Ц Нейротрофины: Ьтерапевтическии потенциал
О.А.Гомазков,
доктор биологических наук
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии им.В.Н.Ореховича РАМН Москва
История нейротрофинов — большого семейства крупных полипептидов, регулирующих выживание, развитие и функцию нейронов, — началась в 1951 г., когда работавшая в США итальянка Р.Леви-Мон-тальчини обнаружила регенерацию симпатических нервных клеток куриного зародыша при добавлении к ним экстракта опухолевых клеток. Результаты ее работы послужили основой гипотезы о наличии в раковых клетках вещества, стимулирующего рост нервной ткани.
Рита Леви-Монтальчини родилась в Турине в семье инженера Адамо Леви (в начале научной карьеры она добавила к отцовской фамилии девичью фамилию матери). Как пишет Рита в своей биографии, в их интеллигентной семье царил типичный викторианский стиль, подчиненный решениям главы семейства: «Он решил, что дочери (Анна, Паола и я) не пойдут по пути, который открывает профессиональную карьеру, мешающую обязанностям жены и матери». Но юная Рита, завершив среднее образование, поступила в медицинскую школу Туринского университета и получила степень со специализацией по неврологии и психиатрии. Интерес к нейроэмбриологическим исследованиям пробудился под влиянием гистолога Дж.Леви, у которого она работала ассистентом в Институте анатомии. Когда нацисты оккупировали Северную Италию, Рита Леви-Мон-
© Гомазков О.А., 2012
тальчини спешно уехала во Флоренцию, где устроила маленькую лабораторию в своей квартирке. После войны она приехала в Соединенные Штаты по приглашению известного нейробиоло-га и эмбриолога В.Гамбургера, чтобы работать с ним в Вашингтонском университете.
Тогда молодая ассистентка предположила, что запрограммированная гибель нервных клеток имеет значение для нормального развития нервной системы. И, хотя профессор был против, Леви-Монтальчини настояла на проведении экспериментов. Пересадив опухолевые клетки мыши куриному эмбриону, она обнаружила, что нервные клетки зародыша быстро прорастали в ткань опухоли (даже если та не находилась в непосредственном контакте с эмбрионом). Отсюда следовал вывод: рост нервов вызывало неизвестное вещество, содержащееся в опухоли. Его назвали фактором роста нервов (Nerve Growth Factor, NGF). В 1953 г. к этой работе Леви-Монтальчини присоединился американский биохимик С.Коэн. Он выяснил природу новой субстанции, определил химическую структуру, а также открыл второе вещество подобного типа, названное эпидер-мальным фактором роста.
Поначалу идея фактора роста Леви-Монтальчини воспринималась без энтузиазма. Новое вещество не было традиционным гормоном, вызывающим реакцию эндокринного типа, а оказалось неизвестной белковой субстанцией, необходимой
Рита Леви-Монтальчини, Нобелевский лауреат, первооткрыватель нейротрофинов. Сегодня она старейший из ныне живущих нобелевских лауреатов. В 2009 г. она отметила свое 100-летие.
для развития и выживания специфических нейрональных клеток. Позднее открытие фактора роста нервов назвали «удивительным примером того, как опытный исследователь может создать концепцию из кажущегося хаоса» [1].
Историю многолетнего поиска нейротрофинов Леви-Мон-тальчини описала при вручении Нобелевской премии, которую она получила вместе с Коэном в 1986 г. Один из самых значительных на сегодня ее выводов состоял в утверждении: «Коль скоро перерезка нервного волокна стимулирует синтез ростового фактора нервов (что служит дополнительным указанием замечательной его пластичности в контролировании экспрессии гена фактора), вполне вероятно, это свой-
Структура NGF: несколько петель (I—V) формируют узел цистеиновых остатков около вершины молекулы. В рамках отмечены «мотивы» комбинаций аминокислотных остатков, участвующих в связывании с тирозинкиназным рецептором и в регуляции активности нейтрофинов.
ство может модулироваться фармакологическими агентами, действующими по тому же пути, что и регуляция его синтеза и рилизинга NGF».
Сегодня можно говорить о целой системе регуляторных молекул, объединяемых в два десятка суперсемейств и подсемейств, которые обладают сходной гомологией, но отличаются деталями регулирующих функций. Общее для этого множества — способность контролировать процессы на уровне ядерного аппарата клетки и стимулировать создание новых функционально значимых молекул и, соответственно, новых клеточных структур.
Как устроены нейротрофины?
Одно из самых значительных изобретений природы — аминокислота. Эта небольшая органическая молекула способна, соединяясь в различных комбинациях с двумя десятками других аминокислот, выстраивать сложные биохимические структуры. Из таких комбинаций составляются небольшие олигопептиды (самый «скромный» нейропеп-тид — три аминокислоты) и белки, включающие несколько тысяч аминокислотных последовательностей; в нейротрофинах их от 200 до 300.
Ростовой фактор нервов (NGF) — димер из одинаковых субъединиц (по 118 аминокислотных остатков), каждая из которых имеет семь витков, образующих антипараллельные пары. Длинноцепочечная структура молекулы должна быть удобно упакована для дальнейших метаболических превращений. Известно также, что аминокислотные остатки [28 — 36], [43—49], [91—98] и [59—66] в структурных петлях важны для установления соотношения структура—активность отдельных блоков («мотивов») молекулы NGE Впоследствии эти сведения станут отправной точкой
для синтеза лекарственных препаратов, имитирующих активность целой нейротрофиновой молекулы.
На примере другого соединения — нейротрофического фактора мозга (BDNF) — подробно изучены внутриклеточный синтез и последующие превращения вещества. Этот фактор синтезируется в эндоплазматичес-ком ретикулуме клетки как белковый предшественник — про-BDNF (249 аминокислотных остатков). При дальнейшей транспортировке в аппарат Гольджи он подвергается энзиматичес-кой обработке (процессингу) матриксными металлопротеи-назами плазмином и фурином и образует «зрелую» молекулу BDNE Она упакована в секреторные пузырьки, присутствует в пресинаптических окончаниях аксонов и постсинаптичес-ких окончаниях дендритов, откуда высвобождается в активной форме. Секреция BDNF регулируется увеличением Са2+ в мембране через потенциал-зависимые кальциевые каналы или NMDA-рецепторы.
Эффекты нейротрофинов реализуются при их взаимодействии со специфическими для них тирозинкиназными рецепторами Trk-A, Trk-B, Trk-C и универсальным рецептором p75NTR. Эти белки, составленные из нескольких сотен аминокислотных последовательностей, различаются в строении, что и определяет особенности их связывания с лигандом (нейротрофи-ном). При взаимодействии, например, BDNF с TrkB-рецепто-рами включается цепочка сигнальных реакций с участием ферментов митоген-активируе-мой протеинкиназы, фосфати-дилинозитол-3-киназы и фос-фолипазы С Соединение ней-ротрофина с рецептором определенного подтипа принципиально для последующей физиологической реакции, в результате нейрон либо погибает, либо, напротив, выживает.
Таким образом, химическое строение (особенности комбинаций аминокислот) нейротро-фина, его внутриклеточный ферментативный процессинг с образованием активной молеку-
лы, соединение с рецептором и экспрессирование цепочки сигнальных молекул служат пред-^^ течей физиологической регуля-^ ции роста клеток, их пролиферации, программируемой гибели или, напротив, выживания, а также стимулирования синте-^ за нейротрансмиттеров и других функционально значимых молекул.
мозных медиаторных реакций в мозге. Нарушение этого соотношения, например избыточное образование глутамата, возбуждающего медиатора, может стать одной из причин возникновения невральной патологии. Эти ключевые функции обеспечивают пластичность нервной системы, составляют основу адаптивных процессов, которые связаны с мозгом и с восстановлением функций, нарушенных патологией.
Значит, традиционное представление о нейротрофической (питательной) функции и сам термин «нейротрофины» оказываются анахронизмом. Изучение нейротрофинов в течение последних 30 лет позволяет, скорее, говорить о них как об организаторах функции нейронов и защитниках нервной ткани от негативных процессов.
Окислительный стресс. Метаболизм мозга отличается интенсивным окислительным обменом. В нормальных условиях потребление клетками мозга кислорода составляет 3—4 мл/100 г/мин, а уменьшение этой величины до 1.5 и ниже приводит к значительным нарушениям в нейронах. Насколько оправданы опасения, что при окислительном стрессе ткани мозга повреждаются? Методами клеточной физиологии удалось продемонстрировать, что в этой ситуации накапливаются свободные радикалы. Так, при ишемии содержание супероксид-аниона, гидроксид-ради-кала и пероксинитрита увеличивается примерно в 10 раз, хотя в норме эти соединения присутствуют лишь в следовых количествах [2].
Активные формы кислорода (АФК) разрушают нейрональ-ные мембраны, атакуют ключевые рецепторы и ферменты нервной ткани и вызывают гибель нейронов. Молекулы свободных радикалов резко увеличивают чувствительность ткани к возбуждающим медиаторам, воздействуя на глию и нейроны. Действие это усиливается окру-
жающими глиальными клетками, которые создают своеобразный блок для эндотелия, будучи менее проницаемыми для анти-оксидантов. В то же время сво-боднорадикальные формы кислорода способствуют дополнительному образованию оксида азота, который регулирует вазо-дилатацию сосудов и обеспечивает больший приток крови. Таким образом, различные пути регуляции, в которых нейротро-фины играют определенную роль, способствуют выживанию нейронов.
Оценивая роль нервной ткани в антиоксидантной защите, следует выделить ряд фактов. В экспериментах на гиппокампе мышей установлена обратная корреляция уровней суперок-сиддисмутазы, глутатионперок-сидазы, каталазы и фактора роста нервов. Содержание последнего в нейронах постепенно увеличивалось после кортикальной травмы мозга, а введение его в перфузат устраняло повреждение дорзальных корешков спинного мозга. Это было связано с одновременной активацией антиоксидантных компонентов — каталазы, глута-тиона и глутатионпероксидазы. Нейрона
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.