БИОФИЗИКА, 2014, том 59, вып. 4, с. 766-775
БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
УДК 577.3
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЛЕЧЕБНОГО ДЕЙСТВИЯ НА ЭНДОМЕТРИОЗ ДИНИТРОЗИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ЖЕЛЕЗА С ТИОЛСОДЕРЖАЩИМИ ЛИГАНДАМИ
© 2014 г. А.Ф. Ванин, Л.В. Адамян*, Е.Н. Бургова, Н.А. Ткачев
Институт xимической физики им. Н.Н. Семенова РАН, 119991, Москва, ул. Косыгина, 4; *Кафедра репродуктивной медицины и xирургии, Московский медицинский стоматологический университет,
127473, Москва, Делегатская ул., 20/1 E-mail: уапт@ро1утег.скрН.ras.ru Поступила в p едакцию 18.04.14 г.
Экзогенные динитрозильные комплексы железа с тиолсодержащими лигандами как доноры NO и NO+ способны оказывать на различные биологические процессы как регулято рное, так и цитотоксическое действие, имитируя тем самым аналогичную биологическую активность эндогенного монооксида азота. Регулято рная активность динитрозильных комплексов железа (инициация вазодилатации и гипотензии, блокада тромбообразования, повышение эластичности эритроцитов, ускорение заживления кожных ран, инициирование эрекции пениса и т.д.) обусловлена способностью этих комплексов переносить NO и NO+ на биологические мишени действия последних - соответственно гемопротеины и тиолсодержащие белки. Этот перенос определяется более высоким сродством последних к NO и NO+ по сравнению с аналогичным сродством этих агентов к динитрозильным комплексам железа. Цитотоксическая активность динитрозильных комплексов железа проявляется при быстром разрушении этих комплексов, вызванном хелато рами железа и приводящем к появлению в клетках и тканях значительного количества свободных NO и NO+. Предполагается, что именно по этому механизму динитрозильные комплексы железа с тиолсодержащими лигандами, как цитотоксические эффекторы, эффективно подавляют развитие доброкачественных эндометриоидных опухолей у крыс с экспериментальным эндометриозом. Предполагается также, что по тому же механизму динитрозильные комплексы железа могут, по крайней мере, замедлять развитие и злокачественных опухолей.
Ключевые слова: динитрозильные комплексы железа, молекулы NO и ионы нитрозония, эндо-метриоз.
В настоящее время установлено, что в организме животных и человека ферментативным путем при участии трех изоформ NO-синтаз (NOS) продуцируется простейшее соединение -монооксид азота (NO), функционир ующее в качестве одного из универсальных регулято ров различных биологических процессов [1]. Эта активность проявляется при микромолярной стационарной концентрации NO, синтезируемого конститутивными формами NOS - их эн-дотелиальной и нейрональной изоформами, со -ответственно eNOS и nNOS. П ри стационарной концентрации NO 100 мкМ и более, достигаемой при функционировании индуцибельной изоформы NOS (iNOS), NO оказывает на клетки и ткани цитотоксичесное действие, выступая в
Сокращения: NO - монооксид азота, NOS - NO-синтаза, iNOS - индуцибельная изоформа NOS, ЭМО - эндомет-риоидные опухоли, ДНКЖ - динитрозильные комплексы железа, М - и Б-ДНКЖ - моноядерная и биядерная формы ДНКЖ, СТС - сверхтонкая структура.
этом случае в качестве одного из эффекторов системы клеточного иммунитета [1].
Эндометриоз - одно из быстро прогрессирующих в женской популяции репродуктивного периода заболеваний, обусловленное выходом эндометриальных клеток и тканей из матки с их последующей быстрой пролиферацией, как правило, в тканях брюшины с образованием значительных по размерам доброкачественных эндометриоидных неоплазм - эндометр иоидных кист или эндометриоидных имплантов [2-4]. У женщин эти образования имеют диффузную структуру, аналогичная стр уктура эндометр ио-идных неоплазм характерна и для крупных животных [2-4]. У мелких животных - крыс и мышей - эти новообразования представлены опухолями овальной или сферической формы, как правило, с четко очерченными границами, что позволяет количественно оценивать размеры эндометр иоидных опухолей (ЭМО) и делает этих животных удобным объектом пр и изуче-
нии развития у них экспер иментального эндо-метриоза [5-9].
Е сть основание полагать, что у животных и человека развитие эндометриоидных неоплазм может подавляться цитотоксическим действием на них N0, продуцируемого в значительных количествах иммунокомпетентными клетками пр и уча стии iN0S. О такой возможности свидетельствуют данные о высокой активности этого фермента в ткани эндометр ио-идных неоплазм и перитонеальной жидкости, что коррелирует с повышенным уровнем в этих объектах нитрита и нитрата, образующихся при окислении N0 [10-13]. Таким образом, П р ир ода подсказывает нам, что решение проблемы лечения эндометриоза следует искать на пути создания лекарственных средств, способных продуцировать в значительном количестве N0 при избирательной его доставке к эндометрио-идным неоплазмам. В отсутствие такой избирательности эти средства могут оказывать негативное действие на весь организм. Как показали наши исследования на крысах с экспериментальным эндометриозом [14-16], такого рода лекарственные средства могут быть созданы на основе динитрозильных комплексов железа (ДНКЖ) с тиолатными (К^) лигандами.
Эти комплексы существуют в парамагнитной моноядерной и диамагнитной биядерной формах (соответствующие формулы
[^)2Ре^0)2] и [^)2Ре2^0)4] [17,18]. Обе эти формы ДНКЖ (М - и Б-ДНКЖ) могут возникать в живых системах, продуцирующих N О; они достаточно легко синтезируются химическим путем. М-ДНКЖ впервые были обнаружены А.Ф. Ваниным с соавторами в дрожжевых клетках, а затем в тканях животных по характерному для них сигналу ЭП Р с р = 2,03 (р± = 2,04, рц = 2,014) - сигналу 2,03 [19,20] (рис. 1а,б). Исходя из параметров этого сигнала, оказалось возможным идентифицировать природу ответственных за него парамагнитных центров. Оказалось, что растворы М-ДНКЖ с цистеином или глутатионом, сигналы ЭП Р которых в виде узких симметричных синглетов впервые были зарегистрированы при комнатной температуре [21], пр и замор аживании дают анизотр опный сигнал ЭП Р [22], по форме и значениям р-фак-тора полностью совпадающий с сигналом 2,03, регистрируемым в биообъектах (р ис. 1в,д). Последующие опыты по обработке моноядерных ДНКЖ с цистеином или глутатионом и др ож-жевых клеток, дающих сигнал 2,03, хелаторами железа, тиоловыми реагентами, комплексами железа с производными тиокарбоновых кислот, связывающими N О, показали идентичное изменение сигналов ЭПР обоих типов парамаг-
нитных центров [20], на основании чего был сделан вывод об идентичности их состава, т.е. можно говорить о том, что в биообъектах за сигнал 2,03 ответственны ДНКЖ с тиолсодер-жащими лигандами.
Следует отметить, что форма сигнала 2,03 в биообъектах, обусловленная анизотропией р-фак-тора, не изменялась при повышении температуры его регистрации от 77 К до комнатной температур ы. Этот факт однозначно свидетельствовал о белковой природе ДНКЖ в биообъектах, связывающихся с белковой глобулой по атомам тиоловой серы в цистеиновых остатках белков. Низкая подвижность белковой глобулы при комнатной температуре, очевидно, не могла обеспечить усреднение при этой температуре указанной анизотропии. Такое усреднение имело место для высокоподвижных при комнатной температуре низкомолекулярных ДНКЖ с цис-теином или глутатионом: вместо широкого сигнала ЭПР (с полушириной 4 мТл), регистрируемого при 77 К (рис. 1в,д), пр и комнатной температуре эти комплексы давали узкий (с полушириной 0,7 мТл) симметричный сигнал ЭП Р с центром пр и р = 2,03 [23] (рис. 1г,е). Для этого сигнала была ха рактер на 13-компо-нентная сверхтонкая структура (СТС), обусловленная взаимодействием неспаренного электрона с ядрами азота двух нитрозильных лигандов (ядерный спин I = 1) и четыр ьмя протонами двух метиленовых групп (ядерный спин протона I = 1/2), связанных с тиоловой серой (рис. 1г). Отсюда следует, что эти комплексы, как и, очевидно, их белковые аналоги включали в себя по два нитрозильных и тиолсодержащих лиганда. При замещении в нитрозильных лигандах на (I = 1/2) вместо 13-компонент-ной С ТС регистрировалась 9-компонентная С ТС, расшифр овка котор ой приведена на рис. 1е. Замещение в низкомолекулярных ДНКЖ 56Ре (I = 0) на 57Ре (I = 1/2) приводило к появлению при комнатной темпер атуре регистрации дублетного расщепления сигнала ЭПР этих комплексов [17] (рис. 1з), что свидетельствовало о моноядерной природе этих комплексов (о наличии в них лишь одного атома железа). При регистрации этого сигнала при 77 К дублетная СТС от 57Ре проявлялась в заметном уширении сигнала (рис. 1ж). Аналогичное ушир ение сигнала 2,03 в биобъектах наблюдалось и при включении 57Ре в эти биобъекты [24-26]. При замещении белковых тиолсодер-жащих лигандов низкомолекуляр ными тиолами (что приводило к превращению белок-связанных ДНКЖ в их низкомолекулярные аналоги) в спектре ЭПР регистрировалась дублетная С ТС, что также свидетельствовало о наличии
Рис. 1. Сигнал 2,03, зарегистрированный в печени кролика (а) и дрожжевых клетках (б); спектры ЭПР растворов ДНКЖ с цистеином, содержащих в нитрозильных лигандах 14МО (в,г) или 15МО (д,е), и тех же комплексов, содержащих 57Бе (ж,з). ЭПР регистрация проведена при комнатной температуре (а,б,г,е,з) и при 77 К (в,д,ж).
в белковых ДНКЖ также лишь одного атома железа. Эти исследования позволили утверждать, что, как и низкомолекулярные ДНКЖ с тиолсодержащими лигандами, белок-связанные ДНКЖ, обнаруживаемые в биообъектах, пр едставляют собой М-ДНКЖ с двумя нитр о -зильными и двумя тиолсодер жащими лигандами, т.е. характеризующиеся формулой, приведенной выше. Что касается биядер ной фо р мы этих комплексов, представляющих собой тио-эфир ы кр а сной соли Руссена (их фо р мула также пр иведена выше), она обр атимо возникала из М-ДНКЖ пр и недостатке в ср еде ионизованных по тиоловой сер е тиолсодержащих лигандов.
Уже в цитир ованной выше работе МакДо-нальда с соавтор ами [21], впер вые зар егистр и-ровавшими сигнал ЭПР низкомолекулярных ДНКЖ с тиолсодер жащими лигандами, было показано, что неспаренный электрон в этих комплексах преимущественно локализован на атоме железа с электр онной конфигур ацией d7
(формальное валентное состояние железа -Fe(I)).
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.