УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2009, том 40, № 2, с. 3-11
УДК 611.1
МИТОГЕНАКТИВИРОВАННЫЕ ПРОТЕИНКИНАЗЫ ШК И р38 -РЕДОКС-ЗАВИСИМЫЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МИШЕНИ НАРУШЕНИЯ АПОПТОЗА ПРИ ОКИСЛИТЕЛЬНОМ СТРЕССЕ
© 2009 г. Н. В. Рязанцева, В. В. Новицкий, Е. В. Кайгородова, Н. Ю. Часовских,
Е. Г. Старикова
ГОУ ВПО "Сибирский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию", Томск
В статье систематизированы данные современной литературы и результаты собственных исследований о роли митогенактивированных протеинкиназ ШК и р38 в нарушении регуляции программированной гибели клеток в условиях окислительного стресса.
Ключевые слова: апоптоз, окислительный стресс, митогенактивированные протеинкиназы (МАР-киназы) ШК ир38.
Апоптоз представляет собой активную форму клеточной гибели, которая является физиологическим механизмом устранения избыточных и/или функционально неполноценных клеток. Нарушение реализации летальной программы клеток вследствие дисбаланса про- и антиапопто-генных факторов приводит к патологическим изменениям структуры и функций органов и тканей. Дизрегуляция апоптоза, приводящая к его излишнему активированию или ингибированию, является важным звеном патогенеза различных заболеваний (онкологические, сердечно-сосудистые, нейродегенеративные, острые и хронические воспалительные процессы, сахарный диабет и др.) [21, 24, 49]. В то же время развитие указанных патологий связано с повреждением клеток, обусловленным окислительным стрессом вследствие прооксидантно-антиоксидантного дисбаланса [17]. В роли повреждающих агентов выступают активные формы кислорода (АФК), которые являются эффективным инструментом локального действия за счет высокой реакционной способности. Нарастание содержания АФК в тканях на фоне истощения резервов антиокси-дантной защиты приводит к окислительной модификации биомолекул, изменению активности ферментных систем, нарушению структуры мембран [15; 21].
Наряду с этим избыточная генерация АФК оказывает влияние на функциональное состояние редокс-чувствительных систем внутриклеточной регуляции апоптоза. К числу последних относятся митоген-активируемые протеинкиназы ШК и р38, фосфорилирующие ответственные за реализацию летальной программы клеток белки-мишени [58].
Активация JNK играет ведущую роль в запуске летальной программы клеток в ответ на стресс (воздействие провоспалительных цитокинов IL-1, TNF-a, свободных радикалов и др.) [58]. JNK участвует в регуляции апоптоза путем фосфори-лирования и активации фактора транскрипции р53 [22]. Установлено, что JNK-киназа может проникать в митохондрии, где фосфорилирует и активирует проапоптотические белки Bax и Bad, а также инактивирует антиапоптотические белки семейства Bcl-2 [10, 14, 58, 64, 91]. Киназар38 активирует фактор NF-kB, MEF2C [58], способствует экспрессии и митохондриальной трансдукции одного из важнейших апоптогенных белков Вах, опосредуя свое влияние через фосфорилирование р53 [69, 76]. Однако ряд исследований свидетельствуют о наличии антиапоптотической активности JNK и p38 [64, 84], зависящей от особенностей индуцирующих сигналов, комбинаций возможных путей их передачи и типа клеток. Расхождение представленных взглядов на обозначенную проблему затрудняет разработку фармацевтических подходов целенаправленной коррекции программированной гибели клеток при заболеваниях, сопряженных с дисбалансом окислительного метаболизма.
Анализ роли стресс-активируемых протеинкиназ JNK и p38 в реализации летальной программы клеток при окислительном стрессе, являющемся типовым универсальным механизмом развития патологических процессов разного генеза, положен в основу настоящей статьи.
1. АПОПТОЗ И ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ СТРЕСС: МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ ВЗАИМООТНОШЕНИЯ
Окислительный стресс является универсальным механизмом повреждения клетки при патологии разного генеза и характеризуется увеличением внутриклеточной генерации активных форм кислорода вследствие нарушения сбалансированности антиоксидантной и прооксидантной систем [7]. Известно, что механизмы генерации АФК при многих патологических процессах носят типовой характер, хотя причины, вызывающие интенсификацию свободно-радикальных процессов, могут быть разными. При этом повышение внутриклеточной продукции активных форм кислорода приводит к окислительной модификации ряда регуляторных молекул.
Показано, что различные заболевания (онкологические, инфекционно-воспалительные, сердечно-сосудистые, нейродегенеративные и др.) сопровождаются как дисбалансом окислительного метаболизма, так и нарушением программы апоптоза [21]. Так, угнетение клеточной гибели является одной из причин опухолевой трансформации и прогрессии, а ее излишняя стимуляция в нервной ткани ведет к развитию нейродегенера-тивных заболеваний [3, 5, 22]. Дисбаланс про- и антиапоптогенных факторов, приводящий к изменению реализации программированной гибели, имеет место при воспалении, бактериальных и вирусных инфекциях [24, 27].
Универсальность явления апоптоза позволяет говорить об участии АФК в индукции и регуляции клеточного саморазрушения. Такое предположение оправдано физико-химическими свойствами АФК, которые являются "идеальными" внутриклеточными мессенджерами, не требуют затрат энергии для своей инактивации и представляют одну из древнейших систем сигнализации [7, 15, 21].
В последние годы выявлен широкий спектр физиологических эффектов АФК, к которым прежде всего относятся регуляция клеточной пролиферации и тонуса сосудов [51, 74], индукция транскрипции определенных генов [60, 70]. АФК непосредственно участвуют в активации онкогенов c-fos и с-тус [46, 70, 90], а также гена c-jun [87]. О2- и Н2О2 активируют фактор транскрипции NF-kB, который вызывает экспрессию генов, кодирующих ряд цитокинов (IL-2, IL-8) и белков-регуляторов апоптоза (Bcl-XL, IAP, A1) [14, 63]. Свободный радикал NO^ подавляет активацию NF-kB, увеличивая индукцию ингибитора фактора транскрипции IkB и стабилизируя его [37, 66]. АФК активируют фосфорилирование тирозина и ингибируют его дефосфорилирование, что ведет к активации тирозинкиназ и стимуляции НАДФН-оксидазы нейтрофилов [49].
Таким образом, АФК, являясь вторичными мессенджерами, могут изменять функционирование клетки вплоть до запуска в ней суицидальной программы. При этом повреждающее действие на клетку могут оказывать все АФК, но наиболее токсичными являются вторичные радикалы. Так, данный эффект смеси ксантиноксидазы и пурина на изолированное сердце крысы не проявлялся, когда на миокард действовал только супероксид, но был сильно выражен в условиях, способствующих образованию вторичных радикалов из Н202 [79]. В миллимолярных концентрациях перекись водорода обладает цитотоксическим действием и вызывает гибель культуры фибробластов [79], гепатоцитов [13] и гладкомышечных клеток [18]. Показано, что Н202 вызывает смерть опухолевых клеток [39], эндотелиоцитов [48], NK-клеток и Г-лимфоцитов, полученных у ВиЧ-инфицированных людей, посредством апоптоза [16]. Установлено, что разные субпопуляции лимфоцитов неодинаково чувствительны к цитотоксическому действию перекиси водорода. Наиболее устойчивыми являются Г-хелперы [18], что может быть причиной изменения соотношения Г-хелперы/Г-супрес-соры и угнетения пролиферации лимфоцитов, вызываемой активированными нейтрофилами. У ВИЧ-инфицированных людей, уязвимость Г-хел-перов к действию in vitro перекиси водорода напротив, резко повышается (рост клеток в культуре замедляется при концентрации Н202 более 10 мкМ) за счет снижения внутриклеточного содержания и активности каталазы и восстановленного глутатиона [16]. По данным Murrell et al. (1990), перекись водорода в концентрации 10-6 М усиливает, а в концентрации 10-3 М - ингибирует пролиферацию фибробластов в культуре.
Механизмы цитотоксического действия Н202 довольно разнообразны. Так, in vitro Н202 в концентрациях 0.1-2.5 мМ вызывает однонитевые разрывы ДНК, что может служить причиной гибели клеток [29], в том числе Г-лимфоцитов у ВИЧ-инфицированных людей [15]. Данный механизм цитотоксического действия Н202 сопровождается фрагментацией молекул ДНК, что является признаком апоптоза [6, 14]. При действии Н202 в клетках снижается интенсивность гликолиза в результате инактивации альдегиддегидрогеназы и уменьшения содержания лактата [78]. Индукция процессов перекисного окисления липидов (П0Л) приводит к изменению физических свойств плазматических мембран: ингибируется трансмембранный перенос анионов, увеличивается проницаемость мембран для макромолекул. Возрастание внутриклеточной концентрации Са2+ приводит к активации фосфолипаз и фосфоинозитидного обмена [29], способствует истощению пула АТФ, сопровождающему гибель клеток [2, 56].
Для подтверждения предположения о влиянии дисбаланса окислительного метаболизма на реа-
лизацию летальной программы клеток в нашей лаборатории были проведены исследования по моделированию окислительного стресса in vitro с помощью воздействия экзогенной Н2О2 на культуру мононуклеарных лейкоцитов крови. Сравнительный анализ результатов аннексинового теста в культурах клеток, инкубированных с перекисью водорода в концентрациях 10, 50, 100 и 500 мкМ, не выявил достоверных изменений числа апоптозных клеток по сравнению с таковым в интактной культуре [25, 32, 33]. Выраженная индукция летальной программы была обнаружена в культуре мононуклеарных клеток, подверженной воздействию 1 мМ перекиси водорода. При культивировании мононуклеарных лейкоцитов с 5 мМ Н2О2, помимо увеличения содержания апоптоти-ческих клеток, выявлялось резкое увеличение числа некротизированных мононуклеарных клеток, что свидетельствовало о цитотоксическом эффекте данной концентрации Н2О2. Выявленные изменения при экспериментальном окислительном стрессе подтверждают факт участия АФК в индукции и передаче апоптотического сигнала [25, 32].
Таким образом, развитие окислительного стресса обусловлено нарушением сбалансированности антиоксидантной и прооксидантной систем. Образование АФК в организме следует рассматривать как обязательный элемент процесса жизнедеятельности. Однако многие вопросы регу
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.