CC BY
43
УДК: 616-005.4-092-07:577.112
Павлов С. В., Белетчев I. Ф., Шютченко Ю. В., Горбачева С. В.
МОЛЕКУЛЯРНО-Б1ОХ1М1ЧН1 МЕХАН13МИ ИБР 70-ОПОСЕРЕДКОВАНО1
ЦИТОПРОТЕКЦПВ УМОВАХ ПАТОЛОГ1Й 1ШЕМ1ЧНОГО ГЕНЕ3У
3апор1зький державний медичний ушверситет (м. 3апор1жжя)
julianikitchenko25@gmail.com
На сьогодн\, патолог\я серцево-судинноУ \ центрально! нервовоУ систем г\поксичного генезу ви-значаеться значною поширен\стю, високою частотою ¡нвалщизацп та смертн\стю. За даними ВООЗ, в економ\чно розвинених краУнах летальн\сть в\д ¡нсульту займае 2-3 м\сце в структур! загально! смертност\ \ л\дируе серед ус\х причин ¡нвалщизацп. У зв'язку з вищевикладеним, актуальним е подаль-ш\ досл\дження молекупярно-б\ох\м\чних аспект\в патогенезу даних патолог\чних стан\в, а також роз-робка патогенетично обфунтованих шлях\в фарма-кокорекцп [3,7].
Широко в\домо, що в умовах г\покс\У в кл\тин\ в\д-буваеться посилення в\льно-радикального окислен-ня (ВРО) з подальшим розвитком оксидативного та н\трозуючого стрес\в. Локальна активац\я ВРО в зон\ \шем\У та накопичення продукт\в деградац\У в\льних радикал\в стимулюють згортання кров\, зб\льшують II в'язк\сть, п\дсилюють агрегац\ю \ адгез\ю фор-мених елемент\в кров\. Висока концентрац\я пе-роксид\в прискорюе дегенерац\ю N0 з утворенням пероксин\тр\та - вкрай цитотоксичного з'еднання. Прискорений розпад ендотел\ального N0 стиму-люе анг\оспазм. Кр\м того, в\льн\ радикали моди-ф\кують ендотел\альн\ N0- рецептори, зменшуючи Ух чутлив\сть, а також безпосередньо шк\дливу д\ю на кард\ом\оцити та нейрони. Зазначен\ процеси посилюють \шем\ю, надають аритмогенний ефект, сприяють поширенню зони некрозу та пошкоджен-ня [2,8,24]. Зниження концентрацп кисню в тканинах орган\зму супроводжуеться накопиченням велико! к\лькост\ в\дновлених форм р\зних з'еднань, в тому числ\ кофермент\в - НАДН, НАДФН, ФАДН, уб\х\нон. В умовах 02-деф\циту це призводить до одноелек-тронного в1дновлення кисню до 02 •. Даний процес в\дбуваеться на к\нцев\й д\лянц\ електронного ди-хального ланцюга [3,12,18,4].
Виявлено також, що радикал-утворююч\ сис-теми м\тохондр\й - рН-залежн\ \ актив\зуються при ацидоз\, а активн\сть одного з фермент\в - НАДН-оксидази м\тохондр\й, що утворюе активн\ форми кисню, зростае в пошкоджених г\покс\ею тканинах [5,9,13,27]. При \шем\1 р\зко зростае утворення АФК в м\тохондр\ях при роз'еднанн\ дихального ланцюга \ окисного фосфорилювання. Причому швидк\сть утворення АФК знаходиться в прям\й залежност1 в\д ступеня блокування дихального ланцюга. Даний процес призводить до в\дновлення переносник\в на передуючих блокад\ д\лянках, особливо ротенон-акт\ном\цин - залежних, як\ сприяють посиленню блокади \ «вит\к» електрон\в, \ в к\нцевому п\дсум-ку, г\перпродукц\У АФК. Представлений вище пато-б\ох\м\чний каскад, призводить до окислювально1
деструкц\У л\п\д\в, б\лк\в мембрани кл\тини \ м\то-хондр\й, що в значн\й м\р\ визначае запуск процес\в кл\тинноУ загибел\, яку \н\ц\юе порушенням кл\тинно1 в\дпов\д\ генома.
0дн\ею з типових реакц\й кл\тини у в\дпов\дь на г\покс\ю \ посилення ВРО е \ндукц\я ИБР 70. В\домо, що стресов\ впливи, \ в першу чергу тепловий шок, викликають накопичення ИБР 70 в кл\тинах р\зного походження. (ОэогдороШов, Welch, 1993; Иаг1! 1996; Маргулис, Гужова, 2000). Також синтез ИБР 70 по-силюеться \ при п\двищенн\ температури та при ба-гатьох \нших несприятливих впливах, таких як до-давання до кл\тин орган\чних розчинник\в, важких метал\в, сильних оксидант\в, а також п\д впливом деяких гормон\в \ ростових фактор\в. У зв'язку з цим деяк\ автори називають ИБР 70 - «стрес-б\лками». В еволюц\йному в\дношенн\ ИБР 70 в\дносяться до ви-сококонсервативних б\лк\в \ виявляються у вс\х ор-ган\змах в\д бактер\й до людини. Це св\дчить про те, що вони виконують фундаментальн\ кл\тинн\ функц\У. Як цитопротекторн\ властивост\ стрес-б\лк\в, так \ Ух роль в процесах нормально! життед\яльност\ кл\-тини багато в чому залежить в\д того, що ц\ б\лки е шаперонами, полегшуючи таким чином формуван-ня вторинноУ та третинноУ структури \нших б\лк\в [10,11,23,35].
ИБР 70 також беруть участь в процесах репара-цп або ел\м\нацп неправильно згорнутих або дена-турованих б\лк\в. Як шаперони, вони беруть участь в синтез\ гл\копротеiн\в, до яких в\дноситься тире-оглобул\н, причому механ\зми стресорноУ активац\i синтезу б\лк\в теплового шоку характеризуються високою тканинною специф\чн\стю. Передбачуваний механ\зм взаемодп малих б\лк\в теплового шоку з частково денатурованими б\лками [3,5,24,25,29,32].
У людини \снуе не менше 11 ген\в с\мейства ИБР 70, як\ кодують групу близьких б\лк\в з молекулярною масою в\д 66 до 78 кДа. Базовий р\вень експресп \ \ндуцибельн\сть у в\дпов\дь на р\зн\ фактори стресу розр\зняються для б\льшост\ член\в цього с\мейства. Шаперони ИБР 70 мають два основних функц\ональ-них домена. Високо консервативний NH2-к\нцевий домен мае АТФ-азну активн\сть \ м\цно зв'язуеться з АДФ \ АТФ, а С00И-терм\нальний домен зв'язуеться з пол\пептидами. В\домо, що ИБР 70 переважно зв'язуеться з незгорнутими або частково згорнути-ми б\лками, та запоб\гае Ух агрегац\У або неправильному фолд\нгу. Номенклатура р\зних б\лк\в с\мейства ИБР 70 обширна \ заснована на кл\тинному розпод\л\ \ \ндуцированост\ [5,10,11,35].
1ндуц\бельний ИБР 70 - це б\лок, експрес\я якого активуеться при попаданн\ кл\тини або орган\зму в умови стресу. ИБР 70 необх\дний для кл\тинного
в\дновлення, виживання \ забезпечення нормаль-них кл\тинних функц\й. ВЫ також е молекулярним шапероном, який запоб\гае агрегацп б\лк\в \ в\д-новлюе пошкоджен\ б\лки у в\дпов\дь на кл\тинний стрес, викликаний несприятливими впливами на-вколишнього середовища, патогенами \ захворю-ваннями. В даний час проводяться досл\дження з метою застосування протективних можливостей ИБР 70 для терапевтичних ц\лей. Молекула ИБР 70 являе собою димер, який мае здатн\сть формувати високоол\гомерн\ комплекси з багатьма структурами в кл\тин\ \ мае щонайменше 8 \зоформ, наб\р \ концентрац\я яких залежать в\д типу кл\тини \ контр-олюються видом стресового впливу. У людей \ при-мат\в \н\ц\ац\я синтезу ИБР при стрес\ пов'язана з активац\ею, щонайменше, трьох рецепторних систем: Са-моб1гмзуючих, □-блокатор1в та рецептор1в стеро'щних гормон\в [2,24,28]. Максимальний синтез ИБР 70 в кл\тинах спостер\гаеться через 7-8 годин п\сля зак\нчення теплового шоку \ п\дтриму-еться на високому р\вн\ ще 4-5 ч. Через 24 год п\сля шоку синтез ИБР 70 значно зменшуеться. Навпаки, для загального синтезу кл\тинних б\лк\в характерна значна депрес\я п\д час шоку \ в перш\ години п\сля нього. Синтез основних кл\тинних б\лк\в починае посилюватися через 7-8 год \ досягае нормальних значень лише через 24 годин п\сля зак\нчення шоку. У зв'язку з цим, на певному етап\ п\сля шоку Ивр70 може становити 15-20% в\д ус\х б\лк\в цитоплазми. Кр\м того, п\сля стресу ИБР 70 може накопичувати-ся в найб\льш «вразливих» д\лянках кл\тини, а саме: в перш\ 4-5 год - в ядр\, пот\м в перинуклеарн\й, присарколемальн\й зонах \ вздовж актинових ф\ла-мент\в. Сенс накопичення ИБР 70 в ядр\ п\сля по-шкодження кл\тини полягае в захист\ генетичного матер\алу. Таким чином, ИБР 70 в\д\грае значну роль в п\двищенн\ ст\йкост\ кл\тинного апарату б\осинтезу б\лка до пошкоджуючих фактор\в. Кр\м того, е дан\ про зв'язок ИБР 70 з знову синтезованими важкими ланцюгами 1д в тих областях, де може в\дбуватися як нормальне зв'язування з легким ланцюгом, так \ не-бажане зв'язування важких ланцюг\в один з одним, тобто його присутн\сть перешкоджае утворенню агрегат\в з важких ланцюг\в. Пот\м в ход\ АТФ-азно! реакцп легкий ланцюг вит\сняе б\лок теплового шоку \ формуеться нормальна структура 1д. Накопичення ИБР 70 п\сля короткочасних вплив\в на кл\тину те-пловим шоком лежить в основ\ феномена тимчасо-вого п\двищення порогу температурноУ чутливост\ кл\тин, так званоУ термо-толерантност\. Ф\з\олог\ч-на роль ИБР 70 вивчалася на безл\ч\ моделей при таких умовах, як г\пертерм\я, г\пертенз\я, контакт з токсичними х\м\чними речовинами, г\покс\я, \шем\я, запалення, ауто\мунн\ патологи, апоптоз, злояк\с-н\ пухлини, трансплантац\я орган\в, бактер\альн\ та в\русн\ \нфекц\У. Р\вень ИБР 70 також досл\джували при нормальних процесах стар\ння, сперматогенезу, в залежност\ в\д фази менструального циклу та ф\зичного навантаження. Поруч досл\дник\в зазна-чено, що при ауто\мунних захворюваннях, таких як ВКВ, РА, п\двищення вм\сту ИБР 70 в л\мфоцитах кров\ пов'язано з активн\стю патолог\чного процесу
[3,5,25,35]. При повторюваних еп\зодах \шемп також була виявлена активац\я синтезу ИБР 70. Було показано, що короткочасн\ еп\зоди оклюзп коронарних артер\й з \нтервалами реперфузп \стотно п\двищува-ли толерантн\сть м\окарда до наступних, б\льш три-валих II еп\зодами, що призводило до зниження час-тоти розвитку \нфаркту м\окарда, зниження ризику загрожуючих життю аритм\й. Б\лки теплового шоку в ц\й ситуацп виступають не т\льки як шаперони, але \ як потенц\йн\ антиоксиданти. Таким чином, вияв-лено зв'язок м\ж вм\стом ИБР 70 в кл\тинах \ ст\йк\с-тю тканин до \шемп та реперфузп, Участь ИБР 70 у формуванн\ термотолерантност\ \ явищ перехресно! толерантност\ до р\зних пошкоджуючих агент\в слу-жать проявом Ух яскраво виражених цитопротектор-них властивостей. Разом з тим, ИБР 70 необх\дн\ для нормально! життед\яльност\ кл\тини, тому що беруть участь в п\дтримц\ кл\тинного гомеостазу, процесах росту \ диференц\юванн\ кл\тин [5,26,30,31].
Можна вид\лити наступн\ основн\ положення про ф\з\олог\чну роль ИБР 70: у кл\тин\ п\сля стресу швидкими темпами в\дбуваеться накопичення ИБР 70, попередне в\дновлення синтезу \нших кл\тинних б\лк\в. У ранн\й постстресорний пер\од ИБР 70 лока-л\зуеться в основному в ядр\, в п\зн\й - в 3 областях цитоплазми: присарколемальн\й, перинуклеарн\й \ вздовж актинових ф\ламент\в. У кл\тин\, що зазнала стресорного впливу, ИБР 70 миттево нормал\зують формування рибосом, попереджаючи агрегац\й-н\ процеси при згортанн\ б\лк\в \ в\дновлюючи нор-мальну структуру м\офбрилярного апарату. У пост-стресорний пер\од ИБР 70 е складовою частиною кл\тинноУ системи репарац\У, захищаючи процеси б\осинтезу б\лка \ структурну ц\л\сн\сть кл\тинних пептид\в [6,19,26].
Шаперонна активн\сть ИБР 70 модулюеть-ся б\лками-пом\чниками або ко-шаперонами, пов'язаними з молекулою ИБР 70, нуклеотидами, зм\стом одно- \ двовалентних \он\в, а також концен-трац\ею б\лк\в-м\шеней. У кожн\й кл\тинн\й органел-л\ вищих тварин е св\й шаперонний механ\зм, д\я якого заснована на певному член\ с\мейства ИБР 70. Одним з найб\льш прим\тних властивостей ИБР 70 е захисна функц\я, яку б\лок демонструе в ход\ реакцп кл\тини або орган\зму на д\ю р\зних несприятливих фактор\в середовища [6,28]. Отримано багато до-каз\в протективного ефекту ИБР 70, \ в цьому план\ написан\ сотн\ роб\т \ к\лька десятк\в монограф\й. Найб\льш переконлив\ аргументи на користь за-хисноУ функц\У ИБР 70 отриман\ в експериментах по введенню в кл\тини самого б\лка або його гена, п\сля чого оц\нювалася ст\йк\сть кл\тин до пошкоджень факторами. З'ясувалося, що протективний ефект ИБР 70 залежить в\д дози б\лка, отриманоУ даною кл\тиною, \ проявляеться по в\дношенню до безл\ч\ фактор\в, зокрема тих, як\ викликають програмова-ну кл\тинну смерть, апоптоз. В даний час зац\кавле-н\сть до цитозахисних властивостей б\лк\в-шаперо-н\в виходить за рамки суто б\олог\чних досл\джень. Результати експеримент\в останн\х 10-15 рок\в, ви-конаних, в основному, на кл\тинних культурах \ екс-периментальних тваринах, дали можлив\сть пред-ставити к\лька напрямк\в практичного використання
захисних властивостей HSP 70 [5,26,28,29,31]. По-перше, стмюсть кттини, так i оргаызму в цтому, можна пiдвищити шляхом збiльшення внутршньо-клiтинного вмiсту HSP 70. Останне може бути до-сягнуто в результат прекондицiонування (дозоване нагрiвання, ппокЫя), пщ д!ею лiкарських препара^в, пюля трансфекцп клiтин геном HSP 70. По-друге, останнiм часом привертае увагу питання про захисн1 властивостi позакттинного HSP 70. Уже в юнц 1980-х рр. було виявлено, що HSP 70 може залишати кт-тини молюскiв [3,5], ембрюнальы клiтини щура i ви-ходити в позакттинний матрикс. Подiбнi дан були отриманi при аналiзi бшюв, що виходять з клiтин глюми людини [19]. Опинившись в позакттинному середовищi, HSP 70 може взаeмодiяти з iншими клiтинами, наприклад, нейронами i захищати ¿х вiд загибелi [19]. Захисний ефект екзогенного HSP 70 при дм iндукуючого апоптоз фактору некрозу пухлин був показаний також Андреевою Л.1 та ствавтора-ми на лiнiï клiтин мieлоïдноï лейкемiï людини U-937 [21]. Таким чином, HSP 70, доданий до кттин ззовнг здатний захищати ¿х подiбним з внутршньокттин-ним бтком чином. На тканинному рiвнi також було показано, що препарат HSP 70, що складаеться з сум^ двох iзоформ: iндуцибельноï (HSP 70) та конститутивно'! (HSP 70), при введены в око щура по-глинався ставкою i захищав фоторецептори при 1х пошкодженнi свалом [6,21,26]. На зрiзах мозку миш1 було показано, що рекомбiнантний HSP 70, доданий в ¡нкубацмне середовище, iмiтував захисний ефект теплового прекондицюнування, який полягав в нор-мализуючм дiï на мiнiатюрнi синаптичнi струми, ви-кликанi гамма-амiномасляною кислототою, глутам!-новою кислотою i глiцином [1,3]. Bзаeмодiя HSP 70 з кттинною поверхнею i його поглинання було показано для дектькох титв клiтин рiзного походження. У центральна нервовiй системi екзогенний HSP 70, ймовiрно, може взаeмодiяти з глiальними клiтинами i нейронами. lмуногiстохiмiчно показано, що обидв1 iзоформи HSP 70 найбтьшою мiрою представлен! в синапсах. Однак, основна роль у функцюнуваны ендо- та екзоцитозу синаптичних бульбашок нале-жить HSP 70 [14]. У кор! мозку i ппокамт щура HSP 70 е основним компонентом постсинаптично( мемб-рани, а також пов'язаний з аморфними субсинап-тичними структурами i цистернами шипикового апа-рату. HSP 70 виявлений лише в невеликих ктькостях в постсинаптичнм мембранi. Обидв! ¡зоформи HSP 70 можна вважати синаптичними маркерами [5,15].
Кр!м того, вони виявлен в достатнiй ктькос-т в астроглп. Таким чином, можна припускати, що БТШ70, може залишати кттини паренх!ми мозку i поглинатися ними. Присутнють HSP 70 в синапсах передбачае його причетнють до 1х функцюнування i, можливо, до модуляцп синаптичноï передач!. На-реит, необхщно доповнити картину взаeмодiï позакттинного HSP 70 з! спец!ал!зованими Tolllike рецепторами (TLR-2 i TLR-4), пов'язаними з CD14 [3,5] на поверхн мкрогтальних кттин, що мають мезен-х!мальне походження, як! традицмно вважаються спец!ал!зованими макрофагами ЦНС. B результат! тако( взаeмодiï кттини мкроглп активуються, що призводить до збтьшення синтезу прозапальних
цитоюыв. Такий же спрямованютю дiï HSP 70 вияв-ляють в кардюмюцитах в умувах ппоксп. Рядом дослщжень продемонстрована здатнють даних бтюв регулювати процеси енергетичного метабол!зму (активуючи компенсаторы шляху продукцп енергп), а також зменшуючи цитотоксичн наслщки ытрозу-ючого, оксидативного стресу, модулювати концен-трац!ю IL33. Под!бн ефекти HSP 70 щодо IL33, на нашу думку, пояснюеться тим, що бтки теплового шоку мають так званий процитоюновий ефект. Цю властивють мають не ттьки HSP 70, а й ¡ншим шаперони, так! як HSP 90, HSP 32. Для позакттинного HSP 70 був запропонований новий термЫ «шаперо-юн» [1,5,5,19]. На вщмшу вщ позакттинного HSP 70 збтьшення експресп або вмюту внутршньокттин-ного HSP 70 викликае гальмування передач! прол!-феративних, апоптотичних, запальних сигнал!в.
У зв'язку з посиленням бюлопчно( рол! HSP 70 даний бток останым часом широко використову-еться, як маркер для лкування i моыторингу ефек-тивност лкування ппоксичних стаыв. Результати всезростаючого числа сучасних дослщжень, при-свячених бткам теплового шоку i зокрема Hsp70, свщчать про важливють ïх рол! у вщновлены кар-дюмюцит!в i кттин головного мозку пюля ¡шемп i реперфузiï, обмеження обсягу ¡нфаркту, а також в ¡шем!чному прекондицюнуваны. Як ми вже вказува-ли, практично вс кттины елементи вщповщають на стрес пперекспреЫею бтюв теплового шоку.
B ход! проведення дослщжень B. Dybdahl i ст-вавт., представили ппотезу, про те, що бток теплового шоку HSP 70 може бути представлений в якост! цЫного маркера некрозу мюкарда. Спостеркалася група пац!ент!в з Г1М як! мали пом!рн пков! концен-трацiï cTnT, KK-MB, а також типов! ехокардюграф1чы висновки хоча i з суттевими ¡ндивщуальними вщмш-ностями. Була ч!тко пом!чена кореляц!я м!ж маркерами пошкодження мюкарду i HSP 70 пац!ент!в з ¡н-фарктом. Це може свщчити про те, що концентра^я HSP 70 пов'язана з розм!ром ¡нфаркту [16].
Важливою вщмшнютю м!ж встановленими маркерами некрозу мюкарда: cTnT, KK-MB i HSP 70 e 1х юнетика. Бюлопчний перюд нап!врозпаду HSP 70, як повщомляеться, близько 18 годин. При гострому ¡н-фаркп мюкарда, акгивнють TnT все ще висока через ктька дыв пюля первинного ¡нсульту. Доотдження р!вня HSP 70 може мати важливе д!агностичне зна-чення при виявленн повторного ¡нфаркту протягом перших ктькох дыв пюля первинного ¡нфаркту мю-карда [16,20,22,34].
Важливють досл!джень функцм внутршньокт-тинного б!лка HSP 70 визначаеться тим, що в!н грае роль ¡ммуномодулятора i отже е кандидатом на ви-користання в терапевтичних цтях [3,5,17,21]. Нашими роботами також було встановлено зв'язок концентрацп HSP 70 з р!зними термшами гiпоксiï не-йрон!в in vitro i динамкою вмюту гiпоксiï ¡ндукуючого фактора HIF [3,5,27].
Так, дослщження in vitro, показали, що введення в ¡нкубацмне середовище цитотоксичних сполук: глутамату (100 мкм), хлордш1тробензена (ХДБ) (80 мкм), а також DNIC (250 мкм) приводило до змЫи характеру експресп HSP 70, Hif 1б, проте, дан! зм!ни
ст> ■Рь
В Р.
о ш
I
о\ ь'
я тз
I ^
X
Е
В)
=1 ф
тз
0
1
ш'
ш о
о\ 2
н о ч
ф о =1 ^ Ь X
о 1 ш §
о х
■ Е
о
У 1
^ <
г 5 ш н
ГО
о
э ■а
о о ь № г
о о' ь о
г
№
ГО
о ^
го
ч о
г
ы
тз ф
п
ш
=1 о
Е
^
о
=1 X ф Ш
° 13
111 5 Ф р е о Ф
-а ^
л ® 31
е. Ш
от я 5 I §
сБ ^ ь -о ^ ь
■X -I
ГО =ь £
2 а\ х
ё ^
Ш О >
X * д
Е I ф
5 ш
5 ¡Г X
Ш 2 X
0_ вэ 1; ? №
В) о о а\ ш'
тз — В)
^ о ч =1
о ч тз ш 7\ тз о
ш ^ о ч
I I п I I' ^ % тз о ф 7\ ^ 5
а\ о' ф -е- ш
тз о -1 ф
ф а\ I
В) тз ^ ■5 ш'
7\ ф СП X Ф в
"а ш' о о Ч О о 7\
ч. о
сп" £
I =1 ь В) а\ <
сл тз 5
Т1 о СП ч сг
^ ф о о ^
о £ ф I о тз В)
ч о I ч
тз ф
ч ф I о со а\
тз В) £ ь' ^
м' -1 ш'
ш СП I о о ч I сп Т1
^
о ■Е. о
ю ч
I
В)
а\ ф ш =1 ф
X
<
ш ю ч
о £1
я •Е
5
X
4 "О -1 5
о\ о
ао -
□ 5
0 X X и 2, 2 I' Я"
5 » Й » и л о I
яН
и в ■о
5
га И "О
II
Ь (С
•< о н =■
1 =
» £ Ч
кол-во белка, усл. ед.
кол-во белка, усл.ад.
-ь № СО £ Ц1 < О О О О О О (
'
о тз
ч о
£ ^ Ш
ч сг
ч ш
I I
я
=1 тз о
тз о ш тз о о\
ч о =1 тз о
ч
ф
^
ь
В) I
о\ ь'
тз ф
В)
•Е
я
X
=1 тз
ч о =1 тз
0
ч
ф
^
4 ^
ш
1
о
5
со' 5
=1
о £1
ш В)
ь сг I
о
=1 о
Е
^
0
£
*
ф
1
тз о
о
ь
ф
=1 тз я
о 5
£ В) I
ч
I
X
-е-
ф
тз ф
I
ч. ш'
о
4 В)
о\ ь' ш' В) Е со
5
го
в
о
тз ф
В)
ь
ш'
<
со ч сг о я
ш В)
£
о =1 о
а\ ш
£ Т
I Н = ф
5 ш
7\
0
1
<
5 ч сг
&
В)
I ^
X <
о
СП В)
X
=1 тз о
ч
ф
СП
I
<
тз о ь сг
в
о
тз о
ш В) 5 ч сг о я
=1 тз
I
о <
=1 о Е
I
<
=1 В) ч о а\ о' X
X
тз ф
В)
0 *
1
В) ш тз о а\
В
0
а\ ь'
1
сп ■о
о
В)
7\
Е СП
о £ я
д
£Г
о <
I I о
о ф ч
-1 о ч" ш
о а\ а\
о X I ь'
сг
-1 I I со I о
ВЭ ь I о ч_
< < & ь В) I I
СП п В) Т1
=1 Е
=1 о < а\
о СП о ^ ь £ < =1
■5 о
сг I ф I I £ а\
ш п ф I
< ч тз СП
Е о
7\ В) ь £
о I 5 СП
о о
£ I о о
< 5 X < 7\ =1 ф
— тз I ф СП
ВЭ I о
-1 ф I ч о -1 о ш СП
ф ш
I ш
ч 2 X
^
I о ч
ГО
=1 О ш
о ч
тз ф
0
1
В)
"а ш'
тз ф
н ^
я
ч тз ш
^ о В)
ч ь ч
сг ^
в СП ^ ф 7\
о ь о □
л ч' тз
сп ^ ф
Т1 I I о
-VI ^с 5'
о СП -е-
ш ч £Г В)
тз =1
< о о
X В) со СП тз <
ч сг о I В) I —ь
а\
СП
о о 7\ в
^ о о
-1
I 5 -1
В) тз
ь сг I о * В) со =1
Е I В) =1 ф тз
ь а Е
X тз о
^ тз
СП =1 < п £
о I <
кол-во белка, усл.ед.
- 5
О о 5'
ц
-я а о ш В) I I
ш
I
ч ф
I
сл СП о X - 5 I ?
о>
О I
Ь з
о 4 о ь
I
:п Ф о I <
ш
В 5
* 3
ф ч
I
о о Ф ш
| I: £
г, "О ш ф
-я
0 £.
_. О I
1 Ю О
- ш г
. В) <
с* £
1 £
С/5 ° "О а
00
1 =1
=* 8
-1 ч
а\ <
« §
2 Я
д: Ф
0 ш 2 Ь
§ Е
сг ф
1 I
^ I
2 а
=1 *
-а о
о ф
0 тз
2 £
1 =;
со м
о о я
ш I
я' о
X О
Ш Ь ш
Ф со
Я 1
ф о го
ч ю
В) I
2 ^
ВЭ ^с
^ X
В)
— тз
ё н
т ®
о =1 о о
4 ф ш
Р. о
-I -<
ю о
5 =1 о ф
о I
В)
I
В)
ф
I I
я
о <
0
=1 ф
1
ш
7\
"а
н
о
о
ь
ф
■5
ь
В)
ь
В) I
о а\
0
4 ю
ш ^
1
о
5
=1 о я
0
1
5 от ч сг о я
а\ ь' сг
Е
ч
тз ^
ш В)
ь
ф
I
ч ф
ш
£1 ф
я
-е-
ф тз
Ф I
ч ш'
В) I
ч ^
о ^
0
£ В)
1
ч
I
о
а\ <
ь
о о =1
0 В)
1
о
а\ со
5'
<
0 ^
тз
=1 .с 5'
-1 Ф
1
ш' ш
=1
0 ш
1
В)
-е-
В) ^
ч о тз о
7\ тз
тз
0 ь сг
ч тз ю
1
о
=1 .с
-е-
В)
25
о
тз <
ю
=1 <
о ^
ш 5
ч тз ю
I
ф тз ш
о <
а\ о
0 £1 ф
1
сг I
I
В) со -1 "а ю ч
0 <
ш В)
ь сг
1
"а
ф ю
ш
о
СП
о 5
X
ф
тз
<
4 ш о тз
5 со
а\ ь' сг I
о
-е-
о тз
СП
^
ь
5 х В) со =1
о
6
В)
ь
сг
Е
=1
тз ^
о ч о
ч
ш ^
0 *
ш а\ ь' сг
Е
ф
1 I
я ч
тз ^
ш В)
ь
о о ч
7\ "а
ч
о
0 £
1
со' 5
-е-
<
I
I
сп ■о
о
ь
В)
ш
Й
ф
□
£Г тз
0 -1 ф
1
В) ш
ю ь
В)
¿3 ф
□
тз
0 -1 ф
1
ю
01
со
а <
ч ш ч о'
I
сл
ч тз ю
I
о
-е-
ф тз ю
& £
тз ф
н
ш о
7\ ■Е.
0
ь 5 ш В)
ь сг
1
о =1 о Е
7\
0
£
*
ф
1 X •С ч'
тз ю ч
о
I'
ч ш
I
о
в
о
СП <
о ш В)
X
I
сп
■О
0 ш £ В) ч
1
В) =1 о а\ -Г ш ч
&
* ф
I
а\ ь'
ь
ч'
тз
тз о а\ ч'
а\ <
ь
о
=1 о
7\
ш ш В)
^¡TepaTypa
1. Andreeva L.I. Tsentral'nye effekty belka teplovgo shoka s molekulyarnoi massoi 70 kDa / L.I. Andreeva, P.D. Shabanov, B.A. Margulis, I.V. Guzhova // Zhurnal PF i BNyu. - 2005. — № 1. - S. 794-803.
2. Babushkina N.V. Endogennaya zashchita miokarda: rol' belkov teplovogo shoka v mekhanizmakh prekonditsionirovaniya / N.V. Babushkina, A.A. Runovich, G.B. Borovskii, T.E. Kuril'skaya // Byuleten' VSNTs SO RAMN. - 2006. — № 5. - S. 27-31.
3. Belenichev I.F Neiroprotektsiya i neiroplastichnost' / I.F. Belenichev, V.I. Chernii, S.V. Pavlov [i dr. ]. — Kiev - Logos, 2015. - 509 s.
4. Belenichev I.F. Vozmozhnaya rol' HSP-belkov v realizatsii energotropnogo mekhanizma neiroprotektivnogo deistviya tserebrokurina / I.F Belenichev, S.V. Pavlov // Neironauki: teoretichni ta klinichni aspekti. - 2010. - T. 6, № 1. - S. 31-36.
5. Belenichev I.F. Ratsional'naya neiroprotektsiya / I.F. Belenichev, V.I. Chernii, Yu.M. Kolesnik, S.V. Pavlov [i dr.]. - Donetsk: Izd. Dom Zaslavskii, 2009. - 261 s.
6. Evdonin A.L. Vnekletochnye belki teplovogo shoka 70 i ego funktsii / A.L. Evdonin, N.D. Medvedeva // Tsitologiya. - 2009. - T. 51, № 2. - S. 113-145.
7. Kovalenko V.M. Khvorobi sistemi krovoobigu u strukturi smertnosti naselennya Ukraini: mifi i real'nist' / V.M. Kovalenko, Yu.M. Sirenko, A.P. Dorogoi // Materiali XIV Natsional'nogo kongresu kardiologiv Ukrai'ni. — Kii'v, 2013.
8. Kolesnik Yu.M. Biokhimicheskie mekhanizmy regulyatsii produktsii energii v usloviyakh eksperimental'noi ostroi tserebral'noi ishemii / Yu.M. Kolesnik, I.F. Belenichev, S.V. Pavlov, I.S. Chekman [i dr.] // Dopovidi natsional'noi akademii nauk Ukrai'ni. - 2011.
— № 9. - S. 165-169.
9. Lyu B.N. Kislorodno-perekisnaya kontseptsiya apoptoza i vozmozhnye varianty ego mekhanizma / B.N. Lyu // Usp. sovr. biologii.
— 2001. — T. 121, № 5. — S. 488-501.
10. Margulis B.A. Belki stressa v eukarioticheskoi kletke / B.A. Margulis, I.V. Guzhova // Tsitologiya. — 2000. — T. 4, № 42. — S. 323-328.
11. Mokrushin A.A. Belok teplovogo shoka (Hsp70) protektiruet aktivnost' glutamatergicheskoi sinapticheskoi peredachi v obonyatel'noi kore mozga krys in vitro ot tyazheloi anoksii / A.A. Mokrushin, L.I. Pavlinova, I.V. Guzhova, B.A. Margulis // Dokl. RAN. - 2004. — T. 394, № 3. - S. 419-422.
12. Pavlov S.V. Mitoprotektyvna diya tiol'nykh antyoksydantiv v umovakh modelyuvannya nitrozuyuchoho stresu in vitro / S.V. Pavlov // Zdobutky klin. i eksperym. medytsyny. - 2011. — № 2. - S. 95-97.
13. Pavlov S.V. Vplyv Tserebrokurynu, tiotryazolinu ta emoksypinu na hlutationovyy lantsyuh tiol-dysul'fidnoyi systemy mozku v umovakh eksperymental'noho porushennya mozkovoho krovoobihu / S.V. Pavlov, I.F. Byelenichev // Medychna khimiya. - 2009.
— № 3, T. 11. - S. 26-33.
14. Pavlov S.V. Vplyv estroheniv ta selektyvnykh modulyatoriv estrohenovykh retseptoriv na sertsevo-sudynnu systemu / S.V. Pavlov, K.V. Levchenko // Visnyk problem biolohiyi ta medytsyny. - 2016. — T. 3, № 2. - S. 40-44.
15. Pavlov S.V. Antyoksydantni ta kardioprotektyvni vlastyvosti tamoksyfenu tsytratu za umov hipoksychnoho poshkodzhennya kardiomiotsytiv / S.V. Pavlov, K.V. Levchenko // Farmakolohiya ta likars'ka toksykolohiya. - 2016. - T. 51, № 6. - S. 66-72.
16. Pavlov S.V. Tsytoprotektyvni efekty selektyvnykh modulyatoriv estrohenovykh retseptoriv za umov hipoksiyi kardiomiotsytiv in vitro / S.V. Pavlov, K.V. Levchenko // Farmakolohiya ta likars'ka toksykolohiya. - 2016. - T. 50, № 4-5. - S. 78-83.
17. Pavlov S.V. Vplyv antyoksydantiv na systemu oksydu azotu v holovnomu mozku shchuriv pry hostriy tserebral'niy ishemiyi / S.V. Pavlov // Odes'kyy med. zhurn. - 2014. — № 1. - S. 21-26.
18. Khodakovs'kyy O.A. Vplyv ademolu na pokaznyky obminu NO v shchuriv iz modellyu infarktu miokarda / O.A. Khodakovs'kyy, S.V. Pavlov, N.V. Bukhtiyarova // Ukr. biokhim. zhurn. — 2013. — T. 85, № 3. - S. 85-89.
19. Arif A. Extraneuronal activities and regulatory mechanisms of the atypical cyclin-dependent kinase Cdk5 / A. Arif // Biochem. Pharmacol. - 2012. - Vol. 84. - P. 985-993.
20. Beere H.M. 'The stress of dying': the role of heat shock proteins in the regulation of apoptosis / H.M. Beere // J. Cell Science. -2004. - Vol. 117. - P. 2641-2651.
21. Demange L. Potent inhibitors of CDK5 derived from roscovitine: synthesis, biological evaluation and molecular modeling / L. Demange, F.N. Abdellah, O. Lozach, Y Ferandin // Bioorg. Med. Chem. Lett. - 2013. - Vol. 23. - P. 125-131.
22. Dybdahi B. Myocardial ischemia and the inflammatory response: release of heat schock protein 70 after myocardial infarction / B. Dybdahi, S.A. Slordahi, A. Waage, P. Kierulf // Heart. - 2005. - Vol. 91. - P. 299-304.
23. Jason C. Young Mechanisms of the Hsp70 chaperone system / C. Young Jason // J. Biochem. Cell Biol. - 2010. - Vol. 88. -P. 291-300.
24. Kolesnyk M. Relationship between biochemical markers of cardiac remodelling and postexercise elevation of left ventricular filling pressure in arterial hypertension / M. Kolesnyk, G.V. Dzyak // ESC. Congress 30.07-03.09.2014, Barcelona, Spain. - P. 86 (1091).
25. Marada A. A Single Point Mutation in Mitochondrial Hsp70 Cochaperone Mge1 Gains Thermal Stability and Resistance / Adinarayana Marada, Srinivasu Karri, Swati Singh, Praveen Kumar Allu // Biochemistry. — 2016. - Vol 55 (51). - P. 7065-7072.
26. M. Morey Trevor Heat Shock Inhibition of CDK5 Increases NOXA Levels through miR-23a Repression / Trevor M. Morey, Rabih Roufayel, Donald S. Johnston, Andrew S. Fletcher // Journal of Biological Chemistry. - 2015. - Vol. 290, № 18. - P. 11443-11545.
27. Pavlov S. Molecular and Biochemical Aspects of the Neuroprotective Effect of the Selective Estrogen Receptor Modulator Tamoxifen in a Model of Acute Cerebral Ischemia / S. Pavlov, I. Belenichev // Neurochemical Journal. - 2014. - Vol. 8, № 1. -P. 28-32.
28. Place R.F. Non-coding RNAs turn up the heat: an emerging layer of novel regulators in the mammalian heat shock response / R.F. Place, E.J. Noonan // Cell Stress Chaperones. - 2014. - Vol. 19. - P. 159-172.
29. Plumier J.C. Transgenic mice expressing the human inducible Hsp70 have hippocampal neurons resistant to ischemic injury / J.C. Plumier, A.M. Krueger, R.W. Currie, D. Kontoyiannis // Cell Stress Chaperones. - 1997. — № 2. - P. 162-167.
30. Roy Ananya Mast Cell Chymase Degrades the Alarmins Heat Shock Protein 70, Biglycan, HMGB1, and Interleukin-33 (IL-33) and Limits Danger-induced Inflammation / Ananya Roy, Goutham Ganesh, Helena Sippola, Sara Bolin, Osama Sawesi// J. Biol. Chem.
— 2014. — Jan 3; 289 (1). — P. 237-250.
31. Shah K. Cdk5 activity in the brain - multiple paths of regulation / K. Shah, D.K. Lahiri // Cell Sci. - 2014. — № 127. - P. 2391-2400.
32. Yenari M.A. The neuroprotective potential of heat shock protein 70 (HSP70) / M.A. Yenari, R.G. Giffard, R.M. Sapolsky, G.K. Steinberg // Mol. Med. Today. — 1999. - Vol. 5. - P. 525-531.
33. Zhen-Tao Mo The effects of icariin on the expression of HIF-1a, HSP-60 and HSP-70 in PC12 cells suffered from oxygen-glucose deprivation-induced injury / Tao Mo Zhen-, Na Li Wen-, Yu-Rong Zhai, Shu-Ying Gao // Pharmaceutical Biology. - 2017. -Vol. 55. - P. 848-852.
34. Zhou J. PI3K/AKT is required from heat shock proteins to protect hypoxia-inducible factor-16 from pVHL-independent degradation / J. Zhou, T. Schmid, R. Franc, R. Bruno // J. Biol. Chem. — 2004. - Vol. 279. - P. 13506-13513.
35. Zuiderweg Erik R.P. The Amazing Multi-Valency of the Hsp70 Chaperones / Erik R.P. Zuiderweg, Jason E. Gestwick // J.S.M. Cell Dev Biol. - 2016. - Vol. 4 (1) 1019. - P. 1-13.
УДК 616-005.4-092-07:577.112
МОЛЕКУЛЯРНО-Б1ОХ1М1ЧН1 МЕХАН13МИ HSP 70-ОПОСЕРЕДКОВАНО1 ЦИТОПРОТЕКЦЙ В УМО-ВАХ ПАТОЛОГ1Й 1ШЕМ1ЧНОГО ГЕНЕ3У
Павлов С. В., Белешчев I. Ф., Нштченко Ю. В., Горбачева С. В.
Резюме. У статт розглянуто сучасний стан питания щодо характеру експресп та синтезу 61лк1в теплового шоку в умовах патопогп серця та головного мозку ¡шем1чного ^енезу. Проведено птературний огляд заруб1жних та в^чизняних доспщжень щодо вмюту бтюв теплового шоку в тканинах за умов ппоксп. Згщно птературних джерел, шаперонна активнють HSP 70 модулюеться б1лками-пом1чниками або ко-шаперонами, пов'язаними з молекулою HSP 70, нуклеотидами, змютом одно- i двовалентних юыв, а також концентрацieю бiлкiв-мiшеней. ^м того, за результатами власних доспщжень in vitro, авторами продемонстровано, що введення в iнкубацiйне середовище цитотоксичних сполук: глутамату (100 мкм), хпордш^робензена (ХДБ) (80 мкм), а також DNIC (250 мкм) приводило до змши характеру експресп HSP 70. Беручи до уваги отриман нами дан про здатнiсть HSP 70 в умовах токсичного впливу на кттину поси-пювати експресiю фактору HIF-16, що грае першорядну роль в кттиннм вiдповiдi на ппокЫю, можна при-пустити, що HSP 70 втручаеться в сигнальнi шляхи вщпов^ клiтини на гiпоксичний стрес на рiвнi регуляцii, стабiльностi HIF-16. Подiбний двоступеневий захист клiтини на нашу думку е еволюцiйно розвиненим i необхiдним для посипення трансдукцмного клiтинного сигналу у вiдповiдь на пошкоджуючi агенти. Вста-новпена роль бтюв теплового шоку в кттинних реак^ях при iшемii ставить питання про розробку нових цитопротективних засобiв, здатних забезпечувати модуляцiю / протекаю генiв, що кодують синтез бтюв HSP 70, а також розробку методiв лабораторноi дiагностики i скриншгу ефективностi проведеноi терапii з використанням бiомаркерiв - HSP 70.
Ключов1 слова: бiлки теплового шоку, ппокЫя, цитопротекцiя, HSP 70.
УДК 616-005.4-092-07:577.112
МОЛЕКУЛЯРНО-БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ HSP 70-ОПОСРЕДОВАННОЙ ЦИТОПРОТЕК-ЦИИ В УСЛОВИЯХ ПАТОЛОГИЙ ИШЕМИЧЕСКОГО ГЕНЕЗА
Павлов С. В., Беленичев И. Ф., Никитченко Ю. В., Горбачева С. В.
Резюме. В статье рассмотрено современное состояние вопроса о характере экспрессии и синтезе белков теплового шока в условиях патологии сердца и головного мозга ишемического генеза. Проведено литературный обзор зарубежных и отечественных исследований по содержанию белков теплового шока в тканях в условиях гипоксии. Согласно литературных источников, шаперонная активность HSP 70 модулируется белками-помощниками или ко-шаперонами, связанными с молекулой HSP 70, нуклеотидами, содержанием одно- и двухвалентных ионов, а также концентрацией белков-мишеней. Кроме того, по результатам собственных исследований in vitro, авторами показано, что введение в инкубационную среду цитотоксических соединений: гпутамата (100 мкм), хпординитробензена (ХДБ) (80 мкм), а также DNIC (250 мкм) приводило к изменению характера экспрессии HSP 70. Принимая во внимание полученные нами данные о способности HSP 70 в условиях токсического воздействия на клетку усиливать экспрессию фактора HIF-16, что играет первостепенную роль в клеточном ответе на гипоксию, можно предположить, что HSP 70 вмешивается в сигнальные пути ответа клетки на гипоксический стресс на уровне регуляции стабильности HIF-16. Подобная двухступенчатая защита клетки по нашему мнению является эвопюцион-но развитой и необходимой для усиления трансдукционного клеточного сигнала в ответ на повреждающие агенты. Установленная роль белков теплового шока в клеточных реакциях при ишемии ставит вопрос о разработке новых цитопротективных средств, способных обеспечивать модуляцию / протекцию генов, кодирующих синтез белков HSP 70, а также разработку методов лабораторной диагностики и скрининга эффективности проведенной терапии с использованием биомаркеров - HSP 70.
Ключевые слова: белки теплового шока, гипоксия, цитопротекция, HSP 70.
UDC 616-005.4-092-07:577.112
MOLECULAR BIO-CHEMICAL MECHANISMS OF HSP 70-MEDIATED CYTOPROTECTION IN PATHOLOGIES OF ISCHEMIC ORIGIN
Pavlov S. V., Belenichev I. F., Nikitchenko Yu. V., Gorbachova S. V.
Abstract. The article presents a current view on the nature of expression and synthesis of heat shock proteins in heart and brain pathology of ischemic origin. A review of foreign and domestic literature on the research regarding heat shock proteins content in tissues under hypoxia has been carried out. According to literature sources, HSP 70 chaperon activity is modulated by protein-assistants, or co-chaperons, which are related to the HSP 70 molecule, as well as by nucleotides, the content of mono- and bivalent ions, and by the concentration of target proteins. One of the most noticeable properties of HSP 70 is its protective function, which is projected in the course of the cell reaction or body reaction on the impact of different unfavorable environmental factors. A lot of evidence has been obtained of HSP 70 protective effect, and hundreds of research papers and dozens of monographs have been published with the regard to this. The most conclusive proofs of the HSP 70 protective function were drawn from the experiment on introducing the protein or its gene into the cell, which was followed by the evaluation of the cell stability under damage factors. The results of the experiments carried out mostly on cell cultures and test animals in recent 10-15 years made it possible to outline several areas of HSP 70 protective effect practical use. Firstly, the stability of the cell, as well as of the whole body, may be enforced by increasing the intracellular content of HSP 70. The latter may be achieved as a result of cell preconditioning (dosed heating, hypoxia) under drugs, after its trans-fection by the HSP 70 gene. Secondly, the issue of the extracellular HSP 70 protective effect has attracted attention recently. Furthermore, as the in vitro result of own research shows, the authors have revealed that introducing into the incubation environment of cytotoxic compounds, namely, Glutamate (100 |m), Dinitrochlorbenzene (DNCB) (80 |m), and DNIC (250 |m), led to the change in the nature of HSP 70 expression. Considering the data obtained in our research on the ability of HSP 70 to increase, under toxic influence on the cell, the expression of the Hif-1b factor, which is key to the cellular response to hypoxia, it can be assumed that HSP 70 intervenes into the signal pathways of the cell's response to hypoxia at the Hif-1b stability regulation level. This kind of two-level cell protection, in our opinion, has evolutionized to become necessary for enhancing transduction responsive cellular signal to damaging agents.
The established role of heat shock proteins in ischemic cellular reactions puts up the issue of elaborating new cytoprotective means to allow for modulation/protection of the genes that encode HSP 70 protein synthesis, along with working out of laboratory diagnose techniques and screening of HSP 70 biomarker therapy effectiveness.
Keywords: heat shock proteins, hypoxia, cytoprotection, HSP 70.
Pe^H3eHT — npo$. KocTeHKO B. O.
CTarm Haflmwna 10.06.2017 poKy
