ОКСИД АЗОТА КАК РЕГУЛЯТОР КЛЕТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ

Введение. Функции оксида азота в различных биологических реакциях и путях передачи сигнала, где он выступает как триггер, медиатор или эффектор, удивительно многообразны. Также обнаружено множество способов регуляции продукции этого соединения, как физиологических, регулируемых самим организмом, так и в результате различных, медикаментозных и немедикаментозных, внешних воздействий, корректирующих способность клеток, органов и тканей продуцировать NO.

Известно, что оксид азота – потенциально токсичная молекула, которая широко используется организмом человека не только в разнообразных физиологических, но и патологических процессах. Действие NO на клетку может проявляться двойственным образом. Эта молекула может быть губительна для клеток, включая раковые, а также для внутриклеточных патогенных микроорганизмов.

Обоснование цели. Цель работы: изучение роли оксида азота в различных физиологических и патобиологичесих процессах, происходящих в клетке.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. изучить механизм биосинтеза NO и выявить сходства и различия в строении и функциях изоформ фермента NOS;
2. определить молекулярные основы действия NO, его внутриклеточные эффекты;
3. изучить молекулярные мишени для NO, а также основные пути проведения сигнала в клетке;
4. исследовать механизм включения NO в физиологические и патологические процессы органов и систем, определить схему молекулярных сетей генераторов и мишеней NO;
5. проанализировать инициирующее и блокирующее влияние оксида азота на апоптоз клеток.

Основная часть. Оксид азота способен воздействовать в равной мере как внутриклеточные, так и межклеточные процессы в живой клетке. Нарушение физиологических процессов, находящихся под влиянием оксида азота ведет к различным заболеваниям, среди которых артериальные гипертензии (в т.ч. гипертоническая болезнь), ишемическая болезнь сердца, тромбозы, рак.

 В нейрофизиологии. Оксид азота влияет на межсинаптическую передачу путем модуляции нейромедиаторов и в то же время сам выполняет функции нейромедиатора.

В кардиологии. Оксид азота регулирует тонус миоцитов сосудов, увеличивает экспрессию белков теплового шока, предотвращающих апоптоз после ишемического инсульта.

В гематологии. Оксид азота тормозит агрегацию тромбоцитов, увеличивает экспрессию генов антиокислительной защиты, ферритина, рецепторов трансферрина.

Влияние этого соединения также обнаружено в патогенезе сахарного диабета, рака, наркомании, мужской импотенции, цирроза печени, заболеваниях почек и др.

Оксид азота образуется в из аминокислоты L-аргинина при участии фермента NO-синтетазы. Продуктами реакции являются NO и L-цитруллин.[2], [3], [4].

В молекуле фермента NO-синтетаза выделяют два домена: оксигеназный (гемовый) домен на H-конце и редуктазный домен на C-конце. Редуктазный домен включается в транспорт электронов от НАДФН, а в оксигеназном домене находится центр для связывания аргинина и активации кислорода. Между доменами находится участок для связывания кальмодулина, без которого фермент не активен. BH4 формирует нативную структуру белка, а также способствует сближению кислорода, связанного с железом гемма, с гуанидиновой группой аргинина [2].

Существует три формы NOS: нейрональная, эндотелиальная (конститутивные изоформы) и индуцибельная. Конститутивные формы определяют базальную концентрацию NO в организме и необходимы для поддержания упомянутых функций: тонус гладкомышечных клеток, апоптоз, торможение агрегации тромбоцитов и др. Индуцированная NO-синтаза является кальций-независимым ферментом, зачастую индуцируется цитокинами (в основном ИФ-g, ФНО-α) и производит высокие уровни монооксида азота [2].

Оксид азота оказывает влияние на соседние клетки по типу паракринной регуляции, не связывается с белками-переносчиками и мембранными рецепторами, взаимодействует с гуанилатциклазой. При этом механизмы внутриклеточных эффектов различны. В физиологических количествах образуются NO-радикал и катион NO, их действие направлено на металлы гемсодержащих и негемовые белки, происходит их нитрозилирование. Таким путем происходит ингибирование адгезии и агрегации тромбоцитов и адгезии лейкоцитов, регуляция функции гладкомышечных клеток в легких, почках, кишечнике. При включении в процесс iNOS, оксид азота может реагировать с супероксид анион-радикалом, что ведет к образованию активных форм кислорода и, в дальнейшем, оксислению липидов, белков, разрушению ДНК, что лежит в основе инициации апоптоза.

Стоит отметить, что действие оксида азота на апоптоз бивалентно. Помимо вышеописанного механизма активации клеточной гибели, существуют и другие. Очевидно участие митохондрий в процессе апоптоза. При этом в митохондриях обнаружена связанная с кальмодулином конститутивная форма NOS, а также явление собственной продукции данными органеллами оксида азота, что ведет к инициации запрограммированной гибели клеток, не зависящей от сигналов со стороны ядерного генома [1]. В то же время молекула NO обладает способностью блокировать апоптоз. Двойственность ее действия зависит от множества факторов: ослабление сигналов, поодерживающих жизнь, усиление сигналов смерти, появление и исчезновение факторов роста, цитокинов, возникновение и исчезновение межклеточных и клеточно-матриксных взаимодействий, вирусные инфекции.

Практически влияние оксида азота на апоптоз может быть использовано в онкологии. NO, синтезированный лейкоцитами, оказывает большое влияние на их способность уничтожать раковые клетки. Исследования показывают, что макрофаги организмов, пораженных опухолевым процессом, проявляют сниженную способность продуцировать оксид азота, а также ослабленную противоопухолевую активность. Также один из механизмов роста опухолей, заключающийся в синтезе супрессорных агентов, таких как интерлейкин-10, фактор роста опухолей, простагландин E₂, ведет к снижению уровня NO [2].

Использование препаратов, способствующих образованию в организме оксида азота, в борьбе с опухолями затруднено тем, что NO принимает участие в этиологических механизмах, способствует злокачественному росту, выступает в качестве промотора рака при хронических воспалениях органов.

Заключение. Физиологические функции NO разнообразны, а его терапевтическое применение продолжает расширяться. Весьма многообещающей представляется возможность регуляции NO биохимических процессов, в которых он участвует. Вместе с тем, поскольку NO – вездесущий медиатор метаболизма, необходимо вести поиск новых ингибиторов iNOS и доноров NO, способных избирательно воздействовать на клетки и ткани. Такие лекарственные вещества могут быть мощными средствами преодоления различных нарушений сердечно-сосудистой системы, метаболизма печени, кишечника и почек.

Список литературы:

1. Губский Ю.И. Смерть клетки: свободные радикалы, некроз, апоптоз. / Губский Ю.И.: Монография. – Винница: Нова Книга, 2015. – 360 с.
2. Северин Е.С. Биохимические основы патологических процессов. / Северин Е.С. – М.: Медицина, 2000. – 304 с.
3. Семенович А.А. Физиология человека: учеб. пособие / Семенович А.А. [и др.]; под ред. А.А.Семенович. – 4-е изд., испр. – Минск: Выш. шк., 2012 – 544 с.
4. Терещенко В.П. Медико-биологические эффекты наночастиц: реалии и прогнозы. / Терещенко В.П., Картель Н.Т.: Монография. – К.: Наукова думка, 2010. – 240 с.