Белковый и липидный состав миелина, белого и серого вещества человека. Основной белок миелина Основной белок миелина

6. БЕЛКИ МИЕЛИНА

Белковый состав миелина своеобразен, но существенно проще, чем в нейронах и глиальных клетках.

В миелине велика доля катионного белка – КБМ. Он представляет собой относительно небольшой полипептид с М г = 16–18 кД. КБМ содержит значительную долю диаминокислот и в то же время около половины составляющих его аминокислот – неполярные. Это обеспечивает, с одной стороны, тесный контакт с гидрофобными компонентами липидов миелина, а с другой стороны, определяет его способность к образованию ионных связей с кислыми группировками липидов.

Необычайно высокой гидрофобностью характеризуются так называемые протеолипидные белки Фолча, составляющие большую часть остальных белков миелина. В свою очередь, главный из этих белков – липофилин, в котором 2/3 составляющих аминокислот – неполярные. Интересна определенная избирательность контактов липофилина с липидами, например, вытеснение холестерина из его окружения. Полагают, что это связано с особенностями вторичной структуры липофилина.

Довольна велика также доля так называемого белка Вольфграма – кислого протеолипида, довольно богатого остатками дикарбоновых аминокислот, и, в то же время, содержащего около половины остатков неполярных аминокислот.

Наконец, из нескольких десятков других белков миелина отметим миелинассоциированный гликопротеин, расположенный на экстраделлюлярной поверхности мембран; он встречается, кроме того, в олигодендроцитах до миелинизации и в миелине периферической нервной системы. В ЦНС человека он представлен тремя полипептидными цепями с М г =92, 107, 113 кД, а в периферической нервной системе – одним белком с М г =107 кД. МАГ относится к гликопротеинам с относительно низким содержанием углеводных остатков – около 30% от массы молекулы, но содержит характерный для гликопротеинов набор углеводов: N‑ацетилглюкозамин, N‑ацетилнейраминовая кислота, фукоза, манноза и галактоза. Для белковой части молекулы характерно высокое содержание глутаминовой и асларагиновой кислот.

Функции белка Вольфграма и МАГ неизвестны, если не считать общих соображений об их участии в организации структуры миелиновых оболочек.

7. НЕЙРОСПЕЦИФИЧЕСКИЕ БЕЛКИ ГЛИИ

Белок S‑100 содержится и в нейронах, и в глиальных клетках, причем доля его в последних велика – около 85%.

В 1967 г. из а 2 -глобулинов мозга был выделен нейроспеци-фический а 2 -гликопротеин с молекулярной массой 45 кД. В мозге человека он появляется на 16‑й неделе эмбрионального развития. Углеводные компоненты его включают глюкозамин, маннозу, глюкозу, галактозу, галактозамин и N‑ацетилнейраминовую кислоту. а 2 -гликопротеин локализован только в астроцитах, но отсутствует в нейронах, олигодендроцитах и в клетках эндотелия. Поэтому его можно рассматривать как один из специфических маркеров астроцитов.

Другой белок опять-таки характерен только для клеток глии. Он был выделен из богатых фиброзными астроцитами областей головного мозга человека, а впоследствии – в значительно больших количествах – из мозга больных множественным склерозом. Это вещество было названо глиальным фибриллярным кислым белком. Он специфичен только для ЦНС, а в ПНС он не обнаружен. Содержание его в белом веществе головного мозга превышает таковое в сером веществе. В онтогенезе мышей максимальное содержание GFA наблюдается между 10‑м и 14‑м днями постнатального развития, т.е. совпадает по времени с периодом миелинизации и пиком дифференцировки астроцитов. Молекулярная масса белка составляет 40–54 кД. Глиальная локализация этого белка также позволяет использовать его как «маркерный» белок для этих клеток.

Функции а 2 -гликопротеина и белка GFA неизвестны.

Что касается белков микроглии, то следует иметь в виду участие этих клеток в построении миелина. Многие из белков миелина, выявлены в микроглии.

В глии представлены также многие рецепторные и ферментные белки, участвующие в синтезе вторичных мессенджеров, предшественников нейромедиаторов и других регуляторных соединений, которые могут быть отнесены к нейроспецифическим.

8. ИНТЕНСИВНОСТЬ МЕТАБОЛИЗМА БЕЛКОВ В РАЗЛИЧНЫХ ОТДЕЛАХ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ

Современное представление о динамическом состоянии белков в нервной ткани было установлено благодаря применению изотопов А.В. Палладиным, Д. Рихтером, А. Лайтой и другими исследователями. Начиная с конца 50‑х и в течение 60‑х годов при изучении метаболизма белка использовались различные предшественники их биосинтеза, меченые С, Н, S. При этом было показано, что белки и аминокислоты в головном мозге взрослого животного метаболируют, в общем, более интенсивно, чем в других органах и тканях.

Например, в опытах in vivo при применении в качестве предшественника равномерно меченой С‑1–6‑глюкозы оказалось, что по интенсивности образования аминокислот за счет глюкозы ряд органов можно расположить в следующем порядке:

головной мозг > кровь > печень > селезенка и легкие > мышца.

Аналогичная картина наблюдалась при использовании и других меченых предшественников. Показано, что из С-ацетата в головном мозге интенсивно синтезируется углеродный скелет аминокислот, особенно моноаминодикарбоновых кислот и прежде всего глутамата; из моноаминомонокарбновых кислот достаточно интенсивно образуются глицин, аланин, серии и др. Следует отметить, что особое место в метаболизме аминокислот занимает глутамат. В опытах in vitro с использованием меченого глутамата показано, что если в реакционную среду гомогената мозга добавить только одну глутаминовую кислоту, то она может быть источником образования 90–95% аминокислот.

Были проведены многочисленные исследования по изучению различий в интенсивности метаболизма суммарных и индивидуальных белков с помощью меченых предшественников. В опытах in vivo при использовании С-глутамата было показано, что он включается в 4–7 раз интенсивнее в белки серого вещества, чем белого. Во всех случаях интенсивность обмена суммарных белков серого вещества больших полушарий мозга и мозжечка оказалась значительно выше, чем белого вещества тех же отделов мозга, какой бы предшественник ни применялся при исследовании. При этом различие интенсивности обмена суммарных белков серого вещества по сравнению с белками белого вещества имеет место не только в норме, но, как правило, и при различных функциональных состояниях организма.

Проводились также исследования по изучению различий в интенсивности включения меченых предшественников в суммарные белки центральной и периферической нервной систем. Оказалось, что несмотря на существенные различия в составе, метаболизме и функциональной деятельности различных отделов ЦНС и ПНС, а также на сложность и гетерогенность белков, входящих в их состав, суммарные белки ЦНС взрослых животных обновляются значительно интенсивнее, чем суммарные белки ПНС.

Много исследований посвящено метаболизму белков в различных отделах головного мозга. Например, при изучении распределения радиоактивности в головном мозге после введения С-глутамата оказалось, что на долю серого вещества больших полушарий приходится 67,5 радиоактивности, мозжечка – 16,4, продолговатого мозга – 4,4, на долю других отделов головного мозга – около 11,7. В опытах in vivo при введении взрослым животным различных предшественников, а именно С-глутамата, С‑1–6‑глюкозы, С‑2‑ацетата, оказалось, что по интенсивности включения метки в суммарные белки различные отделы нервной системы располагаются в такой последовательности: серое вещество больших полушарий и мозжечка > таламус > зрительный бугор > средний и промежуточный мозг > Варолиев мост > продолговатый мозг > белое вещество больших полушарий и мозжечка > спинной мозг > седалищный нерв > миелин.

Проводились также исследования, посвященные изучению интенсивности обмена белков в различных отделах ЦНС с использованием авторадиографического метода. Получена аналогичная картина: наиболее интенсивное включение метки имело место в белках серого вещества больших полушарий и мозжечка, медленное – в спинном мозге и еще более медленное – в белках седалищного нерва. Что же касается подкорковых образований, то интенсивность обмена их белков была средней между скоростью обновления белков серого и белого вещества больших полушарий и мозжечка. Между отдельными подкорковыми образованиями наблюдаются менее существенные различия, чем между метаболической активностью белого и серого вещества.

Исследовались также суммарные белки различных областей коры больших полушарий – лобной, височных, теменной и затылочной. По данным Вэлша и ВАПалладина, более высокой обновляемостью обладают белки сенсорной области коры, а более низкой – белки височной доли коры больших полушарий. Эти же авторы показали, что более высокая обновляемость белков характерна для филогенетически более молодых и функционально более активных структурных образований мозга.

На фоне, в общем, высокой обновляемое белков мозга особого упоминания заслуживают немногие довольно инертные белки. К ним относятся гистоны нейронов неокортекса-катионные белки хроматина этих клеток. Во взрослом организме нейроны-неокортекса не размножаются. В соответствии с этим темп обновления гистонов очень незначителен. Среднестатистические сроки обновления половины молекул некоторых фракций гистонов измеряются десятками суток.

В головном мозге отсутствуют абсолютно инертные белки, а индивидуальные белки и белковые комплексы нейронов претерпевают непрерывную перестройку, связанную с их участием в функциональной деятельности нейронов и нейроглии. Помимо синтеза и распада целых белковых молекул происходят изменения в их структуре, происходящие, в частности, при аминировании и дезаминировании белков мозга. Их следует рассматривать как частичное обновление отдельных фрагментов белковой молекулы.

1. В нервной ткани обнаружены характерные только для нее нейроспецифические белки. По химической природе они могут быть кислыми или основными, простыми или сложными, часто они представляют собой гликопротеины или фосфопротеины. Многие нейроспецифические белки имеют субъединичную структуру. Число открытых нейроспецифических белков уже превысило 200 и быстро возрастает.

2. Нейроспецифические белки прямо или косвенно участвуют в осуществлении всех функций нервной системы – генерации и проведении нервного импульса, процессах переработки и хранении информации, синаптической передаче, клеточном узнавании, рецепции и др.

3. По локализации в ткани нервной системы различают исключительно или преимущественно нейрональные и глиальные нейроспецифические белки. По субклеточной локализации они могут быть цитопяазматическими, ядерными или мембрано-связанными. Особое значение имеют нейроспецифические белки, локализованные в мембранах синаптических образований.

4. Многие кислые кальиий связывающие нейроспецифические белки участвуют в процессах транспорта ионов. Предполагается, что, в частности, они играют значительную роль в формировании памяти.

5. Особую группу нейроспецифических белков представляют сократительные белки нервной ткани, которые обеспечивают ориентацию и подвижность цитоструктурных образований, активный транспорт ряда компонентов нейрона и участвуют в нейромедиаторных процессах в синапсах.

6. К группе нейроспецифических белков, связанных с гуморальной регуляцией, осуществляемой головным мозгом, относятся некоторые гликопротеины гипоталамуса, а также нейрофизины и подобные им белки, являющиеся носителями пептидных регуляторов.

7. Разнообразные нейроспецифические гликопротеины участвуют в формировании миелина, в процессах клеточной адгезии, нейрорецепции и взаимном узнавании нейронов в онтогенезе и при регенерации.

8. Ряд нейроспецифических белков представляет собой мозговые изоэнзимы известных ферментов, например енолазы, альдолазы, креатинкиназы и др.

9. Многие нейроспецифические белки весьма активно метаболируют в головном мозге животных, причем интенсивность метаболизма различна в разных отделах мозга и зависит от функционального состояния нервной системы. В целом по интенсивности обновления белки мозга значительно превосходят белки других тканей и органов.

Миелиновая оболочка нервов на 70-75% состоит из липидов и на 25-30 % - из белков. В состав ее клеток также входит лецитин - представитель фосфолипидов, роль которого очень велика: он принимает участие во многих биохимических процессах, улучшает сопротивляемость организма к токсинам, снижает уровень холестерина.

Употребление продуктов, содержащих лецитин, является хорошей профилактикой и одним из способов лечения заболеваний, связанных с нарушением деятельности нервной системы. Это вещество входит в состав многих круп, сои, рыбы, яичного желтка, пивных дрожжей. Лецитин также содержат: печень, оливки, шоколад, изюм, семечки, орехи, икра, молочные и кисломолочные продукты. Дополнительным источником этого вещества могут быть биологически активные пищевые добавки.

Восстановить миелиновую оболочку нервов можно, включая в диету продукты, содержащие аминокислоту холин: яйца, бобовые, говядина, орехи. Очень полезны омега-3 полиненасыщенные жирные кислоты. Они содержатся в рыбе жирных сортов, морепродуктах, семечках, орехах, льняном масле и льняном семени. Источником омега-3 жирных кислот могут служить: рыбий жир, авокадо, грецкие орехи, фасоль.

В состав миелиновой оболочки входят витамины В1 и В12, поэтому для нервной системы будет полезно включать в рацион ржаной хлеб, цельнозерновые крупы, молочные продукты, свинину, свежую зелень. Очень важно употреблять достаточное количество фолиевой кислоты. Ее источники: бобовые (горох, фасоль, чечевица), цитрусовые, орехи и семечки, спаржа, сельдерей, брокколи, свекла, морковь, тыква.

Восстановлению миелиновой оболочки нервов способствует медь. Ее содержат: кунжут, тыквенные семечки, миндаль, горький шоколад, какао, свиная печень, морепродукты. Для здоровья нервной системы необходимо включать в рацион продукты, содержащие инозитол: овощи, орехи, бананы.

Очень важно поддерживать иммунную систему. При наличии в организме источников хронического воспаления или аутоиммунных заболеваний нарушается целостность нервов. В этих случаях, в дополнение к основной терапии нужно вводить в меню пищевые и травяные противовоспалительные средства: зеленый чай, настои шиповника, крапивы, тысячелистника, а также продукты, богатые витаминами С и Д. Витамин С в большом количестве содержится в цитрусовых, ягодах, киви, капусте, сладком перце, томатах, шпинате. Источниками витамина Д являются яйца, молочные продукты, сливочное масло, морепродукты, жирные сорта рыбы, печень трески и других рыб.

Диета для восстановления миелиновой оболочки нервов должна содержать достаточное количество кальция. Он входит в состав многих продуктов: молоко, сыр, орехи, рыба, овощи, фрукты, крупы. Для полноценного усвоения кальция необходимо включать в рацион магний (содержится в орехах, хлебе грубого помола) и фосфор (содержится в рыбе).

Проведено изучение концентрации основного белка миелина (ОБМ) и нейронспецифической енолазы (НСЕ) в сыворотке крови у 84 больных хроническим гепатитом (ХГ) (вирусной этиологии HBV, HCV – 38; алкогольной этиологии – 17; аутоиммунный гепатит – 11; гепатит смешанной этиологии - 18) и 77 циррозом печени (ЦП) (вирусной этиологии HBV, HCV, HBV+HCV – 27; первичный билиарный цирроз – 10, алкогольной этиологии – 18; смешанной этиологии - 22). Контрольная группа - 30 практически здоровых лиц (доноры). Концентрации ОБМ и НСЕ в сыворотке крови определяли методом твердофазного иммуноферментного анализа с использованием коммерческих тест-систем 449-5830 DSL МВР и 420-10 Fujirebio НСЕ. По результатам проведенного исследования при алкогольных поражениях печени как на стадии ХГ, так и сформировавшегося ЦП наблюдалось значительное повышение концентрации ОБМ крови по сравнению с вирусными поражениями. Концентрация НСЕ у больных ЦП изучаемых этиологических групп, в отличие от ХГ, существенно не отличалась.

основной белок миелина

нейронспецифическая енолаза

хронический гепатит

цирроз печени

печеночная энцефалопатия.

1. Жукова И.А. Нейронспецифическая енолаза как неспецифический маркер нейродегенеративного процесса / И.А. Жукова, В.М. Алифирова, Н.Г. Жукова // Бюллетень сибирской медицины. – 2011. – Т. 10. - № 2. – С. 15-21.

2. Белопасов В.В. Клиническая дифференциация печеночной энцефалопатии у больных циррозом печени / В.В. Белопасов, Р.И. Мухамедзянова, М.К. Андреев, Б.Н. Левитан // Вятский медицинский вестник. - 2002. - № 1. - С. 46-47.

3. Ивашкин В.Т. Заболевания печени и печеночная энцефалопатия / В.Т. Ивашкин, Ф.И. Комаров, И.О. Иваников // Российский медицинский журнал. – 2001. - Т. 3. - № 12. - С. 150-155.

4. Левитан Б.Н. Хроническая патология печени и кишечный микробиоценоз (клинико-патогенетические аспекты) / Б.Н. Левитан, А.Р. Умерова, Н.Н. Ларина. – Астрахань: АГМА, 2010. - 135 с.

5. Левитан Б.Н. Изменения концентрации основного белка миелина в сыворотке крови при заболеваниях печени / Б.Н. Левитан, А.В. Астахин, О.О. Евлашева // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. – 2015. - № 2. – С. 93.

6. Павлов Ч.С. Печеночная энцефалопатия: патогенез, клиника, диагностика, терапия / Ч.С. Павлов, И.В. Дамулин, В.Т. Ивашкин // Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. – 2016. - № 1. – С. 44-53.

7. Торопова Н.Е. Оценка информативности нейронспецифической енолазы, определяемой иммуноферментным методом / Н.Е. Торопова, Е.А. Дорофеева, С.П. Дворянинова, Ж.П. Васиева // Клиническая лабораторная диагностика. - 1995. – № 1. - С. 15–17.

8. Чехонин В.П. Основной белок миелина. Строение, свойства, функции, роль в диагностике демиелинизирующих заболеваний / В.П. Чехонин, О.И. Гурина, Т.Б. Дмитриева и соавт. // Биомедицинская химия. – 2000. – Т. 46. - № 6. – С. 549–563.

9. Arguedas M.R. Influence of hepatic encephalopathy on healthy – related quality of life in patients with cirrhosis / M.G. Arguedas, T.G. Delawrence, B.M. Mcguire // Digestive diseases and sciences. – 2003. – V. 48. – P. 1622-1626.

10. Butterworth R.F. Pathophysiology of hepatic encephalopathy: The concept of synergism // Hepatol. Res. - 2008. - V. 38. - P. 116-121.

11. Isgro M. Neuron – specific enolase as a biomarker: biochemical and clinical aspects / M. Isgro, P. Bottoni, R. Scatena // AdvExp Mad Biol. – 2015. – Vol. 867. – P. 125-143.

12. Persson L. 100 protein and neuron-specific enolase in cerebrospinal fluid and serum: markers of cell damage in human central nervous system / L. Persson, H.G. Hardemark, J. Gustaffson et al. // Stroke. - 1987. - Vol. 18. - P. 911-918.

13. Rabinowicz A. NSE as a useful prognostic factor for patients after cerebral hypoxia / A. Rabinowicz, H. Reiber // Epilepsia. - 1996. - Vol. 37. - P. 122-125.

14. Tzakos A. Structure and function of the myelin proteins: current status and perspectives in relation to multiple sclerosis / A. Tzakos, A. Troganis, V. Theodorou // Curr. Med. Chem. – 2005. – Vol. 12. – P. 1569-1587.

Хронический гепатит (ХГ) и цирроз печени (ЦП) являются полиэтиологическими заболеваниями. Общеизвестно, что инфицирование гепатотропными вирусами является основным этиологическим фактором, приводящим к развитию ХГ, а злоупотребление алкоголем, в свою очередь, является второй основной причиной данной патологии .

Течение и прогноз заболеваний печени в значительной мере определяется наличием и степенью выраженности поражения центральной нервной системы (ЦНС) . Печеночная энцефалопатия (ПЭ) представляет собой комплекс потенциально обратимых нервно-психических нарушений, обусловленных поражением ЦНС токсическими веществами, не обезвреженными патологически измененной печенью, возникающих прежде всего в результате острой или хронической печеночной недостаточности . Учитывая крайнюю агрессивность этих веществ, можно предположить, что под их воздействием происходит деструкция нервной ткани с высвобождением в жидкие среды организма продуктов ее распада .

Изучению диагностической и прогностической значимости таких маркеров нейродеструкции, как основной белок миелина (ОБМ) и нейронспецифическая енолаза (НСЕ), при различных патологических состояниях ЦНС посвящено достаточно большое количество исследований . В то же время вопрос об их диагностической ценности при хронических диффузных заболеваниях печени (ХДЗП) различной этиологии остается мало изученным. В связи с этим изучение ОБМ и НСЕ в зависимости от этиологии ХДЗП является актуальным и перспективным.

Цель: изучить диагностическую значимость определения концентрации основного белка миелина и нейронспецифической енолазы в сыворотке крови в зависимости от этиологии ХДЗП.

Материалы и методы. Для решения поставленных задач за период с 2012 по 2014 г. было обследовано 84 больных ХГ (вирусной этиологии HBV, HCV - 38; алкогольной этиологии - 17; аутоиммунный гепатит - 11; смешанной этиологии - 18) и 77 ЦП (вирусной этиологии HBV, HCV, HBV+HCV - 27; первичный билиарный цирроз - 10, алкогольной этиологии - 18; смешанной этиологии - 22), находившихся на стационарном лечении в гастроэнтерологическом отделении ГБУЗ АО «АМОКБ». Среди обследованных больных с патологией печени была выделена группа из 17 пациентов, не вошедшая в состав больных ХГ. Эту группу составляли пациенты с острым алкогольным гепатитом (ОАГ), протекающим с симптомами выраженной печёночно-клеточной недостаточности. Контрольную группу составили 30 практических здоровых лиц (доноры).

Исследования проводились на основе собственных наблюдений и данных медицинской документации (клиническая история болезни, амбулаторная карта, заключения специалистов по параклиническим методам обследования).

Больные поступали в клинику в стадии обострения основного заболевания. При постановке диагноза использованы общепринятые в настоящее время классификации. Клинический диагноз устанавливался на основании жалоб больных, изучения анамнеза, физикальных данных, лабораторных и инструментальных методов исследования. В анамнезе уделялось особое внимание оперативным вмешательствам, гемотрансфузиям, употреблению алкоголя и внутривенных наркотических препаратов, длительному применению гепатотоксичных лекарственных препаратов, наличию наследственных заболеваний.

Критерии исключения: сопутствующая патология ЦНС, лечение препаратами, обладающими побочным нейротоксическим эффектом.

Концентрации ОБМ и НСЕ в сыворотке крови определяли методом твердофазного иммуноферментного анализа при помощи наборов реагентов коммерческих тест-систем 449-5830 DSL МВР и 420-10 Fujirebio НСЕ.

Статистическую обработку данных выполняли с использованием пакета прикладных программ Statistica 6.0. Для количественного сравнения признаков двух несвязанных групп применяли параметрический критерий Стьюдента (t). Корреляционный анализ с расчетом коэффициента корреляции (r) проводили с использованием критерия Спирмена. Различия считали статистически значимыми при достигнутом уровне значимости p<0,05.

Результаты и обсуждение. Концентрация ОБМ у больных ХГ вирусной этиологии в среднем составила 1,9±0,27 нг/мл, смешанной - 2,3±0,3 нг/мл, аутоиммунной 2,17±0,19 нг/мл, что достоверно не отличалось от результатов, полученных в группе доноров — 1,9±0,3 нг/мл (р>0,05) (рис. 1). Более значительное повышение уровня ОБМ было выявлено у больных хроническим гепатитом алкогольной этиологии, составив 2,9±0,39 нг/мл, что достоверно превышало значения, полученные в контрольной группе, а также у больных с вирусной этиологией заболевания (р<0,05). Максимальная концентрация ОБМ в сыворотке крови была выявлена в группе больных ОАГ, составив в среднем 5,4±0,17 нг/мл, что достоверно превышало показатели, характерные как для здоровых лиц, так и для больных хроническим гепатитом вирусной, смешанной, аутоиммунной и алкогольной этиологии (р<0,05). В исследуемой группе пациентов ОАГ максимальная концентрация ОБМ в периферической крови наблюдалась в 75% случаев.

Результаты, полученные при исследовании концентрации НСЕ у больных ХГ и ОАГ, несколько отличались (рис. 2).

Концентрация НСЕ у больных хроническим гепатитом вирусной этиологии составила 6,9±0,41 нг/мл, смешанной - 7,4±0,37 нг/мл, аутоиммунной - 6,4±0,52 нг/мл. Полученные результаты близки и достоверно не отличались от значений, полученных в контрольной группе - 6,49±0,41 нг/мл (р>0,05).

Уровень НСЕ у больных хроническим гепатитом алкогольной этиологии в среднем составил 8,1±0,51 нг/мл, что достоверно выше, чем в контрольной группе, а также у больных аутоиммунным и ХГ вирусной этиологии (р<0,05).

Наиболее значительное повышение концентрации НСЕ, так же как и ОБМ, было выявлено у больных ОАГ, составив в среднем 14,3±0,47 нг/мл, причём у 81% обследованных пациентов полученные результаты существенно превышали показатели, характерные для доноров, а также больных хроническим гепатитом вирусной, смешанной, аутоиммунной и алкогольной этиологии (р<0,05), достигая 25 нг/мл.

Рис. 1. Концентрация ОБМ у больных ХГ в зависимости от этиологии:

Рис. 2. Концентрация НСЕ у больных ХГ в зависимости от этиологии:

1 - вирусный гепатит (HBV, HCV); 2 - аутоиммунный гепатит; 3 - алкогольный гепатит;

4 - гепатит смешанной этиологии; 5 - контроль

Высокая концентрация в периферической крови изучаемых маркеров повреждения нервной ткани, таких как ОБМ и НСЕ, выявленная нами при алкогольных поражениях печени, вероятно, является проявлением демиелинизирующих процессов, нередко наблюдаемых при данной патологии. Выявленные закономерности говорят в пользу того, что причинами развития атрофических изменений головного мозга и повреждений нервных волокон (маркерами которых являются ОБМ и НСЕ), часто встречающихся у лиц, злоупотребляющих алкоголем, является не только нейротоксический эффект этанола и его метаболитов, но и такие факторы, как дисфункция печени, нарушения питания, а также дефицит витаминов группы В и никотиновой кислоты.

Как уже говорилось выше, основным этиологическим фактором, приводящим к возникновению хронических гепатитов, является гепатотропная вирусная инфекция.

Показатели концентрации ОБМ и НСЕ в сыворотке крови больных ХГ в зависимости от вида гепатотропного вируса (В и С) были близки и достоверно не отличались друг от друга, а также от показателей, полученных в контроле (р>0,05). Также не было выявлено существенных различий концентраций исследуемых маркеров деструкции нервной ткани у больных ХГС с 1 генотипом и генотипом «не-1» (2 и 3а). Следовательно, уровень в периферической крови изучаемых нами показателей не зависит от типа вирусов.

Обращает на себя внимание, что показатели концентрации ОБМ и НСЕ у больных ХГ вирусной и ХГ смешанной этиологии (вирусной+алкогольной) существенно не отличаются друг от друга, а также от результатов, полученных в контроле (р>0,05). В то же время установлено, что сочетание вирусного и алкогольного факторов оказывает более существенное влияние на состояние изучаемых маркеров нейродеструкции, чем только при вирусной этиологии. Так, если у больных смешанной этиологии уровень ОБМ в 42% случаев превышал показатели, характерные для здоровых лиц, то при хронических вирусных гепатитах лишь в 30%. Концентрация НСЕ соответственно в 39% случаев превышала показатели, характерные для здоровых лиц при смешанной этиологии заболевания, а при вирусной лишь в 31%. На наш взгляд, это косвенно свидетельствует о том, что высокая концентрация изучаемых маркеров повреждения нервной ткани, выявленный у части больных ХГ, более характерна при наличии такого этиологического фактора, как злоупотребление алкоголем.

Проведённый в общей группе больных ХГ корреляционный анализ значений ОБМ и НСЕ показал отсутствие достоверных связей между данными показателями. В то же время в группе больных с алкогольными поражениями печени была выявлена положительная слабой силы корреляционная связь между концентрациями ОБМ и НСЕ (r=0,45), что, на наш взгляд, косвенно свидетельствует о близких механизмах, приводящих к повышению уровня этих маркеров повреждения нервной ткани при данной патологии.

Выявленные закономерности позволяют использовать определение уровня ОБМ и НСЕ в сыворотке крови больных ХГ в качестве дополнительного маркера при диагностике различных этиологических форм хронического гепатита, прежде всего алкогольной этиологии, а также для выявления наличия демиелинизирующих процессов при данной патологии.

Учитывая, что имеются этиологические особенности характера течения ЦП, темпов прогрессирования, развития осложнений, было проведено изучение концентрации ОБМ и НСЕ в зависимости от этиологии заболевания. У 27 больных (35%) был диагностирован ЦП вирусной этиологии, у 18 (23%) - алкогольный, у 22 (29%) в анамнезе злоупотребление алкоголем и перенесенный вирусный гепатит одновременно (смешанная этиология), у 10 больных (13%) был диагностирован первичный билиарный цирроз печени. Концентрации ОБМ и НСЕ у больных ЦП вирусной этиологии составили 2,3±0,42 и 8,2±0,56 нг/мл, смешанной - 2,7±0,34 и 7,8±0,43 нг/мл, билиарной 3,2±0,39 и 8,3±0,39 нг/мл, алкогольной 3,4±0,3 и 8,9±044 нг/мл соответственно.

Средние значения концентрации НСЕ в группах больных ЦП вирусной, билиарной и алкогольной этиологии достоверно (р<0,05) превышали показатели в контрольной группе. В то же время отсутствовали достоверные различия концентраций НСЕ в периферической крови в зависимости от этиологии ЦП. Результаты проведённого исследования свидетельствуют, что на стадии ЦП, в отличие от ХГ, концентрация данного маркера нейродеструкции в периферической крови не связана с этиологией заболевания.

Следовательно, на стадии сформировавшегося ЦП причины, обусловливающие повышение уровня НСЕ в периферической крови, несколько отличаются от таковых при гепатитах (ОАГ, ХГ). Вероятно, ведущую роль играет нейротоксическое действие продуктов эндогенной интоксикации, циркулирующих в крови при тяжелой дисфункции печени, а не прямое действие этанола и его метаболитов.

Помимо того что НСЕ прежде всего относится к внутриклеточным энзимам центральной нервной системы и считается одним из наиболее специфичных показателей ее повреждения, в то же время существует пять молекулярных форм изоферментов НСЕ, обнаруживаемых не только в нейронах, но и в нейроэндокринных клетках, скелетной мускулатуре, печени, эритроцитах и тромбоцитах, и колебания ее общего уровня могут быть связаны напрямую с тяжелой дисфункцией печени и развитием различных осложнений, характерных для ЦП.

Результаты, полученные при исследовании уровня ОБМ в периферической крови больных ЦП различной этиологии, несколько отличались.

Так, результаты исследования свидетельствуют, что при ЦП билиарной (3,2±0,39 нг/мл) и алкогольной (3,4±0,3 нг/мл) этиологии значения ОБМ достоверно повышены по сравнению с контрольной группой - 1,9±0,3 нг/мл и больными циррозом печени вирусной этиологии - 2,3±0,42 нг/мл (р<0,05). При ЦП вирусной этиологии уровень ОБМ был наиболее низким, сопоставимым с показателями, полученными в контроле (р>0,05). При ЦП смешанной этиологии (2,7±0,34 нг/мл) его уровень был несколько выше, чем при вирусной, и соответственно больше, чем в контроле, но достоверных различий при сопоставлении полученных результатов не выявлено (р>0,05). Несмотря на достоверную разницу показателей ОБМ крови у больных ЦП алкогольной этиологии и ПБЦ по сравнению с контролем, достоверного различия в уровне исследуемого белка между этими изучаемыми группами больных мы не выявили (р>0,05). Средние значения концентрации ОБМ в периферической крови у больных циррозом печени смешанной и алкогольной этиологии незначительно отличались друг от друга: 2,7±0,34 и 3,4±0,3 нг/мл соответственно, достоверного различия выявлено не было (р>0,05). Полученные результаты представлены на рис. 3 и 4.

Рис. 3. Концентрация НСЕ у больных ЦП в зависимости от этиологии: 1 - ЦП вирусной этиологии (HBV, HCV); 2 - первичный билиарный цирроз; 3 - ЦП алкогольной этиологии; 4 - ЦП смешанной этиологии; 5 - контроль

Рис. 4. Концентрация ОБМ у больных ЦП в зависимости от этиологии: 1 - ЦП вирусной этиологии (HBV, HCV); 2 - первичный билиарный цирроз; 3 - ЦП алкогольной этиологии; 4 - ЦП смешанной этиологии; 5 - контроль

Таким образом, выявленные закономерности аналогичны результатам, полученным у больных ХГ, в группе которых максимальная концентрация ОБМ плазмы так же наблюдалась при алкогольной этиологии заболевания.

Заключение. При алкогольных поражениях печени, как на стадии ХГ, так и сформировавшегося ЦП, наблюдается значительное повышение концентрации ОБМ крови по сравнению с вирусными поражениями, что подтверждает наше предположение о том, что, помимо нейротоксического действия продуктов эндогенной интоксикации, циркулирующих в крови при тяжелых поражениях печени, существенную роль в процессах нейродеструкции и демиелинизации нервных волокон играет прямой повреждающий эффект этанола и его метаболитов.

Библиографическая ссылка

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

Все липиды, обнаруженные в мозге крысы, присутствуют и в миелине, т. е. нет липидов, локализованных исключительно в немиелиновых структурах (за исключением специфического митохондриального липида дифосфатидилглицерола). Верно и обратное - нет таких липидов миелина, которые не были бы обнаружены в других субклеточных фракциях мозга.

Цереброзид - наиболее типичный компонент миелина. За исключением самого раннего периода развития организма, концентрация цереброзида в мозге прямо пропорциональна количеству в нем миелина. Только 1/5 общего содержания галактолипидов в миелине встречается в сульфатированной форме. Цереброзиды и сульфатиды играют важную роль в обеспечении стабильности миелина.

Для миелина также характерен высокий уровень его главных липидов - холестерина, общих галактолипидов и содержащего этаноламин плазмалогена. Установлено, что до 70% холестерина мозга находится в миелине. Поскольку почти половина белого вещества мозга может состоять из миелина, очевидно, что в мозге содержится наибольшее количество холестерина по сравнению с другими органами. Высокая концентрация холестерина в мозге, особенно в миелине, определяется основной функцией нейрональной ткани - генерировать и проводить нервные импульсы. Большое содержание холестерина в миелине и своеобразие его структуры приводят к уменьшению ионной утечки через мембрану нейрона (вследствие ее высокого сопротивления).

Фосфатидилхолин также является существенной составной частью миелина, хотя сфингомиелин содержится в относительно незначительном количестве.

Липидный состав как серого вещества, так и белого вещества мозга отчетливо отличается от такового у миелина. Состав миелина мозга всех изученных видов млекопитающих почти одинаков; имеют место лишь незначительные различия (например, миелин крысы имеет меньше сфингомиелина, чем миелин быка или человека). Существуют некоторые вариации и в зависимости от локализации миелина, например миелин, изолированный из спинного мозга, имеет более высокое значение отношения липида к белку, чем миелин из головного мозга.

В состав миелина входят также полифосфатидилинозиты, из которых трифосфоинозитид составляет от 4 до 6% общего фосфора миелина, а дифосфоинозитид- от 1 до 1,5%. Минорные компоненты миелина включают по крайней мере три эфира цереброзида и два липида на основе глицерина; в составе миелина также присутствуют некоторые длинноцепочечные алканы. Миелин млекопитающих содержит от 0,1 до 0,3% ганглиозидов. В миелине содержится больше моносиалоганглиозида вМ1 по сравнению с тем, что обнаруживается в мембранах мозга. Миелин многих организмов, в том числе и человека, содержит уникальный ганглиозид сиалозилгалактозилцерамид ОМ4.

Липиды миелина ПНС

Липиды миелина периферической и центральной нервной системы качественно подобны, но между ними есть количественные различия. Миелин ПНС содержит меньше цереброзидов и сульфатидов и значительно больше сфингомиелина, чем миелин ЦНС. Интересно отметить наличие ганглиозида ОМр характерного для миелина ПНС некоторых организмов. Различия в составе липидов миелина центральной и периферической нервной системы не столь существенны, как их различия по белковому составу.

Белки миелина ЦНС

Белковый состав миелина ЦНС более прост, чем других мембран мозга, и представлен главным образом протеолипидами и основными белками, которые составляют 60-80% от общего количества. Гликопротеины присутствуют в гораздо меньших количествах. Миелин центральной нервной системы содержит уникальные белки.

Для миелина ЦНС человека характерно количественное превалирование двух белков: положительно заряженного катионного белка миелина (myelin basic protein, МВР) и протеолипида миелина (myelin proteolipid protein, PLP). Эти белки - главные составные части миелина ЦНС всех млекопитающих.

Миелиновый протеолипид PLP (proteolipid protein), также известный как белок Фолча, имеет способность растворяться в органических растворителях. Молекулярная масса PLP составляет приблизительно 30 кДа (Да - дальтон). Его аминокислотная последовательность чрезвычайно консервативна, молекула формирует несколько доменов. Молекула PLP включает три жирные кислоты, как правило, пальмитиновую, олеиновую и стеариновую, соединенные с аминокислотными радикалами эфирной связью.

Миелин ЦНС содержит несколько меньшие количества другого протеолипида - DM-20, названного так по его молекулярной массе (20 кДа). И анализ ДНК, и выяснение первичной структуры показали, что DM-20 образуется в результате отщепления 35 аминокислотных остатков от белка PLP. В процессе развития DM-20 появляется раньше, чем PLP (в некоторых случаях даже до появления миелина); предполагают, что в дополнение к структурной роли в образовании миелина он может участвовать в дифференцировке олигодендроцитов.

Вопреки представлениям о том, что PLP необходим для формирования компактного мультиламеллярного миелина, процесс образования миелина у мышей, «нокаутированных» по PLP/DM-20, происходит лишь с незначительными отклонениями. Однако у таких мышей уменьшена продолжительность жизни и нарушена общая подвижность. Напротив, естественно происходящие мутации в PLP, в том числе его повышенная экспрессия (normal PLP over-expression), имеют серьезные функциональные последствия. Следует отметить, что существенные количества белков PLP и DM-20 представлены в ЦНС, матричная РНК для PLP есть и в ПНС, и небольшое количество белка там синтезируется, но не включается в миелин.

Катионный белок миелина (МВР) привлекает внимание исследователей вследствие его антигенной природы - при введении животным он вызывает аутоиммунную реакцию, так называемый экспериментальный аллергический энцефаломиелит, который представляет собой модель тяжелого нейродегенеративного заболевания - рассеянного склероза.

Аминокислотная последовательность МВР у многих организмов высоко консервативна. МВР расположен на цитоплазматической стороне миелиновых мембран. Он имеет молекулярную массу 18,5 кДа и лишен признаков третичной структуры. Этот основный белок обнаруживает микрогетерогенность при электрофорезе в щелочных условиях. Большинство исследованных млекопитающих содержали различные количества изоформ МБР, имеющих существенную общую часть аминокислотной последовательности. Молекулярная масса МБР мышей и крыс - 14 кДа. МБР с малой молекулярной массой имеет такие же аминокислотные последовательности на N- и С-терминальных частях молекулы, как и остальной МБР, но отличается редукцией около 40 аминокислотных остатков. Соотношение этих основных белков изменяется в процессе развития: зрелые крысы и мыши имеют больше МБР с молекулярной массой 14кДа, чем МБР с молекулярной массой 18 кДа. Две другие изоформы МБР, также обнаруживаемые во многих организмах, имеют молекулярную массу 21,5 и 17 кДа, соответственно. Они образованы присоединением к основной структуре полипептидной последовательности массой около 3 кДа.

При электрофоретическом разделении белков миелина выявляются белки с более высокой молекулярной массой. Их количество зависит от вида организма. Например, мышь и крыса могут содержать таких белков до 30% от общего количества. Содержание этих белков также изменяется в зависимости от возраста животного: чем оно моложе, тем меньше в его мозге миелина, но тем больше в нем белков с более высокой молекулярной массой.

Фермент 2" 3"-циклический нуклеотид З"-фосфодиэстераза (CNP) составляет несколько процентов от общего содержания миелинового белка в клетках ЦНС. Это гораздо больше, чем в других типах клеток. Белок CNP - не главный компонент компактного миелина, он сконцентрирован лишь в определенных участках миелиновой оболочки, связанной с цитоплазмой олигодендроцита. Белок локализован в цитоплазме, но часть его связана с цитоскелетом мембраны - F-актином и тубулином. Биологическая функция CNP может заключаться в регулировании структуры цитоскелета для ускорения процессов роста и дифференциации в олигодендроцитах.

Миелинассоциированный гликопротеин (MAG) - минорный в количественном отношении компонент очищенного миелина, имеет молекулярную массу 100 кДа, содержится в ЦНС в небольшом количестве (менее 1 % от общего белка). MAG имеет единственный трансмембранный домен, который отделяет сильногликозилированную внеклеточную часть молекулы, составленную из пяти подобных иммуноглобулину доменов, от внутриклеточного домена. Его полная структура подобна белку адгезии нейрональной клетки (NCAM).

MAG не присутствует в компактном, мультиламеллярном миелине, но находится в периаксональных мембранах олигодендроцитов, образующих слои миелина. Напомним, что периаксональная мембрана олигодендроцита - наиболее близко расположена к плазматической мембране аксона, но тем не менее эти две мембраны не сливаются, а разделены экстраклеточной щелью. Подобная особенность локализации MAG, а также то, что этот белок относится к иммуноглобулиновому суперсемейству, подтверждает участие его в процессах адгезии и передачи информации (сигналинга) между аксолеммой и миелинобразующими олигодендроцитами в процессе миелинизации. Кроме того, MAG - один из компонентов белого вещества ЦНС, который ингибирует рост нейритов в культуре ткани.

Из других гликопротеинов белого вещества и миелина следует отметить минорный миелинолигодендроцитарный гликопротеин (Myelin-oligodendrocytic glycoprotein, MOG). MOG является трансмембранным белком, содержащим единственный иммуноглобулинподобный домен. В отличие от MAG, который расположен во внутренних слоях миелина, MOG локализован в его поверхностных слоях, в силу чего может участвовать в передаче внеклеточной информации к олигодендроциту.

Малые количества характерных белков мембран могут быть идентифицированы в результате электрофореза на полиакриламидном геле (ПААГ) (например, тубулин). Электрофорез высокого разрешения демонстрирует наличие других незначительных полос белка; они могут быть связаны с присутствием ряда ферментов миелиновой оболочки.

Белки миелина ПНС

Миелин ПНС содержит как некоторые уникальные белки, так и несколько общих с белками миелина ЦНС белков.

Р0 - главный белок миелина ПНС, имеет молекулярную массу 30 кДа, составляет более половины белков миелина ПНС. Интересно отметить, что хотя он отличается от PLP по аминокислотной последовательности, путям посттрансляционной модификации и структуре, тем не менее оба эти белка имеют одинаково важное значение для формирования структуры миелина ЦНС и ПНС.

Содержание МВР в миелине ПНС составляет 5-18% от общего количества белка, в отличие от ЦНС, где его доля достигает трети всего белка. Те же четыре формы белка МВР с молекулярными массами 21, 18,5, 17 и 14кДа, соответственно, обнаруженные в миелине ЦНС, присутствуют и в ПНС. У взрослых грызунов МВР с молекулярной массой 14 кДа (по классификации периферийных миелиновых белков ему присвоено название «Рr») является самым значительным компонентом всех катионных белков. В миелине ПНС присутствует и МВР с молекулярной массой 18 кДа (в этом случае он носит название «белок Р1»). Следует отметить, что важность семейства белков МВР не так велика для миелиновой структуры ПНС, как для ЦНС.

Гликопротеины миелина ПНС

Компактный миелин ПНС содержит гликопротеин с молекулярной массой 22 кДа, названный периферийным миелиновым белком 22 (РМР-22), доля которого составляет менее 5% от общего содержания белков. РМР-22 имеет четыре трансмембранных домена и один гликозилированный домен. Этот белок не играет значительной структурной роли. Однако аномалии гена рmр-22 ответственны за некоторые наследственные невропатологии человека.

Несколько десятилетий назад считалось, что миелин создает инертную оболочку, которая не выполняет никаких биохимических функций. Однако позже в миелине было обнаружено большое количество ферментов, вовлекаемых в синтез и метаболизм компонентов миелина. Ряд ферментов, присутствующих в миелине, включается в метаболизм фосфоинозитидов: фосфатидилинозитолкиназа, дифосфатидилинозитолкиназа, соответствующие фосфатазы и диглицеридкиназы. Эти ферменты представляют интерес вследствие высокой концентрации в миелине полифосфоинозитидов и их быстрого обмена. Есть свидетельства присутствия в миелине мускариновых холинергических рецепторов, G-белков, фосфолипаз С и Э, протеинкиназы С.

В миелине ПНС обнаружена Nа/К-АТФаза, осуществляющая транспорт одновалентных катионов, а также 6"-нуклеотидаза. Наличие этих ферментов позволяет предположить, что миелин может принимать активное участие в аксональном транспорте.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

Анализ фрагментации основного белка миелина под действием протеасомы

А. В. Бачева1#, А. А. Белогуров2, Н. А. Пономаренко2, В. Д. Кнорре2, В. М. Говорун2,

М. В. Серебрякова3, А. Г. Габибов1,2

1 Химический факультет Московского Государственного Университета имени М. В. Ломоносова, Москва

2 Институт биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН, Москва

3 Протеомный центр РАМН, НИИ Физико-химической медицины Росздрава РФ # e-mail: [email protected]

РЕФЕРАТ Протеасома - это высокомолекулярный белковый комплекс, служащий для направленной деградации белков в эукариотических клетках. Одной из функций протеасом является генерация пептидов, которые затем экспонируются на клеточной мембране с помощью молекул комплексов гистосовместимости как первого, так и второго класса. Есть все основания полагать, что протеасома принимает непосредственное участие в процессе специфической деградации основного белка миелина (ОБМ), составляющего около 30 % всех белков миелиновой оболочки аксонов нейронов. Детали этого механизма остаются невыясненными. В представленной работе изучены особенности специфической деградации ОБМ протеасомой.

Нами было продемонстрировано, что основной белок миелина (не подвергавшийся убиквитинилированию) является хорошим субстратом как для 20S, так и для 26S протеасомы. Впервые были определены сайты протеолиза ОБМ протеасомой из мозга мышей линий Ва1Ь/С и SJL и показаны значительные различия в паттерне деградации данного нейроантигена, что может свидетельствовать о лучшей презентации фрагментов основного белка миелина на комплексах гистосовместимости в случае мышей, предрасположенных к развитию экспериментального аутоиммунного энцефаломиелита.

ВВЕДЕНИЕ

Рассеянный склероз (РС) - хроническое нейродегенера-тивное заболевание аутоиммунной природы - представляет собой острую медико-социальную проблему, поскольку, как правило, поражает лиц молодого и среднего возраста. Проблема лечения РС остается далекой от разрешения, на сегодняшний день существуют лекарственные препараты, способные в некоторой степени замедлить течение РС, но не излечивать от этой патологии. Деградация нервных волокон, происходящая при рассеянном склерозе, протекает вследствие разрушения миелиновой оболочки нейронов. Одной из биохимических характеристик, которая отличает миелин от других биологических мембран, является высокое соотношение липид/белок. Белки составляют от 25 до 30 % массы сухого вещества миелиновой оболочки. Около 30 % всех белков миелина составляют три изоформы т. н. основного белка миелина (ОБМ). ОБМ является одним из основных аутоантигенов при РС. Ранее нами и другими исследователями было показано, что в деградации ОБМ могут принимать участие каталитические антитела , а также некоторые проте-

азы . Известно, что в любой эукариотической клетке существует специализированная органелла для направленной деградации белков - протеасома, представляющая собой высокомолекулярный белковый комплекс. Одной из функций протеасом является генерация пептидов, которые затем экспонируются на клеточной мембране с помощью молекул комплексов гистосовместимости (МНС) как первого, так и второго класса . Есть все основания полагать, что протеасома принимает непосредственное участие в процессе специфической деградации ОБМ. Детали этого механизма остаются невыясненными. В представленной работе нами были изучены особенности специфической деградации ОБМ протеасомой.

Известно, что 20S протеасома (мультикаталический протеиназный комплекс) - это олигомерная высокомолекулярная (700 кДа) протеиназа, которая может быть выделена индивидуально. Данный комплекс также является каталитическим ядром 26S протеасомы, в составе которой присутствуют одна или две регуляторных 19S субъединицы. Было показано, что и 20S и 26S протеасомы способны деградировать ОБМ . Вопрос о сайт-специфичности

BpeWR. МИНУТЫ

Рис. 1. Зависимость степени гидролиза ОБМ протеасомой от времени. Обозначения: о - 20S протеасома, - 26S протеасома, выделенные из печени аутбредных мышей

деградации ОБМ протеасомой оставался открытым. Кроме того, известно, что при многих воспалительных патологических процессах протеазный комплекс (конститутивная протеасома) переходит в форму иммунопротеасомы, обладающей альтернативной специфичностью и каталитической эффективностью по отношению к процессингу внутриклеточных белков. Скорее всего, это «переключение» имеет непосредственное отношению к различной презентации антигенов в норме и патологии. Паттерн деградации ОБМ иммунопротеасомой до настоящего времени изучен не был.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Протеасома была выделена и очищена по методу, описанному в . Сначала была исследована деградация ОБМ (изоформа с молекулярной массой 18.5 кДа из мозга быка) полным 26S комплексом и каталитической 20S субъединицей, выделенными из печени аутбредных мышей. Как показано на рис. 1, инкубация ОБМ как с 20S, так и с 26S протеасомой приводила к постепенной деградации ОБМ. Уже через 45 мин 20S протеасома полностью гидролизовала основной белок миелина, в то время как 26S протеасо-ме на это требовалось 85 мин. Такое различие в скоростях можно отнести к разному количеству протеасомы: в случае 20S протеасомы соотношение фермент/субстрат составило 2.7/1 (по белку, мкг/мкг) или 1/14.5 (моль/моль), а в случае 26S соотношение фермент/субстрат составило 1/1 (по белку, мкг/мкг) или 1/110 (моль/моль). Количество протеасомы оценивали по методу Лоури, используя бычий сывороточный альбумин в качестве стандарта.

Гидролизаты ОБМ, полученные под действием 20S и 26S комплексов из печени аутбредных мышей, были разделены на фракции методом обращенно-фазовой ВЭЖХ на колонке С4 (Waters, DeltaPak, 300 А). Наблюдаются некоторые отличия в профилях элюции, в частности, в некоторых пиках, совпадающих для 20S и 26S протеасом, содержится разное количество вещества, кроме того, при гидролизе 26S протеасомой появляются новые фракции. Таким образом,

паттерн деградации ОБМ 26S протеасомой несколько изменен по сравнению с таковым для 20S протеасомы. Отмеченные различия можно объяснить разной доступностью для протеолиза участков ОБМ, находящихся на поверхности белковой глобулы и в глубине молекулы, а также имеющих выраженную вторичную структуру. Для 26S протеасомы доступность разных участков ОБМ не имеет большого значения, поскольку в составе 19S субчастицы есть субъединицы, отвечающие за денатурацию молекул белка, которые будут подвергнуты деградации.

Пул протеасом неоднороден и состоит из макромоле-кулярных комплексов нескольких типов, причем каталитические субъединицы могут относиться к т. н. конститутивным (ßl, ß2 и ß5) или иммунным (ßli, ß2i и ß5i) (рис. 2). Шесть каталитических субъединиц протеасомы обладают тремя типами активности, а именно: химотрипсино-подобной (гидролиз после гидрофобных и ароматических аминокислот Leu, Tyr, Phe), трипсиноподобной (гидролиз после положительно заряженных Lys и Arg) и каспазо-подобной (гидролиз после отрицательно заряженных Asp и Glu) .

Соотношение конститутивная протеасома/иммунопро-теасома имеет ярко выраженную тканеспецифичность и в значительной степени зависит от иммунного статуса организма. Так, например, в головном мозге в норме более 90 % протеасом - конститутивные, а в селезенке около 9095 % протеасом являются иммунопротеасомами. Кроме того, в любых тканях под действием гамма-интерферона интенсивно нарабатываются иммуносубъединицы, которые встраиваются во вновь собранные мультикаталити-ческие комплексы . Ранее было показано, что замены каталитических субъединиц на иммунные приводят к изменению специфичности гидролиза и увеличению его скорости. Иммунопротеасома практически теряет способность

sm ■ . з1 »I Ri-

Конститутивная ^ ■Шф Иммуно

"шШЖМ TSf"fA qgjMSb-""

Рис. 2. Равновесие протеасома - иммунопротеасома. Иммунные каталитические субъединицы нарабатываются под действием гамма-интерферона

Рис. 3. Аминокислотная последовательность ОБМ. Стрелками указаны протео-литические пептиды, определенные с помощью хромато-масс-спектрометрии в гидролизатах ОБМ протеасомой из мозга мышей линии SJL/J (верхняя часть рисунка) и Ва1Ь/С (нижняя часть рисунка). Толщина стрелок обозначает частоту встречаемости соответствующего пептида. Цветными прямоугольниками выделены иммунодоминантные районы ОБМ

Рис. 4. Распределение по длинам пептидов, обнаруженных в гидролизатах ОБМ пулами протеасом из мозга мышей линии

б) SJL/J. Столбиками на диаграмме представлены экспериментальные значения ионного тока для пептидов данной длины, полученные методом LC-MS масс-спектрометрии

гидролизовать пептидные связи после остатков аспарагиновой и глутаминовой кислот (каспазоподобная активность), зато значительно чаще происходит гидролиз после гидрофобных и особенно разветвленных гидрофобных аминокислотных остатков. Таким образом, под действием иммунопротеасомы получается большее количество пептидов, несущих гидрофобные аминокислоты на С-конце. Поскольку С-концевые гидрофобные аминокислоты являются важными якорными фрагментами для связывания с молекулами I класса главного комплекса гистосовместимости, следовательно, изменение в специфичности гидролиза приводит к увеличению выработки пептидов, образующих комплексы с молекулами MHC. Фрагменты, связанные с молекулами МНС, презентируются на внешней мембране клеткам иммунной системы. Таким образом, клетки, содержащие иммунопротеасому, будут более эффективно презентировать свои антигены.

Кроме того, известно, что альфа-субъединицы каталитической 20S субчастицы протеасомы действуют как ворота, формируя аксиальный канал, регулирующий вход и выход белков и продуктов их деградации. Закрытие канала может, таким образом, способствовать более полной деградации субстратов, поскольку препятствует выходу

частично гидролизованных полипептидов . Было также продемонстрировано , что открывание канала сильно влияет на кинетику протеолиза и распределение по длине гидролитических фрагментов, полученных in vitro. Если канал открыт, то скорость гидролиза увеличивается, но при этом средняя длина получающихся фрагментов также увеличивается на 40 %. Таким образом, более высокая скорость работы иммунопротеасомы должна приводить к более длинным пептидам - продуктам деградации, которые будут лучше связываться с молекулами МНС и, следовательно, более эффективно представляться на поверхности клетки.

Известно, что мыши линии SJL генетически предрасположены к развитию экспериментального аутоиммунного энцефаломиелита. Данная патология является животной моделью рассеянного склероза. С помощью иммуноблоттинга мы изучили состав пула протеасом в головном мозге мышей этой линии и показали, что содержание иммунопротеасом повышено по сравнению с мышами линии Balb/C (данные не приведены). Поэтому на следующем этапе из мозга мышей линии Balb/C и линии SJL была выделена 26S протеасома и изучен протеолиз ОБМ этими образцами протеасом.

Гидролизаты ОБМ, полученные под действием протеасом,

выделенных из мозга мышей этих двух линий, были исследованы методом LC-MS (высокоэффективная жидкостная хроматография с детекцией методом масс-спектрометрии). На рис. 3 приведена последовательность основного белка миелина с указанием мажорных фрагментов, продуцируемых пулами протеасом из разных источников. Толщина соответствующих стрелок демонстрирует относительное количество пептида в гидролизате при анализе.

В аминокислотной последовательности ОБМ выделяют следующие области, соответствующие иммунодоминант-ным районам белка: 12-31, 82-98, 110-128 и 144-169, причем фрагмент 85-98 представляет собой т.н. энцефалитогенный эпитоп.

Необходимо отметить, что деградация ОБМ протеасо-мой из печени аутбредных мышей, как полным комплексом, так и каталитической частью, не приводила к выщеплению иммуногенных пептидов, все они подвергались дальнейшей фрагментации внутри каталитической камеры протеасомы.

В гидролизате ОБМ протеасомой из мозга мышей обеих линий практически единственным сайтом гидролиза, где протеасома проявляла свою каспазоподобную активность, была связь между аминокислотными остатками Asp81-Glu82, близкая к началу энцефалитогенного пептида.

Характер гидролиза ОБМ протеасомами, выделенными из головного мозга мышей линии SJL и Balb/C, был различен. У мышей аутоиммунной линии генерируемые эпитопы существенно лучше колокализуются с иммунодоминантны-ми фрагментами белка. При действии данного пула на ОБМ содержание фрагмента энцефалитогенного пептида составляет до четверти всех получаемых фрагментов гидролиза. У мышей стандартной линии Balb/C - в два раза меньше. Кроме того, полученные фрагменты существенно хуже соотносятся с областями узнавания комплексов гистосовместимости второго класса.

На рис. 4 представлено распределение по длинам пептидов в соответствующих гидролизатах. По оси ординат представлены экспериментальные значения ионного тока для пептидов данной длины, полученные методом LC-MS. Из рисунка видно, что максимум распределения приходится на пептиды длиной 8 аминокислот в случае протеасом из головного мозга мышей как линии SJL, так и Balb/C. Однако относительное значение среднего ионного тока в мак-

симуме сильно различается, что свидетельствует о существенно большем количестве фрагментов данной длины в случае мышей аутоиммунной линии. В гидролизатах превалируют пептиды с четным числом аминокислотных остатков, ни в одном из них не было обнаружено пептидов короче четырех аминокислотных остатков. Эти данные согласуются с описанными в литературе , а также с тем, что одной из главных ролей протеасомы в клетке является генерация пептидов для последующей презентации на молекулах МНС I класса, на которые могут загружаться пептиды длиной до 10 аминокислотных остатков. Присутствующие в гидролизатах более длинные пептиды могут затем расщепляться до фрагментов меньшей длины и представляться на молекулах МНС I класса, а также участвовать в презентации на молекулах МНС II класса .

Таким образом, в настоящей работе показано, что 20S и 26S протеасомы способны гидролизовать основной белок миелина, при этом молярное соотношение протеасома/ОБМ составило 1 /14.5 для 20S и 1/110 для 26S, время полного гидролиза 45 мин и 85 мин соответственно. После разделения гидролизатов методом LC-MS массы фрагментов были определены методом MALDI-масс-спектрометрии, и, после анализа аминокислотной последовательности ОБМ, идентифицированы сайты протеолиза.

Нами было продемонстрировано, что основной белок миелина (не подвергавшийся убиквитинилированию) является хорошим субстратом как для 20S, так и для 26S протеасомы. Впервые были определены сайты протеоли-за ОБМ протеасомой из мозга мышей линий Balb/C и SJL и показаны значительные различия в паттерне деградации данного нейроантигена, что может свидетельствовать о лучшей презентации фрагментов основного белка миелина на комплексах гистосовместимости в случае мышей, предрасположенных к развитию экспериментального аутоиммунного энцефаломиелита.

Работа была поддержана грантами РФФИ 07-04-12100-офи, 09-04-01546-а, 07-04-92168-НЦНИ_а,

NATO SFPP 982833 и программой президиума РАН фундаментальные науки - медицине 2008 г.

Список литературы

1. Ponomarenko, N.A., Durova, O.M., Vorobiev, I.I., Aleksandrova, E.A., Telegin, G.B., Chamborant, O.A., Sidorik, L.L., Suchkov, S.V., Alekberova, Z.S., Gnuchev, N.V., Gabibov, A.G. // J. Immunol. Methods, 2002. V. 269, P. 197- 211.

2. Ponomarenko, N. A., Durova, O. M., Vorobiev, I. I., Belogurov, A. A., Telegin, G. B., Suchkov, S. V., Kiselev, S. L., Lagarkova, M. A., Govorun, V. M., Serebryakova, M. V., Gabibov, A.G. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2006. V. 103, P. 281-286.

3. Belogurov, A.A. Jr., Kurkova, I.N., Friboulet, A., Thomas, D., Misikov, V.K., Zakharova, M.Y., Suchkov, S.V., Kotov, S.V., Alehin, A.I., Avalle, B., Souslova, E.A., Morse, H.C. 3rd., Gabibov, A.G., Ponomarenko, N.A. // J. Immunol., 2008. V. 180, P. 1258-1267.

4. Polosukhina, D. I., Kanyshkova, T. G., Doronin, B. M., Tyshkevich, O. B., Buneva, V. N.. Boiko, A. N., Gusev E. I., Nevinsky, G. A., Favorova, O. O. // Immunol Lett., 2006. V. 103, P. 75-81.

5. Белогуров, А. А., Куркова, И. Н., Мисиков, В. К., Сучков, С. В., Телегин, Г. Б., Алехин, А. И., Гончаров, Н. Г., Кнорре, В. Д., Габибов, А. Г., Пономаренко, Н. А. // Доклады Академии Наук, 2007. Т. 413, С. 408-411.

6. Pritzker, L. B., Joshi, S., Gowan, J. J., Harauz, G., Moscarello, M. A., // Biochemistry,

2000. V. 39, P. 5374-5381.

7. Schaecher, K. E., Shields, D. C., Banik. N. L. // Neurochemical Research, 2001. V. 26, P 731-737.

8. Medveczky, P., Antal, J., Patthy, A., Kekesi, K., Juhasz, G., Szilagyi, L., Graf, L. // FEBS Lett, 2006. V. 580, P 545-552.

9. D"Souza, C. A., Moscarello, M. A. // Neurochem Res, 2006. V. 31, P 1045-1054.

10. Tewari, M. K., Sinnthamby, G., Rajagopal, D., Eiseinlohr L. C., // Nature Imm, 2005. V.

6, N. 3, P 287-294.

11. Lucas, J., Lobo, D., Terry, E., Hogan, E. L., Banik N. L. // Neurochem. Res., 1992. V. 17,

12. Akaishi, T., Shiomi, T., Sawada, H., Yokosawa, H. // Brain Research, 1996. V. 722, P 139-144

13. Абрамова, Е. Б., Астахова, Т. М., Ерохов, П. А., Шарова, Н. П. // Известия РАН, серия биологическая, 2004. Т. 2, С. 150-156.

14. Orlowski, M., Cardozo, C., Michaud, C. // Biochemistry, 1993. V. 32, P 1563-1572.

15. Namiki, S., Nakamura, T., Oshima, S., Yamazaki, M., Sekine, Y., Tsuchiya, K., Okamoto, R., Kanai, T., Watanabe, M. // FEBS Lett, 2005. V. 579, P. 2781-2787.

16. Kisselev, A. F., Kaganovich, D., Goldberg, A. L. // J. Biol. Chem., 2002. V. 277, P. 22260-22270.

17. Kohler, A., Cascio, P., Leggett, D. S., Woo, K. M., Goldberg, A. L., Finley, D. // Mol. Cell.,

2001. V. 7, P. 1143-1152.

18. Mishto, M., Luciani, F., Holzhutter, H.G., Bellavista, E., Santoro, A., Textoris-Taube, K., Franceschi, C., Kloetzel, PM., Zaikin, A. // J. Biol. Chem., 2008. V. 377, P. 1607-1617.