Диссертация (1140070), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Митохондриальная патология при LGMD2Aможетобъяснятьсянакоплениемсубстратовкальпаина-3вмышцахиобразованием нерастворимых белковых агрегатов, что приводит к увеличениюцитотоксичности и может повлиять на митохондриальный гомеостаз [KramerovaI., et.al., 2009]. Эти данные согласуются с концепцией того, что идентификацияRRF в мышечных биоптатах не является специфическим признаком первичноймитохондриальной патологии [Сухоруков, 2011]; COX-отрицательные мышечныеволокна также могут встречаться как вторичные изменения при целом ряденервно-мышечных заболеваний, в том числе и при кальпаинопатии [Cotta A.,et.al., 2014].В литературе были описаны субсарколеммальные скопления митохондрий имножественных делеций митохондриальной ДНК в скелетной мышечной тканипациентов с LGMD1H [Bisceglia L., et.al., 2010].27Таким образом, все вышеперечисленные факты подтверждают концепциюсуществования двух устойчивых путей формирования патоморфологическихизменений, сформулированную В.С.
Сухоруковым. Один из вариантов развитияэтих изменений связан с выраженными некротическими повреждениямимышечныхволоконприналичиипатогномоническихособенностеймиодистрофий, но без проявления специфических признаков митохондриальнойдисфункции.Второйвариантразвитияпатоморфологическихизмененийхарактеризуется относительно большей сохранностью мышечной ткани на фонемодификации митохондрий, по всей вероятности, определяющей компенсаторныйхарактер подобных изменений [Сухоруков, 2011].Митохондриальные изменения при митохондриальных миопатиях, а такжепри многих формах врожденных структурных миопатий и мышечных дистрофийв настоящее время диагностируются главным образом при помощи электронномикроскопического и гистоферментохимического методов. Тем не менее,развитие представлений о роли митохондрий в патогенезе нервно-мышечныхзаболеваний требует более точного и специфического метода оценки состоянияданных органелл.1.5.Роль MTHSP70 и HIF-1α в патогенезе митохондриальныхнарушенийПри изучении данных литературы, было обнаружено что большое значениев развитии нарушении клеточной энергетики имеют изменения белков тепловогошока и факторов, индуцируемых гипоксией.Большинствосубъединицмитохондриальнойдыхательнойцепикодируются ядерными генами и транслируются цитозольными рибосомами, азатем импортируются в митохондрии с помощью транслоказ внешней ивнутренней мембран (TOM и TIM) [SchmidtрегуляциитранспортабелкачерезO.
et.al., 2010]. Важную роль вмитохондриальнуюмембрануиграетмитохондриальный белок теплового шока 70 (MTHSP70), который вместе с TIMобразуетАТФ-зависимыйтранспортныймеханизм,обеспечивающий28транслокацию белков через внутреннюю митохондриальную мембрану [Vooset.al.,1999].MTHSP70стимулируетпоследующийфолдингW.(процессприобретения белком третичной структуры) как импортированных, так икодируемых митохондриями, белков [Böttinger L. et.al., 2013].В исследовании Mick D.U. et al.
[Mick D.U. et al., 2011] было доказано, чтоMTHSP70 обладает двойной функцией в регуляции биогенеза несколькихсубъединиц митохондриального комплекса IV. Данный шаперон (белковвосстанавливающий нативную структуру белков) регулирует как импорткодируемых ядерной ДНК белков-предшественников субъединицы 4 (Cox4) исубъединицы 5a (Cox5a) в митохондрию, так и сборку этих субъединиц черезформирование промежуточного комплекса, обеспечивая эффективное включениеCox4 и Cox5a в митохондриальный комплекс IV.В тоже время, результаты последних исследований начальных стадийассоциации субъединиц СОХ (митохондриальный комплекс IV) свидетельствуюто прямой зависимости между формированием митохондриального комплекса IV ипроцессоммитохондриальнойтрансляциисубъединицы1(Cox1)этогокомплекса.
При этом MTHSP70 играет значительную роль в созревании Cox1,кодируемой непосредственно митохондриальной ДНК [BöttingerL.et.al., 2013].Данная функция осуществляется через взаимодействие с белком Mss51,являющимся активатором трансляции Cox1 [SotoI.C.et.al., 2012a]. КомплексMss51- MTHSP70 прикрепляется к рибосомам, синтезирующим Cox1, а также ксвязанным с мембраной промежуточным продуктам синтеза Cox1, содержащимдополнительные факторы биогенеза [Ott M., Herrmann J.M, 2010; Ott M., FontanesiF. et.al., 2010; Fontanesi F. et.al., 2011; Mick DU et.al., 2011; Fox TD, 2012].Функция MTHSP70 на данной стадии до сих пор не выяснена, предполагается,что этот шаперон участвует в фолдинге Cox1 [Fontanesi F.
et.al., 2010].Синтез Cox1 митохондриальными рибосомами снижается при мутациях вбольшинстведругихмитохондриальногогенов,комплексакодирующихIV,чтобелки,вовлеченныепредполагаетналичиевсборкуобратногорегуляторного механизма, связывающего трансляцию COX1 и агрегацию29субъединиц СОХ в единый митохондриальный комплекс. Подобный механизмгарантировал бы синтез Cox1 - ключевой субъединицы агрегации IV комплекса –в необходимом объеме, что особенно важно, поскольку некоторые неагрегированные подтипы Cox1 играют роль прооксидантов. [MickD.U.etal.2011].В исследовании Kilgore et al. [Kilgore et al., 1996] было обнаруженоснижение количества MTHSP70 в зонах миокарда, пограничных с зонойинфаркта.
Потеря MTHSP70 в данных зонах, может привести к уменьшениюколичества функционально активных митохондрий. Также снижение экспрессиибелка MTHSP70 может указывать на недостаточность импорта необходимых дляфункционирования митохондрий белков через внутреннюю мембрану этихорганелл[Nahirny,2011].Напротив,повышениеэкспрессииMTHSP70,[Williamson et al., 2008], приводит к усилению активности III и IVмитохондриальных комплексов, вызывает значительное повышение количестваАТФ, а также защищает митохондрии от вызванных ишемией и последующейреперфузиейповреждений,путемсниженияпродукцииактивныхформкислорода. По всей вероятности, MTHSP70 усиливает импорт компонентовантиоксидантной защиты в митохондрию.
Интересно, что сердечные миоциты сповышенной экспрессией MTHSP70 в условиях гипоксии с последующейреперфузией демонстрировали значительно более низкую активность каспазы-3,что свидетельствует о том, что усиленная экспрессия MTHSP70 защищает клеткиот апоптоза [Williamson et al., 2008]. Протективная функция MTHSP70 быладоказана еще в нескольких исследованиях [Тихонова и др., 2008; Tawfik et al.,2012].Важно отметить, что повышенная экспрессия белка MTHSP70 необходимадля поддержания активности митохондриального комплекса IV в астроцитах инейронах крыс, находящихся в условиях окислительного стресса [Voloboueva etal., 2008; Xu et al., 2009].30Аналогичные результаты были получены Liu et al.
[Liu et al., 2005], которыйпоказал, что повышенная экспрессия MTHSP70 усиливала жизнеспособностьклеток, в условиях дефицита глюкозы.Таким образом, взятые вместе, эти данные показывают, что защитныйэффект, наблюдаемый при повышенной экспрессии MTHSP70, может бытьобусловлен усилением жизнеспособности клеток в многочисленных стрессовыхусловиях (дефицит глюкозы и гипоксия).Около 25% генов млекопитающих кислородзависимы, т.е. регулируются взависимости от наличия или отсутствия кислорода.
При этом «аэробные» геныоптимально экспрессируются при нормальном уровне кислорода, в то время какэкспрессия «гипоксических» генов оптимальна в условиях гипоксии и аноксииet.al., 2009]. Индукция гипоксических генов при низком для клетки[PoytonR.O.уровнекислорода,получившаяназвание«гипоксическогосигнальногомеханизма», в значительной степени опосредована семейством факторовтранскрипции – факторов, индуцируемых гипоксией – индуцируемых (HIFs),среди которых наиболее изучен HIF-1.HIF-1 состоит из двух субъединиц - HIF-1α и HIF-1β. В то время как HIF-1αсубъединица является специфичной для HIF-1, субъединица HIF-1β идентичнаарил-углеводородному рецептору ядерного транслокатора (ARNT) [PoytonR.O.et.al., 2009].
HIF-1α является ключевым физиологическим сенсором уровнякислорода в большинстве клеток млекопитающих [Gruber2006;FanX et.al., 2009;TomitaM,SimonMC et.al.,E et.al., 2013]. ЯвляясьS et.al., 2011; Sueokaлабильной, индуцибельной субъединицей, количество и стабильность HIF-1αопределяют общий уровень активности HIF-1 [PoytonнормальномсодержаниикислородаHIF-1αR.O.et.al., 2009].
Пригидроксилируетсясистемойкислородзависимых пролил-гидроксилаз (PHDs). При этом в условиях гипоксииданные ферменты ингибируются, способствуя стабилизации субъединицы HIF-1α,что приводит к ее аккумуляции и повышению активности HIF-1. Существует иPHDs-независимый механизм стабилизации HIF-1a [PoytonR.O.et.al., 2009],функционирующий через NO-опосредованное S-нитрозилирование HIF-1α.31Особый интерес представляют данные, свидетельствующие о ключевойроли митохондриального комплекса IV в гипоксических сигнальных механизмах.Во-первых, было показано отсутствие синтеза NO- и гипоксической индукциигенов, обеспечивающих ответ на гипоксические условия, в клетках, в которыхотсутствовалаСОХ,атакжеприиспользованииингибиторовэтогомитохондриального комплекса.Во-вторых, доказано, что в клетках, находящихся в условиях гипоксии,увеличивается продукция митохондриальных NO- и O2, что сопровождаетсяповышениемкарбонилированияитирозин-нитрованиябелков;в-третьих,цитохром С, необходимый для активности митохондриального комплекса IV,стабилизирует HIF-1α в клетках мышей, подвергнутых гипоксии [PoytonR.O.et.al., 2009].Учитывая, что СОХ при патологиях подавляется последней из всехферментов OXPHOS, снижение ее активности может отражать степеньнарушений в предшествующих звеньях.В исследовании Li Zhao [Zhaoдисфункциеймитохондрий,L,et.al., 2014] была доказана связь междупроявляющейсяснижениемактивностимитохондриальных комплексов II и IV, и активацией HIF-1α.
При этом, былопоказано, что повышение экспрессии HIF-1α имеет протективный эффект наповрежденные митохондрии, в то время как отсутствие экспрессии данного белкаусиливало митохондриальное повреждение. Кроме того, результаты последниеисследования подчеркивают значение митохондрий как в прямом, так и вопосредованном влиянии на HIF-1α в клетках млекопитающих [Chandel NS, 2010;Ball K.A. et.al., 2012; Sutendra G et.al., 2013]. Таким образом, HIF-1α, опосредуяадаптацию к гипоксическим условиям, связан с функцией митохондрий иосуществляет протективную функцию.В проанализированной литературе нами не были найдены данные обособенностях изменений белков НММ, HIF-1α и MTHSP70 в мышечной ткани у32больных нервно-мышечными заболеваниями.1.6.Возможность использования иммуногистохимическогометода в диагностике нервно-мышечных заболеванийНа сегодняшний день иммуногистохимический метод исследованиямитохондриальных белков не имеет широкого применения в диагностике нервномышечных заболеваний [Dubowitz et.al., 2013].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
