepsis dan trauma


Produksi NO, yang diukur dengan konversi isotop stabil berlabel arginin menjadi citrulline, sama atau bahkan diturunkan pada pasien dengan sepsis. Meskipun pemecahan protein meningkat, fluks arginin serupa tetapi arginin plasma lebih rendah. Hal ini tampaknya dikaitkan dengan peningkatan pembersihan arginin plasma dan produksi arginin de novo yang tidak memadai sekunder untuk mengurangi produksi citrulline. Oleh karena itu disarankan bahwa peningkatan ketersediaan arginin dengan suplementasi arginin atau citrulline dapat mengembalikan keseimbangan arginin dan produksi NO.


Dalam model makrofag in vitro , ketersediaan arginin merupakan faktor pembatas untuk produksi NO, diukur sebagai konsentrasi nitrit. Namun, citrulline adalah pengganti potensial untuk mengembalikan produksi NO di lingkungan yang kekurangan arginin, sementara glutamin mengganggu produksi NO yang dimediasi citrulline. Oleh karena itu penulis menyarankan bahwa, dalam kondisi defisiensi arginin (seperti trauma atau setelah operasi), suplementasi citrulline mungkin merupakan cara yang ampuh untuk mengembalikan produksi NO. Pemberian glutamin bisa menjadi mekanisme untuk mengontrol produksi NO yang berlebihan oleh makrofag (penulis mengusulkan sepsis). Dalam model tikus dengan aktivitas OTC berkurang (dan dengan demikian produksi citrulline), pengobatan dengan LPS dirangsang pemecahan protein dengan pemeliharaan produksi NO.


Kadar plasma dari NOS endogen inhibitor N G metil-L-arginine (ADMA) menunjukkan jangkauan yang lebih luas pada pasien dengan sepsis dibandingkan dengan kontrol yang sehat, namun tidak terkait dengan produksi NO, pemecahan protein atau fungsi ginjal dan hati. Di sisi lain, bagaimanapun, tingkat ADMA yang lebih tinggi terkait dengan kematian yang lebih tinggi pada sepsis.


Kurang gizi pada anak dan neonatus

Pada anak-anak dengan kekurangan gizi yang parah, produksi NO (yang diukur dengan 15 NOx urin setelah infus arginin berlabel) tidak berbeda dari keadaan pemulihan, sementara arginin plasma dan fluks arginin diturunkan. Diet defisiensi arginin pada babi neonatus mengurangi produksi NO, yang menunjukkan bahwa ketersediaan arginin, mungkin sebagian besar dikendalikan oleh area splanknik, mendorong produksi NO.

Penyakit pembuluh darah

Arginase telah diusulkan sebagai terapi yang menarik dalam memodifikasi respon arteri terhadap cedera dan mungkin menawarkan intervensi terapeutik dalam pengobatan penyakit vaskular (untuk tinjauan lihat). Namun, peningkatan moderat kadar arginase I plasma tidak mempengaruhi arginin plasma dan perubahan besar dalam kadar arginase mungkin diperlukan untuk menginduksi efek potensial yang relevan secara klinis. Penghambatan farmakologis aktivitas arginase dengan N -hidroksi -nor-L-arginin pada model tikus hipertensi spontan meningkatkan produksi NO (NOx) dengan penurunan tekanan darah dan peningkatan reaktivitas pembuluh resistensi. Namun, efeknya tidak sepenuhnya dimediasi NO, karena penghambatan NOS tidak sepenuhnya menghilangkan efek inhibitor arginase. Para penulis mengusulkan penghambatan arginase selektif sebagai strategi terapi baru yang potensial melawan hipertensi. Selain itu, L-arginin diusulkan sebagai terapi pada hipertensi, untuk menghentikan lingkaran setan yang memulai dan mempertahankan NO rendah.


Dari berbagai faktor risiko kardiovaskular yang dipelajari, kadar homosistein menunjukkan hubungan terbalik yang kuat dengan produksi NO, yang diukur dengan ekskresi -nitrat urin yang berasal dari arginin berlabel, khususnya oleh NOS3. Penurunan produksi NO akibat defisiensi BH4, berkontribusi pada gangguan kerja insulin pada pembuluh darah pada subjek obesitas dan diabetes. (Sumber : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2953417/)
DONASI INFOLABMED Bantu berikan donasi jika artikelnya dirasa bermanfaat. Donasi akan digunakan untuk memperpanjang domain www.infolabmed.com. Terima kasih.

Contact Form

Name

Email *

Message *

Protected by Copyscape