Fosfodiesteraza jest rodzajem enzymu, który katalizuje rozszczepianie wiązania fosforanowego w niciach nukleotydowych, takich jak DNA lub RNA. Wiele enzymów może przeprowadzić tę reakcję. Termin ten jest jednak zwykle stosowany do fosfodiesteraz, które rozszczepiają cykliczne nukleotydy, które są ważne dla przekazywania sygnałów w obrębie komórki. Enzymy te są znane jako fosfodiesterazy cyklicznych nukleotydów (PDE). Inhibitory fosfodiesterazy mogą być stosowane jako leki i są stosowane komercyjnie w leczeniu zaburzeń erekcji u mężczyzn i innych schorzeń.
Nukleotyd to związek, który ma aromatyczną zasadę zawierającą azot, cukier, który jest rybozą lub dezoksyrybozą, oraz grupę fosforanową. DNA i RNA to długie nici nukleotydów, przy czym każdy nukleotyd jest połączony kolejno z następnym i są polimerami. Wiązanie wiązania fosforanowego jest ważną częścią polimeryzacji tych łańcuchów nukleotydowych. Nukleotydy cykliczne mają dwie grupy fosforanowe połączone z grupą rybozową w dwóch różnych miejscach. To sprawia, że związek jest cykliczny, umożliwiając mu różne wiązanie białek.
Dwa cykliczne nukleotydy we wszystkich komórkach to cykliczny AMP (cAMP) i cykliczny GMP (cGMP). Mają pojedynczą bazę odpowiednio adeniny i guaniny. Związki te reagują w wielu różnych procesach komórkowych i są znane jako przekaźniki wtórne. Pierwszy sygnał jest przekazywany z zewnątrz komórki przez wiązanie hormonu lub neuroprzekaźnika. To wiązanie następnie wyzwala wzrost stężenia cAMP lub cGMP, co znacznie wzmacnia siłę oryginalnego sygnału.
Cykliczne fosfodiesterazy nukleotydowe degradują cykliczny nukleotyd poprzez rozszczepienie wiązania fosforanowego, które utrzymuje cykliczność nukleotydu. Jest to znane jako rozszczepienie wiązania fosfodiestrowego i powoduje degradację cyklicznego nukleotydu. Degradacja ta reguluje czas trwania, lokalizację i amplitudę sygnalizacji związku.
Istnieje wiele rodzajów tej klasy fosfodiesterazy, wyspecjalizowanych w różnych funkcjach. Od 2010 roku wiadomo, że ssaki mają 11 rodzin genów fosfodiesterazy cyklicznych nukleotydów. Geny zapewniają plan produkcji białek i szacuje się, że w komórkach ssaków występuje ponad 50 różnych białek cyklicznej fosfodiesterazy.
PDE różnią się pod wieloma względami, w tym właściwościami biochemicznymi i cyklicznym nukleotydem, na który mogą oddziaływać. To część kryteriów stosowanych przy przypisywaniu ich rodzinom. Niektóre degradują tylko cAMP, podczas gdy inne wpływają tylko na cGMP. Inne PDE mogą degradować oba te nukleotydy cykliczne.
Różnorodność reakcji, na które wpływają te enzymy, czyni je obiecującymi celami terapii lekowej. Hamowanie PDE przedłuża reakcję, w której pośredniczy cykliczny nukleotyd. Najbardziej widocznym rodzajem inhibitora fosfodiesterazy cyklicznych nukleotydów jest ten, który wpływa na Piątą Rodzinę, który hamuje degradację cGMP. Te leki to sildenafil, lepiej znany jako Viagra; tadalafil, znany również jako Cialis; i wardenafil, bardziej znany jako Levitra. Ta grupa inhibitorów fosfodiesterazy jest stosowana w leczeniu zaburzeń erekcji u mężczyzn — a ostatnio także innych schorzeń, takich jak wysokie ciśnienie krwi.
W przeciwieństwie do tego, inhibitory z trzeciej rodziny są stosowane w leczeniu ostrej niewydolności serca. Ten typ enzymu zwiększa aktywność cAMP i jest hamowany przez cGMP. Leki te to milrinon, marka Primacor™ i inamrinon, znany również jako Inocor. Cilostazol, podobnie jak Pletal, jest kolejnym lekiem z tej klasy i jest stosowany w leczeniu choroby tętnic obwodowych.
Funkcje wielu nowo odkrytych rodzin fosfodiesteraz cyklicznych nukleotydów są nieznane. W ostatnich pracach zidentyfikowano stan zapalny jako obszar regulacji, który może obejmować niektóre z tych enzymów. Sugeruje to, że po lepszym poznaniu biochemii i funkcji tych enzymów będzie znacznie więcej celów interwencji w choroby.