научная статья по теме ДИНАМИЧЕСКАЯ ИЕРАРХИЯ РЕГУЛЯТОРНЫХ ПЕПТИДОВ. СТРУКТУРА ИНДУКЦИОННЫХ СВЯЗЕЙ РЕГУЛЯТОРОВ КАК МИШЕНЬ ДЛЯ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Биология

Текст научной статьи на тему «ДИНАМИЧЕСКАЯ ИЕРАРХИЯ РЕГУЛЯТОРНЫХ ПЕПТИДОВ. СТРУКТУРА ИНДУКЦИОННЫХ СВЯЗЕЙ РЕГУЛЯТОРОВ КАК МИШЕНЬ ДЛЯ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ»

УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2012, том 43, № 3, с. 38-47

УДК 577.2

ДИНАМИЧЕСКАЯ ИЕРАРХИЯ РЕГУЛЯТОРНЫХ ПЕПТИДОВ. СТРУКТУРА ИНДУКЦИОННЫХ СВЯЗЕЙ РЕГУЛЯТОРОВ КАК МИШЕНЬ ДЛЯ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

© 2012 г. С. В. Королева1, Н. Ф. Мясоедов2

1 Биологический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова 2 Учреждение Российской академии наук Институт молекулярной генетики РАН, Москва

В обзоре, на основании созданной информационной базы данных (литературные источники 1970-2010 гг.) по эффектам регуляторных пептидов (РП) и непептидных медиаторов (дофамину, серотонину, норадреналину, ацетилхолину), был проведен анализ возможных каскадных процессов эндогенных регуляторов. Было выявлено, что весь континуум РП и медиаторов представляет собой хаотический бульон упорядоченных трехуровневых компартментов. Такая динамическая функциональная иерархия эндогенных регуляторов позволяет формировать пусковые и коррек-ционные задачи для различных физиологических функций. Рассмотрены примеры статических и динамических схем индукционных процессов РП и медиаторов, регулирующих состояние тревожности, депрессии, обучение и память, пищевое поведение, репродуктивные процессы и др.

Ключевые слова: регуляторный пептиды, медиаторы, каскадные процессы, континуум регуляторов.

ВВЕДЕНИЕ

В ХХ в. произошло лавинообразное нарастание количества экспериментальных данных по эффектам регуляторных пептидов (РП), медиаторов и других биологически активных веществ, что позволило сформировать представление о системе регуляторов. Так, множество РП и медиаторов формирует непрерывную совокупность, континуум, позволяющий реализовывать многочисленные спектры физиологических эффектов [4, 38]. Информационное состояние данного континуума, сформированное на основании литературных данных, затрагивает разные сферы: базово-информационную, логистическую, когнитивную, творческо-инновационную. Под каждой из этих сфер мы понимаем следующее. Базово-информационное состояние представляется как совокупность информационных блоков в виде накопленного научно-исследовательского фонда и баз данных. Логистическое состояние - как совокупность логистических концепций, связывающих различные информационные звенья континуума. Когнитивное состояние - в виде уровня (степени) потенциальности распознавания закономерностей, лежащих в основе континуума. Творческо-инновационное состояние - как потенциал конструирования из оперантов регуляторно-го континуума.

На основании созданной нами базы литературных данных периода 1970-2009 гг. и разработанной экспертной системы RegPep/BAC [9, 38] был проведен анализ всех вышеобозначенных информационных сфер. Оценивались все основные физиологические эффекты и информационные связи РП, относящихся к основным семействам пептидов, и непептидным медиаторам: дофамину, серотонину, норадреналину, ацетилхолину. Были построены схемы потенциальных каскадных процессов, формируемых данными регуляторами. Такой многоуровневый анализ позволил визуализировать картину функционального континуума РП-медиаторов, а также предложить методологию прикладных исследований, опирающуюся на структуру индукционных связей.

ДИНАМИЧЕСКАЯ ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ИЕРАРХИЯ РП И МЕДИАТОРОВ

В ВИДЕ УПОРЯДОЧЕННОГО НАБОРА СТАТИЧЕСКИХ СХЕМ ИНДУКЦИОННЫХ СВЯЗЕЙ

Анализ систем управления может проводиться как на основании самого физического молекуляр-но-надмолекулярного базиса, так и на основании динамики информационных потоков.

С точки зрения физических основ, система управления физиологическими функциями организма включает: 1) контур молекулярной регуля-

ДИНАМИЧЕСКАЯ ИЕРАРХИЯ РЕГУЛЯТОРНЫХ ПЕПТИДОВ 0-й слой 1-й слой 2-й слой

Временная ось развития физиологических эффектов

Рис. 1. Схема функционального блока динамической иерархии РП и медиаторов.

ции; 2) контур надмолекулярных реакций. В последнем случае молекулы могут объединяться в компарменты (системы), функционируя как единое целое. В каждом акте вызова физиологической функции пептидами прослеживается создание целых кустов регуляторных воздействий как индуцирующего, так и ингибирующего плана. Так РП, регулируя выход других пептидов, формируют разнообразные каскадные цепочки. Нарастающее количество пептидов, участвующих на последующих этапах каскадных процессов, позволяет расширять секторы влияний РП. Однако амплитуда эффектов таких пептидов значительно снижена и определяется как концентрационным порогом, так и тканевой и барьерной доступностью. Таким образом, весь континуум регуляторных пептидов, медиаторов и других биологически активных веществ представляет собой некую совокупность, молекулярный бульон, который хаотически упорядочен.

С точки зрения возможных информационных потоков управление функциями организма основывается на многоуровневых иерархических системах. Можно выделить три уровня управления:

1) причинный - это процессы в окружающей среде и во внутренней среде организма, которые запускают строго обозначенную конкретную потребность в определенном физиологическом эффекте;

2) организационный - коллективные действия основных управляющих молекулярных систем, ориентированных на само осуществление действия;

3) формирование ценностей и целей как самих физиологических реакций, так и всего организма; ориентирован на долговременные эффекты, эволюционные аспекты.

На основании проведенного анализа всех возможных типов индукционных связей между РП и медиаторами было выявлено, что совокупность всех биоинформационных моделей управления составляет определенную иерархию в виде алгоритмов упорядоченного взаимодействия. Таким образом, можно говорить о именно динамической функциональной иерархии РП и медиаторов.

Нам представляется следующая картина функционально-динамических связей. Каждому физиологическому процессу можно поставить в соответствие трехуровневую схему регуляции (рис. 1). Эффективное функционирование континуума молекулярных агентов требует существование двух типов регуляторных моделей краткосрочного и долгосрочного плана. А оценочным на каждый момент времени является существующее состояние параметров базисных функций организма. Таким образом, одна модель-программа реального времени (сами показатели физиологи-

ческих параметров) и две прогностические модели-программы (краткосрочного и долгосрочного прогнозирования) позволяют, управляя весовыми параметрами, балансировать организму. При этом решается задача оптимизации функционирования системы органов (организма) как целостной структуры. Таким образом, в каждом блоке функциональной иерархии формируются три зоны: 1) зона исходного времени, формирующая потребность в определенном физиологическом акте, реакции (0-й слой), 2) зона пусковых механизмов (РП 1-го слоя), 3) зона долгосрочного управления и коррекции (модулирующая) (РП 2-го слоя). Сами показатели физиологических параметров, как модель-программа реального времени (0-й слой), формируют причинный уровень управления. Для каждой физиологической функции существует ряд РП, обозначенных нами РП 1-го слоя, имеющих наиболее выраженное воздействие на обозначенную функцию и охарактеризованных в последние годы как наиболее классические регуляторы данного физиологического процесса. Далее, в запускаемом ими каскадном процессе можно выделить РП 2-го слоя, которые вносят уже свой вклад в управление процессом. Таким образом, нам представляется, что РП 1-го слоя формируют сами "пусковые" программы выраженной амплитуды и предназначенные для моделей краткосрочного прогноза. Количество пептидов этого слоя ограниченно, исчисляется единицами, однако степень выраженности эффекта сильная. В дополнение к ним, РП 2-го слоя формируют пакет программ долгосрочного управления и коррекции. Они обеспечивают три вида функций: удлинение самого временного интервала действия, создание коррекционного воздействия, а именно придание конкретной формы профилю регуляторной программы, и снижение отрицательных вкладов в измененный баланс организма. Число данных РП велико, однако вклад каждого в данный эффект может быть незначительным. Выбор РП 2-го слоя определяется тканевыми барьерами, биодоступностью, концентрационными порогами. Данный пептидный ряд модулирует эффекты таким образом, чтобы потоки информации тонко двигались в направлении сохранения исходного энергетического потенциала для реализации длительных отставленных эффектов. А также РП 2-го слоя создают шум, которым гасится ненужная информация.

Как уже ранее говорилось, в блоках функциональной иерархии, формирование 1-го слоя происходит по финишной линии формирования 0-го слоя (в зоне исходного времени), определяемой как эмоционально-мотивационная потребность

на молекулярном уровне в реализации определенного физиологического эффекта. Однако для инициирования пускового слоя РП необходима еще корреляция с общими ключевыми системными параметрами организма, которые уже в свою очередь в циклическом режиме формируют основной тонус реакций организма. Там, где присутствуют ритмически повторяющиеся события (тонические сигналы), должна быть минимизирована система связи - отклика на изменяющиеся молекулярные предпосылки окружающей среды организма. В этом случае подавляется 0-й слой (зона исходного времени) и функционируют только 1-й и 2-й слои.

Таким образом, весь континуум - это хаотический бульон упорядоченных трехуровневых ком-партментов, где 0-й уровень выступает причинно-инициирующим фактором, 1-й слой - пусковым, управляющим, 2-й слой - направляющим, корректирующим. В зависимости от целей организма (его отдельных систем) инициируется тот или иной компартмент. Сами пептиды и медиаторы едины для всех уровней компартментов. Таким образом, одни и те же регуляторы в одних условиях являются главными управляющими факторами, а в других играют коррекционные роли. Общий функциональный профиль физиологического эффекта определяется всей обозначенной группой регуляторов. Однако за некоторыми РП (опиоиды, гормоны) и медиаторами в процессе эволюции отчетливо закрепляется роль системных управляющих сигналов [6]. Очевидно, что функциональная иерархия - это творческий хаос, представляемый как совокупность уп

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком