научная статья по теме ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ АРГИНИНСОДЕРЖАЩИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ В ПЕПТИДАХ И БЕЛКАХ Химия

Текст научной статьи на тему «ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ АРГИНИНСОДЕРЖАЩИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ В ПЕПТИДАХ И БЕЛКАХ»

БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, 200S, том 34, № 2, с. 149-159

ОБЗОРНАЯ СТАТЬЯ

УДК 577.112.3S5.2

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ АРГННИНСОДЕРЖАЩИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ В ПЕПТИДАХ И БЕЛКАХ

© 2008 г. А. Н. Закуцкий*, Н. И. Чалисова**'#, Т. Ф. Субботина***

*Санкт-Петербургский институт биорегуляции и геронтологии Северо-Западного отделения РАМН;

**Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН, 199032, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 6;

***Кафедра биохимии Санкт-Петербургского медицинского университета им. акад. И.П. Павлова, Санкт-Петербург

Поступила в редакцию 16.01.2007 г. Принята к печати 07.02.2007 г.

L-Аргинин является источником оксида азота и играет большую роль в ряде других биохимических процессов. В обзоре рассмотрены функции и перспективы практического применения пяти групп ар-гининсодержащих последовательностей и синтетических полиаргининовых пептидов. Подробно описана физиологическая роль наиболее известных аргининсодержащих пептидов: RGD-содержащих, киоторфина, тафцина.

Ключевые слова: аргинин, пептиды, Arg-содержащие, DRY, RGD, киоторфин, полиаргинины.

В последнее десятилетие L-аргинин (L-Arg) стал одной из самых обсуждаемых аминокислот, причем не только в узко специализированных научных кругах, но и в среде практикующих врачей. Популярность L-Arg объясняется его уникальной ролью в синтезе оксида азота. В 1998 г. трем американским исследователям - Мюраду Ф., Игнар-ро Л., Фарчготту Р. (Ferid Murad, Louis Ignarro, Robert Furchgott) была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине за вклад в изучение роли "оксида азота как сигнальной молекулы в сердечно-сосудистой системе". Однако L-Arg, помимо участия в синтезе оксида азота, обладает и другими важными функциями.

В настоящем обзоре рассмотрены свойства пяти групп Arg-содержащих последовательностей и синтетических полиаргининовых пептидов, анализ которых необходим не только для решения фундаментальных научных вопросов, но и для понимания перспектив практического применения аргининсодержащих препаратов.

I. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ DRY (Asp-Arg-Tyr)

Существует группа рецепторов, сопряженных с различными G-белками, за счет которых происходит передача сигнального каскада (GPCR, G-protein-coupled receptor). В зависимости от области, участвующей в связывании лиганда, и природы лиганда выделяют три основных семейства

# Автор для связи (факс: (812) 328-05-01; эл. почта: ni_chalisova@mail.ru).

GPCR - А, В и С. Семейство А характеризуется наличием остатка Arg в последовательности Asp-Arg-Tyr (DRY-мотив), расположенной на ци-топлазматической поверхности третьего трансмембранного домена рецептора [1]. Чтобы понять важность белков А-семейства GPCR, достаточно взглянуть на список некоторых его представителей. Это родопсин ("световой рецептор"), aß-ад-ренорецепторы, М-холинорецепторы, В2-бради-кининовые рецепторы, Н2-гистаминовые рецепторы и многие другие [1]. В связи с высокой консервативностью DRY-мотива и практической важностью рецепторов А-семейства были подробно изучены функции отдельных аминокислотных остатков мотива.

Выяснилось, что аргинин необходим для взаимодействия с G-белком. При мутации по аргинину синтезируемый рецептор становится функционально неактивным [2]. Единственной аминокислотой, которая отчасти способна заменить аргинин в отношении функций DRY-мотива, является лизин [3], но в природных рецепторах последовательность Asp-Lys-Tyr не выявляется. Аргинино-вый остаток DRY-мотива играет центральную роль в работе GPCR, так как именно благодаря Arg происходит связывание G-белка. С другой стороны, поведение аргинина, иначе как пассивным, назвать трудно, поскольку при активации рецептора работают другие аминокислоты. В неактивном состоянии заряженная группа Arg спрятана внутри белка: в "полярном кармане" или "аргининовой тюрьме" [4]. Ключевым моментом активации рецептора является протонирование

остатка аспарагиновой кислоты DRY-мотива, приводящее к высвобождению аргинина в цитоплазму и взаимодействию рецептора с G-белком. Замена аргинина в DRY-мотиве на аланин ("за-ряднейтрализующая мутация") приводит к образованию рецептора с высокой агонистнезависи-мой активностью [5].

В большинстве G-белок-сопряженных рецепторах целесообразно рассматривать последовательность Ile/Leu-X-Y-Asp-Arg-Tyr-X-X-Ile/Val, где X, Y - это любые аминокислоты [б]. Нейтральные остатки (Ile, Leu, Val) окружают мотив DRY, создавая дополнительную стенку "аргининовой тюрьмы" и препятствуя взаимодействию аргинина с другими аминокислотными остатками. Необходимо отметить, что при активации G-белок-сопряженных рецепторов его конформация меняется таким образом, что на цитоплазматической поверхности оказывается несколько положительно заряженных аминокислот, а не только аргинин трипептида DRY. В частности, в активированном а1Б-адренорецепторе на цитоплазматической поверхности открываются три аминокислоты: Arg143 DRY-мотива, Arg288, Lys291 [7]. Подобная транслокация создает положительный заряд, достаточный для связывания G-белка. Таким образом, аргинин в DRY-последовательности при связывании G-белка хотя и не солирует, но лидирует, так как оказывается первым в череде сложных конфор-мационных изменений.

II. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ RGD (Arg-Gly-Asp)

В 1984 г. Пирчбакер (Pierschbacher M.D.) доказал, что последовательность RGD обеспечивает адгезионные свойства фибронектина [7]. Последующие исследования продемонстрировали, что многие интегрины (белки клеточной мембраны, соединяющие внеклеточный матрикс с внутриклеточным цитоскелетом) распознают во внеклеточных гликопротеинах именно RGD-мотив. К наиболее известным RGD-содержащим глико-протеинам внеклеточного матрикса относятся такие адгезивные молекулы, как фибронектин, ла-минин, витронектин, фактор фон-Виллебранда, остепонтин [8]. Низкомолекулярные соединения с RGD-мотивом, эффективно связывающиеся с интегринами, но не способные выполнять функции высокомолекулярных гликопротеинов, в научной литературе получили название "дизинте-гринов", так как нарушают клеточную адгезию.

Дизинтегрины обладают большим терапевтическим потенциалом, который связан с важностью процесса адгезии в функционировании всех без исключения клеток организма. В зависимости от адгезивных способностей, все клетки подразделяются на две группы: адгезионные и неадгезионные. Дизинтегрины вызывают энойкиз (anoi-

ikis) - вариант апоптоза, связанный с потерей кле-точно-матриксного взаимодействия, так как для "адгезионных" клеток взаимодействие с матриксом является необходимым условием выживания [9]. "Неадгезионные" клетки представлены циркулирующими клетками и форменными элементами: лейкоцитами, тромбоцитами, метастатическими клетками. Взаимодействие с матриксом никак не влияет на выживаемость "неадгезионных" клеток, но является необходимым условием для реализации их функций.

Дизинтегрины, как блокаторы функций "неадгезионных клеток", могут использоваться для терапии разнообразных заболеваний. Среди широкого разнообразия RGD-распознающиx интегринов можно выделить два рецептора, которые сегодня рассматриваются в качестве перспективных фармакологических мишеней. RGD-содержащие дизинтегрины: ащ^ (GPIIbIIIa) и (таблица). а-уР5-Интегрин также принимает участие в ряде патологических процессов, но его роль является вспомогательной по отношению к а^3. Ниже рассмотрены наиболее перспективные направления клинического применения RGD-содержащиx дизинтегринов.

1) Противосвертывающий эффект. RGD-пептиды стали применяться в качестве антиагре-гантов вследствие выявления критической роли одного из RGD-распознающиx интегринов - а^^ в адгезии и агрегации тромбоцитов [10]. Исторически, первыми ащд^-блокаторами стали монокло-нальные антитела. В настоящее время в клинике применяется только один такой препарат - абцик-симаб (РеоПро). Принципиальным недостатком моноклональных антител является невозможность пероральной терапии ими, поэтому были созданы блокаторы а^дш с использованием RGD-мотива (орбофибан, сибрафибан, лотрафи-бан, ксемилофибан, тирофибан). Отмечается клиническая эффективность этих препаратов при внутривенном введении, однако при их длительном пероральном приеме происходит увеличение смертности от сердечно-сосудистых осложнений [11].

2) Противоопухолевый и противометаста-тический эффект. Противометастатический эффект RGD-содержащиx пептидов связан с блокированием трех патогенетических механизмов мета-стазирования: опухолеиндуцированной агрегации тромбоцитов (блокаторы а^дд^, опухолеиндуциро-ванного ангиогенеза и непосредственного распространения опухолевых клеток (блокаторы а-уР3). Способность опухолевых клеток активировать агрегацию тромбоцитов прямо пропорциональна их метастатическому потенциалу. Образующиеся микротромбы способствуют задержке циркулирующих опухолевых клеток. Кроме того, при активации тромбоцитов выделяются различные

Перспективы клинического использования ЯОБ-содержащих дизинтегринов: блокируемый интегрин, клетка-мишень и патогенетический процесс, ингибируемый дизинтегринами

Рецептор Клетка-мишень Патогенетический процесс, ингибируемый дизинтегринами Клинический эффект или направление клинического использования

aIIb/IIIa Тромбоциты Агрегация тромбоцитов Антиагрегантный Противометастатический

Аурз Некоторые опухолевые клетки (меланома) Адгезия и инвазия Противометастатический (в отношении аурз-позитивных опухолей)

Эндотелиоциты, участвующие в ангиогенезе Ангиогенез Противометастатический и противоопухолевый Противовоспалительный (при хроническом воспалении) Профилактика и лечение про-лиферативной ретинопатии Профилактика и лечение ВИЧ-индуцированной саркомы Капоши

Гладкомышечные клетки Гиперплазия интимы Профилактика рестеноза сосудов Профилактика и лечение остеопороза

Остеокласты Резорбция костной ткани

биологически активные вещества, которые могут поддерживать высокую скорость деления опухолевых клеток и стимулируют ангиогенез формирующегося метастатического очага [12], поэтому RGD-содержащие блокаторы аПЬдпа ин-гибируют метастазирование. Селективные блокаторы а^-интегрина также обладают мощной противометастатической активностью за счет ингибирования опухолеиндуцированного а

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