НЕЙРОХИМИЯ, 2010, том 27, № 3, с. 257-263
== МЕТОДЫ =
УДК 612.8
НИТРОЗАТИВНЫЙ СТРЕСС В МОЗГЕ: АУТОАНТИТЕЛА К НИТРОТИРОЗИНУ В ЛИКВОРЕ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ МАРКЕР
© 2010 г. М. В. Онуфриев
Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва
Обзор посвящен роли нитрозативного стресса и его продуктов в патологических процессах в мозге. Обсуждаются взаимодействия оксида азота и его интермедиатов с биомолекулами при физиологических условиях и при нейродегенеративных патологиях, когда происходит усиление нитрозативного стресса. Приводятся данные о модуляции функций белков в результате их ковалентной модификации реактивными формами азота. Обсуждается реакция иммунной системы организма на нитрованные по нитротирозину белки и возможная роль аутоантител к нитротирозину как маркеров нитрозативного стресса в мозге.
Ключевые слова: оксид азота, реактивные формы азота, 8-нитрозилирование, нитрование, 3-нитро-тирозин, аутоантитела, нейродегенеративные патологии.
Физиологические и патологические функции NO связаны не только с его непосредственным действием на биомолекулы, но во многом предопределяются его химическими превращениями in vivo, в результате которых образуются производные оксида азота или реактивные формы азота, взаимодействующие с широким спектром биологических мишеней и осуществляющие различные биологические эффекты [1]. Дисрегуляция продукции и/или метаболизма NO и реактивных форм азота, которая происходит при нитрозативном стрессе, может повлечь за собой модификацию структуры и функций белков, нарушение внутриклеточного сигналинга, повреждение и гибель клеток. Целью настоящего обзора является анализ данных литературы и результатов собственных исследований, касающихся аспектов действия NO и реактивных форм азота на белковые мишени, связанных с посттрансляционной модификацией белков и индукцией иммунного ответа организма при нейродегенеративных патологиях.
ПРЯМЫЕ РЕАКЦИИ N0
Классическим примером взаимодействия N0 с гемсодержащими белками является активация растворимой гуанилатциклазы. N0, связываясь с железом гема, вызывает конформационные изменения и активирует цитоплазматическую гуанилат-циклазу с образованием из ГТФ цГМФ, который играет ключевую роль в регуляции сосудистого тонуса и нейротрансмиссии [2]. Активация гуанилатциклазы — обратимый процесс; предполагают, что
* Адресат для корреспонденции: 117485 Москва, ул. Бутлерова, 5а; e-mail: mikeonuf1@rambler.ru
есть два варианта дезактивации этого фермента: во-первых, простая диссоциация N0 из гема и обратная конформационная перестройка гуанилатциклазы; во-вторых, действие внешнего фактора, например, глутатиона, который взаимодействует со связью N0-железо и способствует быстрой диссоциации комплекса [3]. Не смотря на то, что взаимодействие N0 с цитоплазматической гуанилатцик-лазой активирует фермент и последующие биологические процессы, образование комплекса N0 с другими гем-содержащими ферментами, такими как цитохромоксидаза, каталаза и цитохром Р-450 ингибирует активность этих ферментов [4]. N0 также может взаимодействовать и с негемовыми ме-таллосодержащими белками, такими как металло-тионеины, вызывая высвобождение внутриклеточного цинка и ингибирование апоптоза [5]. Фермент цикла Кребса, аконитаза, содержит 4Бе-48 кластер и ингибируется донорами N0 [6]. Взаимодействие N0 с различными металлосодержащими группами белков может приводить как к активации, так и ин-гибированию ферментов, является обратимым и происходит как при физиологических условиях, так и при патологиях.
РЕАКЦИИ 8-НИТРОЗИЛИРОВАНИЯ
8-нитрозилирование осуществляется через перенос иона нитрозония N0+ к восстановленным тиолам с продукцией RSN0 и рассматривается последнее время как обратимая и селективная посттрансляционная модификация белков наряду с фосфорилированием и ацетилированием [7].
Образование RSN0 связано с потерей одного электрона и переходом азота из степени окисления +2 в +3. Возможны несколько вариантов образова-
ния Я8МО в биологических системах. Прямое присоединение N0 к ЯБН происходит только в случае взаимодействия с тиильным радикалом Я8«. Окисленные формы N0 являются более эффективными для присоединения к восстановленным тиолам. Традиционным нитрозилирующим соединением является триоксид азота N203, который образуется в реакции N0 с 02 или с пероксинитритом, напрямую взаимодействует с восстановленными тиолами с образованием нитрозотиолов RSN0 [8, 9]. Комплексы железа (III), такие как порфирины и гем белков, активируют N0 с образованием реактивных форм азота, которые нитрозилируют тиолы и амины [10]. Еще одним механизмом S-нитрозили-рования является перенос N0 между разными тиолами, т.е. реакции транснитрозилирования, с участием низкомолекулярных S-нитрозотиолов и S-нитрозоцистеинсодержащих белков [11]. Предполагают также, что продукт одноэлектронного восстановления и протонирования N0, нитроксил HN0, может образовываться эндогенно и непосредственно вступать в реакции S-нитрозилирова-ния тиолов [12, 13].
В связи с тем, что большинство белков содержит цистеиновые остатки, а активность N0C является доминирующим источником N0, предполагают наличие факторов, обеспечивающих специфичность S-нитрозилирования. К ним относятся электростатические взаимодействия, которые контролируют рКа тиолов, гидрофобная компартментали-зация, аллостерические регуляторы (например, Са2+, М§2+ и 02/редокс статус), которые модулируют доступность и реактивность тиолов, а также ко-локализация N0C и белков, которые являются мишенями S-нитрозилирования [14].
N0, реагируя с цистеиновыми остатками белков, может проявлять нейротоксические и нейро-протекторные свойства. Например, ингибирование NMDA-рецептора и каспаз посредством S-нитро-зилирования оказывает нейропротекторное действие [15, 16, 17], тогда как S-нитрозилирование матриксной металлопротеиназы 2/9, глицеральде-гид-3-фосфат дегидрогеназы, протеиндисульфиди-зомеразы и паркина вовлечено в патогенезе нейро-дегенеративных заболеваний [18—21].
Степень S-нитрозилирования белков зависит от соотношения скоростей нитрозилирования и де-нитрозилирования. Разложение RSN0 катализируют металлы переменной валентности, например, железо и медь, а также различные окислители и восстановители, включая активные формы кислорода и аскорбат [22—24]. Более того, продемонстрирована способность окислительно-восстановительных ферментов, таких как ксантиноксидаза, S-нитро-зоглутатионредуктаза, дисульфидизомераза и система тиоредоксин/тиоредоксинредуктаза и ряда других белков восстанавливать низкомолекулярные нитрозотиолы [25—28].
РЕАКЦИИ НИТРОВАНИЯ
Нитрованию, присоединению нитро группы (NO2), подвержены липиды, спирты, небольшие молекулы и остатки ароматических аминокислот [29, 30]. Образование 3-нитротирозина (3-НТ) в белках рассматривают как посттрансляционную модификацию с важными патофизиологическими последствиями. 3-НТ формируется в результате замены атома водорода на NO2 в одном из двух атомов углерода, находящихся в орто положении по отношению к —OH группе фенольного кольца остатка тирозина [31].
Нитрование тирозина проходит в две стадии; инициирующая стадия — окисление фенольного кольца Tyr с образованием продукта одноэлектрон-ного окисления радикала Tyr (Tyr«). Эту функцию могут исполнять окислители, встречающиеся in vivo, например CO- ♦, «OH, *NO2 и металло-содержащие белки. На следующей стадии происходит присоединение *NO2 к Tyr« в радикал-радикал терминирующей реакции. Несколько нитрующих соединений принимают участие в нитровании тирозина in vivo. Сильный окислитель и нитрующий агент пероксинитрит (ONOO-) образуется в быстрой реакции между «NO и супероксидом
(O-') и после протонирования в кислоту гомоли-тически расщепляется на *NO2 и «OH [32]. В присутствии CO2 в физиологических концентрациях (1.3 мМ) образуется нитрозо-пероксокарбоксилат-
ный аддукт (ONOOCO-), который распадается на ♦NO2 и C O3 ♦. Выход продуктов нитрования усиливается в присутствии CO2, поскольку CO- • является лучшим окислителем ароматического кольца Tyr, чем «OH. К другим нитрующим агентам относятся гем-содержащие пероксидазы — ми-елопероксидаза или пероксидаза эозинофилов, которые в присутствии пероксида водорода (H2O2)
могут окислять нитрит (NO-) и Tyr до *NO2 и Tyr« с последующим формированием 3-НТ [33, 34].
Предполагают, что некоторые последовательности аминокислотных остатков в белках обеспечивают селективность нитрования Tyr. Среди них: (1) присутствие одного или более остатка кислых аминокислот по соседству с целевым Tyr (остатки глутамата или аспартата), (2) небольшое число остатков цистеина и метионина рядом с нитрованным Tyr и (3) присутствие аминокислотных остатков пролина и глицина [35]. Металлопротеины, такие как Mn-СОД и простациклинсинтаза, могут катализировать свое собственное нитрование пероксинитритом или нитрование белков в ближайшем окружении [36, 37].
Нитрование связанного с белками тирозина может не влиять на функциональную активность бел-
ков, но в большинстве случаев связано с модуляцией их функций. Например, у больных острым респираторным дистресс синдромом показано, что нитрование белков плазмы а1-антихимотрипсина и трансферрина не вызывает существенных функциональных изменений in vivo и in vitro [38]. Тем не менее, нитрование Mn-СОД инактивирует фермент [39], а образование нитротирозина в микросо-мальной S-глутатионтрансферазе связано с ее активацией [40].
ОБРАЗОВАНИЕ НИТРОТИРОЗИНА ПРИ ЗАБОЛЕВАНИЯХ, СОПРОВОЖДАЮЩИХСЯ ГИБЕЛЬЮ НЕЙРОНОВ
При физиологических условиях синтез NO в мозге обеспечивают две Са2+/кальмодулин-зависи-мые изоформы NOQ которые присутствуют в эн-дотелиальных клетках ^NOQ NOС типа III) и нейронах ^NOQ NOС типа I) и продуцируют наномо-лярные количества NO в ответ на временное повышение внутриклеточной концентрации Са2+. NO, генерируемый эNOС и нNOС, необходим для контроля мозгового кровотока, тогда как NO синтезируемый нNOС функционирует так же как нейро-трансмиттер, модулирует нейроэндокринные функции, память и поведение [41, 42]. При различных патологических условиях, включая нейродеге-неративные заболевания, большие
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.