Диссертация (Роль надпочечников в регуляции метаболизма меди в печени), страница 6

МТ является многофункциональным белком,играющим важную роль в поддержании гомеостаза меди и цинка, детоксикациитяжелых металлов, поддержании окислительно-восстановительного потенциалаклетки, нейропротекции, регуляции клеточного цикла (Hidalgo et al., 2001;Cherian and Kang, 2006; Maret, 2011).У млекопитающих выделяют четыре изоформы МТ. Мажорные изоформыМТ1 и МТ2 экспрессируются практически во всех органах и тканях, активностькодирующих их генов индуцируется различными факторами, такими как тяжелыеметаллы, провоспалительные цитокины, глюкокортикоиды, АФК (Miles et al.,2000; Thirumoorthy et al., 2011). Изоформа МТ3 синтезируется преимущественно вмозге, а МТ4 – в клетках многослойного эпителия, и указанные выше индукторыне оказывают влияния на экспрессию кодирующих эти изоформы генов (Vasakand Meloni, 2011).

МТ является преимущественно цитозольным белком, но приопределенных физиологических и патологических условиях он может бытьобнаружен в ядре (Kiningham et al., 1995; Nagano et al., 2000). Кроме того, недавнобыло показано присутствие МТ в сыворотке крови, где он принимает участие вперераспределении тяжелых металлов в организме (Lynes et al., 2006).МТ млекопитающих представляет собой полипептидную цепь, состоящуюиз 61 – 68 аминокислот, 20 из которых – остатки цистеинов, организованные вкластеры вида Cys–X–Cys, Cys–Cys и Cys–X–X–Cys, где X – любая аминокислота,кроме цистеина (Kojima et al., 1976; Vasak and Meloni, 2011). МТ содержит двадомена, способных связывать металлы при помощи тиольной группы: N-концевойb-домен и а-домен, расположенный на С-конце.

В клетке МТ присутствует как вапо-форме (тионеин), так и в связанном с металлом состоянии (Petering et al.,2006). При физиологических условиях МТ связывает преимущественно ионымеди и цинка, хотя все изоформы МТ способны образовывать комплекс сразличными тяжелыми металлами (Orlowski and Piotrowski, 1998; Vasak and30Meloni, 2011). Одна молекула МТ может связать до 12 ионов Cu(I), либо до 7ионов двухвалентного металла.Экспрессия изоформ МТ1 и МТ2 индуцируется избыточным количествоммеди в клетке через транскрипционный фактор MTF1 (metal transcription factor 1),который накапливается в ядре и связывается с MRE (metal responsive elements),расположенными в промоторных областях соответствующих генов (Heuchel et al.,1994). МТ принимает участие в поддержании клеточного гомеостаза меди,выполняя функцию внутриклеточного депо меди, в котором медь находится всостоянии окисления Cu(I). Известно, что глутатион может окислить медь,находящуюся в комплексе с МТ до Cu(II) и восстановить обратно до Cu(I) (Kang,2006).

Медь в степени окисления Cu(II) может быть связана белком COMMD1(copper metabolism (Murr1) domain-containing protein 1), одной из функцийкоторого является экскреция меди из клеток. При понижении концентрации медив клетке Cu(I) высвобождается из связи с МТ и перераспределяется всоответствии с потребностями клетки, например, рекрутируется к местамформирования купроэнзимов (Suzuki et al., 2002; Tapia et al., 2004). Так, спомощью системы MT-Cu(I)/глутатион/COMMD1-Cu(II) медь может бытьвыведена из клетки, восстановлена до Cu (I) и запасена в связанном с МТ видеили встроена в купроэнзимы (Kang, 2006; Lindeque et al., 2010; Vasak and Meloni,2011).

Количество запасаемой меди зависит от уровня меди вне клетки и можетварьировать в широких пределах.COMMD1(coppermetabolism(Murr1)domaincontaining1)–многофункциональный белок, одной из важнейших функций которого являетсяучастие в поддержании гомеостаза меди в клетке. COMMD1 играет важную рольв экскреции меди из клетки, что подтверждается результатами кратковременногонокдауна COMMD1 в клетках линии HEK293, приводившего к повышениюуровня внутриклеточной меди (Burstein et al., 2004).Для собак нескольких пород было описано заболевание, приводящее кнарушению запасания меди – наследственный медный токсикоз собак. Былопоказано, что причиной развития медного токсикоза у Бедлингтонских терьеров31является делеция в гене Commd1 (van De Sluis et al., 2002). В то же время, длядругих пород (скайтерьер, вест-хайленд-уайт-терьер, далматин, доберман илабрадор-ретривер) лежащих в основе болезни мутаций не выявлено, чтопозволяет предположить, что в метаболизме меди у собак участвуют гены, неидентифицированные на данный момент времени.

Заболевание характеризуетсянакоплением меди в печени, которое приводит к развитию воспаления и, вконечном итоге, к циррозу.Недавние исследования показали, что COMMD1 может взаимодействовать сN-концевым медь-связывающим участком белка ATP7B, но не ATP7A (Tao et al.,2003). Данные позволяют предположить, что взаимодействие COMMD1 и ATP7Bспособствует выведению меди из гепатоцитов, а при мутации в гене Commd1подобное взаимодействие нарушается, что объясняет патофизиологию медноготоксикоза собак.Помимо поддержания гомеостаза меди, COMMD1 также участвует врегуляции водно-солевого обмена. В клетках эпителия он может связываться с δсубъединицей натриевого канала, ингибируя активность этого канала (Biasio etal., 2004).

Кроме того, COMMD1 специфически взаимодействует и подавляетактивность транскрипционного фактором NF-κB, регулирующего процессыапоптоза,клеточного цикла,механизмыврожденного иприобретенногоиммунитета (Ghosh et al., 1998; Baldwin, 2001).У пациентов с болезнью Вильсона, также характеризующихся накоплениеммеди в печени, не было выявлено мутаций в гене Commd1. Однако было показано,что гетерозиготность по молчащей миссенс-мутации в Commd1 ассоциируют сранним началом заболевания у пациентов с идентифицированными мутациями вгене Atp7b (Stuehler et al., 2004).В работе Burstein с соавторами было показано, что содержание COMMD1 вклетке регулируется Х-сцепленным ингибитором апоптоза (XIAP).

XIAPубиквитинирует COMMD1, маркируя его для последующей деградации впротеасомах (Burstein et al., 2004). У XIAP-/- мышей было отмечено пониженноесодержание меди в фибробластах и клетках печени. Предположительно,32внутриклеточная концентрация меди не является фактором, регулирующимактивность XIAP и запускающим медь-зависимую деградацию COMMD1, так каксодержание COMMD1 в клетке остается постоянным при меняющихсяконцентрациях меди (Klomp et al., 2003).1.2. Эмбриональный и взрослый типы метаболизма медиРаспределение меди в организме млекопитающих существенно изменяетсяв течение онтогенетического развития (Mason, 1979).

В период пренатальногоразвития медь поступает к плоду из организма матери через плаценту, чтосопровождается повышением концентрации меди в плазме крови самки. Избытокпоступившей меди может быть транспортирован обратно в организм матери черезбелок CTR1, расположенный на базальной мембране клеток плаценты (Hardmanet al., 2006).Кроме того, в период эмбрионального развития начинается накоплениемеди в печени плода (Walravens, 1980). Представленные данные свидетельствуюто том, что в организме плода существует механизм тонкой регулировкисодержание меди, в то время как система белков, отвечающих за транспорт,запасание и экскрецию меди у взрослых млекопитающих, не достаточно развита.Врезультатенарушенийплацентарноготранспортамедиворганизмеразвивающегося плода формируется дефицит меди, что, в свою очередь, приводитк недостатку функционально активных купроэнзимов (Keen et al., 1998).

Так, придефиците меди у овец наблюдается низкая активность ЦО в моторных нейронахкрасного ядра мозга, в результате чего развивается нейродегенерация (Mills andWilliams, 1962), а также в печени и сердце, что приводит к недостаточномусинтезу АТФ (Weisenberg et al., 1980).Аккумуляциямедивпеченипродолжаетсяинараннихэтапахпостнатального онтогенеза (Allen et al., 2006). Так, в печени новорожденныхсодержится около 70% от общего количества меди в организме, при этомзначительная часть меди в гепатоцитах связана с белком, который ранее называлимитохондрокупреином,экспрессирующимсялишьвпечениплодови33новорожденных животных (Porter et al., 1964; Porter, 1968). Позднее былопоказано, что этот белок является ассоциированной с лизосомами изоформой МТи способен связать не более 16% от общего количества меди в печени (Hartmannand Weser, 1977). В сыворотке крови новорожденных животных концентрациимеди и медь-транспортного белка ЦП находятся на низком уровне.

В организменоворожденных животных содержание меди контролируется путем регуляции еепоглощения в кишечнике. Так, у крыс, получавших молоко с высокимсодержанием меди, наблюдалось удержание меди в кишечнике, в то время какконцентрация меди в сыворотке крови не изменялась (Varada et al., 1993; Bauerlyet al., 2005).Метаболизм меди в печени плода и новорожденных млекопитающих,характеризующийся накоплением меди в печени, определяют как эмбриональныйтип метаболизма меди (ЭТММ). У человека он длится приблизительно до 4месячного возраста (Walravens, 1980), у крыс – до 13-го дня жизни (Hurley et al.,1980), после чего происходит переключение на взрослый тип метаболизма меди(ВТММ). Переход сопровождается перераспределением меди в организме.Наблюдается резкое снижение концентрации меди в печени, активация гена Cpприводит к повышению содержания ЦП и переносимой им меди в сывороткекрови.