CC BY
57
Калетин Г.И.
Российская Академия медико-технических наук
ВЛИЯНИЕ ДИСБАЛАНСА МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА РЕГУЛЯЦИЮ АПОПТОЗА
Дефицит или избыток микроэлементов оказывает влияние на процессы репопуляции клеток и регуляции апоптоза. Алопеция может быть результатом нарушения в регуляции апоптоза. Изучена экспрессия в волосяном фолликуле регуляторов апоптоза: р53, Ьс1-2, Ьах, Сй95(Рав/АР0-1) рецептора и Рав-лиганда, а также влияние на регуляцию апоптоза комплексных соединений метронидазола с металлами (Со, Ип, N1, Си)
Избыточное накопление или усиленное высвобождение связанных в комплексы эссенциалъ-ных микроэлементов (железо, цинк, медь, селен) и, в особенности, накопление токсичных (кадмий, ртуть, свинец) провоцируют генерацию активных форм кислорода (АФК), что ведет к увеличению потенциального риска повреждения генов опу-холь-супрессирующих белков [1]. По этой причине происходит торможение апоптоза клеток, содержащих мутации, что, в свою очередь, может способствовать развитию канцерогенеза. Даже умеренный дефицит или избыток микроэлементов (МЭ) оказывает влияние на процессы репопуляции клеток и регуляции апоптоза. С другой стороны, апоптоз вносит вклад во внутриклеточное накопление и потерю МЭ. Например, гемохрома-тоз и болезнь Вильсона-Коновалова увеличивают риск возникновения рака печени из-за накопления мутанта р53. В нашей стране последнее время рост заболеваний вторичным гемохроматозом связан с распространением наркотиков, алкоголизма, ростом числа гемотрансфузий и повсеместным употреблением напитков и продуктов питания в металлической упаковке. Как известно, гемохроматоз -это генетическое нарушение, характеризующееся аномально высоким прохождением железа через клетки кишечника и накоплением его в тканях печени, сердца и поджелудочной железы, приводящее к их повреждениям.
Токсический эффект воздействия металлов обычно обусловлен взаимодействием с клеточной мишенью [3, 4]. Т акими мишенями являются специфические биохимические процессы и (или) клеточные, субклеточные мембраны, органеллы клетки. Токсические эффекты металлов в своей основе связаны с двумя главными механизмами действия. Многие металлы имеют значительную аффинность к сульфгидрильным группам (-БИ) белков. Формированием ковалентных связей с этими группами металлы могут ингибировать активность ферментов или нарушить целостность клеточных мембран. Последнее подтверждается признаками дестабилизации липопротеиновых комплексов, происходящей за счет конформационной пере-
стройки апопротеиновой части комплексов из-за блокирования SH-групп. Другой механизм проявления токсичности металлов - конкуренция и замещение эссенциальных катионов.
Апоптоз является важным механизмом в поддержании гомеостаза в самообновляющихся тканях. Гомеостаз в коже сохраняется благодаря апоп-тозу. Нарушение регуляции апоптоза в коже приводит к развитию аутоиммунных и злокачественных заболеваний. Возможно, что облысение также связано с индукцией апоптоза в волосяном фолликуле. Быстрая и часто внезапная утрата волос (алопеция) является осложнением многих терапевтических протоколов в онкологии. Алопеция может быть результатом нарушения в регуляции апоптоза. Совместно с проф. А.И. Брусиловским (Dr. aib’s private histology, Consulting, Teaching, Research, CA, USA) было проведено изучение апоптоза в волосяном фолликуле в эксперименте на модели алопеции, индуцированной лучевой терапией. Изучена экспрессия в волосяном фолликуле регуляторов апоптоза: р53, bcl-2, bax, CD95(Fas/AP0-l) рецептора и Fas-лиганда, а также влияние на регуляцию апоптоза комплексных соединений метронидазола с металлами (Со, Zn, Ni, Cu) и солей (сульфатов) этих металлов. Исследование выполнено на биопсийных образцах кожи экспериментальных животных после различной интенсивности дистанционной лучевой терапии (ДЛТ) опухолей с использованием линейного ускорителя электронов с выводом пучков тормозного и электронного излучения.
Исследование проводили иммуногистохими-ческим методом с использованием моноклональных антител к р53, be1-2, bax, СD95-рецептору и Fas-лиганду и при использовании новой окраски AB HxE, запатентованной в США [5]. Применение новой цито-гистологической окраски AB HxE (окраска среза длится около 30 секунд), анализ её результатов с помощью нового феномена в гистологии по препаратам-близнецам HxE и AB HxE дали возможность получить дополнительные диагностические критерии при исследовании тканей, пребывающих в стрессовых состояниях и для
оценки динамики патогенеза. Уровни содержания металлов определены методом ИСП- МС. Полученные результаты сравнивали с морфологическими изменениями и ультраструктурными характеристиками. Индукция апоптоза в волосяном фолликуле сопровождалась значительным повышением уровня кадмия и железа в биологических жидкостях животных при достоверном снижении цинка и меди как в биосубстратах, так и в шерсти экспериментальных животных (крыс).
Проапоптические белки Bax и Bid являются инициаторами реакций апоптоза. Они запускают цепь реакций, ведущих к деградации структуры ДНК, через активацию мембранных рецепторов семейства Fas. Повреждение ДНК вызывает стабилизацию и активацию р53-белка, который усиливает синтез Вах-белка (проапоптотического белка). Возбуждение Fas рецепторов может непосредственно активировать каспазы и вовлекать митохондрии в процесс разрушения клеточных структур - программа каспаз-зависимой активации Bid. Таким образом, апоптоз реализовался разными путями, но везде участвовали каспазы. Реализация апоптоза в каждом конкретном случае зависит от инициирующего фактора и состояния клетки.
Апоптоз включает каскад реакций катаболизма (рис.1).
Комплексы цинка и никеля с метронидазолом в отличие от сульфатов цинка и никеля, свободного лиганда (метронидазола), а также комплексов меди и кобальта, введенные как до начала лучевой терапии опухолей, так и во время облучения, замедляли процесс апоптоза в волосяных фолликулах, что приводило к отсутствию облысения в среднем у 50% экспериментальных животных и значительно снижало его проявление среди особей другой половины экспериментальных животных. Эти результаты согласуются с данными, полученными нами ранее [2]. Однако интерпретировать их как позитивное влияние указанных биокомплексов, так и негативное действие других используемых в эксперименте соединений металлов, пока рано по следующей причине. Как известно, наличие АТФ в митохондриях определяет форму клеточной смерти. Когда происходит разрушение значительной части митохондрий, механизм аутолиза не срабатывает, а высвобождающийся су1 с запускает процесс активации каспаз и апоптоз. При вовлечении в процесс всех митохондрий запасы АТФ полностью истощаются, и про-
Гне.:---из *п#тл**>м1 fi+ndftK |нм-||11(Ы*р PAHF-.RPF, тіГв-і-±i■ z.1 пнч■ ihivHN FAIC ЗІГВПГ піиинлш
*
АПОПТОЗ
Рисунок 1. Пути апоптоза, инициированные разрушением митохондрий, повреждением ДНК и стимуляцией Fas или TNF (первого типа) рецепторов. DFF - фактор фрагментации ДНК; FAK - киназа локальной адгезии; PARP - полиАДФ-рибозополимераза; SERBP - стерольный регулятор связывания белков
цесс апоптоза не может запуститься (для запуска необходима энергия). Происходит цитолиз.
В настоящее время аналитические возможности новых технологий, позволяют изучать множественные метаболические изменения в биологических жидкостях, клетках и тканях при патологии или генетических модификациях[1]. Поэтому для обоснованной интерпретации получен-
ных данных по изменению уровней металлов важно получить результаты количественных характеристик метаболических процессов с помощью современных тандемных методов исследования биологических жидкостей (например, КЭФ-ИСП-МС, ВЭЖХ-ЯМР-ИСП-МС или других), что и является задачей наших предстоящих экспериментов.
Список использованной литературы:
1. Toxicogenomics: prinples and applications/ edited by Hisham K. Hamadeh, Cynthia A. Afshari. Wiley- Liss, USA.- 2004.- 361p.
2. KaletinR N.I., KaletinG.I., Brusilovskiy A.I.Trace elements, N-glycosylamines and regulation of apoptosis //Athens, Proceedings Book 5th international Symposium on Trace Elements in Human: New Perspectives. - 2005. - р.20-25
3. Панченко Л.Ф., Маев И.В., Гуревич К.Г. Клиническая биохимия микроэлементов М. :ГОУ ВУНЦ МЗ РФ.- 2004.
4. Principles оf toxicology. Environmental and Industrial applications /Edited by P.L. Williams, R. C. James, S. M. Robert. Wiley Intersqence John Wiley & Sons. USA.- 2000. - 606p.
5. Brusilovskiy A.I. Two worlds in Histology: HxE and AB HxE. // Los Angeles, CA, USA.- Newsletter, July-December.- 2004.- 6р.
