CC BY
131
ДЕйСТВИЕ ОКАДАИКОВОй КИСЛОТы И ЕЕ ПРОИзВОДНых НА КЛЕТКИ эукариотических организмов и их потенциальное фармакологическое значение
УДК 615.21
© Г. П. Косякова1, С. Н. Прошин2, Е. Р. Бычков3, П. Д. Шабанов3
1Всероссийский научно-исследовательский институт генетики и разведения сельскохозяйственных животных, РАСХН, Санкт-Петербург-Пушкин;
2Межрайонная централизованная клинико-диагностическая лаборатория Московского района ГУЗ «Городская больница № 20», Санкт-Петербург;
3Военно-медицинская академия им. С. М. Кирова, Санкт-Петербург
Ключевые слова:
окадаиковая кислота; фармакология; механизм действия; эукариоты; нейральные клетки.
Резюме:
В работе описаны эффекты окадаиковой кислоты и родственных ей веществ на клетки эукариотических организмов. Проанализирован механизм действия окадаиковой кислоты не только с точки зрения потенциальной токсичности данного соединения на организм животных, рыб и человека, но и как перспективного фармакологического средства, которое может быть использовано в регуляции физиологических процессов, протекающих в эукариотической клетке. Подробно рассмотрены данные, касающиеся влияния окадаико-вой кислоты на нейральные клетки in vivo и in vitro, а также возможность ее использования для лечения ряда психоневрологических заболеваний человека.
Библиографическая ссылка:
Косякова Г. П., Прошин С. Н, Бычков Е. Р., Шабанов П. Д. Действие окадаиковой кислоты и ее производных на клетки эукариотических организмов и их потенциальное фармакологическое значение // Обзоры по клин. фармакол. и лек. терапии. — 2010. — Т. 8. — № 4. — С. 27-34.
механизм действия окадаиковои кислоты и ее производных на клеточные процессы
Хроническая интоксикация, вызываемая токсином моллюска, клинически характеризуется
диареей. Действующим началом токсина является окадаиковая кислота (ОК) и дайнофизистоксин. Информации, полученной к настоящему времени об ОК, вырабатываемой жгутиковым организмом Prorocentrum, явно недостаточно, чтобы оценить эффекты окадаиковой кислоты на экологические ниши и цепочки. Чтобы проанализировать эффекты ОК используются разные экспериментальные системы in vitro и in vivo. В последнем случае исследуют влияние ОК, продуцируемой Prorocentrum arenarium и Prorocentrum emarginatum, которые обитают в природных условиях в водах Индийского океана, на эмбрионы рыбы вида Oryzias latipes (рыба медака — medaka fish). Как правило, экстракты из растений очищают при помощи высокоэффективной жидкостной хроматографии и полученную субстанцию, которая на 95 % обогащена ОК, тестируют на предмет ингибирования фосфа-тазы PP2A. В результате проведенного исследования было выявлено, что экстракт из Prorocentrum arenarium обладает выраженным ингибирующим эффектом на фосфатазу PP2A, тогда как экстракт, полученный из Prorocentrum emarginatum, такой активностью не обладал. Инкубирование эмбрионов рыбы медака в присутствии экстракта, полученного из Prorocentrum arenarium, полностью супрессиро-вало развитие эмбрионов. При этом регистрируемый эффект был аналогичен тому, который получали при инкубировании эмбрионов в присутствии абсолютно чистого препарата ОК. Анатомопатологическое изучение выживших эмбрионов позволило обнаружить значительное увеличение размеров эмбриональной печени и пищеварительного тракта (Escoffier et al., 2007). Окадаиковая кислота и дай-
нофизистоксин (ДФТ-1), обусловливающие феномен отравления, эстерифицированы (Paz et al.,
2007) и являются потенциальными ингибиторами фосфатаз типа 1 и 2А. Действие токсинов хорошо охарактеризовано с точки зрения клинических симптомов. Так, попадая в пищеварительный тракт как результат приема в пищу моллюсков, они вызывают диарею. Молекулярные механизмы воздействия на клетку токсинов данной группы охарактеризованы в меньшей степени. Так, например, малоизученным остается влияние ОК на цитоскелет. Вместе с тем показано, что ОК стимулирует миграционную активность клеток, при этом клетки теряют стабильность молекул фокальной адгезии, что приводит к реорганизации цитоскелета. На молекулярном уровне это проявляется в изменении фосфорилирования тирозиновых остатков киназ фокальной адгезии и паксиллина. ОК приводит к округлению клеток и потере барьерных свойств посредством механизмов, которые вовлекают разрушение актиновых фила-ментов (F-актина) и/или гиперфосфорилирование и активацию киназ, которые стимулируют нарушение ансамбля плотных щелевых контактов. Ни мети-локадаат (умеренный ингибитор фосфатаз), ни ОК не модифицируют суммарное количество F-актина. Однако оба токсина опосредуют схожие изменения в цитоскелете через воздействие на F-актин, что структурно-функционально проявляется через сильную ретракцию и округление и, в большинстве случаев, открепление клеток. ОК и ДФТ-1 (35S-метил окадаиковая кислота) провоцируют быстрые изменения в структурной организации промежуточных филаментов, за которыми следует быстрая потеря микротрубочек, солюбилизация белков, входящих в состав промежуточных филаментов, и в конечном итоге разрушение десмосом. Однако, детальная характеристика «шунтов», которые координируют все эти эффекты, по-прежнему, еще требует углубленного исследования (Vale and Botana, 2008). Интересно отметить, что ОК, которая индуцирует развитие опухолей, показала себя также, как фактор, стимулирующий ангиогенез в мембране хориоалантоиса эмбриона цыпленка. Для того, чтобы зарегистрировать ангиогенный потенциал окадаиковой кислоты, как правило, прибегают к исследованию ангиогенеза в системе in vitro. Достоверно выявлено, что окадаиковая кислота стимулирует образование трубки, миграцию и инвазию эндотелиальных клеток пупочной вены человека. Кроме того, окадаиковая кислота повышает активность фактора-1, зависимого от гипоксии. При этом данный фактор тесно связан с фактором роста эндотелия сосудов. Экспозиция эндотелиальных клеток к окадаиковой кислоте значительно повышала уровень белка HIF-1alpha через
регуляцию (стимулирование) трансляции посредством активации сигнальных систем, сопряженных с факторами Akt и mTOR. Полученные результаты демонстрируют, что окадаиковая кислота индуцирует ангиогенез через стимулирование трансляции белка HIF-1alpha, которая зависима от фактора Akt (Kim et al., 2008).
ВЛИЯНИЕ окадаиковой кислоты И ЕЕ производных НА НЕЙРАЛьНЫЕ КЛЕТКИ
Изменение в активности серин / треониновых фосфатаз (СТФ) может драматически повлиять на протекание физиологических процессов в нейральных клетках и индуцировать дегенерацию нейральной ткани. Предварительно было выявлено, что ингибирование активности СТФ по своему эффекту на нейроны можно достоверно сравнивать с нейро-токсическими эффектами глутамата. При этом нейроны, в которых произошло ингибирование СТФ, становятся рефрактерны к нейропротекторному действию эстрогенов. Нейроны, подвергшиеся экспозиции к ОК или глутамату, гибли в результате повышения концентрации активных форм кислорода, карбонилирования белков, окисления липидов, повышения в активности каспазы 3-го типа и митохондриальной дисфункции. Все без исключения эстрогены вызывали ослабление нейротоксических эффектов глутамата, но аналогичная экспозиция нейронов к эстрогенам не устраняла нейротокси-ческие эффекты ОК. Кроме того, ингибирование протеинкиназыС(ПКС)имитоген-ассоциированной протеинкиназы (МАПК) также имело нейропротек-тивный эффект, но не в случае с ингибированием СТФ окадаиковой кислотой. Интересно отметить, что ингибирование МАПК с помощью таких соединений, как PD98096 и U0126, вызывало снижение в продукции активных форм кислорода, предполагая, что активация ERK1/2 может быть критическим звеном в системе молекулярных каскадов, устраняющих эффекты оксидативного клеточного стресса, вызванные глутаматом. Вместе с тем эти ингибиторы не устраняли нейротоксических эффектов, вызванных ОК и ДФТ. Полученные результаты указывают, что нейротоксические эффекты как глутамата, так и ОК и ДФТ опосредованы персистентной активацией протеинкиназы С и ERK1/2, что приводит к оксидативному клеточному стрессу, а активность протеиновых фосфатаз важна в связи с нейропротекцией, опосредованной эстрогенами ^ et al., 2008). Вместе с тем воздействие ОК и ДФТ на опухолевые клетки нейрального происхождения
вызывало обратный эффект — индуцировало диф-ференцировку. Так, экспозиция клеток нейробла-стомы NB4 и NB4-MR2 к ОК и ДФТ супрессировало активность фосфатазы 2А (РР2А), что было зарегистрировано с помощью СТФ-теста, и вызывало их дифференцировку. В качестве препарата сравнения использовали трансретиноидную кислоту (ТРК), которая является стандартным веществом для индукции дифференцировки исследуемых нейральных клеточных линий. СТФ-тест позволили выявить достоверное снижение в активности PP2A фосфатазы в NB4 клетках, обработанных ТРК, которое составило 534 ± 43 пмоль/мкг/мин по сравнению с активностью данного фермента в контрольных клетках: 959 ± 83 пмоль/мкг/мин. При ОК потенцировала супрессивный эффект ТРК на активность данного фермента NB4 клетках. Значительно снижалась активность PP2A фосфатазы (229 ± 23 пмоль/мкг/мин) в NB4-MR2 клетках, если они одновременно инкубировались как с ОК, так и ТРК. Использование метода «вестерн-блоттинг» позволило зарегистрировать снижение экспрессии каталитической субъединицы PP2A/C фосфатазы PP2A в процессе ТРК-индуцированной дифференцировки NB4 клеток. В то же время экспрессия какой-либо субъединицы фермента в NB4-MR2 обработанных клетках не изменялась (Xu et al., 2008). Как известно, ряд факторов обладает нейропротективными свойствами, например, фактор роста инсулина первого типа (ФРИ-1) и фактор роста фибробла-стов первого типа б (ФРФ-б). Они защищают культуры нейронов от активных форм кислорода и последствий истощения среды по глюкозе, т. е. как раз тех самых условий, которые возникают в условиях in vivo при инсультах головного мозга. При этом данные факторы реализуют свой эффект, инициируя сигнальный каскад киназ — инозитол-3-киназы (ФИ-3-К), Akt-киназы (Акт-киназы) и митоген-ассоциированную протеинкиназу (МАПК). В связи с этим представляет интерес: а, могут ли ингибиторы фосфатаз (фосфатазы являются антагонистами протеинкиназной активности) обладать нейропротективным эффектом? Действительно, экспозиция нейральных клеток к ОК сопровождалась как повышением в фосфорилировании ФИ-3-К, Aкт-киназ и митоген-ассоциированной проте-инкиназы, так и индукцией синтеза белка. Следует отметить, что ОК действовала независимо от молекулярного «шунта», регулирующего сигнальный каскад через активацию связывающего ДНК элемента, чувствительного к циклическому аденозинмонофосфату. ОК также не влияла на изменение в активности киназ FKHRL1 и GSK-3, которые известны как киназы, вовлеченные в сигналь-
ный каскад, регулируемый ФРИ-1 (Atkinson et al., 2009). Некоторые из полиненасыщенных жирных кислот, включая эйкозопентаноевую кислоту (ЭПК), характеризуются свойством предотвращать апоп-тоз нейронов. Так, например, ЭПК предотвращала гибель нейронов, спровоцированную нарушением целостности спинного мозга. Для клеток линии Neuro2A нейробластомы мыши ОК является апоп-тотическим фактором. При этом ЭПК значимо снижала активность каспазы 3-го типа (Wu et al., 2007). Напротив, для клеток линии SH-SY5Y нейробластомы человека ОК выступала как фактор, защищающий от апоптоза при экспозиции к агентам, провоцирующим функциональные нарушения в митохондриях. Так, ионы 1-метил-4-фенил-пиридиниума (МФП+) на молекулярном уровне селективно ингибируют функцию митохондрий, а на уровне ЦНС вызывают синдром, схожий с клиническими проявлениями паркинсонизма. В клетках линии SH-SY5Y нейробластомы человека ОК блокировала апоптоз, вызываемый МФП+, что позволяет рассматривать ОК и соединения, которые можно будет получать на ее основе, как терапевтическое средство для лечения паркинсонизма (Ahn et al., 2009). При исследовании модели болезни Альцгеймера на первичной культуре нейронов крысят было выявлено, что ОК в концентрации 10 нмоль/л снижала выживаемость нейронов. Однако предварительная обработка первичной культуры нейронов с использованием ингибиторов p-секретазы, изменение активности которой, как известно, ассоциировано с формированием пептидов р-амилоида, значимо повышала жизнеспособность нейронов. Дальнейшие исследования выявили, что экспозиция нейронов к ОК в указанной концентрации (10 нмоль/л) приводила к значимому накоплению A-P-PP- и p-С-фрагментам амилоидного белка. Вместе с тем последующее после обработки ОК повышение в активности p-секретазы также является нежелательным фактором, поскольку приводит к повышению p-С-фрагмента амилоидного белка, который обладает нейротоксическим эффектом (Yu et al., 2008). Поскольку ОК влияет на функциональное состояние цитоскелета (см. раздел 1), а цитоскелет структурно-функционально связан с мембранными структурами клетки, то представляет несомненный интерес ответ на вопрос: как ОК влияет на процессы разделения и слияния мембранных структур в клетке. Как известно, при болезни Альцгеймера активируется процесс аккумуляции аутофагосом в нейронах. При этом показано, что экспозиция к ОК первичной культуры нейронов стимулирует фосфо-рилирование tau-белка, накопление р-амилоида и гибель нейральных клеток. Считается, что процесс
Me
■ Рисунок 1. Окадаиковая кислота (9,10-Deepithio-9,10-didehydroacanthifolicin, M.W. 805.01)
образования аутофагосом может происходить через разные молекулярные «шунты», например, через ингибирование фактора mTOR или, напротив, активирование фактора beclin-1. Предполагается, что, несмотря на то, что клеточные эффекты ОК могут быть реализованы и посредством mTOR-сигнального «шунта», и через beclin-1-сигнальный каскад, в большей степени аутофагия в ОК-обработанных нейронах ассоциирована с активирование beclin-1-сигнального каскада. Интересно отметить, что ингибирование аутофагии средством 3МА в ОК-обработанных нейронах достоверно снижало их гибель (Yoon et al., 2008). ОК и родственные ей токсины (дайнофизистотоксины) являются весьма эффективными ингибиторами фосфатазы 2А (РР2А), изменение активности которой тесно ассоциировано со структурно-функциональными нарушениями цитоскелета. Биохимическое, морфологическое и иммуноцитохимическое исследование первичной культуры нейронов коры головного мозга крысят показало, что обработка клеток ОК значимо супрессировала уровень ацетилирования и де-тирозилирования тубулинов их цитоскелета, но в то же время стимулировала уровень тирозилирования в них тубулинов. Иммуноцитохимическое исследование первичной культуры нейронов коры головного мозга крысят выявило, что микротрубочки интенсивно аккумулируют непосредственно около тела нейральных клеток и в их проксимальных отростках, предполагая нарушение транспорта микротрубочек по дистальным отросткам нейральных клеток. Как известно, транспорт микротрубочек по дистальным отросткам нейральных клеток находится в тесной связи с такими белками цитоскелета, как динеин и динактин, уровень которых зависит от активности кальпаина. Кальпаин разрезает динеин и динактин, при этом, чем выше его активность, тем более медленно происходит процесс образования отростков нейральных клеток. В ОК-обработанных клетках происходит повышение активности каль-паина и, как следствие, более медленное образование отростков нейральными клетками первичной культуры коры головного мозга крысят (Yoon et al.,
2008). Как известно, факторы mint-1 и mint-2, связываясь с предшественником амилоидного белка (ПАБ), предотвращают его конверсию в р-амило-
идный белок. Экспозиция нейронов к ОК вызывает драматическое снижение экспрессии этих факторов, что, соответственно, приводит к накоплению в клетках амилоидного белка. Ингибиторы кальпаина 1-го и 2-го типа устраняли эффект, вызываемый ОК, что указывает на синергизм в механизме действия на нейральные клетки ОК и кальпаина (Yoon et al., 2007). Замедление в росте отростков было отмечено также у нейральных клеток нейробласто-мы SH-SY5Y при их экспозиции к ОК. Замедление роста отростков было ассоциировано с повышением фосфорилирования tau-белка. При этом в клетках линии SH-SY5Y не было зарегистрировано снижение экспрессии постсинаптического белка PSD-95. Как правило, при болезни Альцгеймера повышение фосфорилирования tau-белка и накопление амилоидной субстанции сопровождается снижением количества (экспрессии) постсинаптического белка PSD-95 (Leuba et al., 2008). В связи этим несомненный интерес представляют данные о сравнительном изучении влияния ОК и амилоидного белка не только на нейральные клетки in vitro, но в модели in vivo. У овариэктомированных животных при инъекции амилоидного белка (Abeta 25-35) в область желудочков мозга можно было зарегистрировать при тестировании крыс драматические изменения в способности к обучению и запоминанию. Также выявлялись изменения в нейронах гиппокампа и коры головного мозга. Эффект, обусловленный инъекцией амилоидного белка в желудочки мозга, устранялся, если крысам предварительно вводили фармакологическое средство клаусена-мид. Интересно отметить, что предварительная обработка нейральных клеток линии SH-SY5Y клау-сенамидом устраняла апоптоз, вызываемый ОК и амилоидным белком, что свидетельствует о нейро-протективном характере действия данного фармакологического средства (Zhang et al., 2007). Исследование клеточной линии SK-N-SH нейробластомы человека указывает, что одним из звеньев, через которые реализует свой эффект в нейральных клетках ОК является киназа гликоген-синтазы-3 (ГСК-3). Поскольку было обнаружено, что ингибиторы этого фермента полностью устраняли последствия экспозиции клеточной линии SK-N-SH к ОК, была получена генетическая конструкция, в которой 3-а- и 3-р-домены ГКС-3 подверглись мутации. Введение этой конструкции в клеточную линию SK-N-SH приводило к рефрактерности нейральных клеток к действию ОК. Ввиду того, что белок 2-го типа, опосредующий ответ к коллапсину (КОБ-2), подвергается фосфорилированию ГСК-3, было предпринято дальнейшее изучение механизма действия ОК, реализующееся через ГСК-3-ассоциированный мо-
Протеинкиназа
■ Рисунок 2. Активирование фактора (протеин) про-теинкиназой через фосфорилирование по определенным аминокислотным остаткам данного фактора (^ег и/или Пг) и его (протеин) последующее приведение в неактивное состояние посредством удаления остатка фосфорной кислоты фосфатазой
лекулярный каскад. Было обнаружено, что введение в первичную структуру КОБ-2 мутаций по таким аминокислотным остаткам, как серин-518 и серин-522, которые при болезни Альцгеймера подвергаются постоянному фосфорилированию, также делает нейральные клетки резистентными к воздействию ОК. Интересно отметить, что для фосфорилирова-ния КОБ-2 киназой гликоген-синтазы-3 необходимо предшествующее фосфорилирование КОБ-2 киназой Cdk-2 (№ et а1., 2008).
ОКАДАИКОВАЯ КИСЛОТА И ЛИПИДНыЕ микродомены (КАВЕОЛы)
Липидные микродомены (ЛМД) и/или кавеолы — инвагинации плазматической мембраны, которые чрезвычайно насыщены различными молекулами, включая киназы (Harder et al., 1997; Yamaguchi et al., 2006). Установлено, что эндоцитоз, опосредуемый кавеолами (инвагинации плазматической мембраны размером 50-100 нм), представлен в клетке независимо от других форм эндоцитоза. Ка-веолярный эндоцитоз, как правило, инициируется через определенные факторы (лиганды) и является более селективным способом захвата специфических молекул. Кавеолин-1 (К-1) является одним из важнейших компонентов ЛМД, структурно и функционально взаимодействующим с ганглиозидами, которыми микродомены также чрезвычайно насыщены (Proshin et al., 2002; Hamamura et al., 2005). Активированные кавеолы, осуществившие захват специфических молекул, покидают плазматическую мембрану и поступают в цитоплазму клетки, т. е. осуществляется интернализация кавеол. В дальнейшем они ассоциируются между собой и
преобразуются в промежуточные органеллы, получившие название кавеосомы. В настоящее время обсуждается являются ли кавеосомы независимыми органеллами или же они в дальнейшем проходят классические этапы реорганизации клеточного эндоцитоза. Показано, что интернализация кавеол стимулируется ингибитором серин-треониновой фосфатазы PP1 и РР2А. При этом продолжительная экспозиция клеток к ОА вызывала значимое повышение количества кавеолярных кластеров. В то же самое время большинство из этих кластеров были позитивны при мечении рутениумом красным (ruthenium red), который является электронноплотным маркером поверхности клетки, что свидетельствовало о связи этих кластеров с клеточной поверхностью. Эксперимент с двойной меткой на ультратонких срезах достоверно показал, что в клетках, подвергшихся обработке окадаико-вой кислотой, кавеолы не транспортировались в «поздние» эндосомы, а аккумулировались в крупных мультикавеолярных кластерах. На основании полученных результатов сделано предположение, что фосфатаза РР2А может быть одним из ключевых компонентов, регулирующих слияние различных компартментов, участвующих в эндоцитозе и/ или участвующих в транспортировке определенных компартментов вдоль микротрубочек (Kiss, Botos, 2008). Как известно, в ответ на воздействие синтетического препарата А23187, зимозана и энтеротоксина цитозольная фофолипаза А(2) резидентных перитонеальных макрофагов мыши стимулирует образование арахидоновой кислоты (АК) и эйкозаноидов. При этом было выявлено, что ОК также активирует фофолипазу А(2) резидентных перитонеальных макрофагов, что приводит к высвобождению АК и ее поступлению в аппарат Голь-джи, однако, без повышения в концентрации Са2+. Интересно отметить, что такие ингибиторы БТШ (белки теплового шока), как гельданомицин и гер-бимицин блокировали высвобождение АК при экспозиции перитонеальных макрофагов к ОК, тогда как воздействие данных препаратов на фоне экспозиции макрофагов к А23187 и зимозану не влияло на образование АК. Важным наблюдением эксперимента являлось также и то, что ОК активировала киназу р54, субстратом для которой является фос-фолипаза А(2) (Tucker et al., 2008). Доказано, что ОК не влияет на синтез уникального класса глико-сфинголипидов — ганглиозидов, однако, опосредуя реорганизацию кавеол (липидных микродоменов), изменяет композицию ганглиозидов в плазматической мембране, что неизбежно сопряжено с изменением активности различных киназ и транслокацией ключевых молекул из плазматической
■ Рисунок 3. Блокирование активного центра фосфатазы окадаиковой кислотой приводит к нарушению процесса дефосфорилирования активированных в результате действия протеинкиназ разнообразных факторов и их дальнейшему избыточному накоплению в клетке
мембраны во внутриклеточные мембранные структуры и наоборот. Показано, что именно в ЛМД происходит функциональная регуляция ММП-9 моно-сиалоганглиозидом GM1. Была зарегистрирована обратная зависимость между концентрацией в МД этого моносиалоганглиозида и ММП-9, которая, как известно, играет ключевую роль в инвазивности опухолевых клеток (Zhang et al., 2006). Как известно, интегрины являются ключевыми молекулами, опосредующими прикрепление клеток к субстрату и их подвижность. Показано, что активация РЭФР регулирует экспрессию на клеточной мембране а2-интегрина. В не активированном состоянии РЭФР и а2-интегрин ассоциированы, однако, после активации РЭФР регистрируется функциональная ассоциация а2-интегрина с К-1 и GM1, т. е. происходит транслокация молекулы интегрина в МД (Ning et al., 2007). Важной характеристикой МД является ключевая роль этих структур плазматической мембраны в клеточной биологии, что подтверждается на примере индукции апоптоза. Исследование программируемой клеточной смерти эпителиальных клеток пигментного слоя ретины позволило сделать вывод, что для Fas-сопряженной программируемой клеточной гибели необходима агрегация
нескольких ЛМД, что, по-видимому, многократно усиливает молекулярный сигнал, направленный на уничтожение клетки. Напротив, использование метил-р-циклодекстрина, приводящего к нарушению организации ЛМД, делало клетки нечувствительными к Fas-опосредованному апоптотическому стимулу (Lincoln et al., 2006). По-видимому, влияя на активность определенных киназ и, таким образом, изменяя композицию ЛМД, окадаиковая кислота и ее производные могут изменять активность факторов, которые ингибируют или, напротив, стимулируют опухолевый рост. Считается, что К-1 обладает опухолесупрессивными свойствами. В клеточной линии меланомы человека SK-MEL-28 кавеолин-1 существенно снижал пролиферацию и подвижность злокачественных клеток, ингибируя фосфорилиро-вание паксиллина (paxillin) и p130Cas. Интересно отметить, что повышенная экспрессия К-1 приводит к диффузии дисиалоганглиозида GD3, который избыточно синтезируется клетками меланомы, из микродоменов (Hamamura et al., 2005). Полученные данные позволяют предположить, что К-1 регулирует сопряженные с дисиалоганглиозидом GD3, который также в значительном количестве присутствует в ЛМД, молекулярные сигналы в опухолевых
клетках (Nakashima et al., 2007). Дисиалоганглиозид GD1a был выявлен как фактор, существенно повышающий экспрессию матричной РНК для белка К-1, что было доказано как введением GD1a в систему in vitro клеток FBJ, так и трансфекцией данной клеточной линии кДНК для гена GM2/GD2 синтетазы. При этом происходило повышение экспрессии другого регуляторного белка, сопряженного с К-1 — молекулы стромального взаимодействия 1-го типа (Stim 1) (Wang et al., 2006). Как уже было сказано выше, ОК является проапоптотическим фактором. При этом изменение композиции ЛМД при воздействии ОК приводит к концентрированию ганглиозидов, что, в свою очередь, является дополнительным проапоптотическим сигналом. Так, например, дисиалоганглиозид GD3 в повышенной концентрации регулирует транслокацию рецептора смерти 5-го типа (DR5), рецептора 1-го типа к фактору некроза опухолей (TNF-R1) и Fas-лиганда в ЛМД. Это, в свою очередь, вызывает избыточное поступление каспазы-8 в ЛМД с последующим ее разрезанием и активацией сигнальных систем, сопряженных с программируемой клеточной гибелью в линии глиомы U-1242 MG (Omran et al., 2006). Напротив, истощение ганглиозидов в липидных микродоменах плазматической мембраны опухолевых клеток карциномы толстого кишечника в результате повышенной активности Neu3 (САПМ) супрессирует апоптоз (Kakugawa et al., 2002).
Представленные литературные данные свидетельствуют, что окадаиковая кислота и ее производные могут являться мощным фактором воздействия на физиологические процессы в клетке, вызывая структурно-функциональные перестройки цитоскелета, влияя на активность киназ через сопряженные с ними фосфатазы и, как следствие, регулируя активность сопряженных киназных систем. Важно отметить, что ОК может регулировать физиологические клеточные процессы на не геномном уровне, моделируя композицию молекул и молекулярных комплексов в плазматической мембране на уровне липидных микродоменов, которые, как известно, являются ключевым звеном в получении, трансформации и передаче информации, получаемой клеткой извне. Таким образом, окадаиковая кислота и ее производные могут быть перспективными средствами выбора при разработке фармакологических средств нового поколения.
Литература
1. Escoffer N., Gaudin J., Mezhoud K. et al. Toxicity to meda-ka fish embryo development of okadaic acid and crude
extracts of Prorocentrum dinoflagellates // Toxicon. —
2007. — Vol. 49, N 8. — P. 1182-1192.
2. Vale C., Botana L. M. Marine toxins and the cytoskeleton: okadaic acid and dinophysistoxins // FEBS J. — 2008. — Vol. 275, N 24. — P. 6060-6066.
3. Kim Y. S., Ahn K. H., Kim S. Y., Jeong J. W. Okadaic acid promotes angiogenesis via activation of hypoxia-inducible factor-1 // Cancer Lett. — 2008. — Vol. 295, N 6. — P. 68-72.
4. Paz B., Daranas A. H., Cruz P. G. et al. Characterisation of okadaic acid related toxins by liquid chromatography coupled with mass spectrometry // Toxicon. — 2007. — Vol. 50, N 2. — P. 225-235.
5. Yi K. D., Covey D. F., Simpkins J. W. Mechanism of okadaic acid induced neuronal death and the effect of estrogens // J. Neurochem. — 2008. — Vol. 33, N 4. — P. 153-161.
6. Xu X. H., Ou-Yang J., Chen J. H. et al. Effect of okadaic acid on differentiation of NB4 and MR2 cells induced by all-trans retinoic acid // Zhonghua Xue Ye Xue Za Zhi. — 2008. — Vol. 29, N 6. — P. 379-383.
7. Atkinson T., Whitfield J., Chakravarthy B. The phosphatase inhibitor, okadaic acid, strongly protects primary rat cortical neurons from lethal oxygen-deprivation // Biochem. Bio-phys. Res. Commun. — 2009. — Vol. 378, N 3. — P. 394398.
8. Wu Y., Tada M., Takahata K. et al. Inhibitory effect of polyunsaturated fatty acids on apoptosis induced by etopo-side, okadaic acid and Ara C in Neuro2A cells // Acta Med. Okayama. — 2007. — Vol. 61, N 3. — P. 147-152.
9. Ahn K. H., Kim Y. S., Kim S. J. et al. Okadaic acid protects human neuroblastoma SH-SY5Y cells from 1-methyl-4 -phenylpyridinium ion-induced apoptosis // Neurosci. Lett. — 2009. — Vol. 449, N 2. — P. 93-97.
10. Yu C. J., Wang W. Z., Liu W. p-secretase inhibitor increases amyloid-beta precursor protein level in rat brain cortical primary neurons induced by okadaic acid // Chin. Med. J. (Engl). — 2008. — Vol. 121, N 15. — P. 1439-1444.
11. Yoon S. Y., Choi J. E., Kweon H. S. et al. Okadaic acid increases autophagosomes in rat neurons: implications for Alzheimer's disease // J. Neurosci. Res. — 2008. — Vol. 86, N 14. — P. 3230-3239.
12. Yoon S. Y., Choi J. E., Choi J. M., Kim D. H. Dynein cleavage and microtubule accumulation in okadaic acid-treated neurons // Neurosci. Lett. — 2008. — Vol. 437, N 2. — P. 111-115.
13. Leuba G., Walzer C., Vernay A. et al. Postsynaptic density protein PSD-95 expression in Alzheimer's disease and okadaic acid induced neuritic retraction // Neurobiol. Dis. —
2008. — Vol. 30, N 3. — P. 408-419.
14. Zhang J., Cheng Y., Zhang J. T. Protective effect of (-) clausenamide against neurotoxicity induced by okada-ic acid and beta-amyloid peptide25-35 // Yao Xue Xue Bao. — 2007. — Vol. 42, N 9. — P. 935-942.
15. Yoon S., Choi J., Haam J. et al. Reduction of mint-1, mint-2, and APP overexpression in okadaic acid-treated neurons // Neuroreport. — 2007. — Vol. 18, N 18. — P. 1879-1883.
16. Ni M. H., Wu C. C., Chan W. H. et al. GSK-3 mediates the okadaic acid-induced modification of collapsin response mediator protein-2 in human SK-N-SH neuroblastoma cells // J. Cell Biochem. — 2008. — Vol. 103, N 6. — P. 1833-1848.
17. Harder T., Simons K. Caveolae, DIGs, and the dynamics of sphingolipid-cholesterol microdomains // Curr. Opin. Cell Biol. — 1997. — Vol. 9, N 4. — P. 534-542.
18. Yamaguchi K., Hata K., Wada T. Epidermal growth factor-induced mobilization of a ganglioside-specific sialidase (NEU3) to membrane ruffles // Biochem. Biophys. Res. Commun. — 2006. — Vol. 346, N 2. — P. 484-490.
19. Hamamura K., Furukawa K., Hayashi T. et al. Ganglioside GD3 promotes cell growth and invasion through p130Cas
and paxillin in malignant melanoma cells // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2005. — Vol. 102, N 31. — P. 11041-11046.
20. Proshin S., Yamaguchi K., Wada T., Miyagi T. Modulation of neuritogenesis by ganglioside-specific sialidase (Neu 3) in human neuroblastoma NB-1 cells // Neurochem. Res. — 2002. — Vol. 27, N 7/8. — P. 841-846.
21. Kiss A. L., Botos E. Okadaic acid retains caveolae in multi-caveolar clusters // Pathol. Oncol. Res. — 2008. — Vol. 5, N 2. — P. 344-348.
22. Tucker D. E., Gijon M. A., Spencer D. M. et al. Regulation of cytosolic phospholipase A2aplha by hsp90 and a p54 kinase in okadaic acid-stimulated macrophages // J. Leukoc. Biol. — 2008. — Vol. 84, N 3. — P. 798-806.
23. Zhang Q., Furukawa K., Chen H. H. et al. Metastatic potential of mouse Lewis lung cancer cells is regulated via ganglioside GM1 by modulating the matrix metalloprotei-nase-9 localization in lipid rafts // J. Biol. Chem. — 2006. — Vol. 281, N 26. — P. 18145-18155.
24. Ning Y., Buranda T., Hudson L. G. Activated epidermal growth factor receptor induces integrin alpha2 internalization via caveolae/raft-dependent endocytic pathway // J. Biol. Chem. — 2007. — Vol. 282, N 9. — P. 6380-6387.
25. Lincoln J. E., Boling M., Parikh A. N. et al. Fas signaling induces raft coalescence that is blocked by cholesterol depletion in human RPE cells undergoing apoptosis // Invest. Ophtalmol. — 2006. — Vol. 47, N 5. — P. 2172-2178.
26. Hamamura K., Furukawa K., Hayashi T. et al. Ganglioside GD3 promotes cell growth and invasion through p130Cas and paxillin in malignant melanoma cells // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2005. — Vol. 102, N 31. — P. 11041-11046.
27. Nakashima H., Hamamura K., Houjou T. et al. Overexpression of caveolin-1 in a human melanoma cell line results in dispersion of ganglioside DG3 from lipid rafts and alteration of leading edeges, leading to attenuation of malignant properties // Cancer Sci. — 2007. — Vol. 98, N 4. — P. 512520.
28. Wang L., Takaku S., Wang P. et al. Ganglioside DG1aregula-tion of caveolin-1 and Stim1 expression in mouse FBJ cells: augmented expression of caveolin-1 and Stim1 in cells with increased GD1a content // Glycoconj. J. — 2006. — Vol. 23, N 5/6. — P. 303-315.
29. Omran O. M., Saqr H. E., Yates A. J. Molecular mechanisms of GD3-induced apoptosis in U-1242 MG glioma cells // Neurochem. Res. — 2006. — Vol. 31, N 10. — P. 1171-1180.
30. Kakugawa Y., Wada T., Yamaguchi K. et al. Up-regulation of plasma membrane-associated ganglioside sialidase (Neu3) in human colon cancer and its involvement in apoptosis suppression // Proc. Natl. Acad. Sci. — 2002. — Vol. 99, N 16. — P. 10718-10723.
THE pHARMAcoLoGicAL EFFEcTs of oKADAic AciD AND its DERiVATiVES oN EucARIoTIc cELLs
Kosyakova G. P., Proshin S. N., BychkovE. R.,
Shabanov P. D.
♦ Summary: The paper is aimed to clarify the effects of okadaic acid on eukariotic cell. The stress of our paper is made not only on potential toxicological consequences of exposure of cells to okadaic acid but also on the role of this unique natural factor in regulation of cell physiology. The data concerning the pharmacology of okadaic acid in connection with treating some of neurological diseases have been presented.
♦ Key words: okadaic acid; pharmacology; mode of action; eucariots; neural cells.
♦ Информация об авторах
Косякова Галина Павловна — к. б. н., с. н. с. отдела клеточной генетики Всероссийского научно-исследовательского института генетики сельскохозяйственных животных Pоссийской академии сельскохозяйственных наук; 1966G1, Санкт-Петербург, Пушкин, Московское шоссе, 55А. E-mail: [email protected]
Прошин Сергей Николаевич — д. м. н., руководитель отдела молекулярной диагностики и клеточной патологии ГУЗ «Городская больница №20» Санкт-Петербурга; 1966З5, Санкт-Петербург, ул. Гастелло, 21; E-mail: [email protected]
Бычков Евгений Рудольфович — кандидат медицинских наук, преподаватель кафедры фармакологии Военно-медицинской академии им. С. М. Кирова
194G44, г Санкт-Петербург, ул. акад. Лебедева, д. 6.
Шабанов Петр Дмитриевич — заведующий кафедрой фармакологии, д. м. н., профессор.
Военно-медицинская академия им. С. М.Кирова,
194G44, г Санкт-Петербург, ул. акад. Лебедева, д. 6.
E-mail: [email protected]
Kosyakova Galina Petrovna — the senior researcher in the Department of cell genetics and cytogenetics, All-Russian Research Institute for Animal Genetics and Breeding, Russian Academy of Agricultural Sciences, Moskovskoye shosse, 55-A, 196601 St.Petersburg, Pushkin, RUSSIA. E-mail: [email protected]
Proshin Sergey Nikolaevich — the head of department of molecular diagnostics and cell pathology, City Hospital # 20 of St.Petersburg Government, Gastello street, 21, 196635 St.Petersburg, RUSSIA. E-mail: [email protected]
BichkovEvgeniy Rudolfovich — PhD. Department of Pharmacology. Military Medical Academy. Military Medical Academy,
194044, St.Petersburg, Acad. Lebedev street, 6.
Shabanov Petr Dmitrievich — Doctor of Medical Sciences, professor, Head of the Department of Pharmacology.
Military Medical Academy. Military Medical Academy,
194044, St.Petersburg, Acad. Lebedev street, 6.
E-mail: [email protected]
