Молекулярная биология

NO представляет собой газообразную сигнальную редокс-молекулу, функционирующую в клетках эукариот. Однако некоторые аспекты синтеза, оборота и эффектов NO специфичны для растений. В отличие от высших растений роль NO у Chlorophyta изучена еще недостаточно. Тем не менее, некоторые механизмы контроля уровня этой сигнальной молекулы охарактеризованы на модельных представителях зеленых водорослей. Так, в клетках Chlamydomonas reinhardtii синтез NO осуществляется с помощью двойной системы, включающей нитратредуктазу и NO-формирующую нитритредуктазу. Другие механизмы, с помощью которых NO образуется из нитрита, связаны с компонентами электрон-транспортной цепи митохондрий. Кроме того, образование NO у некоторых зеленых водорослей происходит по окислительному механизму, сходному с механизмом у млекопитающих. Недавнее выявление L-аргининзависимого синтеза NO у бесцветной водоросли Polytomells parva предполагает существование комплекса белков с ферментативной активностью, сходной по действию с синтазой оксида азота у животных. Это открытие прокладывает путь к дальнейшему изучению потенциальных членов семейства NO-синтаз у Chlorophyta. Неотъемлемой частью функционирования NO в клетках является не только его синтез, но и регуляторные процессы, участвующие в поддержании внутриклеточного уровня NO. Члены семейства усеченных гемоглобинов с диоксигеназной активностью могут превращать NO в нитрат, как у C. reinhardtii. Описано также участие NO-редуктаз в нейтрализации NO. Еще более интригующим является тот факт, что зеленые водоросли, в отличие от животных, по-видимому, не используют типичный сигнальный модуль NO-сGMP. S-нитрозированный глутатион, который считается основным резервуаром NO в клетках, передает сигналы NO белкам. S-нитрозирование белков Chlorophyta считается одним из ключевых механизмов действия редокс-молекулы. В представленной работе обсуждается современное состояние и перспективные направления исследований, связанных с биологией NO у зеленых водорослей.

Опухолевые клетки характеризуются повышенным уровнем метаболизма. В регуляции метаболических процессов как в здоровых, так и в опухолевых клетках участвует сероводород (H₂S), который влияет на функцию ключевых клеточных систем, включая убиквитин-протеасомную систему, обеспечивающую протеостаз. Принципиальным компонентом убиквитин-протеасомной системы являются протеасомы – мультисубъединичные белковые комплексы, которые осуществляют протеолиз большей части внутриклеточных белков. На сегодняшний день данных о влиянии H₂S на общий пул протеасом и непосредственно на отдельные формы протеасом, в том числе в опухолевых клетках, недостаточно. Нами исследован эффект донора сероводорода GYY4137 (50, 100 и 200 мкМ) на пул протеасом в клетках аденокарциномы прямой кишки SW620B8-mCherry, экспрессирующих флуоресцентно меченные неконститутивные протеасомы. Клетки инкубировали с GYY4137 в течение 6, 24, 48 и 72 ч. Показано, что воздействие GYY4137 в концентрации 200 мкМ в течение 24 ч приводит к снижению химотрипсинподобной и каспазаподобной активности протеасом. При этом наблюдается повышение экспрессии генов субъединиц протеасом. В лизатах клеток, инкубированных с 200 мкМ GYY4137, спустя 48 ч увеличивается содержание конститутивной субъединицы β5, что, по-видимому, способствует выравниванию активности протеасом в клетках. Инкубация клеток с GYY4137 (200 мкМ, 72 ч) также приводила к повышению уровней экспрессии некоторых протеасомных генов, однако это не оказывало существенного влияния на активность и субъединичный состав протеасом. На протяжении эксперимента не выявлено изменений в содержании флуоресцентно меченных неконститутивных протеасом в клетках. Таким образом, полученные данные свидетельствуют о модуляции активности протеасом донором сероводорода, а также о влиянии GYY4137 на уровни транскрипции и трансляции отдельных протеасомных генов.

В обзоре рассмотрены современные представления о роли белков теплового шока (Heat Shock Protein, HSP), а также транскрипционных факторов генов белков теплового шока (Heat Shock Transcription Factor, HSF) в защите растений от окислительного стресса, индуцированного различными видами абиотического и биотического стресса. HSP – плейотропные белки, участвующие в различных внутриклеточных процессах и выполняющие множество важных функций, включая повышение устойчивости растений к стрессу, защиту структуры и активности белков антиоксидантной системы. Повышенная экспрессия генов HSP в стрессовых условиях, приводящая к повышенному содержанию HSP, может быть использована в качестве маркера окислительного стресса. HSF растений кодируются большими семействами генов с вариабельными последовательностями, экспрессией и функциями. Растительные HSF регулируют транскрипцию широкого спектра генов, индуцируемых стрессом, включая не только гены HSP, но и других шаперонов детоксикации активных форм кислорода, ферментов, участвующих в защитных метаболических реакциях и биосинтезе осмолитов или других факторов транскрипции. Полногеномный анализ растений Arabidodpsis, риса, тополя, латука и пшеницы выявил сложную сеть взаимодействий семейств генов HSP и HSF, формирующих защиту растений от окислительного стресса. Рассмотрены данные, указывающие на важную роль HSP и HSF в реакции растений на стресс, что может быть использовано для повышения продуктивности и стрессоустойчивости растений.

Растительные полифенолы характеризуются широким спектром биологической активности, включая антиоксидантные свойства, и имеют высокий геропротекторный потенциал. Целью работы было исследование влияния экстракта ягод рябины обыкновенной (Sorbus aucuparia L.) на продолжительность жизни и стрессоустойчивость Drosophila melanogaster с выявлением возможных механизмов его биологической активности. Установлено, что этанольный экстракт ягод S. aucuparia, основные компоненты которого рутин и цианидин-3-рутинозид, обладает выраженной антиоксидантной активностью in vitro. Обработка экстрактом ягод рябины увеличивала устойчивость самцов D. melanogaster к голоданию, но снижала устойчивость к гипертермии. У самок экстракт снижал устойчивость к окислительному стрессу, но повышал устойчивость к гипертермии. Эффекты экстракта ягод рябины на продолжительность жизни зависели как от концентрации экстракта, так и от пола дрозофил. В ответ на обработку экстрактом ягод рябины у самцов и самок D. melanogaster обнаружены незначительные различия в фоновом уровне экспрессии генов клеточного ответа на стресс, включая гены теплового шока (Hsp27, Hsp68, Hsp83), устойчивости к окислительному стрессу (tgo/Hif1, cnc/Nrf2, Sod1), циркадных ритмов (Clk, per) и ген долголетия Sirt1, что может объяснять различия в наблюдаемых эффектах.

Изучено влияние тимозина-1альфа (Тα1) на противовоспалительный ответ альвеолярных макрофагов RAW 264.7, культивируемых в присутствии липополисахарида (ЛПС) из стенок грамотрицательных бактерий. При этом оценена продукция провоспалительных цитокинов, определена активность сигнальных путей NF-κB и SAPK/JNK, а также изучен уровень экспрессии ряда генов, регулирующих уровни апоптоза клеток, и активность рецепторов, принимающих участие в провоспалительном ответе на воздействие ЛПС. Показано, что, во-первых, добавление Тα1 в разной степени нормализовало продукцию цитокинов, особенно заметно интерлейкинов (IL)-1β и IL-6. Во-вторых, добавление Тα1 нормализовало активность сигнальных каскадов NF-κB и SAPK/JNK и экспрессию гена Tlr4. В-третьих, Тα1 заметно снижал уровень р53 и активность гена Р53, который является маркером апоптоза клеток. В-четвертых, доказано, что увеличение экспрессии гена Aр-1 под влиянием ЛПС снижалось при использовании Tα1. Таким образом, установлено, что присутствие Тα1 в среде культивирования клеток RAW 264.7 значительно снижает уровень провоспалительного ответа клеток на ЛПС.

Воспалительные заболевания кишечника широко распространены в индустриально развитых странах, где ими страдает каждый двадцатый житель. Важную роль в развитии воспалительных заболеваний кишечника играет нарушение барьерной функции кишечного эпителия. Проницаемость эпителия кишечника зависит в первую очередь от состояния контактных комплексов между клетками, а также от способности эпителия к самообновлению. Митохондрии выполняют энергетическую функцию и, кроме того, участвуют в регуляции других процессов, протекающих в клетке. Данные последних лет указывают на потенциальную роль этих органелл в регуляции барьерной функции кишечного эпителия и в развитии воспалительных заболеваний кишечника. Дисфункция митохондрий может быть одной из причин нарушения структуры плотных межклеточных контактов и цитоскелета клеток кишечного эпителия, а также снижения способности эпителиальной выстилки к самообновлению. Все это приводит к снижению барьерной функции кишечного эпителия и развитию воспалительных заболеваний кишечника. Однако механизмы этих процессов остаются невыясненными и требуют дальнейшего изучения.

Витамин B12, или кобаламин, жизненно необходимый для функционирования организма, используется в терапии дефицитных состояний. Витамин B12 обладает противовоспалительными и антиоксидантными свойствами, что может играть важную роль в предотвращении ряда заболеваний. При этом в комбинации с такими восстановителями, как аскорбат (витамин С) и тиолы, витамин В12 проявляет прооксидантную активность. В представленном обзоре рассмотрена роль витамина B12 в патогенезе заболеваний, сопровождающихся воспалением и окислительным стрессом, а также влияние этого витамина в отдельности и в сочетании с различными восстановителями, такими как аскорбат и тиолы, на развитие окислительного стресса. Обсуждаются механизмы прооксидантного действия сочетаний разных форм кобаламина (цианокобаламин, гидроксокобаламин) с восстановителями, понимание которых необходимо для разработки стратегий применения В12 в медицине.

Установлено, что мелиттин, пептид из яда пчелы, взаимодействует со многими белками, включая белки-мишени кальмодулина и ионтранспортирующие АТРазы Р-типа. Предполагается, что мелиттин имитирует белковый модуль, участвующий в белок-белковых взаимодействиях внутри клеток. Ранее методом перекрестной иммунопреципитации установлено, что натрий-калиевая ATPаза (Na⁺/K⁺-АТРаза), содержащая α1-изоформу каталитической субъединицы, соосаждается с белком с молекулярной массой около 70 кДа, взаимодействующим с антителами против мелиттина. В присутствии специфического ингибитора Na⁺/K⁺-АТРазы (уабаина) количество белка с молекулярной массой 70 кДа, взаимодействующего с Na⁺/K⁺-АТРазой, возрастает. Для идентификации мелиттинподобного белка в почках мыши использовали метод аффинной хроматографии с иммобилизованными антителами, специфичными к мелиттину. В результате получена фракция мелиттинподобных белков с молекулярной массой около 70 кДа. Методом масс-спектрометрического анализа установлено, что в полученной белковой фракции содержится три молекулярных шаперона из суперсемейства Hsp70: митохондриальный mtHsp70 (морталин), Hsp73, Grp78 эндоплазматического ретикулума. Эти данные позволяют предполагать, что шапероны из суперсемейства Hsp70 содержат мелиттинподобный модуль.

Дегидратаза δ-аминолевуленовой кислоты (ALAD) ‒ ключевой фермент цитоплазматического пути биосинтеза гема. В работе представлены структура гена ALAD холодноводной морской губки Halisarca dujardinii, мультимерная организация ALAD/hemB, а также особенности экспрессии ALAD губки в разные периоды ее репродуктивного годичного цикла. В регуляции экспрессии гена ALAD губок может участвовать транскрипционный фактор GATA-1 и метилирование ДНК. Реагрегация клеток губок сопровождается снижением экспрессии ALAD и изменением содержания активной формы ALAD/hemB в клетках. Изучение процессов биосинтеза гема и роли ALAD/hemB в морфогенетических процессах у базальных животных позволит открыть новые возможности для коррекции патологий у высших животных.

Опухолевая гетерогенность создает серьезные проблемы как для диагностики и терапии злокачественных новообразований, так и для проведения фундаментальных исследований. Межопухолевые и внутриопухолевые отличия касаются различных характеристик и аспектов жизнедеятельности опухолевых клеток, включая их метаболизм. В представленном обзоре рассмотрена метаболическая гетерогенность опухолей с фокусом на энергетический обмен, ее причины, механизмы и методы исследования. Более подробно описан флуоресцентный времяразрешенный имиджинг как новый перспективный метод наблюдения метаболической гетерогенности на клеточном уровне. Показана важность изучения энергетического обмена опухолей и выявления внутри- и межопухолевых метаболических отличий.

Клеточный метаболизм относится к ключевым регуляторам поддержания гемопоэтических стволовых клеток (ГСК). Анаэробный гликолиз используется как основной источник энергии у покоящихся ГСК. При экспансии и дифференцировке в условиях стационарного гемопоэза энергетические потребности активированных ГСК многократно возрастают. Для удовлетворения увеличившихся запросов клетки переходят к митохондриальному окислительному фосфорилированию, при этом возрастает производство активных форм кислорода (АФК). В обзоре рассмотрены молекулярные механизмы поддержания гликолиза в ГСК, а также факторы, определяющие увеличение метаболической активности и переход к митохондриальному биогенезу при активации ГСК. Мы останавливаемся на роли белков HIF (hypoxia-inducible factor) как ключевых медиаторов клеточного ответа на гипоксию, а также рассматриваем явление экстрафизиологического кислородного шока/стресса (EPHOSS), приводящего к форсированной дифференцировке ГСК, и методы его преодоления. Наконец, обсуждается роль окисления жирных кислот (FAO) в гемопоэзе. Понимание метаболических потребностей нормальных ГСК и предшественников имеет решающее значение для разработки новых методов лечения заболеваний, связанных с кроветворной и иммунной системами.