CC BY
74УДК 576.3, 577.3
ТОКСИЧЕСКИЕ И СИГНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА АКТИВНЫХ ФОРМ КИСЛОРОДА
А.Д. Надеев , В.П. ЗинченкО, П.В. Авдонин2, Н.В. Гончаров3'4
1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт биофизики клетки» Российской академии наук (ИБК РАН), 144290,
г. Пущино, Мхювская область
2 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт биологии развития им Н.К Кольцова» Российской академии наук (ИБР РАН), 440334, г. Мэсква.
3Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский институт гигиены, профпатологии и экологии человека»» Федерального медико-биологического агентства (НИИ ГПЭЧ ФМБА России), 488663, Ленинградская область, Всеволожский район, г.п Кузьмоловский
4Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт эволюционной физиологии и биохимии им И.М. Сеченова» Российской академии наук (ИЭФБ РАН), 404223, г. Санкт-Петербург
В обзоре представлены данные о механизмах действия активных форм кислорода (АФК). Клетки врожденного иммунитета могут генерировать относительно высокие концентрации АФК для борьбы с патогенами. В то же время низкие концентрации АФК постоянно образуются практически во всех клетках организма и выполняют сигнальные функции в качестве вторичных посредников в редокс-чувствительных сигнальных путях. Исследование механизмов модуляции внутриклеточного гомеостаза, роли эндогенных и экзогенных источников АФК необходимо для понимания патогенеза заболеваний, действия лекарственных и токсических веществ.
Ключевые слова: активные формы кислорода, пероксид водорода, внутриклеточная сигнализация, кальций, киназы, цитотоксич-
Введение. В начале 1930-х был впервые описан феномен окислительного (дыхательного) взрыва при фагоцитозе [1]. Эта работа положила начало многочисленным исследованиям роли активных форм кислорода (АФК) в биологических процессах и системах. К АФК относятся супероксид-анион (О2-), пероксид водорода (Н2О2), гидроксил-радикал (•ОН), пероксил-радикал ^00^), алкоксил-радикал ^О^), озон (О3) и синглетный кислород (Ю2). Супероксид-анион является предшественником большинства АФК в клетке, дисмутируя в пероксид водорода (Н2О2) либо спонтанно, либо посредством супероксид дисму-таз (СОД). Высокие концентрации АФК в норме являются характерной функцией так называемых профессиональных фагоцитов - клеток врожденного иммунитета; в других клетках высокие концентрации АФК - признак оксидативного стресса и причина гибели клеток. Последствия оксидативного стресса, обусловленного АФК, включают в себя перекисное окисление липидов (ПОЛ) клеточных мембран, разрыв нитей ДНК, окис-
ление белков [2]. Эти повреждения могут быть сведены к минимуму благодаря наличию молекул-восстановителей и ферментов антиоксидантной защиты: цистеина, глутатиона (GSH), тиоредоксина (Тгх), супероксиддисмутазы (СОД), каталазы и ряда других, среди которых стоит отметить альбумин [2, 3]. Однако действие оксидативного стресса не сводится к ПОЛ; так, в кардиомиоцитах пероксид водорода (Н2О2) в первую очередь ингибирует митохондриальную аконитазу и, как следствие, цикл Кребса, даже если концентрации Н2О2 недостаточно для запуска ПОЛ [4]. По некоторым данным, концентрация как эндогенных, так и экзогенных АФК может достигать 500 мкМ [5, 6]. Среди экзогенных источников АФК - гемоглобин эритроцитов, миелопероксидаза нейтрофилов, NADPH-окси-даза нейтрофилов, макрофагов и тромбоцитов [7]. Оксидатив-ный стресс повышает проницаемость гемато-тканевых барьеров; так, АФК вносят решающий вклад в развитие патологии легких и мозга при гипероксии и гипоксии [8, 9]. Нарушение
Нареев Александр Дмитриевич (Nadeev Alexander Dmitrievich), аспирант лаборатории внутриклеточной сигнализации ФГБУН «Институт биофизики клетки» Российской академии наук (ИБК РАН), г. Пущино, madeev1987@gmail.com Зинченко Валерий Петрович (Zinchenko Valeriy Petrovich), доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией внутриклеточной сигнализации ФГБУН «Институт биофизики клетки» Российской академии наук (ИБК РАН), г Пущино, vpz@mail.ru
Авдонин Павел Владимирович (Avdonin Pavel Vladimirovich), доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией общей физиологии ФГБУН «Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова» Российской академии наук (ИБР РАН), г Москва, pvavdonin@yandex.rn
Гончаров Николай Васильевич (GoncharovNikolay Vasilevich), доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории аналитической токсикологии ФГУП «НИИ гигиены, профпатологии и экологии человека» ФМБА России, 188663, Ленинградская область, Всеволожский район, г.п. Кузьмоловский; ведущий научный сотрудник лаборатории сравнительной биохимии ферментов ФГБУН «Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова» Российской академии наук (ИЭФБ РАН), 194223, Санкт-Петербург, nvgoncharov@mail.ru
проницаемости эндотелия может быть связано с воздействием активных форм кислорода или азота на ключевые ферменты метаболизма [8, 10], а также на различные звенья сигнальных и эффекторных путей: это рецепторы плазматической мембраны, киназы и фосфатазы, транскрипционные факторы и процесс их взаимодействия с ДНК, трансляция, процессинг и секреция ин-тегринов и белков адгезии, цитоскелет и его взаимодействие с плазматической мембраной [6, 11].
Низкие концентрации АФК постоянно образуются практически во всех клетках организма и выполняют сигнальные функции в качестве вторичных посредников в редокс-чувстви-тельных сигнальных путях [12]. О сигнальных эффектах АФК известно давно. Впервые о том, что АФК могут выполнять функции особых посредников, заявил Проктор в 1972 г. [13]. Наиболее стабильной и интересной АФК с точки зрения сигнализации является Н2О2. Сигнальное действие Н2О2 направлено главным образом на пост-трансляционную модификацию белков за счет окисления тиоловых групп цистеина. Внеклеточная Н2О2 может проникать в клетку посредством диффузии, но при наличии аквапориновых каналов данный путь является предпочтительным; кроме того, он обусловливает локализацию и специфичность действия Н2О2 [14].
Источники АФК. Внутриклеточными источниками АФК являются митохондрии, пероксисомы, ксантиноксидаза, миело-пероксидаза, разобщенная ЫО-синтаза, циклооксигеназы, ли-поксигеназы, цитохромы Р450 и NADPH-оксидазы, которых в настоящее время насчитывается семь (N0x1-5 и Duox1-2) [15]. NADPH-оксидазы (ЫОХ) - главные источники супероксид-аниона в различных патологических состояниях сердечно-сосудистой системы. Принципиальное отличие NADPH-оксидаз от других источников АФК состоит в том, что генерация АФК этими ферментными системами является их основной функцией [16]. Впервые они были обнаружены в нейтрофилах, где во многом определяют неспецифический иммунный ответ [17]. При ишемии-реперфузии NADPH-оксидазы в значительной степени определяют поражение тканей, генерируя АФК в эндотели-альных и гладкомышечных клетках сосудов. N0X1 имеется в плазматической мембране гладкомышечных и эндотелиальных клетках кровеносных сосудов, располагаясь главным образом в мембране кавеол, рядом с кавеолином [18]. Повышенный уровень активности N0X1 в ГМК сосудов приводит не только к повышению уровня супероксид-аниона, но также - в результате окисления тетрагидробиоптерина - к разобщению эндоте-лиальной eN0S, которая становится дополнительным источником супероксида [19]. Кроме того, супероксид, генерируемый N0X, переводит ксантин-оксидоредуктазу в ксантиноксидаз-ную форму [20]. N0X2 - наиболее изученная NADPH-окси-даза, которая осуществляет образование супероксид-аниона в профессиональных фагоцитах и многих других клетках. В фагосомах под каталитическим контролем миелопероксидазы супероксид взаимодействует с хлорид-ионами с образованием гипохлорита [21]. Для активации N0X1 и N0X2 требуется взаимодействие с другими регуляторными субъединицами: №П/ р47Р^ (N0X1 и N0X2), Cyba/p22phox, №>ха1, N0x01 (гомолог р47Рк°', N0X1), малым G-белком Rac (N0X1 и N0X2) [17]. В отличие от N0X1 и N0X2, функционально активная N0X4 состоит из двух белков, N0x4 и р22phox [22]. Располагается N0X4 в мембранах эндоплазматического ретикулума и в ядре [18].
NOX4 обнаружена в эндотелиальных клетках, где она является основным источником АФК, а также во многих других клетках: фетальная печень, ГМК сосудов, остеокластах, гематопоэтиче-ских стволовых клетках (ГСК), адипоцитах и кардиомиоцитах [23,24]. Сначала предполагали, что NOX4 эндотелия генерирует супероксид, однако позже было установлено, что Nox4 генерирует пероксид водорода [25]. Активаторы других изоформ NADPH-оксидаз не влияют на активность NOX4, а образование Н2О2 в клетках зависит от уровня экспрессии Nox4, т.е. фермент обладает конститутивной активностью и не требует для своей активации регуляторной субъединицы [26]. NADPH-оксидазы группы DUOX (DUOX1 и DUOX2) также образуют Н2О2 [27]. DUOX1/2 - источники Н2О2 для лактопероксидазы, фермента, играющую важную роль в антибактериальной активности слюны, молока, слезной жидкости и секреции воздухопрово-дящих путей [28]. Duox2 (и вероятно Duoxl) функционально связаны с тиропероксидазой (TPO) и участвуют в биосинтезе тиреоидных гормонов, генерируя Н2О2 посредством внутримолекулярной дисмутации супероксида [29]. ТРО использует йодид-ионы и Н2О2 для генерации молекулярного йода, который необходим при биосинтезе тиреоидных гормонов Т3 и Т4. NOX4, наряду с DUOX2, служит источником Н2О2 в щитовидной железе. Недостаточное количество Н2О2 является одной из причин гипотиреоидизма, тогда как повышенный синтез Н2О2 наблюдается при папиллярной тиреоидной карциноме [30].
В митохондриях происходит одно- и даже двухэлектронное восстановление кислорода с образованием супероксида и Н2О2, соответственно [31]. Основным источником супероксид-аниона в результате одноэлектронного восстановления кислорода в митохондриях является дыхательная цепь: с комплекса I электроны переходят исключительно на кислород матрикса, с комплекса III - на кислород матрикса и межмебранного пространства. Кроме того, митохондриальными источниками супероксида могут быть моноаминоксидаза и цитохром-Ь5-редуктаза (расположены на внешней митохондриальной мембране), глице-рол-3-фосфатдегидрогеназа и цитохромы Р450 (расположены во внутренней митохондриальной мембране), аконитаза, пи-руватдегидрогеназа, а-кетоглутаратдегидрогеназа (ферменты матрикса). Двухэлектронное восстановление кислорода в митохондриях с образованием Н2О2 происходит благодаря взаимодействующим между собой цитохромом C (cytC) и адапторным белком p66shc. Супероксид матрикса митохондрий дисмутиру-ет с образованием Н2О2 благодаря Mn-SOD матрикса (SOD2), супероксид межмембранного пространства - Cu, Zn-SOD ци-тозоля (SOD1) [32].
Фермент ксантин-оксидоредуктаза (XOR) катализирует две последние стадии распада пуринов (гипоксантин —► ксантин —> мочевая кислота). Исходным продуктом транскрипции одного гена является NAD-зависимая ксантиндегидрогеназа (XDH, КФ 1.17.1.4). Молибден-содержащий кофактор XDH переносит электроны от субстрата через Fe/S центры на FAD-со-держащий кофактор с последующим восстановлением NAD: ксантин + NAD+ + Н.,0 у— мочевая кислота + NADH + Н+. Однако пост-трансляционная окислительная модификация остатка цистеина или необратимая протеолитическая модификация преобразует XDH в кислород-зависимую ксантиноксидазу (ХО, КФ 1.17.3.2) [33].
Цитохромы Р450 (CYP) - это большая группа (суперсемей-
ство) гемсодержащих ферментов, которые долгое время считались флавинсодержащими монооксигеназами эндоплазмати-ческого ретикулума исключительно печени, функция которых состоит в кислород- и NADPH-зависимом окислении и/или восстановлении холестерина, витаминов, стероидов и многих других соединений. Однако позже выяснилось, что определенные ферменты этого суперсемейства экспрессированы во многих тканях за пределами печени, в том числе в клетках сердечно-сосудистой системы [34]. Ферменты CYP сосудов могут продуцировать супероксид-анион, Н2О2 и гидроксил-радикал. Это происходит при NADPH-зависимом переносе электронов, предназначенных для восстановления гемового железа, на молекулу кислорода [34].
NO-синтазы - это гомодимерные оксидоредуктазы, в которых происходит перенос электронов с С-концевого редуктаз-ного домена на N-концевой оксидазный домен. С редуктазным доменом связаны кофакторы FAD и FMN для переноса электронов от NADPH, с оксидазным доменом связана простетиче-ская гемовая группа, тетрагидробиоптерин (ВН4), кислород и L-аргинин, также имеется сайт для связывания кальмодулина. Редуктазный домен по своей структуре напоминает CYP-фер-менты, поэтому в случае «разобщения» NOS продуктом реакции является супероксид-анион вместо NO [35,36].
Пероксидазы (КФ 1.11.1.х) широко распространены в мире животных и растений, они катализируют реакции одно- или двух-электронного окисления разнообразных субстратов по общей схеме: ROOR' + донор электронов (2e-) + 2H+ —> ROH + R'OH. Относительно недавно были определены филогенетические отношения основных линий эволюции гемсодержащих перокси-даз животных: миелопероксидазы (МРО), эозинофилпероксида-зы (ЕРО), лактопероксидазы (LPO) и тиреоидной пероксидазы (ТРО) [37]. Миелопероксидаза (MPO) содержится главным образом в азурофильных гранулах нейтрофилов. Продуктом активности этого фермента является хлорноватистая (гипохло-ристая) кислота HOCl, образующаяся из Н2О2 и хлорид-аниона при окислительном (дыхательном) взрыве нейтрофилов. Кроме того, MPO с помощью Н2О2 окисляет тирозин до тирозил-ради-кала, который, как и гипохлорит, цитотоксичен и служит для борьбы с бактериями и другими патогенами [38]. Лактоперок-сидаза (LPO) катализирует окисление ряда субстратов с помощью пероксида водорода по общей схеме: субстрат + H2O2 —► окисленный субстрат + H2O. Наиболее важное физиологические значение имеет окисление тиоцианата (SCN-) и бромида (Br) с образованием гипотиоцианата (OSCN-) и гипобромита (BrO-); среди побочных или промежуточных продуктов реакции окисления галидов обнаружен синглетный кислород и другие АФК
[39]. Н2О2 образуется из глюкозы и кислорода в глюкозоксидаз-ной реакции (КФ 1.1.3.4). Другим источником Н2О2 для лактопероксидазы является DUOX1/2 [28]. Эозинофилпероксидаза (ЕРО) - галопероксидаза, которая в качестве субстрата использует преимущественно бромид, необходимый эозинофилам в борьбе с многоклеточными патогенами (например, нематодами) и некоторыми бактериями (например, микобактериями туберкулеза)
[40]. Это гетеродимер 71-77 кДа с гликозилированной (более тяжелой) и негликозилированной (менее тяжелой) субъединицами
[41]. Избыточная активность ЕРО, NOX и повышенная генерация АФК эозинофилами наблюдается при некоторых заболеваниях, например, при астме [42]. Циклооксигеназа (COX, про-
стагландин-эндопероксид синтаза, простагландин Н2-синтаза, КФ 1.14.99.1) имеет два активных центра: один обеспечивает собственно циклооксигеназную активность фермента, который использует в качестве субстрата арахидоновую кислоту (20:4, Ю-6), преобразуя ее в 15-гидроперокси-РО-эндопероксид (про-стагландин 02, Р002); во втором активном центре содержится гем, который обеспечивает пероксидазную активность фермента, превращая Р002 в простагландин Н2 (Р0Н2) [43].
Глутатион и альбумин в системе защиты от АФК. Глутати-он (GSH) играет важнейшую роль во внутриклеточном метаболизме и этиологии самых разных заболеваний: сердечно-сосудистых, нейродегенеративных, онкологических и т.д. [44, 45]. Уровень GSH, его оборот и редокс-статус зависят от врожденных или приобретенных нарушений функции ферментов и переносчиков, спектра сигнальных молекул и метаболитов. Синтез GSH происходит исключительно в клетках, тогда как его распад - исключительно во внеклеточной среде, на поверхности клеток, экспрессирующих эктофермент у-глутамилтрансферазу (ГГТ); отметим, что эндотелий является важнейшей тканью с точки зрения активности ГГТ, обеспечения трофики клеток и поддержания баланса глутатиона [46, 47]. После синтеза происходит перераспределение GSH по внутриклеточным компартментам, включая митохондрии и эндоплаз-матический ретикулум, но определенное количество выходит во внеклеточную среду, в том числе плазму крови, экзокрин-ные секреты, выстилку легких, спинномозговую жидкость [48]. Большая часть внутриклеточного глутатиона (>98%) находится в восстановленной форме (GSH). Внутри клеток GSH нейтрализует перекиси (водорода или органических соединений) с участием глутатион-пероксидазы-1 или глутатион-трансфе-разы, при этом образуется дисульфид GSSG; некоторая часть окисленного глутатиона существует в виде конъюгатов (GS-R). Восстановление окисленного глутатиона в клетках обеспечивает глутатион-редуктаза, используя восстановительные эквиваленты NADPH; формируется так называемый редокс-цикл [49]. Если по тем или иным причинам восстановление GSSG в клетках проходит недостаточно эффективно, то значительному накоплению GSSG и смещению редокс-равновесия препятствует экспорт GSSG из клеток; кроме того, во внеклеточном пространстве или плазме крови нейтрализация перекисей глутатионом при участии глутатион-пероксидазы-3 также происходит образование GSSG или GS-R [50]. Однако механизма восстановления GSSG в плазме крови не существует. При этом концентрации GSH и GSSG в плазме крови на три порядка меньше внутриклеточных концентраций этих соединений: 2-3 мкМ и 0,1-0,2 мкМ соответственно [51].
В последнее время происходит переоценка роли альбумина в системе защиты крови от АФК [3]. Несмотря на то что альбумин не включен в систему классификации ферментов, важнейшей его особенностью является каталитическая активность, в том числе антиоксидантного и прооксидантного характера. Так, альбумин был в разное время охарактеризован как тио-эстераза [52, 53], глутатион-зависимая тиол-пероксидаза или цистеин-пероксидаза [54, 55], пероксидаза по отношению к гидроперекисям липидов [56, 57]. Важно отметить участие в этом двух цистеинов альбумина, Cys392 и Cys438, образующих ре-докс-активный дисульфид в комплексе альбумина с пальми-тоил-КоА. Альбумин является ловушкой радикалов благодаря
шести метиониновым остаткам, но особенно за счет цистеина Cys34 [58, 59]. N-концевой участок альбумина человека Asp-Ala-His-Lys в комплексе с ионами меди обладает выраженной супероксид-дисмутазной активностью [60]. Альбумин может стехиометрически инактивировать пероксид водорода и перок-синитрит за счет обратимого окисления Cys34 до производного сульфеновой кислоты [61]. Наконец, здесь следует отметить и прооксидантные свойства альбумина: связанные с альбумином ионы меди Cu2+ усиливают образование аскорбат-радикала, молекулярный кислород и протоны окисляют образовавшиеся при этом ионы Cu+ вновь до Cu2+ [62].
АФК - модуляторы ионых каналов и сигнальных систем. АФК - ключевые факторы патофизиологии кровеносных сосудов. При остром воспалении, например, при сепсисе, АФК в большом количестве образуются в активированных эндотоксинами клетках эндотелия и нейтрофилах [63]. Обычно при этом снижается соотношение GSH:GSSG, повышается уровень GSSG и происходит мобилизация ионов Са2+ из 1Р3-чувстви-тельного пула ЭР [64]. Показана возможность окислительной модификации 1мР3-рецепторов благодаря наличию доступных тиоловых групп [65]. Имеющиеся данные позволяют предположить, что тиоловые группы 1^Р3-рецепторов окисляет пероксид водорода, генерируемый Nox4. Срочные ответы сосудов на вазоактивные агонисты ацетилхолин и гистамин связаны с участием эндотелиальной Шх4 и обусловлены гиперполяризацией, индуцированной Н2О2 [66, 67].
GSSG может реагировать с SH-группами белков, обусловливая так называемое глутатионилирование [68]. Установлено, что АФК нарушает баланс ионов кальция в клетках посредством образующегося GSSG, который глутатионилирует 1Р3-рецепторы, Са2+-АТФазу плазматической мембраны, а также неспецифические катионные каналы типа TRPC3 [64,69]. В случае глутатионилирования 1Р3-каналов происходит мобилизация Са2+ из ЭР, тогда как глутатионилирование TRPC3 каналов обусловливает вход ионов Na+ (также частично ионов Са2+) и деполяризацию мембраны, что снижает движущую силу для входа ионов Са2+ через другие каналы депо-зависимого входа кальция. В клетках эндотелия сосудов основными каналами депо-зависимого входа ионов Са2+ в настоящее время считаются каналы TRPM2 (transient receptor potential melastatin 2) - неселективные кальциевые каналы, эндогенным лигандом которых является АДФ-рибоза (ADPr) [70]. Активацию TRPM2 АДФ-рибозой потенциируют ионы Ca2+, адениндинуклеотид-фосфат никотиновой кислоты (NAADP) и Н2О2 [70,71]. Каналы TRPM2 рассматриваются в качестве сенсоров окислительного стресса и редокс-статуса клеток, их активация повышает вероятность гибели клеток [72].
Многие сигнальные молекулы клеток чувствительны к ре-докс-модуляции, среди них фосфатидилинозитол-3-киназа (PI3K), c-Jun N-терминальная киназа (JNK), митоген-активи-руемая протеинкиназы (MAPK), апоптозная сигнал-регули-рующая киназа-1 (Ask-1), фосфатазы тирозиновые и двойной специфичности, инозитолфосфатаза-2 с участком гомологии Src (SHP-2), транскрипционные факторы (например ядерный фактор kB, NFkB и активаторный белок 1, AP-1) [6, 73]. РКС занимает одно из центральных мест в механизмах внутриклеточной сигнализации. Этот белок (семейство белков) имеет структурные особенности, позволяющие ему быть важнейшим
сенсором АФК и редокс-состояния клетки [74]. В каталитическом домене имеются остатки цистеина, редокс-модификация которых ведет к инактивации РКС. В регуляторном домене РКС имеются две пары «цинковых пальцев», с которыми взаимодействуют активаторы РКС - диацилглицерол и форболо-вый эфир. В структуре «цинковых пальцев» имеется два атома цинка и шесть остатков цистеина, что также обеспечивает чувствительность регуляторного домена к редокс-модификации [75]. Окислители изменяют конформацию «цинковых пальцев», в результате снимается аутоингибирование и РКС становится каталитически активной даже в отсутствии ионов Са2+ и фосфолипидов [76]. Различные изоформы РКС являются регуляторами сборки и активации изоформ N0x1-3, необходимым условием для этого является фосфорилирование субъединицы p47phox [77]. Сигнальный комплекс РКС/Ыох активирован при различных патофизиологических состояниях: нейродегенера-тивные заболевания [78], атеросклероз [79], гипертензия [80], диабет [81], рак [82].
В различных клетках имеются разные изоформы РКС, которые участвуют в разных сигнальных путях. По этой причине трудно описать общий механизм редокс-регуляции для всех изоформ РКС. Согласно одной из предложенных схем, в митохондриях происходит первичное повышение АФК, они активируют ту или иную изоформу РКС, которые усиливают генерацию АФК посредством активации №>х, что, в свою очередь, обусловливает активацию других или этих же изоформ РКС [74]. В зависимости от стимула развивается проапоптоти-ческий или антиапоптотический сигнальный каскад. Например, в эндотелиальных клетках редокс-активация МАР-киназ SAPK/JNK, ERK1/2, р38 связана с запуском апоптоза, тогда как редокс-активация ОТкВ или Akt/ASK1 способствует пролиферации клеток [83].
Заключение. АФК - это ключевые факторы патофизиологии. В то же время АФК в низких концентрациях постоянно существуют в эндотелиальных и многих других клетках, не относящихся к профессиональным фагоцитам, благодаря наличию механизмов их дозированного производства. Внутриклеточными источниками АФК являются митохондрии, пероксисомы, ксантиноксидаза, миелопероксидаза, разобщенная ШО-син-таза, циклооксигеназы, липоксигеназы, цитохромы Р450 и NADPH-оксидазы. Во многих случаях АФК-индуцированной дисфункции клеток предшествует дисбаланс внутриклеточного кальция. Многие сигнальные молекулы чувствительны к ре-докс-модуляции, среди них киназы, фосфатазы и транскрипционные факторы. Какие агонисты обеспечивают первичное возмущение внутриклеточного гомеостаза, каковы механизмы модуляции первичного возмущения, какова роль эндогенных и экзогенных источников АФК в нарушении гомеостаза клеток и тканей - все это важнейшие проблемы, решение которых позволит повысить эффективность диагностики и терапии.
Работа поддержана грантом РФФИ N0.13-04-01728.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ/ REFERENCES:
1. Baldridge C.W, GeraidRW. AJP-Legacy. 1932; 103: 235-236.
2. Magder S. Crit Care. 2006; 10: 208.
3. Kragh-Hansen U. Biochim Biophys Acta. 2013; 1830 (12): 5535-5544.
4. Janero D.R.. Hrenuk D. Am. J. Physiol. 1996; 270 (6 Pt 1): C. 1735-1742.
5. Shappell SB, Toman C., Anderson D.C., Taylor AA. Entman ML. Smith C.W J. Immunol 1990; 144 (7): 2702-11.
6. Jones D.P. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 2008; 295(4): C. 849-868.
7. Martin-Ventura J.L, Madrigal-Ma/uz J, Martinez-Pirna R.. Ramos-Mozo P., Blanco-Colio LM, Moreno J.A et al. Thromb Haemost 2012; 108 (3): 435-442.
8. Gardner PR. Nguyen D.D., Whie C.W Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1994; 91 (25): 12248-12252.
9.AlAhmadA,, GassmannM, OgunsholaO.O. Microvasc Res. 2012; 84 (2): 222-225.
10. tähr S., HalakH, de Botite A. L^etinaE.G.. Brüne B. J. Biol. Chem. 1999; 274 (14): 9427-9430.
11. Кудрявцев ИВ, Гарнюк В. В, Надеев АД. Гончаров Н.В. Биол. мембраны. 2013; 30 (5-6): 438-444. KudryavtsevI.V.. Garnyuk VV.. NadeevAD, Goncharov N.V. Biochemisty (Moscow) Supp. S.A. Membrane and Cell Biology, 2014, 8 (1): 97-102 (in Russian).
12. Petry A Weitnuer M Görlach A Antioxid Redox Signal. 2010; 13(4): 467-487.
13. Proctor P. Physiol. Chem. Phys. 1972; 4 (4): 349-360.
14. Miller E.W. Dickinson B. C, Chang C. J. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010; 107: 15681-6.
15. Ткачук В.А. Торин-Кузьмин П.А. Белоусов В.В, ВоротниковАВ. Биол. мембраны. 2012; 29 (1-2): 21-37. Tkachuk VA. Turin-Kuzmm P.A. Belousov VV.. Vorotnßcov AV Biol. Membr. 2012 29 (1-2): 21-37.
16. Drummond G.R Selemidis S. Grkndllng KK. Sobey C.G. Nat. Rev. Drug Discov. 2011; 10 (6): 453^71.
17. Segal AW. Annu. Rev. Immunol. 2005; 23: 197-223.
18. HilenskiLL ClemusRE, QuinnM.T.. Lambeth J.D, Griend/ing KK Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 2004; 24: 677-683.
19. DikalovaAE, Göngora MC, Harrison D.G.. Lambeth J.D.. Dikalov S, GrkndllngKK Am J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2010; 299 (3): H673-679.
20. MNally J.S. Davis ME, Giddens D.P. SahaA. Hwang J.. Dikalov S. et aL Am J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2003; 285 (6): H2290-7.
21. F/wschouM. BowegawdN. Microbes Infect. 2003; (5): 1317-1327.
22. Sumimoto H. FEBS J. 2008; (275): 3249-3277.
23. Brown D.I.. Grkndllng KK Free Radic. Biol. 2009; (47): 1239-1253.
24. Clempus RE, Sorescu D, DßcahovaAE, PounkovaL, Jo P.. Sorescu G.P. et al. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 2007; (27): 42^8.
25. Helmcke I, Heumüller S. Tkanen R. Schröder K.
Brandes RP. Antioxid. Redox Signal. 2009; (11):1279-1287.
26. Ma~lyn KD.. Frederkk LM, von Loefaeysen K, Dimmer MC, Knaus U.G. Cell Signal. 2006; (18): 69-82.
27. Ris-Stapers C. Antioxid Redox Signal. 2006; 8 (9-10): 1563-72.
28. Geiszl M. Wäa J., Baß J, Leksltom K, Leto TL FASEB J. 2003; 17(11): 1502-1504.
29. Yoshiht&aA, Ha~a T, KawashimaA, Akma T, Tanigawa K. Wu H. el al. Thyroid. 2012; 22(10):1054-1062
30. Ohye H, SUgawwaM Exp. Biol. Med (Maywood). 2010; 235 (4): 424-433.
31. Giorgio M, Mgllaccio E, Orsin F, Paolucci D, Moroni M, Conlursi C el al Cell. 2005; (122): 221-233.
32. BrandMD. Exp. Gerontol. 2010; (45): 466-472.
33. Amaya Y, Yamazdk K, Salo M, Noda K, Nshino T. J. Bio.l Chem. 1990; 265: 14170-5.
34. Fleming I. Circ Res. 2001; 89: 753-762.
35. Verhaar MC, We.skrweel PE, van ZonneveldAJ, Rabelink TJ. Heart. 2004; 90 (5): 494-495.
36. SanchezA Conreras C, Martinez MP, Climen B, BenedOo S, Garcf^Sacri^an A el al. PLoS One. 2012; (4): e36027.
37. Zamocky M, Jakopksch C, Furtmülkr PG, Dunmd C, Obinger C. Proteins. 2008; 72: 589-605.
38. Heinecke J,W, Li W, Francis G A, Goldslem JA. J. Clin. Invest. 1993; (6): 2866-72.
39. Kohkr H, Jenzer H. Free Radic. Biol. Med. 1989; 6 (3): 323-339.
40. Mayeno AN, Curran A J, Roberls RL, Fook C,S, J, Biol. Chem. 1989; 264 (10): 5660-8.
41. Ten R,M,, Pease L,R,, McKean D,J,, Bell M,P,, Gleich G.J. J. Exp. Med. 1989; 16 (5): 1757-69.
42. NagtiaM. Curr. Drug Ta^ets Inflamm. Allergy. 2005; 4. (4): 503-504.
43. Smilh W,L, Urade Y,, Jakobsson P,J, Chem. Rev. 2011; 111 (10): 5821-65.
44. FerreiraB, MendesF, OsörioN, CaseiroA, GabrklA, VaiadoA Br J BiomedSä. 2013; 70 (2): 75-79.
45. Taverso N, Rcciareli R, NM M, Ma~engo B, Furfao A,L,, Pronzalo M,A. et al. 2013; Oxid. Med. Cell Longev. 2013; 2013:972913.
46. Yu C, Kaslin AJ, Ding Y, Pan W Exp Neurol 2007; 203(1): 116-22.
47. Re<mondP, Burnham J,M, LangfordMP, MisraRP, Redens T,B,, Texada D,E, Cornea, 2013; 32(5): e121-6-.
48. Ballalori N,, Krance S,M,, Nolenboom S,, Shi S,, Tieu K,, Hammond C,L, Biol. Chem. 2009; 390 (3): 191-214.
49. Lu S.C. Molecular Aspects of Medicine. 2009; 30 (1-2): 42-59.
50. Jin RC, Mahoney C,E, Coleman Anderson L Otiaviano F Croce K Leopold J,A el al 2011; 123 (18): 1963-1973.
51. Jones D,P,, Carlson J,L,, Mody V,C,, Cai J,, Lynn M,J,, Sternberg P. Free Radic. Biol. Med. 2000; 28(4): 625-635.
52. Pedersen A,O,, Jacobsen J, Eur. J. Biochem. 1980; 106: 291-295.
53. AgarwalRP, PhillipsM, ItäPhersonRA, Henstey P.
Biochem Pharmacol. 1986; 35: 3341-3347.
54. Cha M-K, Km I.-H. Biochem Biophys. Res. Commun.1996; 222: 619-625.
55. Hurst R, Bao Y. Ridley S, Williamson G. Biochem J. 1999; 338 (Pt 3): 723-728.
56. Lee H, I.-H. Km Free Radic. Biol. Med. 2001; 30: 327-333.
57. ChaM-K. Km I.-H, Arch. Biochem. Biophys. 2006; 445: 19-25.
58. Roche M. Rondeau P.. Singh NR. Farms E, Bourdon E, FEBS Lett. 2008; 582: 1783-1787.
59. Iwao Y., Y. Ishima Y., Yamada J., Noguhi T, Kragh-Hansen U.. Mem K et al. IUBMB Life. 2012; 64: 450-454.
60. Bar-Or D, RaelLT. LauE.P.. RaoN.KR. Thomas G. W. Wnkkr J. V. et al. Biochem Biophys. Res. Commun 2011; 284: 856-862.
61. Quinlan G.J, MatinG. S. Evans T.WHepatology. 2005; 41: 1211-1219.
62. Gryzuov Y.A. AiroyoA. Vgne J.-L, Zhao Q, Tun VA. Hubel CA. et al. Arch. Biochem Biophys. 2003; 413: 53-66.
63. GandterajtmRK. S. Chrnfr/^oorthyH.C.. MOMlankaamm K.. Mancaela S. Gao H. et al J. Clin. Invest. 2013; 123(2): 887-902.
64. Lock J.T Sin/kns W.G, Schilling W.P. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2011; 300(2): H493-506.
65. VaisH, SkbertA.P. MaZ, Fermndez-MngilM. Foskett J.K.. Mak D.O. Biophys. J. 2010; 99(2): 407-416.
66. RayR. Murdoch C.E, WangM. Santos C.X. ZhangM. Alom-Ruiz S. et al. Arterioscler. Thrcmb. Vasc. Biol. 2011; 31(6): 1368-1376.
67. ShmokawaH.. MorikawaK J. Mol. Cell. Cardiol. 2005; 39 (5): 725-732.
68. GaUogly MM. Meyal J.J. Curr. Opin. Pharmacol. 2007; 7: 381-391.
69. Smedund K.. Bah M. Vzr^ez G. Cardiovasc. Hematol. Agents Med. Chem. 2012; 10(3): 265-274.
70. Sumoza-ToledoA. Pemer R J. Physiol. 2011; 589: 1515-1525.
71. KolisekM. Beck A. Fkig A. Penner R. 2005. Mol. Cell. 2005. 18: 61-69.
72. Hara Y. Wakanori M. Ishii M. Maeno E, NshidaM. Yoshda T. et al. Mol. Cell. 2002; 9: 163-173.
73. HskhH.L. WangH.H.. Wu C.Y. YangC.MAntioxid. Redox Signal. 2010; 13: 1829-1844.
74. Cosentino-Gomes D.. Rocco-Machado N.. Meyer-Fernandes J.R. Int. J. Mol. Sci. 2012; 13(9): 10697-721.
75. Giogi C, Agnoktio C, Badni C, BononiA. BonoraM.. March S et al. Antioxid. Redox Signal. 2010; 13: 1051-1085.
76. DelCarloM. LoeserRFAm. J. Physiol. Cell Physiol. 2006; 290: 802-811.
77. Harrigan TJ,AbdullaevIF. Jowd'heuilD, MonginAA. J. Neurochem. 2008; 106 (2): 449-462.
78. Joglar B, Rodriguez-Palllaes J, Rotfriguez-PerezAl, Rey P. GuerraMJ, LabandeiarGacia J.L. J. Neurochem. 2009; 109: 656-669.
79. DevarajS, DasuMR. Singh U.. RaoL.V. JialdI.
Atherosclerosis. 2009; 203: 67-74.
80. Yang J., Lane P.H., Pollock J.S, Carmines PK Hypertension. 2010; 55: 468-473.
81. SOetikno V., Watanabe K. Sari FR. HarimaM. ThmdavŒayan RA, Veeraveedu PT et al Mol. Nutr. Food. Res. 2011; 55: 1655-1665.
82. LinRZ. Wing TP, HungRJ.. Chuang YJ, Chien C.C.. ChangH.Y. J. Cell. Physiol. 2011; 226: 1750-1762.
83. Ftey RS.. Ushio-Fukai M. MOk A.B. Antioxid. Redox Signal. 2009; 11: 791-810.
A.D. NadeeV, VP. Zinchenko1, P.V. Avdonin2, N.V Goncharov3'4 TOXIC AND SIGNAL PROPERTIES OF ACTIVE FORMS OF OXIGEN
'Federal Budget Institution of Science «Institute of Cell Biophysics», Russian Academy of Sciences (RAS), Pushchino, 142290, Moscow Region, Russian Federation 2Federal Budget Institution of Science «^.K. Koltcov Institute of Developmental Biology» RAS, 117808, Moscow, Russian Federation
3Federal State Unitary Enterprise «Research Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology», Federal Medical Biological Agency, Settlement, g/p Kuzmolovsky, 188663, Vsevolozhsk District, Leningrad Region, Russian Federation
"Federal Budget Institution of Science «I.M.Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry», RAS, 194223, St. Petersburg, Russian Federation
Modes of action of active forms of oxygen (AFO) are presented. Cells of inborn immunity can generate relatively high concentrations of AFO to fight pathogens. At the same time, AFO low concentrations continuously evolve in all cells of the body and perform signal functions as secondary messengers in redox-sensitive signal pathways. Investigations into modulation mechanisms of intracellular homeostasis, role of endogenous and exogenous AFO sources are necessary to understand pathogenesis of diseases, action of pharmaceutical and toxic substances.
Key words: oxygen active forms (AFO), calcium, cytotoxicity, hydrogen peroxide, intracellular signaling, kinases.
Переработанный материал поступил в редакцию 06.02.2014 г
