CC BY
1of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.
Источник финансирования. Настоящее исследование поддержано грантом Российского фонда научных исследований №20-315-90102.
Funding source. This study was supported by the Russian Foundation for Scientific Research, grant No. 20-315-90102.
Информированное согласие на публикацию. Пациенты подписали форму добровольного информированного согласия на публикацию медицинской информации.
Consent for publication. Written consent was obtained from the patients for publication of relevant medical information and all of accompanying images within the manuscript.
Список сокращений
ДТП - дорожно-транспортное происшествие ЧМТ - черепно-мозговая травма
ОШ - отношение шансов АроЕ - аполипопротеин Е ПТЭ - посттравматическая эпилепсия
AMTEPATYPA/REFERENCES
1. Hyder AA, Wunderlich CA, Puvanachandra P, et al. The impact of traumatic brain injuries: A global perspective. NeuroRehabilitation. 2007;22:341-53. D01:10.3233/NRE-2007-22502
2. Salazar AM, Grafman J. Role of Antiseizure Prophylaxis Following Head Injury. Post-traumatic epilepsy: clinical clues to pathogenesis and paths to prevention. Handb Clin Neurol. 2015;128:525-38. D0I:10.1016/B978-0-444-63521-1.00033-9
3. Agrawal A, Timothy J, Pandit L, Manju M. Post-traumatic epilepsy: An overview. Clin Neurol Eurosurg. 2006;108:433-9. D0I:10.1016/j.clineuro.2005.09.001
4. Cecile JW, Ioannidis JPA, Bedrosian S, et al. Strengthening the reporting of genetic risk prediction studies (GRIPS): explanation and elaboration: grips statement: explanation and elaboration. Eur J Clin Invest. 201;141:1010-35. D0I:10.1111/j.1365-2362.2011.02493.x
5. Boone DR, Weisz HA, Willey HE, et al. Traumatic brain injury induces long-lasting changes in immune and regenerative signaling. PloS One. 2019;14. D0I:10.1371/journal.pone.0214741
6. Jarrahi A, Braun M, Ahluwalia M, et al. Revisiting Traumatic Brain Injury: From Molecular Mechanisms to Therapeutic Interventions. Biomedicines. 2020;8:389. D0I:10.3390/biomedicines8100389
7. Werner C, Engelhard K. Pathophysiology of traumatic brain injury. Br J Anaesth. 2007;99:4-9. D0I:10.1093/bja/aem131
8. Vespa PM, Nuwer MR, Nenov V, et al. Increased incidence and impact of nonconvulsive and convulsive seizures after traumatic brain injury
as detected by continuous electroencephalographic monitoring. J Neurosurg. 1999;91:750-60. D0I:10.3171/jns.1999.91.5.0750
9. Zimmermann LL, Diaz-Arrastia R, Vespa PM. Seizures and the Role of Anticonvulsants After 15. Traumatic Brain Injury. Neurosurg Clin N Am. 2016;27:499-508. D0I:10.1016/j.nec.2016.06.001
10. Misra S, Quinn TJ, Falcone GJ, et al. Impact of genetic polymorphisms on the risk of epilepsy amongst patients with acute brain injury: A systematic review. Eur J Neurol. 2023;30:1791-800. D0I:10.1111/ene.15777
11. Lamoureux L, Marottoli FM, Tseng KY, Tai LM. AP0E4 Promotes Tonic-Clonic Seizures, an Effect Modified by Familial Alzheimer's Disease Mutations. Front Cell Dev Biol. 2021;9:656521. D0I:10.3389/fcell.2021.656521
12. Raulin AC, Doss SV, Trottier ZA, et al. ApoE in Alzheimer's disease: pathophysiology and therapeutic strategies. Mol Neurodegener. 2022;17:72. D0I:10.1186/s13024-022-00574-4
13. Miller MA, Conley Y, Scanlon JM, et al. AP0E genetic associations with seizure development after severe traumatic brain injury. Brain Inj. 2010;24:1468-77. D0I:10.3109/02699052.2010.520299
14. Клинические рекомендации «Очаговая травма головного мозга» (утв. Минздравом России). М., 2022 [Klinicheskie rekomendatsii "0chagovaia travma golovnogo mozga (utv. Minzdravom Rossii). Moscow, 2022 (in Russian)].
Статья поступила в редакцию / The article received: 07.11.2023
omnidoctor.ru
I (cc)]by-nc-sa 4.0 ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ
О молекулярных механизмах воздействия пептидов стандартизированного гидролизата плаценты на функционирование митохондрий
И.Ю. Торшин1, О.А. Громова™, О.В. Тихонова2, А.Г. Чучалин3
'ФИЦ «Информатика и управление» Российской академии наук, Москва, Россия;
2ФГБНУ «Научно-исследовательский институт биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича», Москва, Россия;
3ФГАОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова» Минздрава России, Москва, Россия
Аннотация
Актуальность. Гидролизаты плаценты человека (ГПЧ), начало изучения которых было положено научной школой В.П. Филатова, в настоящее время исследуются посредством современных протеомных технологий. ГПЧ представляют собой перспективное средство для поддержания функции митохондрий и регенерации тканей и органов с высоким содержанием митохондрий (печени, сердечной мышцы, скелетной мускулатуры и др.). Молекулярные механизмы действия ГПЧ практически не изучены.
Цель. Идентификация в составе ГПЧ (Лаеннек, Japan Bioproducts) пептидов, поддерживающих функционирование митохондрий. Материалы и методы. Данные о химической структуре пептидов собирали посредством масс-спектрометрического эксперимента. Затем для установления аминокислотных последовательностей пептидов применены алгоритмы de novo секвенирования пептидов, основанные на математической теории топологического и метрического анализа хемографов. Биоинформационный анализ пептидного состава ГПЧ осуществлен посредством интегрального метода аннотации белков.
Результаты. Идентифицированы и описаны биологические функции 41 пептида в составе ГПЧ. Среди таргетных белков, активность которых регулируется выявленными пептидами и существенно влияет на функцию митохондрий, представлены каспазы (CASP1, CASP3, CASP4) и другие белки регуляции апоптоза (BCL2, CANPL1, PPARA), митоген-активируемые протеинкиназы (MAPK1, MAPK3, MAPK4, MAPK8, MAPK9, MAPK10, MAPK14), киназы каскада AKT1/GSK3B/MTOR и ряд других таргетных белков (рецептор ADGRG6, ингибитор киназы IKKE ядерного фактора каппа-би (NF-kB), пируватдегидрогеназы 2/3/4, НАД-зависимая деацетилаза сиртуин SIRT1, киназа ULK1). Заключение. Установлены пептиды ГПЧ, способствующие торможению формирования митохондриальной поры, апоптоза и избыточной аутофагии митохондрий в условиях оксидативного/токсического стресса, хронического воспаления и/или гиперинсулинемии.
Ключевые слова: митохондриальная недостаточность, гидролизат плаценты человека, Лаеннек, коморбидные состояния, биоинформатика, топологический анализ данных
Для цитирования: Торшин И.Ю., Громова О.А., Тихонова О.В., Чучалин А.Г. О молекулярных механизмах воздействия пептидов стандартизированного гидролизата плаценты на функционирование митохондрий. Терапевтический архив. 2023;95(12):1133—1140. DOI: 10.26442/00403660.2023.12.202494 © ООО «КОНСИЛИУМ МЕДИКУМ», 2023 г.
Введение
Практика «тканевой терапии», осуществляемая в течение многих лет научной школой В.П. Филатова, привела к формированию учения о «биогенных стимуляторах» - действующих начал тканевых экстрактов [1]. Несмотря на обширный клинический опыт тканевой терапии в России и за рубежом, химическая природа биогенных стимуляторов в составе гидролизатов плаценты человека (ГПЧ) и молекулярные механизмы их действия долгое время оставались недостаточно изученными. Современные подходы к исследованию тканевых экстрактов (прежде всего протеомные) позволяют детально внести искомую ясность в учение о биогенных стимуляторах, входящих в состав ГПЧ [2].
ГПЧ содержат мультитаргетные молекулы-модуляторы биологических процессов в организме человека - низкомолекулярные пептиды, микроэлементы, витамины, стероиды и др. Фундаментальные исследования пептидного,
микроэлементного, витаминного состава ГПЧ позволили охарактеризовать степень фармацевтической стандартизации ГПЧ и одновременно сформулировать механизмы фармакологического действия ГПЧ (гепатопротекторного, противовоспалительного, иммуномодулирующего, противовирусного и др.) на молекулярном уровне [2].
Одним из интересных эффектов ГПЧ является их воздействие на функции митохондрий - внутриклеточных органелл, осуществляющих выработку 90% молекул адено-зинтрифосфата посредством цикла Кребса и окислительного фосфорилирования. Нарушение синтеза аденозин-трифосфата определяет развитие различных заболеваний. Чаще всего метаболизм митохондрий нарушается вследствие следующих факторов:
1) нутриентных дефицитов (витаминов В1, В2, РР, В5, В6, липоевой кислоты, кофермента Q , микроэлементов железа, магния, марганца, цинка и др.);
Информация об авторах / Information about the authors
нГромова Ольга Алексеевна - д-р мед. наук, проф., вед. науч. сотр. ФИЦ ИУ РАН. E-mail: unesco.gromova@gmail.com; ORCID: 0000-0002-7663-710X; Scopus ID: 7003589812 Торшин Иван Юрьевич - канд. физ.-мат. наук, канд. хим. наук, вед. науч. сотр. ФИЦ ИУ РАН. ORCID: 0000-0002-2659-7998
Тихонова Ольга Валентиновна - канд. биол. наук, рук. Центра коллективного пользования «Протеом человека» ФГБНУ «НИИБМХ им. В.Н. Ореховича». ORCID: 0000-0002-2810-566X Чучалин Александр Григорьевич - акад. РАН, д-р мед. наук, проф., зав. каф. госпитальной терапии педиатрического фак-та, председатель правления Российского респираторного общества. ORCID: 0000-0002-6808-5528
HOlga A. Gromova. E-mail: unesco.gromova@gmail.com; ORCID: 0000-0002-7663-710X
Ivan Yu. Torshin. ORCID: 0000-0002-2659-7998 Olga V. Tikhonova. ORCID: 0000-0002-2810-566X
Alexander G. Chuchalin. ORCID: 0000-0002-6808-5528
ORIGINAL ARTICLE
Molecular mechanisms of the effect of standardized placental hydrolysate peptides on mitochondria functioning
Ivan Yu. Torshin1, Olga A. GromovaH1, Olga V. Tikhonova2, Alexander G. Chuchalin3
'Computer Science and Control, Moscow, Russia;
2Orekhovich Research Institute of Biomedical Chemistry, Moscow, Russia; 3Pirogov Russian National Research Medical University, Moscow, Russia
Abstract
Background. Human placenta hydrolysates (HPH), the study of which was initiated by the scientific school of Vladimir P. Filatov, are currently being investigated using modern proteomic technologies. HPH is a promising tool for maintaining the function of mitochondria and regenerating tissues and organs with a high content of mitochondria (liver, heart muscle, skeletal muscles, etc.). The molecular mechanisms of action of HPH are practically not studied.
Aim. Identification of mitochondrial support mitochondrial function-supporting peptides in HPH (Laennec, produced by Japan Bioproducts). Materials and methods. Data on the chemical structure of the peptides were collected through a mass spectrometric experiment. Then, to establish the amino acid sequences of the peptides, de novo peptide sequencing algorithms based on the mathematical theory of topological and metric analysis of chemographs were applied. Bioinformatic analysis of the peptide composition of HPH was carried out using the integral protein annotation method.
Results. The biological functions of 41 peptides in the composition of HPH have been identified and described. Among the target proteins, the activity of which is regulated by the identified peptides and significantly affects the function of mitochondria, are caspases (CASP1, CASP3, CASP4) and other proteins regulating apoptosis (BCL2, CANPL1, PPARA), MAP kinases (MAPK1, MAPK3, MAPK4, MAPK8, MAPK9 , MAPK10, MAPK14), AKT1/GSK3B/MTOR cascade kinases, and a number of other target proteins (ADGRG6 receptor, inhibitor of NF-kB kinase IKKE, pyruvate dehydrogenase 2/3/4, SIRT1 sirtuin deacetylase, ULK1 kinase).
Conclusion. HPH peptides have been identified that promote inhibition of mitochondrial pore formation, apoptosis, and excessive mitochondrial autophagy under conditions of oxidative/toxic stress, chronic inflammation, and/or hyperinsulinemia.
Keywords: mitochondrial deficiency, human placenta hydrolyzate, Laennec, comorbid conditions, bioinformatics, topological data analysis For citation: Torshin IYu, Gromova OA, Tikhonova OV, Chuchalin AG. Molecular mechanisms of the effect of standardized placental hydrolysate peptides on mitochondria functioning. Terapevticheskii Arkhiv (Ter. Arkh.). 2023;95(12):1133-1140. DOI: 10.26442/00403660.2023.12.202494
2) окислительного повреждения активными формами кислорода (супероксидом, перекисью водорода и др.) при недостаточной активности антиоксидантных ферментов супер оксиддисмут аз Mn, Cu/Zn, глутатионпе-роксидазы, пероксиредоксина III [3];
3) повышенных уровней медиаторов воспаления (фактора некроза опухоли а - ФНО-а и др.);
4) гипергликемии. В результате формируется весьма широкий круг патологий (табл. 1).
Дифференциальная диагностика наличия митохон-дриального компонента в патофизиологии заболеваний (см. табл. 1) осуществляется посредством анализа содержания органических кислот в моче и по оценке антиокси-дантного статуса крови. Крупномасштабные клинические исследования и метаанализы подтвердили, что митохон-дриальная дисфункция (МД) ассоциирована не только с мышечной астенией, но и со смертностью от острого респираторного дистресс-синдрома [4], патофизиологией нейропсихических и когнитивных нарушений центральной нервной системы [5], в том числе расстройств аутисти-ческого спектра [6], биполярного расстройства [7], болезни Альцгеймера [8] и др. Вследствие антиоксидантного, противовоспалительного, антиастенического и регенераторного действий перспективно исследовать свойства ГПЧ в терапии МД.
Целью настоящего исследования являлось нахождение в составе ГПЧ пептидов, поддерживающих функционирование митохондрий.
Материалы и методы
Методы протеомного анализа пептидных препаратов описаны в работах [9-11]. Вкратце анализ пептидного состава ГПЧ Лаеннек включил 4 этапа:
1) очистка препарата;
2) хроматографическое разделение пептидов;
3) определение многомерного масс-спектра пептидной фракции;
4) секвенирование de novo выделенных пептидов.
Очистка препарата состояла в отделении липидной
фракции и обессоливании. Пептиды в составе выделенной пептидной фракции разделялись с использованием параллельной системы хроматографического разделения пептидов UltiMate™ 3000 RSLCnano-system (Thermo Fisher Scientific Dionex) и хроматографической колонки-ловушки Acclaim™ PepMap™ (Thermo Scientific, Германия). Масс-спек-трометрический анализ осуществляли с использованием масс-спектрометра Q-Exactive (Thermo Fisher Scientific).
Для получения более подробной информации об аминокислотных последовательностях пептидов нами разработан комплекс программ DNVSEQP для проведения секвениро-вания de novo пептидов аминокислотных последовательностей на основании масс-спектрометрических данных. Данные программы основаны на применении математических теорий метрического анализа [12], топологического [13], комбинаторного [14] анализа данных, классификации значений признаков [15], теории анализа хемографов [16] к задачам идентификации аминокислотных последовательностей и химических молекул. Биоинформационный анализ пептидного состава ГПЧ (включая информацию о сайтах фосфорилирования, протеолиза и др.) осуществлялся посредством ранее описанного и многократно апробированного метода интегральной аннотации белков [17].
Результаты
Для 12 образцов ГПЧ Лаеннек проведено 20 протеомных экспериментов, в результате которых найдено 95 290 откликов в координатах «молекулярная масса - хромато-графическое время удержания». При проведении de novo секвенирования идентифицированы последовательности 293 452 возможных пептидов, а 55 434 из 293 452 последова-
тельности пептидов идентифицированы для более чем одного образца ГПЧ. В результате биоинформационного анализа 55 434 пептидов выявлен 41 пептид протяженностью 4-8 аминокислот. Каждый из этих пептидов вносит определенный вклад в поддержку функции митохондрий (табл. 2).
Митохондриально-протекторные свойства большинства пептидных фрагментов изученного ГПЧ обусловлены торможением апоптоза - программируемой гибели клеток, которая обязательно включает в себя деструкцию митохондрий посредством «митохондриальных пор» (белковых комплексов мембраны митохондрий, нарушающих ее целостность). В состав митохондриальных пор входят белки TSPO (периферический бензодиазепиновый рецептор), ци-клофилин-D и др. [18, 19]. Ингибирование процессов, приводящих к формированию пор митохондрий, существенно снижает апоптоз [20]. В табл. 3 суммирована информация о 23 таргетных белках, с которыми взаимодействуют пептидные фрагменты, перечисленные в табл. 2: каспазах, МАРК, киназах каскада AKT1/GSK3B/MTOR и др.
Далее рассмотрена регуляция пептидами ГПЧ Лаеннек активности каспаз и других белков-эффекторов апоптоза, МАРК, АКТ1-киназы и связанных с ней киназ mTOR и GSK3B, а также других таргетных белков, активность которых влияет на функционирование митохондрий.
Ингибирование пептидами Лаеннека каспаз и других белков-эффекторов апоптоза
Цистеиновые протеазы с общим названием «каспазы» составляют центральный механизм реализации апоптоза. Активация каспазы-1 стимулирует развитие МД [21], а ка-спаза-4 активирует пироптоз (программируемая некротическая гибель клеток) и формирование митохондриальной поры [22]. Каспаза-8 расщепляет и активирует каспазы 3/4/6/7/9/10 [23], индуцируя митохондриальный апоптоз
Таблица 2. Пептидные фрагменты, найденные в составе Лаеннека посредством секвенирования de novo, которые могут влиять на функционирование митохондрий в разных типах клеток*
Table 2. Peptide fragments found in the Laennec formulation using de novo sequencing that may affect mitochondria functioning in various cell types*
Встречае-мость,%** Пептид Лаеннека Фрагмент белка протеома Ген Белок протеома Функция пептида
14 GVLMDL GVLMDL ADGRG6 Адгезионный О-белковый рецептор Об ADGRG6
14 VGDELD IGDELD BAX Регулятор апоптоза ВАХ Bcl-2
14 RFLEQLG RFLAQLG BP1 Белок ВР Bcl-2
14 LAHFGEK LAHLGEK BCL2L13 Вс1-2-подобный белок 13 Bcl-2, CASP3
33 EVYG EVYG SPTAN1 Спектрин а1 CANPL1
39 FLTD FLTD GSDMD Гасдермин-Д CASP1/4
39 PPYA PPYA MARK2 Протеинкиназа МАЯК2 GSK3ß
100 RGLGPG RGLGPG SFPQ Пролин-глутаминовый фактор сплайсинга GSK3ß
44 YLDS YLDS CTNNB1 Катенин р1 GSK3ß
39 ASANF ASANF CEACAM8 Молекула адгезии клеток-8 GSK3ß
22 LPSGLL LPSGLL CCNE1 О1/8-специфический циклин-Е1 GSK3ß
22 PAGEPGL PPGEPGL BCAM Молекула адгезии базальных клеток GSK3ß
17 LNVLFG LNVLYG CEACAM8 Молекула адгезии клеток-8 GSK3ß
44 TGYV TGYV MAPK14 Митоген-активируемая протеинкиназа 14 MAP2K3, 2K4/2K6
39 FVTD FVTD NR2C1 Внутриядерный рецептор 2С1 MAPK1
39 TPLF TPLF RSPH3 Белок Я8РЫ3 MAPK1
Таблица 1. Признаки, симптомы и болезни, ассоциированные с МД
Table 1. Signs, symptoms and diseases associated with mitochondrial dysfunction
Система органов Симптоматика/патология
Мышцы Сердце
Головной мозг
Периферическая нервная система
Органы зрения Органы слуха
Почки Печень
Поджелудочная железа
Гипотония, астения, судороги, мышечная боль, птоз, офтальмоплегия
Нарушения проводимости сердца, кардиомиопатия
Задержка развития, умственная отсталость, аутизм, атипичный церебральный паралич, атипические мигрени, инсульт
Нейропатия, астения, гастроинтестинальный рефлюкс, запор, псевдонепроходимость кишечника, нарушения терморегуляции, респираторные проблемы
Оптическая нейропатия, пигментный ретинит
Нейросенсорная потеря слуха
Дисфункция проксимальных почечных канальцев, потери белка, магния, фосфора, кальция и других электролитов
Гипогликемия, нарушение глюконеогенеза, неалкогольные повреждения печени
Экзокринная недостаточность поджелудочной железы, инсулино-резистентность
Таблица 2. Пептидные фрагменты, найденные в составе Лаеннека посредством секвенирования de novo, которые могут влиять на функционирование митохондрий в разных типах клеток* (Окончание)
Table 2. Peptide fragments found in the Laennec formulation using de novo sequencing that may affect mitochondria functioning in various cell types* (End)
33 VDGLGT VDGLST ELK1 Белок, содержащий домен ЕТ8 MAPK1
28 LCQF LCQF DUSP16 Протеинфосфатаза-16 двойной специфичности MAPK1
11 TEYV TEYV MAPK1 Митоген-активируемая протеинкиназа 1 MAPK1, MAP2K2
43 LLGPFS LLSPFS GRB10 Белок-10 рецептора фактора роста MAPK1/3
14 LPGPLNP LPGPLSP MYOCD Миокардин MAPK1/3
78 GPLYPT GPFYPT MCTS1 Белок МСга MAPK1/3
56 PGPLNP PGPLSP MYOCD Миокардин MAPK1/3
14 PAGLPQ PAALPQ RPS6KA5 Киназа а-5 рибосомального белка в6 MAPK1/3/14
61 PAPALPQ PA-ALPQ RPS6KA5 Рибосомная протеинкиназа в6 а-5 MAPK1/3/14
39 NPLM NPLM RPS6KA5 Рибосомная протеинкиназа в6 а-5 MAPK1/3/14
11 DAGVTP DAAVTP APP Белок р-амилоида А4 MAPK10
33 FVPPVV FTPPVV SMAD2 Сигнальный белок SMAD2 MAPK3
57 AASGPAG AASSPAG SIRT1 НАД-зависимая деацетилаза сиртуин-1 MAPK8
44 FGLGAP FGLGSP NFATC4 Ядерный фактор-4 активированных Т-клеток MAPK8/9
22 PGGALF PGGTLF EIF4EBP1 Фактор инициации трансляции Е№4ЕБР1 MT0R
33 FPQF FPQF AKT1 RACа протеинкиназа MT0R, IKKE
14 PGVSCR PGVSYR PDHA1 Субъединица Е1а пируватдегидрогеназы PDK1/3/4/4
43 SENALVA SENSLVA GRB10 Белок-10 рецептора фактора роста PKB/AKT1
71 FAQPGL FSQPGL TBC1D1 Белок ТБСШ1 PKB/AKT1
43 SFPQPG SFSQPG TBC1D1 Белок ТБСШ1 PKB/AKT1
33 GAGGFG GTGGFG CHUK Ингибитор а-киназы ОТ-кБ PKB/AKT1
29 GLPTLL GLPNLL CHD9 ДНК-геликаза-связывающий белок 9 PPARA
57 EDLGPLL ESLGPLL NCOA1 Коактиватор ядерных рецепторов 1 PPARA
14 PTTEAQG PTQEAQG CCAR2 Белок-регулятор-2 клеточного цикла и апоптоза SIRT1
14 LLVPGDF LLVPSDF CCAR2 Белок-регулятор-2 клеточного цикла и апоптоза SIRT1
100 LLKDLL LLKELL FOXO1 Транскрипционный регулятор FOXO1 SIRT1
39 PGLLDEL PGLLKEL FOXO1 Транскрипционный регулятор FOXO1 SIRT1
22 HHLLRP HHLTRP PRKAA1 5'-АМР-активируемая протеинкиназа а-1 ULK1
^Приведены аминокислотные последовательности пептидов, закодированные в стандартном 20-буквенном формате. "Встречаемость пептида в исследованных образцах Лаеннека (процент протеомных экспериментов, в которых был найден соответствующий пептид). Пептиды упорядочены в соответствии с аббревиатурами генов таргетных белков (расшифровка этих аббревиатур - в табл. 3).
при посредстве МАРК 8/9/10 [24]. Каспаза-3 активируется каспазами 8/9/10, после чего расщепляет и активирует другие каспазы. Каспаза-9 играет существенную роль в деполяризации митохондриальной мембраны [25] и вызывает разрушение митохондрий посредством расщепления анти-апоптотических белков БСЬ-2 [26].
В составе ГПЧ Лаеннек найдены 2 пептида, которые могут ингибировать каспазы 1, 3, 4 - гептапептид ЬАЫБОЕК и тетрапептид ГПЧ БЬТБ (рис. 1, а). Пептид ГПЧ БЬТБ соответствует пептиду БЬТБ 272-275 белка гасдермина-Д, который находится на левой границе сайта 275-276, расщепляемого провоспалительными каспазами СА8Р1 и СА8Р4, и может ингибировать пироптоз, индуцированный бактериальными липополисахаридами. В ГПЧ найдены 3 пептида
УОБЕЬБ, ЬАЫБОЕК, RFLEQLG, являющихся фрагментами мотива «БН3», который может подавлять каспазы через взаимодействия с белком-регулятором апоптоза Бс1-2 [27].
В составе ГПЧ найден пептид, ингибирующий кальпа-ин-1 (ц-кальпаин, ген СЛ^РР1, см. рис. 1, Ь) - тиолпротеазу, что катализирует протеолиз субстратов передачи апопто-тических сигналов, который открывает митохондриальные поры при ишемии-реперфузии [28, 29]. Пептид EVYG, соответствующий пептиду EVYG 1174-1177 белка 8РТА№, содержит сайт 1176-1177, специфически расщепляемый ц-кальпаином, так что данный пептид - ингибитор ц-каль-паина.
Пептиды Лаеннека GLPTLL и EDLGPLL могут усиливать антиапоптотические эффекты пептидов-ингибиторов
Таблица 3. Таргетные белки, которые могут регулироваться пептидными фрагментами в составе Лаеннека и влиять на функцию митохондрий*
Table 3. Target proteins that can be regulated by peptide fragments in Laennec and affect mitochondrial function*
Ген Таргетный белок Функция белка
ADGRG6 Адгезионный G-белковый рецептор G6 Активация митохондрий
AKT1 Протеинкиназа B (PKB, Akt, RAC-PKa) Регулирует метаболизм, деление и выживание клеток
BCL2 Белок Bcl-2 Антиапоптотический белок
CANPL1 Кальпаин-1 (ц-кальпаин) Протеолиз субстратов, передающих сигналы апоптоза
CASP1 Каспаза-1 (ß-конвертаза интерлейкина-1 - ИЛ-1) Расщепляет ИЛ-1р, способствует апоптозу
CASP3 Каспаза-3 Инициация апоптоза
CASP4 Каспаза-4 Активация СА8Р1, пироптоз, апоптоз, вызванный стрессом
GSK3B Киназа гликогенсинтазы-3ß (GSK-3ß) Гомеостаз глюкозы, передача сигналов МП:, ответ на ФНО-а
IKKE Ингибитор NF-kB киназы эпсилон Передача сигналов от ФНО-а, ИЛ-1р и других провоспалительных цитокинов
MAPK1/3 Митоген-активируемая протеинкиназа 1 ERK-1/2 Регулируют транскрипцию, трансляцию и перестройку цитоскелета
MAPK4 Митоген-активируемая киназа-4 Компонент сигнального пути 8АР/ЩК, активируемого стрессом
MAPK 8/9/10 Митоген-активируемая протеинкиназа SAPK JNK1/2/3 Фосфорилируют факторы транскрипции типа «АР-1» (ЩЫ, 1ЭР2, АТБ2), способствуют апоптозу, сигнальный путь от провоспалительных рецепторов
MAPK14 Митоген-активируемая протеинки-наза 14 (CSBP, SAPK2a, p38-MAPK) Проапоптотический и провоспалительный белок, активируется в ответ на клеточный стресс
MTOR Протеинкиназа mTOR (белок-1 рапамицина) Фосфорилирует не менее 800 белков, регулирует аутофагию
PDK2/3/4 Киназа-2/3/4 пируватдегидрогеназы, митохондриальная Регуляция метаболизма глюкозы и жирных кислот посредством ингибирования пируватдегидрогеназы
PPARA Рецептор молекул-пролифераторов пероксисом Увеличение числа пероксисом и активности митохондрий
SIRT1 НАД-зависимая деацетилаза сиртуин-1 Ацетилирование белков, координация деления и метаболизма клетки, ответа на повреждение ДНК
ULK1 Протеинкиназа ULK1 (ATG1) Аутофагическая деградация митохондрий
*Строки таблицы упорядочены в соответствии с аббревиатурами генов.
каспаз через активацию РРАИ-белков, стимулирующих рост внутриклеточной популяции пероксисом - органелл, концентрирующих окислительно-восстановительные ферменты (уратоксидазы, каталазы, ферментов расщепления жирных кислот) и необходимых для метаболизма жиров, углеводов, желчных кислот, миелинизации нервов [30, 31]. Усиление активности РРАИ-белков соответствует поддержке функции митохондрий: активация РРАИа улучшает активность «дыхательного комплекса I» митохондрий [32], повышение уровней РРАИу, защищает потенциал ми-тохондриальной мембраны [33].
Ингибирование MAPK пептидами Лаеннека
Сигнальные пути МАРК контролируют транскрипцию генов, метаболизм, деление, подвижность, апоптоз/ выживание клеток. Избыточная активация сигнальных путей МАРК инициирует воспаление [34] и стимулирует гибель митохондрий [35]. Именно поэтому ингибирование пептидами Лаеннека ряда киназ МАРК 1/3/8/9/10/14, 2К 2/3/4/б будет способствовать поддержке выживания и митохондрий, и клеток. В составе ГПЧ установлено наличие 17 пептидов-ингибиторов МАРК (рис. 2, а).
Рис. 1. Структуры каспаз и кальпаина. Показаны поверхности связывания в активном сайте киназ, с которыми взаимодействуют пептиды Лаеннека: a - пространственная структура каспаз (на примере CASP1, PDB файл 1bmq); b - пространственная структура |-кальпаина, PDB файл 4ZCM.
Fig. 1. Structures of caspases and calpain. The binding surfaces in the active site of kinases with which Laennec peptides interact are shown: a - spatial structure of caspases (e.g., CASP1, PDB file 1bmq); b - spatial structure of |j-calpain, PDB file 4ZCM.
Передача сигналов по каскаду ERK1/2, включающего киназы MAPK1/3, приводит к МД, а ингибиторы MAPK1/3 оказывают защитное действие на митохондрии [36, 37]. В составе ГПЧ найдено 9 пептидов-ингибиторов MAPK1/3 (см. табл. 2). Например, пептид LLGPFS, найденный в ГПЧ, соответствует пептидному фрагменту 416-421 LLSPFS белка GRB10. Данный пептид интересен тем, что он включает серин-418 (LLSPFS), специфически фосфорилируемый ки-назами MAPK1/3. Однако пептид Лаеннека LLGPFS не содержит серина в данной позиции и поэтому будет являться ингибитором киназ MAPK1/3.
Протеинкиназы MAPK8/9 индуцируют инфламмасому NLRP3 и апоптоз, а их ингибирование MAPK8 усиливает митохондриальную функцию и способствует лечению сте-атогепатоза, в том числе при хроническом воспалении и окислительном стрессе [38]. В составе ГПЧ найдено 5 пептидов, которые являются потенциальными ингибиторами киназ MAPK8/9 (табл. 2), в том числе пептид AASGPAG, соответствующий фрагменту 24-30 AASSPAG белка SIRT1, в котором остаток серин-27 (AASSPAG) фосфорилируется посредством MAPK8. В пептиде AASGPAG в соответствующей серин-27 позиции представлен остаток глицина (AASGPAG), что делает данный пептид потенциальным ингибитором ки-назы MAPK8. Аналогичным образом пептид DAGVTP ин-гибирует MAPK10, а пептиды PAPALPQ и NPLM - MAPK14, что защищает митохондрии от апоптоза [39].
Ингибирование киназ каскада AKT1/GSK3/ mTOR пептидами Лаеннека
Фосфорилируя проапоптотические белки BAD и Bax, Ato-киназа (протеинкиназа В, PKB) стимулирует их активность [40]. Пептиды SENALVA, FAQPGL, SFPQPG и др. могут ингибировать протеинкиназу В (рис. 3, а). Например, пептид FAQPGL соответствует фрагменту 236-241 FSQPGL белка TBC1D1 (см. табл. 2). Из биохимических исследований известно, что остаток серин-235 (FSQPGL) этого белка фосфорилируется киназой PKB/AKT1. В то же время в FAQPGL остатки серина отсутствуют, поэтому пептид FAQPGL является ингибитором PKB (рис. 3, b).
PKB фосфорилирует GSK3P (киназу гликогенсинта-зы-3р) - регулятор глюконеогенеза, апоптоза, каскада Wnt, NF-KB-зависимого ответа на ФНО-а и митохондриального биогенеза [41]. В составе ГПЧ найдено 7 пептидов-ингибиторов киназы GSK3p. В частности, пептид PPYA соответствует пептиду PPYA 213-216 белка MARK2, расположенного справа от серина-212, фосфорилируемого GSK3p. В пептиде PPYA серин отсутствует, так что этот пептид будет ингибировать киназу GSK3p. Аналогично действуют и пептиды YLDS, ASANF, LPSGLL, PAGEPGL, LNVLFG (см. табл. 2).
Ингибирование протеинкиназы mTOR, связанной с PKB и GSK3p, улучшает функцию/биогенез митохондрий, способствуя устранению МД [42]. Пептид Лаеннека PGGALF - специфический ингибитор mTOR, так как вместо остатка серина/треонина содержит аланин в соответствующей позиции (PGGALF).
Пептиды Лаеннека, ингибирующие другие таргетные белки, влияющие на функции митохондрий
НАД-зависимая деацетилаза белков сиртуин-1 участвует в координации энергетического метаболизма клетки с процессами деления клетки, в формировании ответа клетки на повреждение ДНК, улучшает активность «дыхательного комплекса I» митохондрий [43] (рис. 4, а). Пептиды Лаеннека PTTEAQG (соответствует фрагменту 453-459
Рис. 2. Пространственная структура MAPK. Показана поверхность связывания лигандов в активном сайте киназы, с которым могут взаимодействовать пептиды Лаеннека: а - на примере MAPK3 (ERK1) и MAPK1 (ERK2), PDB файл 2ZOQ; b - MAPK8 (JNK1, PDB файл 2XS0); с - MAPK9 (JNK2, PDB файл 3NPC). Fig. 2. MAPK spatial structure. The ligand binding surface in the active kinase site with which Laennec peptides can interact is shown: a - by the example of MAPK3 (ERK1) and MAPK1 (ERK2), PDB file 2ZOQ; b - MAPK8 (JNK1, PDB file 2XS0); с - MAPK9 (JNK2, PDB file 3NPC).
Рис. 3. PKB и ее субстраты: а - пространственная структура PKB (PDB файл 5KCV); b - паттерны субстратов аминокислотной последовательности, фосфорилируемые PKB.
Fig. 3. Protein kinase B (PKB) and its substrates: a - spatial structure of PKB (PDB file 5KCV); b - substrate patterns of the amino acid sequence phosphorylated by PKB.
Рис. 4. SIRT1 и киназа ULK1: a - пространственная структура SIRT1 (PDB файл 4ZZH); b - пространственная структура киназы ULK1 (PDB файл 4WNO). Fig. 4. SIRT1 and ULK1 kinase: a - spatial structure of SIRT1 (PDB file 4ZZH); b - spatial structure of ULK kinases (PDB file 4WNO).
PTQEAQG белка CCAR2) и LLVPGDF (соответствует 250256 LLVPSDF белка CCAR2) будут предотвращать взаимодействие сиртуина-1 с белком CCAR2, что соответствует поддержанию антиапоптотической активности и сохранению активности дыхательного комплекса митохондрий.
Белок 1ККЕ (ингибитор ОТ-кВ киназы эпсилон) активирует передачу сигналов от ФНО-а, ИЛ-ф и других провоспалительных цитокинов через каскад ЭТ-кВ и ауто-фагию митохондрий [44]. Пептид Лаеннека FPQF, ингиби-
руя 1ККЕ, способствует снижению воспаления и поддержке выживания митохондрий. Протеинкиназа ЦЪК1 вызывает окислительную митофагию (аутофагическую деградацию митохондрий) [45]. Пептид Лаеннека ЫЫЬЬБР соответствует пептиду ЫЫЬТИР 365-370 белка РБ.КАА1, который содержит треонин-368, фосфорилируемый киназой иЬК1. В пептиде Лаеннека треонин замещен на лейцин, поэтому этот пептид будет ингибировать ЦЪК1 (см. рис. 4, Ъ).
Заключение
В то время как наследственные болезни митохондрий (согласно Международной классификации болезней 10-го пересмотра) встречаются весьма редко, МД широко распространена. МД сопровождает не только астенические состояния, саркопении и миопатии, но и сердечно-сосудистые патологии (ишемическую болезнь сердца), ише-мические и нейродегенеративные заболевания головного мозга, расстройства аутистического спектра, биполярное расстройство, острый респираторный дистресс-синдром, стеатогепатоз, метаболический синдром, сахарный диабет и др. Соответствующие патофизиологические процессы в митохондриях всех типов клеток связаны с ускоренным старением организма. Результаты анализа пептидного состава ГПЧ указали на более чем 40 пептидов ГПЧ, способствующих торможению митофагии и апоптоза клеток (особенно в условиях оксидативного и/или токсического
Список сокращений
ГПЧ - гидролизаты плаценты человека ИЛ - интерлейкин
МД - митохондриальная дисфункция
ФНО-a - фактор некроза опухоли a
ADGRG6 - адгезионный G-белковый рецептор G6
AKT1 - протеинкиназа B (PKB, Akt, RAC-PKa)
BCL2 - белок Bcl-2
CANPL1 - кальпаин-1 (ц-кальпаин)
CASP1 - каспаза-1 (ß-конвертаза ИЛ-1)
CASP3 - каспаза-3
CASP4 - каспаза-4
GSK3ß - киназа гликогенсинтазы-Sß (GSK-3ß) IKKE - ингибитор NF-kB киназы эпсилон
ЛИТЕРАТУРА/REFERENCES
1. Максимов В.А., Громова О.А., Диброва Е.А. Сборник авторефератов докторских и кандидатских диссертаций по проблеме тканевой терапии плаценты. М.: Модуль, 2022 [Maksimov VA, Gromova OA, Dibrova EA. Sbornik avtoreferatov doktorskikh i kandidatskikh dissertatsii po probleme tkanevoi terapii platsenty. Moscow: Modul', 2022 (in Russian)].
2. Громова О.А., Торшин И.Ю., Чучалин А.Г., Максимов В.А. Гидролизаты плаценты человека: от В.П. Филатова до наших дней. Терапевтический архив. 2022;94(3):434-41 Gromova OA, Torshin IYu, Chuchalin AG, Maximov VA. Human placenta hydrolysates: from V.P. Filatov to the present day: Review. Terapevticheskii Arkhiv (Ter. Arkh.). 2022;94(3):434-441 (in Russian)]. D0I:10.26442/00403660.2022.03.201408
3. Северин Е.С., Алейникова Т.Л., Осипов Е.В., Силаева С.А. Биологическая химия. М.: Медицинское информационное агентство, 2008 [Severin ES, Aleinikova TL, Osipov EV, Silaeva SA. Biologicheskaia khimiia. Moscow: Meditsinskoe informatsionnoe agentstvo, 2008 (in Russian)].
4. McClintock CR, Mulholland N, Krasnodembskaya AD. Biomarkers of mitochondrial dysfunction in acute respiratory distress syndrome: A systematic review and meta-analysis. Front Med (Lausanne). 2022;9:1011819. D0I:10.3389/fmed.2022.1011819
5. Торшин И.Ю., Громова О.А., Назаренко А.Г. Хондропротекторы как модуляторы нейровоспаления. Неврология, нейропсихиатрия, психосоматика. 2023;15(1): 110-8 [Torshin IYu, Gromova OA, Nazarenko AG. Chondroprotectors as modulators of neuroinflammation. Nevrologiya,
стресса, хронического воспаления и гиперинсулинемии). Описаны таргетные белки, активность которых существенно влияет на функцию митохондрий и которые могут регулироваться пептидами Лаеннека.
Раскрытие интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Disclosure of interest. The authors declare that they have no competing interests.
Вклад авторов. Авторы декларируют соответствие своего авторства международным критериям ICMJE. Все авторы в равной степени участвовали в подготовке публикации: разработка концепции статьи, получение и анализ фактических данных, написание и редактирование текста статьи, проверка и утверждение текста статьи.
Authors' contribution. The authors declare the compliance of their authorship according to the international ICMJE criteria. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.
Источник финансирования. Работа выполнена по гранту Российского научного фонда (проект №23-21-00154).
Funding source. This work was supported by a grant from the Russian Science Foundation (project No. 23-21-00154).
MAPK - митоген-активируемые протеинкиназы
MAPK8/9/10 - митоген-активируемая протеинкиназа SAPK JNK1/2/3
MAPK1/3 - митоген-активируемая протеинкиназа 1 ERK-1/2
MAPK14 - митоген-активируемая протеинкиназа 14 (CSBP, SAPK2a,
p38-MAPK)
MAPK4 - митоген-активируемая киназа-4
mTOR - протеинкиназа mTOR (белок-1 рапамицина)
NF-kB - нуклеарный фактор каппа-би
PDK2/3/4 - киназа-2/3/4 пируватдегидрогеназы, митохондриальная PPARA - рецептор молекул-пролифераторов пероксисом SIRT1 - НАД-зависимая деацетилаза сиртуин-1 ULK1 - протеинкиназа ULK1 (ATG1)
neiropsikhiatriya, psikhosomatika = Neurology, Neuropsychiatry, Psychosomatics. 2023;15(1):110-8 (in Russian)]. DOI:10.14412/2074-2711-2023-1-110-118
6. Rossignol DA, Frye RE. Mitochondrial dysfunction in autism spectrum disorders: a systematic review and meta-analysis. Mol Psychiatry. 2012;17(3):290-314. DOI:10.1038/mp.2010.136
7. Liang L, Chen J, Xiao L, et al. Mitochondrial modulators in the treatment of bipolar depression: A systematic review and meta-analysis. Transl Psychiatry. 2022;12(1):4. DOI:10.1038/s41398-021-01727-7
8. Song T, Song X, Zhu C, et al. Mitochondrial dysfunction, oxidative stress, neuroinflammation, and metabolic alterations in the progression of Alzheimer's disease: A meta-analysis of in vivo magnetic resonance spectroscopy studies. Ageing Res Rev. 2021;72:101503. DOI:10.1016/j.arr.2021.101503
9. Nelson DL, Cox MM. Lehninger Principles of Biochemistry. 7th ed. New York: W.H. Freeman, 2017.
10. Громова О.А., Торшин И.Ю., Максимов В.А., и др. Пептиды в составе препарата Лаеннек, способствующие устранению гиперферритинемии и перегрузки железом. Фармакоэкономика. Современная фармако-экономика и фармакоэпидемиология. 2020;13(4):413-25 [Gromova OA, Torshin IYu, Maksimov VA, et al. Peptides contained in the composition of Laennec that contribute to the treatment of hyperferritinemia and iron overload disorders. Farmakoekonomika. Sovremennaya farmakoekonomika i farmakoepidemiologiya = Farmakoekonomika. Modern Pharmacoeconomics
