БИОХИМИЯ, 2013, том 78, вып. 2, с. 147 - 166
УДК 577.352.3
СИГНАЛЬНАЯ СИСТЕМА Keap1-Nrf2. МЕХАНИЗМ РЕГУЛЯЦИИ И ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ЗАЩИТЫ КЛЕТОК ОТ ТОКСИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ КСЕНОБИОТИКОВ И ЭЛЕКТРОФИЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Обзор © 2013 г. К.Т. Турпаев
Центр теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН, 119991 Москва, Ленинский просп., 38А; факс: (495)938-2533, электронная почта: rla2001@mail.ru
Поступила в редакцию 15.06.12 После доработки 07.08.12
Транскрипционный фактор №12 контролирует экспрессию большой группы генов, защищающих клетки от оксидантов, электрофилов и генотоксических соединений. Активность №12 зависит от ксенобиотиков и эндогенных электрофильных соединений и подавляется специфическим репрессорным белком Кеар1, который является также рецептором электрофильных соединений и адаптерным белком убиквитинлигазы Си13. Электрофильные соединения модифицируют чувствительные тиольные группы Кеар1, что подавляет его способность ингибировать №12. Сигнальная система Кеар1-№12 также участвует в негативной регуляции транскрипционной активности №Б-кВ и подавляет зависимую от цитокинов индукцию провоспали-тельных генов. Фармакологическая активация сигнальной системы Кеар1-№12 может быть применена для лечения и профилактики многих заболеваний. Наиболее известные природные активаторы системы Кеар1-№12 — куркумин, кверцетин, ресвератрол и сульфорафан. Наиболее эффективные активаторы Кеар1-№12 — тритерпеноиды — синтетические производные олеанолиевой кислоты.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: защитные гены, ксенобиотики, тиолы, электрофилы, Кеар1, N112.
Неизбежно все представители животного мира соприкасаются с чужеродными биологически активными соединениями, которые могут неблагоприятно влиять на метаболические и ре-гуляторные процессы и иметь мутагеннную активность. Такие соединения, ксенобиотики, повсеместно присутствуют в окружающей среде и пищевых продуктах. Многие из них имеют техногенное происхождение, другие вырабатываются растениями для защиты от микроорганизмов и растительноядных животных. Можно предположить, что в ходе эволюции постоянно происходило взаимное совершенствование спо-
собности растений производить фитотоксины и алексины и способности животных быть к ним невосприимчивыми. В клетках животных существуют биохимические системы, действие которых направлено на защиту от ксенобиотиков. Эти системы участвуют также в защите от солнечной радиации и инактивации эндогенных токсинов и оксидантов [1].
Постоянная высокая активность всех компонентов защитных систем неблагоприятна для жизнедеятельности клеток. В обычных условиях их активность относительно невелика, но резко возрастает при появлении соответствующих
Принятые сокращения: АФК — активные формы кислорода; AKR — альдокетонредуктаза; ARE — antioxidant response element (регуляторный участок, чувствительный к антиоксидантам); CBP — cAMP responsive element binding protein — binding protein (белок, связывающий белок, связывающийся с регуляторным участком, чувствительным к cAMP); COX2 — циклооксигеназа 2; 15d-PGJ2 — 15-дезокси-А12,14-простагландин J2; GSK-3 — киназа гликогенсинтазы 3; GST — глутати-он^-трансфераза; HO-1 — гемоксигеназа 1; iNOS — индуцибельная синтаза окиси азота; MRP — multidrug resistant protein (белок множественной лекарственной устойчивости); NQO1 — NAD(P)H-хиноноксидоредуктаза 1; PPARy — peroxisome proliferator-activated receptor у (рецептор факторов, активирующих пролиферацию пероксисом у); PRDX — пероксиредок-син; SGK-1 — протеинкиназа, индуцируемая сывороткой и глюкокортикоидами 1; tBHQ — терт-бутилгидрохинон; XRE — xenobiotic response element (регуляторный участок, чувствительный к ксенобиотикам).
стимулов. Регуляция защитных систем основана на транскрипционной активации генов, кодирующих ферменты и белковые факторы, участвующие в инактивации ксенобиотиков и элект-рофильных соединений. Хотя механизм действия природных активаторов этих систем стал понятным только в последнее время, многие из них использовались в медицине уже в древности. Действие ряда широко известных фармакологических препаратов природного происхождения и их синтетических производных основано на способности активировать клеточные защитные системы. Их стимуляция подавляет развитие ау-тоимунных и нейродегенеративных заболеваний, предотвращает негативные последствия воспалительных процессов и препятствует злокачественной трансформации клеток [1—3].
ЗАЩИТНЫЕ СИСТЕМЫ КЛЕТОК
Действие защитных систем направлено на химическую модификацию ксеноботиков, что снижает их токсичность и способствует их удалению из клеток. Подавление цитотоксического действия электрофильных ксенобиотиков и ок-сидантов также основано на усилении биохимических систем, участвующих в восстановлении окисленных тиольных групп глутатиона, тиоре-доксина и других клеточных белков.
Процесс выведения ксенобиотиков из клеток можно представить в виде трех последовательных этапов (или фаз). В реакциях первой фазы участвуют цитохромы P450 и флавинсодержа-щие монооксигеназы. Эти ферменты гидрокси-лируют ксенобиотики, что повышает их растворимость и облегчает дальнейшую химическую модификацию и секрецию. Известно, что высокая активность моноооксигеназ может иметь нежелательные последствия: повышать токсичность ксенобиотиков, модифицировать эндогенные стероиды и инактивировать лекарственные соединения. Большая часть электрофиль-ных ксенобиотиков, обсуждаемых в этой статье, на экспрессию цитохромов P450 не влияет.
Электрофильные соединения стимулируют экспрессию ферментов второй фазы инактивации ксенобиотиков, значительную часть которых составляют изоферменты глутатион-8-транс-феразы (GST), которые катализируют конъюгацию ксенобиотиков и эндогенных электро-фильных соединений (органические перекиси, эпоксиды, ненасыщенные альдегиды) с глутати-оном. Изоферменты GST присутствуют в разных клеточных компартментах: цитоплазме, эн-доплазматическом ретикулуме и митохондриях. Ксенобиотики индуцируют экспрессию генов
GSTA1-4, GSTP1,2, GSTM1-6 и MGST2,3. Наряду с метаболизмом ксенобиотиков, GST участвуют в биосинтезе простагландинов, лейкотриенов и стероидных гормонов. Образование конъюгатов ксенобиотиков также осуществляют сульфотранс-фераза и UDP-глюкоронозилтрансфераза (UGT). Эти ферменты модифицируют и повышают растворимость гидрофобных ксенобиотиков и эндогенных липофильных соединений (стероиды, билирубин, желчные кислоты). Третий этап инактивации ксенобиотиков обеспечивают трансмембранные переносчики, известные также как белки множественной лекарственной устойчивости (MRP), которые удаляют из клеток соединения, модифицированные на предыдущих стадиях их метаболизма. Элект-рофильные ксенобиотики активируют экспрессию генов MRP2-5 и 12. Высокий уровень экспрессии компонентов биохимических систем, участвующих в модификации и удалении ксенобиотиков, характерен для тканей, которые непосредственно соприкасаются с внешней средой или участвуют в процессах детоксикации: печени, почках, коже, легких и пищеварительной системе [1, 4].
Многие индуцибельные ферменты, входящие в защитные системы, участвуют в инактивации ксенобиотиков и эндогенных соединений, которые могут генерировать активные формы кислорода (АФК). В организме антиок-сидантные ферменты экспрессируются во всех тканях [2]. Гемоксигеназа 1 (HO-1) расщепляет несвязанный гем с образованием биливердина, производное которого, билирубин, имеет анти-оксидантные свойства [5]. Также один из наиболее важных антиоксидантных ферментов — NAD(P)H хиноноксидоредуктаза 1 (NQO1). Этот флавопротеин катализирует двухэлектрон-ное восстановление хинонов, что снижает возможность их одноэлектронного восстановления до семихинонов редуктазами цитохрома P450 и последующей генерации супероксида [6]. В инактивации электрофильных соединений, способных алкилировать сульфгидрильные группы белков и аминогруппы нуклеиновых кислот, участвуют микросомная эпоксидгидро-лаза и альдокетонредуктазы (AKR1 a, b, c). Аль-докетонредуктазы катализируют NAD^H-за-висимое восстановление алифатических и ароматических альдегидов и кетонов до первичных и вторичных спиртов [2].
Антиоксидантную защиту клеток также обеспечивает обширная группа ферментов, участвующих в инактивации АФК (H2O2, органические перекиси, супероксид и пероксинитрит), восстановлении окисленных остатков цистеина клеточных белков и регенерации NAD(P)H [2].
Ксенобиотики и эндогенные электрофильные соединения индуцируют экспрессию перокси-редоксинов (изоферменты РЯВХ1,6). Эти пе-роксидазы используют тиоредоксин (РЯБХ1-5) или глутатион (РЯБХ6) как доноры электронов при восстановлении Н202 и органических перекисей и имеют очень высокую каталитическую активность (КТг(Н202) ~ 107 М-1 с-1) [7, 8]. Элект-рофильные ксенобиотики также индуцируют экспрессию тиоредоксина, тиоредоксинредук-тазы (ТгхМ) и сульфиредоксина (8гхп1) (восстанавливает тиольные группы пероксиредоксина при их окислении до сульфеновой кислоты — 800Н) [2, 9]. В присутствии ксенобиотиков также возрастает экспрессия супероксиддисму-таз, глутатионперексидазы (ОРХ2) и ферментов метаболизма глутатиона: глутатионредуктазы, у-глутамилцистеинлигазы, глутатионсинтазы, мембранного переносчика глутатиона (х-СТ), а также ферментов, участвующих в восстановлении №АО(Р)Н: глюкозо-6-фосфатдегидрогена-зы, 6-фосфоглюконатдегидрогеназы и малатде-гидрогеназы [2].
К зависимым от ксенобиотиков и электрофилов относятся белки, связывающие ионы металлов: ферритин и металлотионеины (МТ1,2), а также простагландинредуктаза 1 (РТОМ), которая участвует в инактивации лейкотриена В4 и подавлении воспалительных процессов [2].
РЕГУЛЯЦИЯ ЭКСПРЕССИИ ЗАЩИТНЫХ ГЕНОВ. ФАКТОР Nrf2
Активация транскрипции защитных генов происходит при контакте клеток с ксенобиотиками и повышении уровня эндогенных электрофильных соединений. В промоторных областях чувствительных к ксенобиотикам генов (около 400), многие из которых кодируют ферменты антиоксидантной защиты и ферменты второй и третьей фаз метаболизма ксенобиотиков, имеется характерная регуляторная последовательность ARE [1, 10]. Обобщенная структура 16-нуклео-тидного участка ARE: TMANNRTGA
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.