Диссертация (Диагностическое значение определения особенностей митохондриальной ДНК при энцефаломиопатиях у детей), страница 16

В то же время,экспрессия гена OPA1, который ответственен за процесс слияния митохондрий[101] (рис. 3.33), у пациентов с мтЭМП существенно повышена. Интенсивнаяпродукция фактора слияния митохондрий при сниженной экспрессии факторовбиогенеза может являться молекулярным индикатором формирования скопленийгигантских митохондрий в «рваных красных волокнах» в мышечной ткани этихдетей.В группе 2 пациентов с мышечными дистрофиями значительно повышенаэкспрессия генов основных субъединиц респираторной цепи. Стоит отметить, чтоуровень экспрессии регуляторов сборки комплекса IV и АТФ-синтазы в среднемвыше у пациентов с мтЭМП, однако это связано отнюдь не со сниженнойэкспрессией этих генов в другой группе. Напротив, синтез мРНК субъединицкомплексов дыхательной цепи у пациентов с мышечной дистрофией происходитприблизительно на одном уровне (табл.

3.15): среднее количество чтенийцифрового анализатора для генов семейств NDUF, COX, ATP, СYT, SDH колеблетсямежду 2102,52 (SDHB) и 3654,03 (NDUFA10), а для митохондриально кодируемыхгенов – между 42865,10 (MT-CYB) и 56891,00 (MT-ATP8). При этом для пациентовиз группы мтЭМП средние значения экспрессии генов ядерных семейств ATP иCOX составляют от 4314,99 (СOX10) до 5548,50 (ATP5E), а для митохондриальныхгенов MT-ATP6 и MT-ATP8 – 88961,83 и 79486,62 соответственно. Экспрессия жеостальных генов у пациентов с мтЭМП существенно ниже, чем при мышечныхдистрофиях, например, среднее значение для NDUFA1 составляет 48,23 чтений, адля MT-ND2 – 34554,89 чтений.

Таким образом, при митохондриальных миопатияхимеет место повышенная экспрессия генов цитохром С оксидазы и АТФ-синтазы,что, вероятно, связано с нарушением функции именно этих участниковокислительного фосфорилирования. Относительно экспрессии митохондриальныхгенов при мышечных дистрофиях можно сделать вывод об усилении биогенезаэтих органелл.117репликациямтДНКпро мо торD-петляпро мо торврожденныеболезнипроцессингмитохондрийтранскрипциямтДНКрепликациямтДНКРисунок 3.32.

Репликация и транскрипция митохондриальной ДНК.делениемитохондрийслияниемитохондрийРисунок 3.33. Схематичный путь слияния и деления митохондрий.118При сравнении генной экспрессии белков ЭТЦ между группами 1 и 3,наблюдается несколько иная картина. При мтЭМП выше продукция субъединиццитохром С оксидазы, а при ВМ – АТФ-синтазы, однако в целом уровеньмитохондриальной пролиферации практически не различается. Таким образом,усиленный биогенез митохондрий характерен, согласно паттернам экспрессии,только для мышечных дистрофий.

В случае мтЭМП и ВМ имеет местодезорганизацияфункционированияфинальныхэтаповокислительногофосфорилирования, что приводит к повышению продукции комплексовчетвертого и/или пятого комплексов. Кроме того, разобщение работы IV и Vкомплексов ЭТЦ может являться причиной повышенной продукции АФК примтЭМП.3.2.5.2. Вовлеченность в метаболические процессы1.

Дыхательная цепь. Вовлечено 32 гена (рис. 3.34): COX10, NDUFB9, FXN,NDUFV1, NDUFS3, NDUFS4, OPA3, NDUFV2, NDUFS2, SDHB, OPA1, SDHA,CYCS, МТ-ATP8, ETFA, CYTB, ATP5E, МТ-ATP6, HSPB1, GSR, FH, DGUOK,HIF-1Α, NDUFA1, МТ-ND2, МТ-ND5, COQ2, МТ-ND6, МТ-ND4, NDUFA10,MTRR, POLG, р=2.19151е-29, коэффициент сходства Жаккара 1.34567е-2;2. Цикл трикарбоновых кислот. Вовлечено 13 генов (рис. 3.35): GSR, COX10,FH, FXN, HIF-1Α, NDUFV2, OPA3, SDHB, SDHA, CYCS, DLAT, CPT1A, CYTB,р=3.67706 е-13, коэффициент сходства Жаккара 1.7282е-2;3.

Биосинтез убикивинона. Вовлечены гены ETFA, COQ2, р=1.25778 е-2,коэффициент сходства Жаккара 2.02020 е-2;4. Биосинтез гема. Вовлечены гены COX15, FXN, CYCS, р=4.90339 е-3,коэффициент сходства Жаккара 2.11268 е-2.119респираторнаяцепьРисунок 3.34. Гены, уровень экспрессии которых значимо различается междугруппами пациентов, вовлеченные в работу дыхательной цепи митохондрий.ЦТКРисунок 3.35. Гены, уровень экспрессии которых значимо различается междугруппами пациентов, вовлеченные в цикл трикарбоновых кислот.120Цикл трикарбоновых кислот и дыхательная цепь митохондрийВ группе пациентов с мышечными дистрофиями повышена экспрессиябелков цикла трикарбоновых кислот: CPT1A, FH, GSR, а также DLAT – ферментаиз группы ацилтрансфераз, входящего в состав пируватдегидрогеназногокомплекса и катализирующего реакцию переноса атома водорода и ацетильнойгруппы (CH3-CO) кофермента А от тиаминдифосфата на окисленную формулипоиллизиновых групп с образованием ацетилтиоэфира липоевой кислоты [92].По данным литературы, с функцией ЦТК ассоциирован и FXN – генфратаксина, который, как принято считать, играет ключевую роль в образованиижелезосерных кластеров и выведении железа из околомитохондриальногопространства [102], что обуславливает также его антиоксидантные свойства.Как уже обсуждалось в предыдущем разделе, при дистрофиях повышенаэкспрессия и всех основных субъединиц дыхательной цепи.

Предположительно,это связано с усилением пролиферации митохондрий, что является адаптацией кгипоксическим условиям. При этом у пациентов с мтЭМП аномально повышенаэкспрессия факторов сборки комплекса IV COX10 и COX15, а также несколькихсубъединиц АТФ-синтазы, что, вероятно, ассоциировано с патологическимувеличением количества гиперплазированных дисфункциональных митохондрий.Скорее всего, нарушение функции дыхательной цепи и патологическое повышениеуровня АФК происходит при десинхронизации работы именно этих двухфинальных акцепторов электронов.Уровень окислительного катаболизма у пациентов с врожденнымимиопатиями и митохондриальными миопатиями близок.

Различия наблюдаютсятолько в транскрипции IV (выше при мтЭМП) и V (выше при ВМ) комплексов.Здесь следует отметить значимость предварительной визуализации данных в видетепловых карт и диаграмм рассеяния. Оперируя лишь значениями, полученными спомощью нескольких статистических критериев, невозможно выявить тенденциии глобальные паттерны генной экспрессии. Отсутствие достоверных различий вэкспрессии генов белков ЭТЦ и ЦТК указывает на необходимость поиска121регуляторныхэлементов,каквыше,такинижестоящихотносительноисследованных нами, и необходимость дальнейшего изучения экспрессииэкспандированных генных сетей.Биосинтез гема и убихинонаВ метаболизме гема и убихинона задействовано четыре гена, которыезначимо сильнее экспрессируются у пациентов с мышечными дистрофиями: FXN,CYCS, ETFA и COQ2, а также COX15, экспрессия которого выше примитохондриальных ЭМП.COQ2 – кодирует непосредственно кофермент Q, или убихинон.

КоферментQ является компонентом цепи переноса электронов, принимает участие в переносеэлектроновсNADH-дегидрогеназногокомплекса(комплексI)исукцинатдегидрогеназного комплекса (II) на комплекс III. В своей восстановленнойформе убихинон является мощным антиоксидантом. Кроме того, кофермент Qвосстанавливает антиоксидантную активность витамина Е – альфа-токоферола[103].CYCS – цитохром С является переносчиком электронов от комплекса III(кофермент Q – цитохром С редуктазы) на комплекс IV (цитохром С – оксидазу).Этот белок содержит гем в своем активном центре, таким образом, являетсяважнейшим участником метаболизма гема. При определённых условиях он можетотсоединяться от мембраны митохондрии, переходить в раствор в межмембранномпространстве и активировать апоптоз [99].ETFA – электротрансферный флавопротеин, полипептид альфа.

Участникпервичного этапа митохондриального бета-окисления жирных кислот. Переноситэлектрон от первичных флавопротеин-дегидрогеназ к мембранным флавопротеинубиквинон-оксиредуктазам.НАДФН-зависимыйфлавопротеинпереноситэлектрон от восстановленного НАДФН на терминальный фермент – цитохром Р450, восстанавливая железо гема последнего. Кроме того, НАДН-дегидрогеназа122катализирует окисление НАДН и восстановление убихинона. Переносчикомводорода в этом случае также является ETFA [104].Фратаксин FXN помимо своих антиоксидантных свойств является важнымучастником железосерных кластеров и метаболизма железа.

Мутации в этом генемогут приводить к такому тяжелому нарушению работы этой системы, как атаксияФридрейха [105].COX15 является фактором сборки цитохром С оксидазы, а также известен какгем А синтаза, поскольку играет ключевую роль в биосинтезе гема А. Кроме того,COX15 вместе с ферредоксином и ферредоксинредуктазой составляет монооксигеназу, катализирующую гидроксилирование метильной группы на молекулепротогема [106].Усилениесинтетическихпроцессов,ассоциированныхсработойметаболических и окислительно-восстановительных процессов в митохондрии,свидетельствует о повышение пролиферативной активности клетки, направленнойна компенсацию гипоксического состояния при мышечных дистрофиях.

ПримтЭМП наблюдается повышение экспрессии фактора COX15, однако на нашвзгляд, это событие связано с усилением активности IV комплекса, а не снаправленностью клеточного потенциала на биосинтез гема. Кроме того, усилениефактора сборки этого комплекса может быть ассоциировано с процессом слияниямитохондрий и образования RRF, повышенного при мтЭМП. Учитывая, чтокомплекс СОХ при патологиях подавляется последним из всех ферментовокислительного фосфорилирования, изменение его активности может отражатьналичие и степень нарушений в предшествующих звеньях.3.2.5.3. Вовлеченность в передачу сигнала1. Сигналлинг mTOR. Вовлечены гены CYTB, NDUFV1, NDUFV2, HIF-1Α,p=9.47341 е-5, коэффициент сходства Жаккара 2.12766 е-2;2.

Cα2+ сигналлинг. Вовлечены гены CYCS, CYTB, NDUFV1, NDUFV2, p=5.57147 е-4, коэффициент сходства Жаккара: 1.50376 е-2;3. Сигналлинг SIRT3. Вовлечены гены SDHΑ, NDUFV1, NDUFV2, p=1.63704 е4коэффициент сходства Жаккара 2.63158 е-2.123Сигнальный путь mTORНарушения пути метаболизма глюкозы, в т.ч. цикла трикарбоновых кислот иокислительного фосфорилирования, могут приводить к усиленной выработкеаденозинмонофосфата (АМФ) [99].