Диссертация (Роль HIF1-зависимой регуляции пентозофосфатного пути в обеспечении реакций мозга на гипоксию), страница 5

Как известно, головной мозг является органом, наиболее чувствительным ипредрасположенным к индукции свободнорадикальных процессов, особенно на фонеишемии. Это связано с высоким содержанием в тканях мозга полиненасыщенных жирныхкислот,малымколичествомвитаминаА,крайненизкойактивностьюглутатионпероксидазы, практически полным отсутствием каталазы, высоким содержаниемионов двухвалентного железа и низким содержанием трансферрина и церулоплазмина(Siesjo et al., 1989). Эта стадия развития «ишемического каскада» уже необратима и неможет быть скорректирована восстановлением притока кислорода.23Далее возникают «отдаленные» последствия гипоксии, такие как реакции местноговоспаления, микроваскулярные нарушения, повреждение гематоэнцефалического барьера(ГЭБ) и др.

Нарушения ГЭБ присутствуют с первых минут острой фокальной ишемии,однако наиболее выраженными они становятся через несколько часов. Воспалительныереакции характеризуются миграцией нейтрофилов из сосудов в ткань, активациеймикроглиальных клеток и секрецией ими потенциально цитотоксичных соединений, такихкак провоспалительные цитокины IL-1β и TNF-α. Введение противовоспалительныхцитокинов или веществ, уменьшающих синтез провоспалительных цитокинов, значительноснижает степень повреждения нейронов после ишемии (Block et al., 1996). Таким образом,воспалительные реакции вовлечены в патогенез постгипоксических состояний испособствуют нейрональной гибели.Характерным последствием тяжелых форм гипоксии мозга является запускпрограммы отсроченной клеточной гибели по типу апоптоза. Апоптотические измененияможно наблюдать в СА1 поле гиппокампа и неокортексе через 3-4-дня после транзиторнойглобальной церебральной ишемии (Nitatori et al., 1993).

Применение ингибиторовбелковогосинтезаилиростовыхфакторов,противодействующихапоптозуиспособствующих нормализации адекватной сигнальной трансдукции мозга, снижаетуровень ишемического поражения (Goto et al., 1990).Такимобразом,молекулярно-биологическиенарушения,вызванныегипоксией/ишемией мозга, имеют крайне неблагоприятные последствия для организма.Введение антиоксидантов или препаратов, стимулирующих экспрессию ростовыхфакторов, стабилизирующих ионные градиенты, хотя и способно в некоторой степениоблегчить последствия гипоксии, но все же оказывается недостаточным для того, чтобыобеспечить комплексную нейропротекцию от гипоксии и ишемии во время острогоинсульта, поскольку оказывает эффект только на какой-то отдельный этап патологическогокаскада (Fisher et al.,2005).2.03.

Молекулярно-клеточные механизмы нейропротекции, индуцируемойумеренной гипобарической гипоксиейВ результате исследований, проводимых в лаборатории регуляции функцийнейронов мозга, Института физиологии имени И.П.Павлова РАН на протяжении последнихтрех десятилетий, были выявлены множественные протективные эффекты трехкратнойумеренной гипобарической гипоксии в режиме прекондиционирования.24Гипобарическая гипоксия — сочетанное воздействие на организм пониженногоатмосферного давления и кислородного снабжения. В зависимости от режима можетвызывать тяжелые функциональные нарушения деятельности мозга либо повышатьадаптивные возможности организма.

Гипобарическая гипоксия является одной из наиболееадекватных физиологических моделей, она легко управляема, пригодна для изучения какповреждающего (Тяжелая Гипоксия, ТГ), так и протективного воздействия (Умереннаягипобарическая гипоксия, УГГ), без оперативного вмешательства.Гипоксическое прекондиционирование (ПреК) – предъявление особям гипоксииумеренной интенсивности в преддверии тяжелого повреждающего воздействия. Посовременнымпредставлениям,гипоксического/ишемическогопроцессПреКформированиявключаетдвепротективныхстадии:раннююэффектов(индукциятолерантности) и позднюю (развитие толерантности).Согласно результатам исследований, выполненных на переживающих срезахпириформной коры (Самойлов и др., 2001), фаза индукции гипоксической толерантностимозга обусловлена быстрой, но умеренной активацией глутаматергической сигнальнойтрансдукциииключевыхвнутриклеточныхрегуляторныхсистем(кальциевой,фосфоинозитидной, цАМФ, умеренной активацией внутриклеточной прооксидантнойсистемы), активацией HIF1a (за счет опосредованной гипоксией инактивации пролилгидроксилазных реакций).

Эти процессы происходят в первые часы гипоксическоговоздействия и приводят к запуску быстро индуцируемых механизмов активациипротеинкиназ, посттрансляционной модификации белков ионных каналов, рецепторов,редокс-чувствительных протеинов. Учитывая, что данные системы внутриклеточнойсигнальной трансдукции вовлекаются в экспрессию генома, предполагается, что быстроиндуцируемые ПреК механизмы являются необходимым звеном для запуска отсроченныхгеном-зависимых процессов, благодаря которым развивается полноценный протективныйэффект гипоксического ПреК (Самойлов и др., 2012).Переход от фазы индукции к фазе развития толерантности связан с активациейтранскрипционных факторов, вовлекаемых в механизмы пластичности и выживаемостинейронов. К этим, так называемым, активационным транскрипционным факторамотносится белок, связывающий цАМФ чувствительный элемент (CREB).

На различныхишемических моделях показано, что ПреК вызывает выраженную и пролонгированнуюактивацию CREB, о чем свидетельствует его фосфорилирование по Ser113 и промоторнаяактивность на последовательностях CRE генов-мишеней. Применение маскирующих CRE25олигонуклеотидов или анти-CREB полностью нейтрализовало устойчивость нейронов,индуцируемую ишемическим прекондиционированием (Hara et al., 2003).Наряду с CREB, при ишемическом ПреК было обнаружено увеличение ДНКсвязывающей активности и транслокации в ядро другого фактора - NF-kB.

Ингибированиетрансактивации NF-kB как с использованием фармакологических ингибиторов, так иолигонуклеотидов-ловушек,нивелировалонейропротекцию,индуцированнуюпрекондиционированием (Blondeau et al., 2001).Полученные в последнее время результаты говорят о том, что индукцияактивационных транскрипционных факторов зависит от режима ПреК. Так, в частности,выраженная нейрональная оверэкспрессия pCREB и NF-κB в неокортексе выявляется послетрех -, но не одно- и шестикратных сеансов прекондиционирования гипобарическойгипоксией (Чурилова и др., 2009, Rybnikova et al., 2008).

При этом в отличие оттрехкратного, одно- и шестикратное ПреК не предотвращает развитие структурнофункциональных нарушений, следующих за тяжелой гипоксией (Самойлов и др., 2012).В фазу развития толерантности (24 часа и более) включаются отсроченные геномзависимые механизмы, обеспечивающие процессы долговременной пластичности ивыживания нейронов. В большой серии экспериментов с использованием молекулярнобиологических методов обнаружено, что трехкратное гипобарическое ПреК модифицируетв гиппокампе и неокортексе активность ряда внутриклеточных факторов регуляциипроцессов выживания/гибели вслед за предъявлением тяжелой гипоксии.

Перечислимнаиболее важные из этих факторов.1)Ранние гены (zif268, c-fos, hif1a) и их продукты – индуцибельные транскрипционныефакторы (NGFI-A,c-Fos, HIF1a) (Rybnikova et al., 2002, 2009). Активация геновиндуцибельных транскрипционных факторов происходит за счет ремоделированияструктурыхроматинаопосредованномодификациейгистонов(ацетилирование,фосфорилирование и метилирование), а также взаимодействия регуляторных участков ДНКс активационными транскрипционными факторами.

Гипоксическое ПреК значительномодифицирует паттерн экспрессии ранних генов в ответ на тяжелую гипоксию, а такжеиндуцирует кооперативную up-регуляцию проадаптивных транскрипционных факторов(NGFI-A, c-Fos, HIF1a) и подавляет индуцированную тяжелой гипоксией активацию c-Jun,являющегося важным звеном про-апоптотических каскадов, в частности, JNK каскада.2)Цитозольныеимитохондриальныеантиоксидантытиоредоксины-1,2) (Строев и др., 2003, Stroev et al., 2004a, 2004b).(Cu,Zn-SOD,Mn-SOD,263)Факторы регуляции апоптоза семейства генов bcl-2 (Bcl-2, Bcl-xL, Bax).

Унепрекондиционированных животных после тяжелой гипоксии наблюдается сдвигсоотношения Bax/Bcl-2,Bcl-xL в сторону преобладания про-апоптотического белка Bax, а упрекондиционированных особей это соотношение, напротив, меняется в пользуантиапоптотических белков Bcl-2 и Bcl-xL, что очевидно препятствует запуску апоптоза вгиппокампе и неокортексе у этих животных (Rybnikova et al., 2006).4)2007).Митоген-активируемые протеинкиназы (MAP/ERK, JNK, p38) (Самойлов и др.,МетодомВестерн-прекондиционирующееблотанализавоздействиеииммуногистохимииэффективновыявлено,подавляетчтоэкспрессиюфосфорилированных форм JNK, р38 и активирует ERK после тяжелой гипоксии.5) Важную роль в предотвращении индуцируемых тяжелой гипоксией нарушенийактивности гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной системы (ГГАС), основнойэндокринной системы позвоночных, регулирующей гомеостаз и обеспечивающеймобилизацию защитных сил организма при действии экстремальных факторов и стрессе,необходимую для формирования адаптивных реакций, играют изменения экспрессииэкстрагипоталамических рецепторов кортикостероидов (Чистякова и др., 2011, Rybnikovaet al., 2011).2.04.