CC BY
30
12 1 2 В.Ю. Титов , , А.М. Долгорукова , А.Н. Осипов
ПРЕДПОЛАГАЕМЫЙ МЕХАНИЗМ СПЕЦИФИЧНОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОКСИДА АЗОТА С ФИЗИОЛОГИЧЕСКИМИ МИШЕНЯМИ
1ФНЦВсероссийский научно-исследовательский и технологический институт птицеводства РАН, Россия
ФГБОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова» Минздрава России, Москва, Россия
Показано, что интенсивность трансформации NO до нитрата в биообъектах обусловлена состоянием физиологической мишени оксида азота. Основной физиологический донор NO - динитрозильный комплекс железа, содержащий тиолатные лиганды (ДНКЖ/SH), способен передавать NO на другую молекулу только в момент перестройки комплекса. Последняя может иметь место при взаимодействии комплекса с более эффективными хелаторами железа, чем исходно входящие в его состав. В случае отсутствия молекулы - ловушки NO образуется новый комплекс с новым лигандом. Возможно, лиганды в ДНКЖ и есть структуры, обеспечивающие взаимодействие комплекса с физиологической мишенью и специфичность этого взаимодействия, а также его эффективность.
Ключевые слова: оксид азота (NO), динитрозильный комплекс железа, хелаторы железа, нитрит
It is shown that intensity of nitrogen oxide (NO) transformation to nitrate in biological object is determined by current state of NO physiological target. The basic physiologic NO donor dinitrosyl iron complex containing thiolate ligands (DNIC/SH) is able to transfer NO to another molecule only during the restructuring of the complex. This restructuring can be result of DNIC/SH interaction with the more effective iron chelators than originally has been contained by the complex. At the absence of NO scavengers a new complex with the new ligand will be formed. The ligands in DNIC can presumably be the structures responsible for possibility, specificity, and efficiency of interaction between DNIC and its physiological targets.
Key words: Nitrogen oxide (NO), dinitrosyl iron complex, iron chelators, nitrite
Оксид азота, продуцируемый в живых тканях из аргинина и являющийся универсальным клеточным медиатором, является короткоживущим соединением, быстро окисляющимся до нитрита и нитрата. Считается, что такие соединения как S-нитрозотиолы (RSNO), динитрозильные комплексы железа с тиолатными лигандами (ДНКЖ/SH)
выполняют роль физиологических депо N0, продлевая его время жизни и опосредуя взаимодействие с мишенью [1, 2]. Логично возникают два вопроса: как обеспечивается специфичность взаимодействия N0 с мишенью и как избежать окисления N0 кислородом до токсического нитрита на стадии взаимодействия с мишенью.
Ответы на эти вопросы и есть цель наших исследований. До сих пор решению этой проблемы препятствовала низкая специфичность используемых методик, не позволяющих оперативно контролировать весь пул нитро- и нитрозосоединений и их взаимные превращения. Так, классический реактив Грисса дает окрашенный продукт не только с нитритом, но и с ДНКЖ и нитрозотиолами. Такая неспецифичность характерна для всех методов, основанных на взаимодействии с реагентом в кислой среде [3].
Разработанный и запатентованный нами ферментный сенсор позволяет оперативно контролировать содержание основных групп нитро- и нитрозосоединений в живых тканях и его изменение в ходе физиологических и патологических процессов [3]. Определение основано на свойстве нитрита (N0^), нитрозоаминов ^NN0), Б-нитрозотиолов (RSN0), динитрозильных комплексов железа ингибировать фермент каталазу в присутствии галоид-ионов, и на утрате ими этого свойства под действием определенных факторов, различных для каждой группы соединений. Содержание нитрата (N0^) определялось посредством его восстановления до нитрита хлоридом ванадия и последующем определении как нитрита. Данный метод позволяет количественно определить весь спектр продуктов окисления N0 без предварительной подготовки и очистки образца. Чувствительность - до 40 нМ [3]. Метод позволяет оценить интенсивность синтеза N0 по суммарному содержанию доноров N0 и нитрата, и интенсивность трансформации N0 до нитрата по соотношению нитрата и доноров N0 [3].
Наши данные, полученные на птичьих эмбрионах - относительно изолированной системе, показывают, что в эмбрионах пород яичного и мясного направления продуктивности имеет место примерно одинаковая интенсивность синтеза N0, но многократно различается интенсивность трансформации доноров N0 до нитрата. [4]. То есть интенсивность этой трансформации определяет не концентрация доноров, а, по-видимому, состояние мишени.
Ряд исследователей предполагает, что основными донорами N0, непосредственно взаимодействующим с мишенью, являются ДНКЖ/БН, составляющие основу пула доноров N0 в клетке. Нитрозотиолы превращаются в ДНКЖ/БН, взаимодействуя с железом [1]. Хелаторы железа многократно повышали эффективность действия ДНКЖ/БН на модельной системе [5]. Возможно, разрушение комплекса способствует взаимодействию N0 с мишенью. Но, как нами установлено, при взаимодействии ДНКЖ/ОБН с ЭДТА в
присутствии гемоглобина (ловушки NO) комплекс терял свойство ингибировать каталазу. При таком же взаимодействии в отсутствии гемоглобина образуется соединение, сохраняющее способность ингибировать каталазу, но теряющее его в системе гемоглобин-дисферал. Следовательно, продукт взаимодействия ДНКЖ/GSH с ЭДТА - не нитрит, поскольку нитрит не терял ингибирующий эффект в такой системе. Эффект хелатора железа говорит о наличии в составе соединения железа, а эффект ловушки NO - о наличии нитрозо-группы. Мы имеем, таким образом, железо-нитрозильный комплекс, имеющий в своем составе новый, более мощный лиганд, по-видимому, ЭДТА. В свою очередь, продукт взаимодействия ДНКЖ/GSH с цитратом теряет ингибирующий эффект в системе гемоглобин - о-фенантролин, но не теряет в системе гемоглобин - цистеин, если последний взят в концентрации, равной о-фенантролину. В представленном ниже ряду хелаторов каждый последующий вытесняет из комплекса предыдущий: аскорбат, глютатион, цистеин, цитрат, о-фенантролин, ЭДТА. То есть более мощный хелатор вытесняет более слабый. Но взаимодействие комплекса с более мощным хелатором не способствовует разрушению связи Fe-NO. В момент смены хелаторов NO-группа доступна для мишени, имеющей к ней химическое сродство. Передача, по-видимому, происходит непосредственно, без выхода NO в окружающую среду. Но после формирования нового комплекса эта способность утрачивается.
Конкуренция таких хелаторов, как, например, цистеин и глютатион - вполне возможные в организме процессы. Заметим, что роль хелаторов могут выполнять отдельные части апофермента тех ферментов, на активность которых оказывает эффект NO: аденилат-циклаза, каспаза. В таком случае передача NO-группы на мишень зависит от способности последней нарушить комплекс ДНКЖ. Этим может объясняться специфичность физиологического действия NO.
Предлагаемый механизм передачи NO на мишень объясняет и причину незначительного содержания нитрита в большинстве живых тканей в норме. Получается, что нитрит может образоваться только при полном разрушении ДНКЖ. Либо при его взаимодействии с активными формами кислорода [3].
Список литературы:
1. Vanin A. Dinitrosyl iron complexes with thiolate ligands: Physico-chemistry, biochemistry and physiology. // Nitric Oxide. 2009. Vol. 21. P.1-13.
2. Rassaf T., Preik M., Kleinbongard P., Lauer T., He, Ch., Strauer B-E., Feelisch M., Kelm M. Evidence for in vivo transport of bioactive nitric oxide in human plasma. // J. Clin. Invest. 2002. Vol. 109. N 9. P. 1241-1248.
3. Титов В.Ю., Осипов А.Н., Крейнина М.В., Ванин А.Ф. Особенности метаболизма оксида азота в норме и при воспалении. // Биофизика. 2013. Т. 58, №5. С. 857-870.
4. Titov, V.Yu., Kondratov, G.V., Ivanova, A.,V. Specific Role of Nitric Oxide (NO) in Avian Embryonic Myogenesis. // Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2015. vol. 158. N 4. p. 508-512.
5. Severina I., Bussygina O., Pyatakova N., Malenkova I., Vanin A. Activation of soluble guanylate cyclase by NO donors - S-nitrosothiols, and dinitrosyl-iron complexes with thiol-containing ligands // Nitric Oxide. 2003. Vol. 8. P. 155-163.
