Диссертация (Роль HIF1-зависимой регуляции пентозофосфатного пути в обеспечении реакций мозга на гипоксию), страница 8

При этом, ингибиторы как киназы p38, так и киназы Akt, вызывают полноеблокирование этого сигнального пути, а ингибитор MEK/ERK сигналинга, напротив, upрегулируетHIF1a-зависимыйнейропротективныйпутьвответнаглобальнуюцеребральную ишемию в отсутствие нормобарического гипоксического ПостК (Zhu et al.,2014).35Таким образом, накопленные в настоящий момент данные указывают насущественное сходство путей достижения нейропротективного эффекта как ишемического,так и гипоксического (гипобарического и нормобарического) посткондиционирования, атакже на значительное их перекрывание с механизмами нейропластичности мозга.

Однакоэти вопросы требуют дальнейших исследований.2.05. Предполагаемые эффекторы нейропротекции, индуцируемой гипоксическимпосткондиционированием умеренной гипобарической гипоксиейВ рамках исследования механизмов гипоксического посткондиционирования напервых этапах наше внимание было привлечено к основному регулятору клеточногогомеостаза в условиях гипоксии – фактору HIF1a (регуляторной альфа субъединицегетеродимера HIF1) и одной из мишеней его транскрипционной активности, цитокинуэритропоэтину, использованному в качестве маркера транскрипцционной активности HIF1,а также к антиапоптотическому белку Bcl-2 и нейротрофину BDNF, как ключевыминдукторам толерантности мозга вообще.

Настоящий раздел обзора литературы посвященкраткому обобщению литературных данных об этих белках.2.05.01. Гипоксия-индуцируемый фактор (HIF1)Клеточный ответ на изменение концентрации кислорода является центральнымпроцессом в клетках животных. Как известно, одним из ключевых факторов адаптации кгипоксическим условиям является гипоксия-индуцируемый фактор 1 (HIF1) (Herdegen etal., 1998, Semenza, 2000, 2001). HIF1 – транскрипционный фактор, представляющий собойгетеродимер белков HIF1a и HIF1β, имеющих ДНК связывающий спираль-петля-спиральдомен, центральный PAS (Per-ARNT-Sim) домен, обеспечивающий гетеродимеризацию, иС-терминальный трансактиваторный домен.

HIF1a, являясь регулируемой субьединицей,накапливается в условиях гипоксии, тогда как HIF1β экспрессируется конститутивно (Johnet al., 1999).На Рисунке 1 представлена обобщенная схема представлений о сигнальных путях,приводящих к мобилизации HIF1a и о мишениях этого транскрипционного фактора. ВприсутствиикислородаHIF1aгидроксилируетсяпролил-гидроксилазой,убиквитинилируется и затем подвергается протеасомной деградации (Jiang et al., 1997,Masson et al., 2001).

В условиях гипоксии пролил-гидроксилаза инактивируется, и HIF1a36перестает восприниматься убиквитинлигазой. Это приводит к его накоплению в цитозоле,димеризации с HIF1β и транслокации в ядро, где происходит взаимодействие с CREB, РНКполимеразой II, связывание с последовательностью HRE (Hypoxia-Responsive Element) иактивация транскрипции генов-мишеней.Рисунок 1. Обобщенная схема представлений о сигнальных путях, приводящих кмобилизацииHIF1aиомишенияхтранскрипционного(http://www.sabiosciences.com/). Пояснения в тексте.фактораHIF137В настоящее время очевидно, что механизмы регуляции работы HIF1 намногосложней и разнообразней. Например, помимо пролил-гидроксилазного есть еще аспарагингидроксилазный путь ингибирования HIF1, ведущий правда не к деградации, а кнарушениювзаимодействияскоактивирующимитранскрипциюгистоновымиацетилтрансферазами CBP/p300 (Dengler et al., 2014).

Также транскрипционная активностьHIF1a прямо зависит от активности киназ ERK и p38, а индуцирующая деградацию HIF1aпролилгидроксилаза сама может отправиться в протеасому при достаточно высокойактивности киназы Akt (Loboda et al., 2010). Наконец, сам HIF1 способен запускатьтранскрипцию антагониста собственной транскрипционной активности фактора HIF3a.HIF3a, как и HIF1a, является кислород-зависимым белком, имеет такой же сайт связыванияс HIF1β и такой же сайт «посадки» на ДНК, как HIF1a, но не имеет С-трансактиваторногодомена, без которого невозможен запуск транскрипции. Однако HIF3a продолжаетгидроксилироваться и, как следствие, расщепляться в протеасомах при умеренных формахгипоксии, когда механизм гидроксилирования HIF1a уже супрессирован (Dengler et al.,2014).За счет опосредованной снижением концентрации кислорода стимуляцииэкспрессии фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), транспортеров глюкозы, ферментовгликолиза, лактатдегидрогеназы, цитокина эритропоэтина и продуктов многих другихгенов, необходимых для обеспечения функционирования в условиях хронической гипоксии(Kim et al.

2006, Semenza 2000, 2001, Chavez et al., 2000, Kodama et al., 2003, Guo et al., 2008,Lukyanova et al., 2015, Sheldon et al., 2014, Dengler et al., 2014) HIF1 по праву признанключевым регулятором адаптации к хронической гипоксии.Однако, патогенезотносительно непродолжительных острых форм гипоксии/ишемии в первую очередьреализуется в период реоксигенации (Nita et al., 2001), когда неконтролируемая активацияданного фактора транскрипции на фоне дефицита активности киназ, обеспечивающихадекватную активность HIF1 (Chen et al., 2003, Vetrovoy et al., 2015), потенциально способнаоказывать дезадаптивный эффект, что может вносить неблагоприятный вклад вформирование постгипоксических патологий (Sun Y. et al., 2017).Среди множества гипотетических нейропротективных стратегий при коррекциипостинсультных патологий активно обсуждается возможность применения стимуляторовактивности HIF1 (Siddiq et al., 2005).

Накоплено множество сведений о нейропротекции,вызванной активаторами HIF1 при моделировании ишемии (Nagel et al., 2011, Tian et al.,2011). В то же время появляются сведения, согласно которым ранее продемонстрированныедоказательства протективной роли HIF1 в постишемический период были связаны с38побочнымиэффектамииспользуемыхингибиторовпролил-гидроксилаз,такжевыполняющих роль хелаторов двухвалентных металлов, и протекция связана не столько состабилизацией данного транскрипционного фактора, сколько с ингибированием клеточнойгибели по типу ферроптоза (Speer et al., 2013).

Более того, в ряде исследований на моделиокклюзии средней мозговой артерии было показано, что ключевой регулятор адаптацииорганизма к гипоксическим условиям, транскрипционных фактор HIF1, в периодреперфузии после острой ишемии способен оказывать дезадаптивный эффект, способствуяразборке структур гемато-энцефалического барьера (Sun Y., et al. 2017) и запускуапоптотической клеточной гибели (Chen et al., 2009). Поэтому вопрос о направленностиэффектов HIF1 в условиях гипоксии/реоксигенации остается открытым.2.05.02. Цитокин эритропоэтинЭритропоэтин–цитокинмолекулярноймассой34кДА,физиологическийстимулятор эритропоэза. Изначально его основной функцией считались запускпролиферации и дифференцировкии эритроцитов из полустволовой клетки миелоидногоряда.

В последнее десятилетие интерес исследователей к эритропоэтину значительновозрос в связи с тем, что этот белок в достаточно высоких концентрациях был обнаружен внейронах мозга, где, по всей видимости, выполняет множественные нейропротективныефункции, не связанные с эритропоэзом (Chatagner et al., 2010). Помимо этого, сигналлинг,запускаемый эритропоэтином, определяет переход от стадии индукции к стадии экспрессии(осуществления) толерантности мозга к тяжелым повреждающим воздействиямЭритропоэтин проявляет свои функции через EpoR (рецептор эритропоэтина),представитель семейства цитокиновых рецепторов (Pereira et al., 2000). На Рисунке 2Представлена обобщенная схема представлений о сигнальных путях, активируемыхсвязыванием эритропоэтина с рецептором. После связывания с эритропоэтином рецепторгомодимеризуется и претерпивает фосфорилирование под действием сопряженной с нимтирозинкиназы JAK2.

Далее происходит активация ряда downstream адаптеров иэффекторов, включая STAT5, PI3K, SHIP(SH2-containingInositolPhosphatase),тирозинфосфатаз SHP1 и SHP2, ERKs и др (Iwatsuki et al., 1997). PI3K опосредуетактивацию киназы Akt, играющей ключевую роль в запуске адаптивных реакций клетки(Alessi et al., 1997, Jonassen et al., 2001).39Рисунок 2. Обобщенная схема представлений о сигнальных путях, активируемыхсвязыванием эритропоэтина с рецептором (http://www.sabiosciences.com/). Пояснения втексте.Предполагают, что эритропоэтин, будучи транскрипционной мишенью фактораHIF1a, может играть важную роль в механизмах гипоксического/ишемическогоповреждения нейронов и его компенсации.

В частности, в моделях гипоксии/ишемии40показано, что экзогенный эритропоэтин снижает объем повреждений мозга и улучшает егоструктурно- функциональное состояние (Ogunshola et al., 2013). В данной работеэритропоэтин использован как белковый маркер транскрипционной активности HIF1.2.05.03. Bcl-2 и регуляция апоптоза, опосредуемого митохондриямиBcl-2 является белком, препятствующим запуску апоптоза, опосредуемогомитохондриями (Рисунок 3), за счет ограничения проницаемости митохондриальноймембраны.

Локализован в наружной мембране митохондрий, и ингибирует выходцитохрома С в цитозоль. Ген Bcl-2 является одной из мишеней CREB и NF-κB, ключевыхадаптивных транскрипционных факторов мозга (Karin et al., 2002, Chiueh et al., 2005).Рисунок 3.

Обобщенная схема представлений о путях регуляции запуска апоптоза,опосредуемого митохондриями (http://www.cellsignal.com/). Пояснения в тексте.41Проапоптотические белки Bad, Bid, Bax, и Bim могут находиться в цитозоле, приперемещении и встраивании во внешнюю мембрану митохондрий становятся триггерамиклеточнойсмерти,способствуявыходуцитохромаС.Badвстраиваетсявмитохондриальную мембрану, образуя проапоптический комплекс с Bcl-XL. ТранслокацияBad ограничивается ростовыми факторами, в частности при адаптации мозга кповреждающему воздействию гипоксии характерными примерами таких сигнальныхбелков являются эритропоэтин (транскрипция регулируется HIF1) и BDNF (CREB и NGFIa зависимый), которые опосредованно киназой Akt вызывают фосфорилирование Bad, чтоприводит к его цитозольному секвестрированию.