Структурно-функциональные закономерности воздействия амфифильных блок-сополимеров на раковые клетки (1105748), страница 5
Текст из файла (страница 5)
с помощью малоуглового рассеяния синхротронного рентгеновскогоизлучения [65]. В этих экспериментах в качестве моделей липидной мембраны былииспользованы системы с низким содержанием воды. В этих условиях димиристоилфосфатидилхолин формирует мультислойные структуры с размером гидрофобной области19около 2 нм и расстоянием между ламеллами 5,7 нм. Добавление плюроников с длинойгидрофобного блока, соответствующей толщине мембраны (F68, F88 и F98), вызывалозначительное увеличение расстояния между слоями в мультиламеллярной фазе. Плюроники,содержащие короткие цепи пропиленоксида (15 звеньев), не встраивались в бислой и невызывали никаких изменений в мультислойной структуре. Интересно, что понижениетемпературысистемынижетемпературыфазовогопереходавдимиристоил-фосфатидилхолине приводило к «выдавливанию» плюроников из бислоя, даже если они былидо этого в него встроены.
Полученные результаты убедительно свидетельствуют в пользутого, что гидрофобный ППО блок локализуется в гидрофобной области модельной липидноймембраны.В своей более поздней работе те же авторы показали, что двублочные сополимерыэтиленоксида и пропиленоксида более эффективно встраиваются в липидный бислой, чемтрехблочные [66]. Этими исследователями было обнаружено, что адсорбция плюрониковF127, F108, F87, массовая доля ПЭО в которых составляет 70 - 80%, на малыхмоноламеллярных липосомах приводит к превращению сферических везикул в бислойныедиски.
Более гидрофобные плюроники P105 и P85 вызывали уменьшение размеров липосом,не влияя на их форму. Таким образом, влияние плюроников на свойства липосом сильнозависит от структуры полимера. Состав мембраны также имеет существенное значение:добавление в липидную мембрану холестерина приводило к тому, что везикулы практическине изменялись в присутствии плюроников.Измеряя размер липосом при добавлении плюроников, Jamshaid с соавт. [67] иKostarelos и Tadros с соавт. [68, 69] рассчитали, что максимальное количество полимера,способное связаться с липидным бислоем, составляет около 1 макромолекулы плюроника на10-20 молекул липида.Теоретические исследования взаимодействия амфифильных полимеров с мембранамипредсказывают, что встраивание полимера может приводить к изменениям в структуре бислоя.Используя скейлинговый подход, R. Lipowsky рассчитал, что при этом могут образовыватьсявыпуклости на поверхности бислоя [70] (рис.
3). Характер этих изменений определяетсясвойствами полимерной цепи. Встраивание в липидную мембрану блок-сополимера,гидрофобный блок которого гораздо меньше гидрофильного, приводит к тому, что последнийстремится «отдалиться» от поверхности мембраны, образуя выпуклость (положительнаякривизна - рис. 3, А). Это объясняется тем, что для гидрофильного блока, заякоренного вблизиплоской поверхности, недоступна часть пространства, ограниченного мембраной. Поэтому дляминимизации энтропийных потерь система стремится к формированию выпячиваний наповерхности бислоя.
По расчетам Kim и Sung, сополимер, состоящий из небольшого20гидрофильного и более протяженного гидрофобного блока, способного к многоточечнымвзаимодействиям с мембраной, может образовывать вогнутость (отрицательная кривизна - рис.3, Б). Движущей силой этого процесса является стремление системы к повышениюконформационной энтропии гидрофобного блока. Поэтому заглубленный в мембранугидрофобный блок стремится приобрести наиболее развернутую конформацию, что приводитк формированию углублений в липидном бислое. Выраженность эффекта пропорциональнаразмерам молекулы полимера и его концентрации.Рис.АБ3.Взаимодействиеамфифильныхполимеров с мембраной либо за счет одногогидрофобногодлинномурадикала,присоединенногогидрофильномублоку(А),клибопосредством образования множества гидрофобныхконтактов с бислоем (Б). В первом случае теорияпредсказываетобразованиеобластисположительной, а во втором – с отрицательнойкривизной (по данным [70, 71]) Наличие областей с отрицательной кривизной показано экспериментально в природныхмембранах.
Обычно их образование обусловлено локальным повышением содержанияхолестерина. Он встраивается в свободной пространство в области остатков жирных кислот,локально увеличивая микровязкость бислоя и его устойчивость к действию детергентов. Такиедомены (или «плоты», как их называют в англоязычной литературе) составляют основнойлипидный матрикс углублений в наружной клеточной мембране, известных под названиемкавеол. В отличие от искусственно получаемых липидных бислоев, мембрана клеток содержитбелки, встроенные в липидный каркас (рис. 4). При этом именно в кавеолах локализуетсязначительное количество важных в регуляторном отношении белков, таких как Т-клеточныерецепторы [72], некоторые онкобелки (например, ras [73] и src [74]) и белки-переносчики(такие как Р-гликопротеин [75]).Еще одной особенностью строения природных мембран является неравномерноеасимметричное распределение липидов по слоям.
Так, например, в плазматической мембранебольшинства животных клеток на внутреннем цитоплазматическом монослое локализуютсяфосфатидилсерин и фосфатидилэтаноламин, тогда как внешний монослой обогащенфосфатидилхолином и сфингомиелином [76, 77]. Перемещение липидов по градиентуконцентрацииизодногомонослоявдругой(флип-флоп)затрудненовысокимиэнергозатратами на перенос полярной головки липида через гидрофобную область мембраны.Поэтому скорость флип-флопа в клеточных мембранах в норме на 8-10 порядков меньшескорости латеральной диффузии липидов в пределах своего монослоя.21ТрансмембранныеПротеогликангликопротеины= остаток сахараГликокаликсГликолипидЛипидныйбислойЦитоплазмаРис.
4. Строение природной клеточной мембраныУскорение флип-флопа липидов в клеточной мембране часто приводит к нарушениямметаболизма. Так, например, перемещение фосфатидилсерина из цитоплазматического навнешний монослой мембраны предшествует понижению трансмембранного потенциаламитохондрий - начальной стадии клеточной гибели (апоптоза) [78]. В эритроцитах такойсигнал приводит к изменению их сферической формы в дискообразную [79], а в тромбоцитахинициирует каскад свертывания крови и поглощение клетки макрофагами [80]. Поэтомуподдержаниетрансмембраннойасимметриилипидовимеетбольшоезначениедлянормального функционирования клеток.
Асимметричное распределение липидов в клеточныхмембранахподдерживаетсяАТФ-зависимымиферментамитранслоказами,транспортирующими липиды из одного слоя мембраны в другой против градиента ихконцентрации. Этот перенос осуществляется за счет энергии гидролиза АТФ [81].Характерной чертой природных мембран является также наличие углеводов наповерхностивсехэукариотическихклеток.Онипредставленыввидебоковыхолигосахаридных цепей, ковалентно присоединенных к липидам мембраны (гликолипиды) ибелкам (гликопротеины) (рис.
4). В частности, к таким белкам относится и Р-гликопротеин.Подавляющая часть белков наружной клеточной мембраны связана с олигосахаридами. В тоже время только 10% липидов содержат углеводный блок. Кроме того, молекула белка можетиметь несколько олигосахаридных цепей, а молекула липида только одну.
Таким образом,большая часть углеводов на поверхности клеточной мембраны связана с белками. Обычноуглеводные цепи состоят из 5 - 15 остатков сахара. Из 100 существующих в природеразличных моносахаридов, в мембранных гликолипидах и гликопротеинах встречаются толькодевять, чаще всего глюкоза, манноза, фукоза, N-ацетилглюкозамин, N-ацетилгалактозамин исиаловая кислота. Остатки сиаловой кислоты находятся обычно на свободном конце22углеводной цепи, и в основном именно они создают общий отрицательный заряд клеточнойповерхности, характерный для эукариотических клеток.
Все углеводные цепи в наружнойклеточной мембране выступают на внешнюю поверхность клетки, где эти линейные иразветвленные полисахариды образуют сеть - гликокаликс (glykys = сладкая, kalyx = оболочка)(рис. 5) [82]. Как правило, толщина гликокаликса соизмерима с толщиной липидного бислоя(рис. 4). В целом содержание углеводов в гликокаликсе разных типов клеток составляет 2 10% от массы наружной мембраны. Рис. 5. Электронная микрофотография лимфоцита с окрашенным гликокаликсом [83]Вопрос о возможном взаимодействии амфифильных незаряженных блок-сополимеров сгликокаликсом в литературе не обсуждался. Но известно, что такие синтетические полимерыреагируют с живыми клетками, о чем свидетельствуют вызываемые ими биологическиеэффекты, описанные ниже.1.2. Множественная лекарственная устойчивость раковыхклеток и ее преодоление с помощью плюрониковВажнейшей проблемой химиотерапии рака является появление опухолей, устойчивых ктерапевтическим дозам структурно и функционально несхожих лекарств, ранее успешноприменявшихся для лечения больного [84].
Устойчивость ко многим противоопухолевымпрепаратам (множественная лекарственная устойчивость, МЛУ) возникает почти в 50%клинических случаев в течение 5 лет после лечения. Причина появления МЛУ-клеток неустановлена, но некоторые факты указывают на возможность их возникновения вследствиеинтенсивнойхимиотерапии.СубпопуляцииопухолевыхклетоксМЛУ-фенотипомсущественно отличаются от исходных, так называемых чувствительных, клеток поморфологическим и биохимическим признакам (строению клеточной мембраны, активностиферментативных систем, интенсивности эндо- и экзоцитоза и т.д.), пониженном уровне23накопления лекарственных соединений в клетке при химиотерапии опухоли [85, 86, 87, 88, 89].Исследованиями последних лет было доказано, что этот эффект во многих случаях обусловленгиперэкспрессией в клетках гена MDR1, кодирующего гликопротеин с молекулярной массой~170 кДа, получивший название Р-гликопротеина (P-glycoprotein, P-gp) [90, 91, 92].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
