Оксидазный стресс и окислительно-восстановительный баланс

Состояние компонентов окисления-восстановления (Е0) определяется возможностью захвата (окислительный компонент) или выброса (восстановительный компонент) одного или более электронов. Для нормальной биологической среды характерно наличие равновесия между оксидантами и восстановителями (РОВ). Несмотря на определенные трудности в точном измерении этого РОВ, цитоплазма в физиологическом состоянии представляется более основной средой за счет присутствия в ней глутатиона (ГТИ), НАД/НАДФ, особенно в лейкоцитах.

Нарушение РОВ внутри клетки немедленно влечет за собой запуск механизмов переноса сигнальной информации и главная роль в этом принадлежит функции -SH групп. Функциональная активность тиоловых групп зависит от множества компонентов, участвующих в процессе переноса сигнальной информации: клеточных рецепторов, ЦАП, ядерных факторов и даже ядерных белков, которые регулируют связывание ЯФ с элементами ДНК. Функции -SH групп легко нарушаются в результате окислительных реакций и являются идеальной мишенью РРАК. Физиологическая роль РРК заключается в изменении РОВ за счет потребления основных молекул (ГТИ, НАД, НАДФ) или в результате оксидазной модификации структуры белков. Окислительное повреждение белков позволяет последним взаимодействовать с рецепторами, изменять истинную ферментную активность или связываться со специфическими мишенями на ДНК, запуская, таким образом, перенос сигнальной информации и генные проявления. В лейкоцитах нарушения РОВ можно представить изменением переноса сигнальной информации.

В физиологических условиях баланс ферментных и неферментных антиоксидантов создает РОВ, задерживая окислительные и восстановительные изменения внутри клетки. Этот баланс нарушается избыточной активацией НАДФ-оксидазы в стимулированных лейкоцитах. 1п У1УО избыточная продукция реактивных радикалов кислорода и азота воз­можна при воспалении, для которого характерна интенсивная активация лейкоцитов, или при таких необычных ситуациях, как массивная радиация. В таких случаях, когда буферная емкость антиоксидантов становится избыточной или патологически снижается, возможны оксидазные повреждения с развитием оксидазного стресса.

Участие РРАК в переносе сигнальной информации и апоптозе

В 1991 году реактивные радикалы кислорода были определены как активные агенты активации ядерных факторов передачи информации подгруппы ЯФ-кВ/Ке1. Благодаря этим первым наблюдениям накоплены доказательства того, что РРК играют роль внутриклеточных факторов посредников в регуляции переноса сигнальной информации и апоптоза. Для этого необходимы специальные условия: небольшой объем, высокая диффузионная способность, равномерность воздействия, быстрый синтез и разрушение. РРК удовлетворяют всем этим условиям, но они высоко токсичны в силу окислительных свойств, поэтому только в низких концентрациях РРК можно считать физиологическими внутриклеточными посредниками переноса информации, а также следует четко различать оксидазный стресс и изменение РОВ при появлении «физиологических доз» РРАК. В большинстве исследований уделяется внимание роли РРК в цепочке переноса сигнальной информации при участии перекиси водорода в концентрации 3 х 10—4 М, которая необычно высокая для ситуаций, за исключением внутриклеточной среди активированных фагоцитов (или родственных клеток).

В большинстве публикаций сообщается об активации ЯФ-кВ РРК, в основном перекисью водорода, но и другие ядерные факторы транскрипции информации и некоторые каскады протеинкиназ чувствительны к РРК. Наиболее частой мишенью для РРК в протеинкиназах и передающих сигнальную информацию белках является регуляторный домен, который в норме активируется фосфорилированием. Другой мишенью РРК многих белков и ферментов, участвующих в переносе информации, является глутатион и функция тиоловых групп. В клеточной культуре РРК вызывают окислительную инактивацию ЦАП (окисление - 8Н групп), апоптоз или некроз в зависимости от их концентрации и типа клетки. Факторы транскрипции, чувствительные к РОВ, такие как гипоксией индуцируемый фактор-1а (ГИФ-1а) и ЯФ-кВ, четко зависят от уровня ГТИ. В лейкоцитах вырабатывается физиологическое количество перекиси водорода при воздействии цитокинов, таким образом, ее можно считать физиологическим вторичным посредником передачи информации.

Однако точные механизмы активации РРК процесса передачи сигнальной информации остаются в большинстве случаев необъяснимыми. Было также показано, что РРК индуцируют фосфорилирование тирозина в лимфоидных клетках. Так как уровень фосфорилирования тирозина является результатом баланса двух процессов: фосфорилирования протеин тирозин киназами и дефосфорилирования протеин тирозин фосфатазами (ПТФ), то очевидно, что наилучший эффект РРК на фосфорилирование тирозина может быть достигнут при активации киназ или ингибиции фосфатаз. Продукты окисления ли-пидов (окисленный LDL, окисленные формы холестерола и липоальдегиды, например 4-гидроксиноленол) также влияют на процессы регуляции генного проявления в виде адгезии молекул, появления протеинов при тепловом ударе, цитокинов, факторов роста. В любом случае их механизм действия, роль РРК подтверждены использованием компонентов антиоксидантов (М-ацетил-цистеин) и ферментов (каталаза), которые ингибируют перенос сигнальной информации, в основном, за счет угнетения фосфорилирования тирозина. Тем не менее, до сих пор тестируется и оценивается участие РРК в процессе переноса сигнальной информации. В недавних исследованиях на эндотелиальных клетках было показано, что перекись водорода индуцирует появление активности связывания ДНК с ЯФ-кВ, но результатом этого является «молчание» считывания информации. Остаются проблемы в оценке роли РРК/РРАК в апоптозе. В результате оксидазного стресса, вызванного перекисью водорода, клетка может разрушиться путем апоптоза или некроза в зависимости от концентрации перекиси водорода: в дозе 3 х 1 мМ (оксидаз-ный стресс) клетка претерпевает некротические изменения, а в микромолярных концентрациях -апоптоз. Различие в эволюционных изменениях будет зависить от уровня АТФ.

Практическая роль N0 и пероксинитрита: играет ли пероксинитрит ключевую роль в повреждении процесса переноса сигнальной информации?

N0 является прототипом молекулы, участвующей в модификации РОВ и цепочке передачи сигнальной информации. N0 и его производные, по-видимому, регулируют перенос сигнальной информации в специфическом направлении в зависимости от типа клетки, характера стимуляции, концентрации N0 и состояния РОВ клетки. В результате активации Ж)-синтетазы и переноса сигнальной информации, связанной со стрессовой стимуляцией протеинкиназ, изменяется кровоток в эндотелиальной ткани (стрессовый синдром «ножниц»). N0 также будет влиять на процесс активации ЦАП и регуляции генной экспрессии путем 8-нитрозилизации/8-денитрозилизации  и станет влиятельным фактором в митохондриальном пути апоптоза. Однако в последние годы увеличивается число исследований пероксинитрита (ОЖЮ-), нестабильного продукта окисления N0 с супероксидионом, как главного компонента регуляции процесса переноса сигнальной информации при повреждении рецепторов или как участника переноса информации во многих внутриклеточных местах. Путем нитрирования уменьшается количество истинного тирозина, ОЖЮ- способен повреждать ферменты, участвующие в процессе переноса информации, такие как тирозинкиназа.

Нитрированные протеины таким образом станут не только функционально неактивными за счет действия ОЖЮ-, но и активными веществами, поддерживающими процесс заболевания. Киназы тирозина сами по себе должны быть фосфорилированы, чтобы в соответствующем тирозиновом участке проявлять активность в процессе передачи сигнальной информации. В последующем, когда они дефосфорилируются, перенос информации прекращается. Ферменты, участвующие в дефосфорилировании, также являются тирозин-ответственными энзимами. Остатки нитрирования тирозина могут нарушать функции энзимов путем торможения фосфорилирования киназ тирозина и путем инактивации дефосфорилирующих ферментов. Пероксинитрит, таким образом, способен выступать в роли агента, нарушающего регуляцию апоптоза, блокирующего или усиливающего перенос информации, в зависимости от точки воздействия и типа энзима-мишени. Пероксинитрит также внедряется и в другие звенья цепочки апоптоза. Недавно сообщалось, что ONOO- принадлежит способность активировать переход проЦАП в ЦАП, исполнителей функции запуска апоптоза, который инициируется активацией рецепторов мембраны клетки. Было отмечено, что ONOO- активирует проЦАП-3 и 9. Пероксинитрит способен также повреждать фарторы транскрипции за счет разрушения их цистеиновых участков и путем окисления их основных железо-серных кластеров и пальчиковых цинковых компонентов. При этом теряется способность белков к связыванию с ДНК или к распознаванию соответствующих участков.