<<
>>

Гены с ARE-контролируемой экспрессией

В клетках млекопитающих количество регулируемых ARE генов составляет несколь­ко сотен. Методом олигонуклеотидного микроанализа в клетках нейробластомы челове­ка было выявлено 137 генов (0,14 % определяемых генов), экспрессия которых возраста­ла под действием w/^w-бутилгидрохинона [137].

Сравнительный анализ индуцируемых

дитиол-З-тионом генов в печени мышей дикого типа, нокаутов по Nrf2 или двойных нокаутов по Nrf2 и Keapl позволил выявить 231 ARE-индуцируемый ген, а также 31 ген, транскрипция которых под действием Nrf2 снижалась [127]. Применённая для анализа система позволяла оценивать 12 400 генов, поэтому количество выявленных ARE- зависимых генов составляло около 2 % и было сходным для нокаутов по Nrf2 и двойных нокаутов по Nrf2 и Keapl. Аналогичное сравнительное исследование действия эффек­тивного индуктора ARE сульфорафана в клетках тонкого кишечника мышей дикого типа и нокаутов по Nrf2 позволило установить 77 регулируемых Nrf2 генов, или 1,3 % из 6000 проанализированных генов [218]. В разные сроки действия гипероксии (более 95 % 02) были выявлены 175 генов, транскрипция которых возрастала, причем у мышей дикого типа значительно сильнее, чем у нокаутов по Nrf2, и около 100 генов, экспрессия кото­рых, напротив, снижалась [41]. Под действием сульфорафана in vivo в печени крыс бо­лее чем в 2 раза изменялась активность транскрипции 562 генов (11 % генома) [83].

Среди белков, гены которых регулируются ARE, можно выделить две большие груп­пы ферментов, действие которых направлено на поддержание окислительно­восстановительного баланса и усиление антиоксидантной защиты клеток, а также деток­сикацию электрофильных ксенобиотиков и выведение их из клеток (табл. 77). Ферменты II фазы биотрансформации ксенобиотиков (глутатион-Б-трансферазы, УДФ- глукуронозилтрансферазы, НАД(Ф)Н:хиноноксидоредуктаза, гемоксигеназа-1 и др.) служат для удаления и инактивации эндогенных токсических продуктов окисления (гид­роперекиси, хиноны, гемы) и ксенобиотиков. Вместе с тем, большинство из этих энзи­мов обладают определёнными антиоксидантными свойствами, и усиление их синтеза в условиях окислительного стресса оказывает защитное действие на клетки.

Важную роль в антиоксидантной защите организма и поддержании окислительно­восстановительного баланса играют легкоокисляющиеся белки и пептиды, в состав ко­торых входят SH-содержащие аминокислоты цистеин и метионин. Особенное значение среди них имеет глутатион, который стоит на первом месте среди органических соеди­нений по содержанию в клетках эукариот (до миллимолярных значений), поэтому дан­ному трипептиду часто приписывается роль главного водорастворимого антиоксиданта

[235] (см. главу 2). В условиях развития окислительного сгресса увеличение содержания в8Н защищает клеточные структуры и белки от повреждений, а также усиливает инак­тивацию гидроперекисей и других токсичных продуктов окисления [182]. Мембраны клеток млекопитающих плохо проницаемы для глутатиона, поэтому основную потреб­ность в нем клетки решают за счет эндогенного синтеза, который осуществляется двумя ферментами - глутаматцистеинлигазой [КФ 6.3.2.2; систематическое название Ь- глутамат:Ь-цистеин-у-лигаза (АДФ-образующая); синоним у-глутамилцистеинсинтетаза] и глутатионсинтазой [КФ 6.3.2.3; систематическое название Ь-глутамил-Е-

цистсингглицинлигаза (АДФ-образующая)].

Таблица 77

Известные белки, экспрессия которых происходит через активацию АЛЕ

Белки, гены которых регулируются ARE Ссылка Белки, гены которых регулируются ARE Ссылка
Ферменты детоксикации ксенобио- А нт и оксидант ы
тиков
Глутатион-Б-трансферала А1 мыши [35, 138, Гемоксигеназа-1 мыши, [90, 138J
184] человека [7, 162]
Глутатион-Б-трансферала А2 мыши, [35, 184] Тяжёлая и лёгкая цепи у-глутамил-
крысы, [109, ПО] цистеинсинтетазы мыши, человека [29, 254]
человека [152] Тяжёлая цепь у-глутамилцистеин-
I лутатион-8-грансфераза A4 мыши [35, 184] синтетазы человека [106,160]
Глутатион-Б-трансфераза А5 крысы, [76] Глутатионпероксидаза 2 человека [17]
человека [152] Глутатионредуктаза мыши, [184]
Глутат HOH-S-трансфераза М1 мыши [35, 184] человека Ц37]
Глутатион-Б-трансферала М2 мыши [35, 184] Синтаза тромбоксана А2 человека 1239]
Глутатион-Б-трансфсрала М3 мыши, [35, 184] Н- и L-субъединицы ферригина 1176]
человека [137] Метатлотионеин-1 мышей [8, 185]
Глутатион-8-трансфераза М4 мыши [35, 184] Метатлотионеин-1 и 2 крыс [27]
НАД(Ф)Н:хиноноксидоредуктаза 1 Индугибельная NO-синтаза крыс [126]
мыши, [184] Тиоредоксин мыши, [216]
человека [82, 104] быка, [192]
NR Н : х и но н о кс ид оред у ктаз а 2 человека [117, 162]
человека [144] Тиоредоксинредукт аза человека [137]
Глюкуронозилт рапсфераза-1 аб [138] Тиоредоксинредуктаза 1 быка [192]
Псроксиредоксин 1 мыши, [93]
человека [162]
СОД1 человека [172]
СОДЗ мыши [138]

Глутаматцистеинлигаза млекопитающих представляет собой гетеродимер, состоящий из каталитической тяжёлой (у человека 73 кДа, кодирующий ген находится в хромосоме 1) и регуляторной лёгкой субъединиц (у человека 28 кДа, ген в хромосоме 6). Вся ката­литическая активность фермента, также как обратная регуляция глутатионом, связана с тяжёлой субъединицей. Кинетические свойства глутаматцистеинлигазы в физиологиче­ских условиях определяются лёгкой субъединицей, возможно, посредством формирова­ния редокс-чувствительной дисульфидной связи между субъединицами. Синтез обеих субъединиц глутаматцистеинлигазы у мышей регулируется ARE и значительно снижен у нокаутированных по ARE животных [31, 254]. В регуляции транскрипции гена лёгкой
цепи в клетках гепатокарциномы человека участия ARE не выявлено [67]. Промоторный участок гена, кодирующего тяжёлую субъединицу глутаматцистеинлигазы человека, включает 4 антиоксидант-чувствительных элемента, из которых два, называемые ARE3 и ARE4, являются критическими для синтеза соответствующей мРНК в клетках гепато- мы HepG2 [53, 160]. Помимо ARE в регуляторных участках генов тяжёлой цепи глута­матцистеинлигазы мыши, крысы и человека содержатся XRE, металл-чувствительные элементы, регионы связывания факторов транскрипции NF-кВ, АР-1, АР-2, поэтому синтез фермента и, соответственно, глутатиона может усиливаться посредством многих воздействий [121, 156, 160]. Так, устойчивость опухолевых клеток человека к антикан­церогенным препаратам (цисплатин и доксорубицин) связывается со стимуляцией син­теза лёгкой и тяжёлой цепей глутаматцистеинлигазы через АР-1 [85]. Действие курку- мина, по-видимому, также реализуется через совместную индукцию АР-1 и ARE [52]. Несмотря на то, что в промоторном участке гена каталитической субъединицы глута­матцистеинлигазы крыс не выявляется регуляторного сайта ARE, синтез белка зависит от факторов транскрипции Nrfl и Nrf2, которые могут действовать посредством повы­шения экспрессии факторов АР-1 и NF-kB [240]. Активация синтеза компонентов у- глутамилцистеинсинтетазы в астроцитах крыс под действием wpew-бутнлгидрохинона увеличивала синтез глутатиона и его содержание в клетках, при этом скорости конъюга­ции и выведения GSH изменялись незначительно [208].

Основной антиоксидантный эффект глутатиона реализуется посредством его участия в работе ферментативных антиоксидантов; будучи субстратом для глутатионпероксидаз, глутатион фактически выступает донором атомов водорода для восстановления Н202 и липидных перекисей. Среди известных сегодня 7 изоформ глутатионпероксидаз участие ARE показано в регуляции селеновой "желудочно-кишечной" ГП02, которая способна восстанавливать перекись водорода и гидроперекиси жирных кислот, но не гидропере­киси фосфолипидов [17]. У крыс этот изофермент локализован главным образом в желу­дочно-кишечном тракте, в то время как у людей - в печени и толстом кишечнике. Счи­тается, что ГП02 выступает барьером на пути поступления гидроперекисей в организм. На клетках DYR21 из почек сирийского хомяка показано участие ARE в регуляции син­теза белка хСТ цистин/глутамат-транспортной системы, от активности которой зависит синтез глутатиона [194]. Глутатионредуктаза, восстанавливающая окисленный глутати­он, также регулируется через ARE [184]. Таким образом, под контролем ARE находятся основные ключевые элементы синтеза глутатиона, поддержания его в восстановленном состоянии и метаболизма [208].

Наряду с глутатионом важную роль в восстановлении дисульфидных связей в белках и поддержании окислительно-восстановительного баланса в клетках играют тиоредок- сины и глутаредоксины (см. главу 2). При этом если для восстановления тиоредоксинов служат специальные ферменты тиоредоксинредуктазы, то глутаредоксины восстанавли­ваются глутатионом, и фактически являются переносчиками атомов водорода с НАДФН на окисленные белки через глутатионовую систему:

GSSGНАДФН + Н+-

Г лутаредоксинюедуктаза Y

НАДФ""1^ 2GSH^A-

Усиление синтеза тиоредоксина наблюдается при многих видах окислительного стресса. В эритролейкемических клетках К562 гемин и /я/?е/я-бутилгидрохинон индуци­
ровали экспрессию гена тиоредоксина посредством активации ARE [117, 118]. Стимуля­ция сульфорафаном синтеза тиоредоксина в клетках сетчатки глаз у мышей снижала токсическое действие света и также сопровождалась индукцией ARE [216]. Следует от­метить, что тиоредоксин не только регулируется ARE, но и сам влияет на активацию последнего посредством усиления связывания фактора транскрипции Nrf2 со своим промотором [70, 118]. Предполагается, что такой механизм самоусиливающего действия тиоредоксина позволяет сделать более быстрым ответ клеток на окислительные воздей­ствия и эффективно поддерживать окислительно-восстановительный баланс. Среди трёх изоформ тиоредоксинредуктаз, выявленных и охарактеризованных в клетках млекопи­тающих, индуцибельной является цитоплазматическая селенсодержащая тиоредоксин- редуктаза 1, синтез которой на транскрипционном уровне регулируется ARE [80. 247]. Добавление в корм крыс брокколи или сульфорафана повышало содержание тиоредок- синредуктазы в печени [78]. Селен и сульфорафан синергично увеличивали активность фермента в клетках гепатом мыши и человека (Нера1с1с7 и Нер2), при этом селен не влиял на его транскрипцию [78, 80]. Предполагается, что селен (селенит натрия) повы­шает активность тиоредоксинредуктазы 1 в клетках Нер2 на посттранскрипционном уровне посредством усиления синтеза белка и повышения стабильности мРНК [247]. Помимо сульфорафана, действие других "классических" индукторов ARE трет- бутилгидрохинона, Р-нафтофлавона также сопровождалось усилением синтеза мРНК тиоредоксинредуктазы в клетках гепатомы человека Нер2 [80]. Стимулируя ARE, ионы кадмия, диэтилмалеат и арсенит индуцировали синтез тиоредоксина и тиоредоксинре­дуктазы 1 в эндотелиальных клетках из бычьих артерий [192].

В регуляции синтеза пероксиредоксина 1 ARE является ключевым элементом [89]. В перитонеальных макрофагах мышей, нокаутированных по фактору транскрипции Nrf2, не наблюдалось изменения синтеза пероксиредоксина 1 в ответ на разные стрессовые воздействия [94]. Под действием окисленных липопротеинов низкой плотности, так же как и 4-гидрокси-2,3-ноненаля, в перитонеальных макрофагах и гладкомышечных клет­ках мыши усиливался синтез стрессового белка А170, гемоксигеназы-1 и пероксиредок­сина 1 [92]. Индукция синтеза пероксиредоксина 1 в перитонеальных макрофагах мыши сопровождалась транслокацией Nrf2 в ядро и отсутствовала в клетках, полученных от нокаутированных по Nrf2 животных [92, 94]. Вместе с тем, в исследованиях, проведён­ных на культурах печёночных макрофагов крыс и клетках RAW264.7 моноцитарного происхождения, было показано, что индукция пероксиредоксина 1 в ответ на действие форболового эфира зависит от протеинкиназы С, Ras и киназ МЕКК1 и р38, но не от экспрессии Nrf2 [77].

Хиноноксидоредуктазы [НАД(Ф)Н:хиноноксидоредуктаза 1 и ^Н:хиноноксидо- редуктаза 2] представляют собой флавопротеины, которые катализируют восстановле­ние хинонов посредством переноса атомов водорода с НАД(Ф)Н или дигидроникотина- мидрибозида (NRH). НАД(Ф)Н:хиноноксидоредуктаза 1 человека (первоначально опи­сана как DT-диафораза, КФ 1.6.99.2) - фермент с молекулярной массой около 54 кДа, состоящий из двух идентичных субъединиц и катализирующий двух- или четырёхэлек­тронное восстановление широкого спектра эндогенных и экзогенных хинонов, хинони- минов и некоторых других азотсодержащих соединений [188]. Работа каждой субъеди­ницы в составе гомодимера независима, однако в случае четырёхэлектронного восста­новления они функционируют синхронно. Уникальной ферментативной особенностью НАД(Ф)Н:хиноноксидоредуктазы является возможность использования в качестве вос­становительных кофакторов как НАДН, так и НАДФН. Одновременный перенос на мо­лекулу субстрата двух атомов водорода позволяет избежать появления реакционных семихинонных радикалов, что наблюдается при последовательном одноэлектронном восстановлении.

Будучи коферментом для убихинона (коэнзим Q) и токоферилхинона (окисленная форма витамина Е), НАД(Ф)Н:хиноноксидоредуктаза поддерживает данные клеточные антиоксиданты в восстановленном состоянии [59]. Такое действие фермента особенно важно для сохранения структурной целостности митохондрий в условиях нарушения работы электронтранспортной цепи, в частности при действии ротенона, который инги­бирует комплекс I цепи переноса электронов [34]. Антиоксидантный эффект НАД(Ф)Н:хиноноксидоредуктазы 1 реализуется посредством ингибирования окисли­тельно-восстановительных циклических трансформаций хинонов с образованием АКМ, кроме того, фермент может катализировать реакцию дисмутации Oj в Н202, однако

скорость этой реакции (к = 2,5 х К)4 М ‘с 1) значительно ниже катализируемой СОД1 (к = 1,69 х 109 М^с'1) [205]. Независимо от своей ферментативной активности НАД(Ф)Н:хи- ноноксидоредуктаза 1 способна связываться с шаперонами Hsp70 и Hsp40 [10], а также белком-супрессором опухолей р53, тем самым стабилизируя его в цитоплазме клеток [9, 11]. Кумарины (дикумарол, куркумин) и некоторые флавоны ингибируют НАД(Ф)Н:хиноноксидоредуктазу 1, повышают деградацию р53 и угнетают р53- индуцированный апоптоз в тимоцитах и миелолейкемических клетках [166, 223]. Сни­жение апоптоза костномозговых предшественников может быть причиной развития миелоидной гиперплазии, которая наблюдается у мышей, нокаутированных по НАД(Ф)Н:хиноноксидоредуктазе 1 [143]. Предполагается, что стабилизация р53 и уве­личение его содержания в цирротической печени крыс делает клетки более устойчивыми к окислительным повреждениям и может лежать в основе усиления процессов пролифе­рации и фиброгенеза [225].

Мыши, нокаутированные по НАД(Ф)Н:хиноноксидоредуктазе 1, рождались нор­мальными, по развитию и воспроизводству существенно не отличались от животных дикого типа, однако содержание брюшного жира и толерантность к инсулину у них бы­ли снижены - возможно, за счёт увеличения в клетках уровней НАДФН и НАДН [66]. Кроме того, такие мутанты были более чувствительными к канцерогенному действию 7,12-диметилбенз[а]антрацена [145] и токсическому действию менадиона. Уровни экс­прессии НАД(Ф)Н:хиноноксидоредуктазы 1 в тканях человека значительно варьируют, однако высокое содержание фермента отмечается в клетках опухолей желудочно- кишечного тракта и печени [103].

Ген НАД(Ф)Н:хиноноксидоредуктазы человека локализован в области 16q2.2 и ха­рактеризуется высокой степенью полиморфизма [188]. Гомо- и гетерозиготные мутанты широко представлены во всех этнических группах. Так, гомозиготный нуль-генотип был выявлен у 4% людей кавказской национальности, 5 % афроамериканцев, 16% амери­канцев мексиканского и 22 % - азиатского происхождения [214]. Гетерозиготный гено­тип представлен более широко и наблюдается у 40 % кавказцев, 34 % афроамериканцев, 52 % американцев мексиканского происхождения и 57 % азиатского. У людей с нуль- генотипом в 2 раза увеличена частота развития рака желудка, а также повышен риск раз­вития миелолейкоза, лёгочных и уротелиальных опухолей, базальноклеточной карцино­мы кожи, рака толстого кишечника, чешуйчатоклеточной карциномы пищевода [166]. Помимо ARE, промоторы генов НАД(Ф)Н:хиноноксидоредуктаз мыши, крысы и чело­века содержат участки XRE, TRE (12-O-tetradecanoylphorbol- 13-acetate responsive element) и AP-2-связывающие, поэтому индукция синтеза ферментов наблюдается в от­вет на широкий спектр ксенобиотиков и воздействий [103, 166, 231]. Хотя

ШН:хиноноксидоредуктаза-2 изучена значительно меньше, в регуляторном участке ее гена также показано наличие ARE, XRE и SP1-связывающих регионов [144].

Микросомальная гемоксигеназа (КФ 1.14.99.3) - лимитирующее звено гемового ка­таболизма, она превращает гем в биливердин-1Ха с высвобождением атома железа и СО. Жизненная необходимость такой реакции в клетках связана с тем, что в концентрациях выше 1 мкМ не связанный с белком гем становится эффективным генератором АКМ [195]. Образующийся при расщеплении гема биливердин при участии биливердинредук- тазы (КФ 1.3.1.24) быстро переходит в билирубин, обладающий эффективным антира- дикальным действием в отношении супероксидных и пероксильных радикалов. Высво­бождающийся в реакции СО по своим физико-химическим свойствам сходен с радика­лом N0*, он также способен активировать гуанилатциклазу и обладает сосудорасши­ряющим действием.

Таким образом, гемоксигеназу можно отнести и к ферментам II фазы детоксикации ксенобиотиков, так как она позволяет клеткам избавляться от реакционных гемовых комплексов, а также к антиоксидантным ферментам [14]. В клетках млекопитающих охарактеризованы 3 изоформы гемоксигеназ: конститутивная (основная форма сущест­вования фермента в физиологических условиях); индуцибельная гемоксигеназа-1 (клас­сифицирована как белок теплового шока Hsp32) и малоизученная и достаточно экзоти­ческая (на сегодняшний день выявлена только у крыс) гемоксигеназа-3. Гемоксигеназы- 1 и -2 человека иммунологически различны, и кодирующие их гены находятся в разных хромосомах. Конститутивная гемоксигеназа-2 с молекулярной массой около 34 кДа ло­кализована в эндоплазматическом ретикулуме и регулируется доступностью гема и ки­назами. Экспрессия синтеза гемоксигеназы-1 регулируется ARE и повышается в ответ на широкий спектр прооксидантных и воспалительных стимулов: Н202, ультрафиолетовый свет, гем и металлы переменной валентности, дофамин, простагландины, бактериальные полисахариды и Т-хелперные цитокины.

Предполагается, что гемоксигеназа-1 может участвовать в регуляции воспалительно­го процесса посредством снижения экспрессии молекул адгезии VCAM-1 [16]. Противо­воспалительное действие гемоксигеназы-1 может реализовываться через ингибирование фактора транскрипции NF-кВ и, соответственно, экспрессии контролируемых им генов. Так, в эндотелиоцитах с повышенным содержанием гемоксигеназы-1 менее выражена активация NF-кВ в ответ на действие фактора некроза опухолей а и ИЛ-1 [16]. У мы­шей, нокаутированных по гемоксигеназе-1, выявляется высокая летальность при введе­нии эндотоксина, что объясняется коллапсом сосудов в результате резкого увеличения их адгезивной способности [178].

По сравнению с другими регулируемыми ARE ферментами гемоксигеназа-1 отлича­ется наиболее высоким индексом стимуляции в ответ на активаторы. Это связано с тем, что в нормальных условиях базальный уровень продукции фермента ингибируется фак­тором транскрипции Bachl (ВТВ and ÇNC homology 1; ВТВ - домен "Broad complex, Tramtrack, and Bric a brae", CNC - семейство "çap'n'çollar"), который, так же как Nrf2, относится к семейству факторов транскрипции семейства лейциновых молний и образу­ет гетеродимеры со вспомогательными Maf-белками [201, 207]. Предполагается, что в клетках свободный гем регулирует синтез гемоксигеназы-1 посредством дерепрессии Bachl [195]. Активирующее действие гемина на синтез гемоксигеназы значительно воз­растало в присутствии нитроксила (N07HN0) и доноров N0* [163]. Хотя ингибирую­щий эффект Bachl выявляется и для других ARE-регулируемых генов, в частности НАД(Ф)Н:хиноноксидоредуктазы в HepG2 клетках, однако он выражен значительно слабее [49]. В культурах разных клеток человека гипоксия, интерферон-у и хелатор ио­нов железа десферриоксамин стимулировали экспрессию Bachl и снижали продукцию гемоксигеназы-1, в то время как СоС12 оказывал противоположное действие [119]. Ионы Cd2+ (CdCl2) ингибировали транспорт Bachl в ядро и индуцировали транскрипцию мРНК гемоксигеназы-1 [210]. Аналогично Nrf2 транскрипционный фактор Bachl выявляется в цитоплазме, под действием wpew-бутилгидрохинона оба фактора перемещались в ядро, однако транслокация Nrf2 происходила значительно быстрее, в результате чего синтез ARE-регулируемых ферментов вначале возрастал, а в последующем снижался до нор­мального уровня [49].

Глутатион-8-трансферазы млекопитающих - большая группа ферментов, которая подразделяется на цитозольное семейство (классы а, |щ тг, а, 0. со, С). митохондриальное семейство (класс к, непосредственно вовлечённный во вторую фазу биотрансформации эндогенных и экзогенных ксенобиотиков) и микросомальное семейство, участвующее в синтезе эйкозаноидов (см. главу 2). В тканях человека выделяются 4 основных цито­зольных класса глутатион-Б-трансфераз (а, р., к и 0), которые являются димерами, со­стоящими из субъединиц с молекулярной массой от 22 до 26 кДа. В печени, почках и яичниках доминирует глутатион-S-трансфераза a-класса, в то время как в лёгких, мыш­цах, головном мозге, поджелудочной железе, эритроцитах и коже главным является изо­фермент л-класса. Глутатион-Б-трансферазы обладают широкой субстратной специфич­ностью, метаболизируя многие электрофильные соединения посредством конъюгации с глутатионом, что повышает их растворимость в воде и облегчает выведение из клеток. Достаточно специфические изоферменты субклассов А4-4 и 5.8 отвечают за выведение из клеток реакционных алкеналей, связывая их с глутатионом [39, 53]. Представители глутатион-8-трансфераз семейства a (GSTA1-1, GSTA2-2) мыши и человека могут вос­станавливать гидроперекиси, проявляя при этом глутатионпероксидазную активность [12, 202]. В отличие от классических Se-содержащих глутатионпероксидаз, GSTA1-1 и GSTA2-2 восстанавливают гидроперекиси жирных кислот и фосфолипидов, но взаимо­действуют с Н202 [242]. Оценки показывают, что в клетках печени и яичек человека бо­лее 50 % гидроперекисей жирных кислот и фосфолипидов восстанавливаются GSTA1-1 и GSTA2-2 [12, 242]. Однако в эритроцитах и тканях с низким содержанием глутатион-

S-трансфераз a-класса (лёгкие, сердце) вклад этих ферментов в пероксидазную актив­ность не превышал 15 % [242].

Таким образом, глутатион-S-трансферазы представляют собой важные компоненты антиоксидантной защиты в отношении реакционных эндогенных метаболитов, обра­зующихся при окислительном стрессе [202]. Помимо конъюгации ксенобиотиков с глу­татионом и восстановления гидроперекисей, глутатион-S-трансферазы катализируют реакции тиолиза и изомеризации, в частности, превращают простагландин Н2 в простаг- ландин D2 [74]. Посредством редокс-зависимого белок-белкового взаимодействия фер­менты могут вовлекаться в клеточную регуляцию. Так, в физиологических условиях GSTP1 связывается с протеинкиназой JNK, под действием Н202 происходит диссоциа­ция этого комплекса и активация киназы JNK [149].

Первые свидетельства существования ARE были получены при изучении экспрессии глутатион-S-трансферазы Ya (по современной классификации - фермента класса А1) у крыс [191]. Индукция синтеза GSTA1-1 и GSTA4-4 в клетках гепатомы крыс наблюда­лась под действием продуктов ПОЛ: 4-гидрокси-2,3-ноненаля, транс-2-гексеналя, 2- пропеналя и этакриновой кислоты [219]. В промоторном участке мышиного гена GSTP1 было выявлено наличие трёх последовательностей ARE и минимум 7 участков, связы­вающих андрогеновый рецептор [86]. Поэтому базальный уровень экспрессии GSTPI в печени мышей самцов примерно в 10 раз выше, чем у самок, и существенно снижается после кастрации, что связывается с действием андрогенов [71]. Анализ изменения со­держания мРНК разных классов глутатион-Б-трансфераз под действием бутилгидрок- сианизола показывает, что экспрессия мРНК многих изоформ глутатион-S-трансфераз в печени самок мышей значительно выше, чем самцов [35]. Нокаутированные по Nrf2 мыши имели низкий по сравнению с животными дикого типа базальный уровень в пече­ни глутатион-S-трансфераз классов а и ц, в то время как экспрессия изоферментов клас­са 71 не была изменена; индукция всех трёх классов глутатион-S-трансфераз в ответ на действие ксенобиотиков у мутантов была значительно снижена [73, 95]. Базальная экс­прессия GSTP1 в печени крыс по сравнению с печенью мышей невелика, однако индекс стимуляции в ответ на индукторы - выше. Под действием индукторов-активаторов ARE не наблюдалось усиления транскрипции гена GSTP1-1 человека, что может быть связано с ингибирующим действием другого фактора транскрипции, NF-kB [248].

Среди контролируемых ARE генов необходимо отметить гены металлотионеинов. Низкомолекулярные (6-7 кДа) металлотионеины широко представлены в цитозоле и ядрах клеток эукариот, содержат много цистеина (более 30 % всех а. к. о) и обладают высокой хелаторной способностью в отношении ионов тяжелых металлов (Си, Zn, Cd, Hg и др.), при этом каждая молекула белка может связывать до 7 ионов металла (см. гла­ву 2). Основным назначением металлотионеинов является поддержание гомеостаза не­обходимых для жизнедеятельности ионов Си и Zn, а также в случае интоксикации - уда­ление атомов тяжёлых металлов (Cd, Hg, Pb). Ввиду высокого содержания SH-rpynn металлотионеины выступают эффективными ингибиторами радикалов [228]. В пересчё­те на моль вещества металлотионеин по сравнению с глутатионом в 340 раз более эф­фективно ингибировал ОН-радикалы, в 800 раз - ОН*-индуцированные повреждения ДНК, в 10 раз - активность процессов ПОЛ в микросомах. Предполагается, что наиболее ярко антиоксидантная функция металлотионеинов проявляется в ядре, где они защища­ют от окислительных повреждений ДНК. У позвоночных животных промоторные участ­ки генов металлотионеинов содержат металл-, глюкокортиокоид- и антиоксидант - респонсивные элементы, участки связывания транскрипционных факторов Sp-1 и АР-1 [228]. В низких нетоксических концентрациях (< 20 мкМ) сульфорафан индуцировал синтез металлотионеинов МТ-1 и МТ-2 в клетках гепатомы человека HepG2, эта индук­ция сопровождалась повышением содержания Nrf2 в ядрах клеток [243]. В течение 2 часов после перорального введения крысам сульфорафана (50 мкмоль) транскрипция генов металлотионеинов (МТ-1/2 и МТ-1 а) в печени усиливалась более чем в 10 раз [83], а максимальное увеличение транскрипции генов металлотионеинов МТ-1/2 (в 43 раза) наблюдалось через 24 часа после введения.

Таким образом, белки многих контролируемых ARE генов относятся к числу протие- нов, выполняющих или непосредственно защитную функцию, или функцию восполне­ния уровня расходуемых низкомолекулярных интермедиатов, или функцию репарации важнейших макромолекул клетки в ситуациях с нарушением клеточного редокс-баланса. Поэтому фактор транскрипции Nrf2 и контролируемая им сеть ARE-регулируемых генов может рассматриваться как универсальная система клеточной защиты в условиях окис­лительного стресса. Естественным образом возникает вопрос: насколько она универ­сальна и не несёт ли элементы специфичности для разных типов клеток [131]? Если дан­ная система защиты изменяется по мере дифференцировки клеток, то можно предполо­жить, что она может изменяться и с возрастом, определяя продолжительность жизни индивидуума.

<< | >>
Источник: Меныцикова Е. Б. и др.. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты / Е.Б. Меныцикова, В.З. Ланкин, Н.К. Зенков, И.А. Бондарь, Н.Ф. Круговых, В.А. Труфакин. - М.: Фирма «Слово»,2006. - 556 с.. 2006
Помощь с написанием учебных работ

Еще по теме Гены с ARE-контролируемой экспрессией:

  1. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЭКСПРЕССИЯ ГЕНОВ
  2. ЭКСПРЕСС-МЕТОД ВЫДЕЛЕНИЯ ПГ ГРУПП Е И F ИЗ ЖИВОТНЫХ ОБЪЕКТОВ
  3. Гены аддуцина [ADD1, ADD2 и ADD3)
  4. Гены адренергических рецепторов
  5. Другие гены-кандидаты, полиморфные маркеры которых использовали для поиска ассоциации с АГ
  6. Москалев А. А.. Старение и гены. — СПб.: Наука,2008. — 358 с., 2008
  7. Гены РАС, химазы, синтетазы альдостерона и эндотелиальной NO-синтетазы
  8. Как клетки становятся злокачественными?
  9. Поиск генов-кандидатов, ассоциированных с АГ
  10. ВОЗДЕЙСТВИЕ ДЫМА, ОГНЯ И ПЛАМЕНИ (X00-X09)
  11. РЕКОМЕНДАЦИИ, ОСНОВАННЫЕ НА ПРИНЦИПАХ ДОКАЗАТЕЛЬНОЙ МЕДИЦИНЫ
  12. СИСТЕМА ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ
  13. Класс II (целесообразно)
  14. Цитокины