Диссертация (1143463), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В самых первых разработанных моделях гликолитический путь был редуцирован к двум переменным [130, 131], в болеепоздних и современных моделях гликолиз был описан в деталях, гдеучитывались все стадии [133–135]. Первой из моделей, принимающих вовнимание не только временную, но и пространственную динамику, стала модель Гольдбетера [132], учитывающая аллостерическую регуляциюфосфофруктокиназы. Впоследствии эта модель была усовершенствованав работе[136], что позволило описать ряд пространственно-распределенных синхронных и асинхронных колебаний в зависимости от измененияконцентрации АДФ, воспроизведя результаты эксперимента [137].Однако гликолитическая пространственно-временная динамика может иметь более сложный характер [138], одно из характерных особенностей которой является переменность направления распространения волн,что требует дальнейшего анализа модели.
Отметим также, что подобноеповедение также отмечено в работах [116, 139] и в системахin vivo, гдесимметричный приток субстрата определяет направление гликолитической волны в нейтрофилах [140].1.3.1. Распространение волн в открытом реактореВсе эксперименты проводились с экстрактом клеток дрожжейSaccharomyces carlsbergensis, методика приготовления которого описанав [129]. Экстракт фиксировали в агарозном геле (рис. 1.5), имеющем 24мм в диаметре и 1.3 мм в толщину. Гелевый экстракт находится в контакте через проницаемую для молекул субстрата и продукта мембрану29Рис. 1.5:Схема реакторас проточным реактором, который играет роль резервуара для субстратов и кофакторов реакции. Идентификация гликолитической пространственно-временной динамики проводилась по флуоресценции восстановленной формы никотинамидаденин-динуклеотида (НАДН).
Детали оптической установки описаны в [129].Через 10 минут [129] после начала реакции в системе возникают бегущие волны, распространяющиеся от краев геля к его центру или отцентра к краям. Однако в ряде случаев картина является более сложной– спустя некоторое время после возникновения круговых волн, распространяющихся в одном направлении, наступает период малоупорядоченных колебаний по всей поверхности гелевого экстракта, после чего направление распространения волн меняется на противоположное и далеесохраняется в пределах длительности эксперимента.Типичные фотографии такого экспериментально наблюдаемого явления приведены на рисунках 1.6 и 1.7.
Рисунок 1.6 представляет собойпоследовательность четырех фаз стабильной круговой волны, сходящейся к центру геля в начале процесса (приведенное на фотографиях время отсчитывается не от начала наблюдения, а от фазы волны на пер30Рис. 1.6:Cходящиеся гликолитические волны на первом вре- менном этапе протекания реакции (воспроизведено из [129]).вом снимке), а рисунок 1.7 – после смены направления распространения,опять в установившемся режиме (время, аналогично рис.
1.6, отсчитаноот фазы на первой из фотографий; нарушение циркулярности структуры, по-видимому, связано с возникновением неоднородности геля за счетнакопления побочных продуктов реакции.1.3.2. АТФ-зависимые процессы при противораковой терапииАТФ, как один из самых главных источников энергии клеток, участвует во всех процессах, будь то транспорт через мембрану, дыхание (процессы на мембранах митохондрий), клеточный метаболизм и так далее.В противораковой терапии очень важно предотвратить развитие лекарственной устойчивости, а также снизить цитотоксический эффект от пре31Рис. 1.7:Расходящиеся гликолитические волны на втором временном этапе протекания реакции (воспроизведено из [129]).паратов, что приводит к некрозу клеток и постепенному ухудшению физиологических функций многих жизненно-важных органов (например,печени и почек). Первым этапом на пути реализации цитотоксического эффекта онкологических препаратов является взаимодействие цитостатика (препарата, применяющегося для подавления роста опухоли) сплазматической мембраной.
Изменение строения мембраны, прямого иобратного транспорта через нее — одна из основных составляющих лекарственной устойчивости [141–144]. В мембранах опухолевых клеток,устойчивых к действию цитостатиков, больше содержится холестерола,гликосфинголипидов, сфингомиелина и фосфолипазы, чем в мембранахчувствительных клеток. На поверхности устойчивых к химиотерапевтическому воздействию опухолевых клеток наблюдается гиперэкспрессия32АТФ-зависимых помповых белков, которые принимают участие в выведении цитостатиков из клетки. Резистентность, обусловленная гиперэкспрессией и высокой функциональной активностью этих белков, и является истинной лекарственной устойчивостью, так как она также развивается к препаратам природного происхождения (например, к алкалоидам,антрациклинам, таксанам и др.), что и приводит к устойчивости опухолевых клеток к другим онкологическим препаратам [145, 146].Цитотоксическое действие большинства противоопухолевых препаратов, независимо от конкретного механизма их действия, реализуется путем индукции апоптоза.
Известно, что белки семейства Bcl играют важную роль в регуляции процесса апоптоза, индуцированного различными физиологическими и химиотерапевтическими стимулами. Действие Bcl-2 основывается на контроле высвобождения депонированноговнутриклеточного кальция, регулируемого внутриклеточным содержанием АТФ, главным образом из эндоплазматического ретикулума и митохондриального пула.
Гиперэкспрессия белков Bcl-2 и Bcl-xL наблюдается при многих неопластических заболеваниях человека. Причем такаягиперэкспрессия ассоциирована с резистентностью опухолевых клетокк действию противоопухолевых препаратов [147, 148]. Повышенная экспрессия Bcl-2 при некоторых видах лимфом, лейкозов, нейробластоме,раке простаты и яичника является маркером устойчивости опухолевыхклеток к химиотерапии. Однако при раке легкого и молочной железы наблюдается обратная картина: повышенная экспрессия Bcl-2 – показательхорошей чувствительности к химиотерапии [149].АТФ также участвует в переносе лекарственного средства через клеточную мембрану в клетку. Лекарственный транспорт осмотически чувствителен и зависит от концентрации АТФ, например, для таких препаратов, как даунорубицина, этопозида, винкристина транспорт осуществ33ляется при концентрации внутриклеточного АТФ 0.3 мг, 0.29 мг и 0.28мг, соответственно [150].
При развитии апоптоза уплотнение ядерного содержимого и фрагментация ДНК не происходили в клетках, в которыхзапасы АТФ были истощены. Пороговая концентрация АТФ, необходимая для полного выполнения апоптотической программы, и интервалвремени, в течение которого держится определенный уровень концентрации АТФ в клетке, определяет режим гибели клеток в этой системе. Так,остаточной концентрации АТФ <0.8 нг/мл в течение 45 мин после стимулирования клетки (когда апоптотические признаки еще не являютсяочевидными) было достаточно, чтобы изменить режим смерти от апоптоза к некрозу; однако при более высоких концентрациях АТФ наблюдалсяапоптоз.
Потери АТФ 70% (т.е. остаточная концентрация АТФ 0.5 нг/мл)неизменно сопровождались некрозом [151]. Согласно полученным результатам, истощение запасов АТФ при клинически тяжелых нежелательныхпобочных реакций (НПР) не только изменяет программу апоптоза клетки, что вероятно ведет к недостаточной терапевтической эффективности,но и изменяет метаболизм лекарственного средства (ЛС), приводя к накоплению недоокисленных метаболитов, повышая их цитотоксическуюактивность.По результатам экспериментов с целью выявления маркера цитотоксических эффектов (то есть проявления НПР) у больных (детей) острымлимфобластным лейкозом [34, 35], было определено, что внутриклеточная концентрация АТФ составила 0,042 мг/мл, в то время как у пациентов с легкими проявлениями концентрация составила 0.097 мг/мл.
Такимобразом, отмечается резкое истощение внутриклеточного АТФ у детейс дефицитом массы тела и симптоматическим проявлением лекарственного поражения печени, при этом у всех пациентов отмечается повышение печеночных ферментов - аминотрансфераз, что свидетельствует34о разрушении клеток печени- гепатоцитов. Таким образом, литературные данные и полученные данные от пациентов позволяют изобразитьобщую схему процессов в гепатоците (рис.1.8), где АТФ является «ключевым игроком» проявления гепатотоксического эффекта, и тем самым,может быть использован в качестве маркера активации или ингибирования процессов патологического апоптоза/некроза.
В данной схеме красные стрелки у АТФ показывают, что при этих процессах АТФ затрачивается, повреждение гепатоцита и образование антигенов приводят кактивации иммунной системы, выделяются прововоспалительные цитокины и хемокины, стимуляция которых требует затрат АТФ, в результате чего развивается патологический апоптоз/некроз или лекарственнаятолерантность (см. рис. 1.8).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
