гидроксилирование — это… Что такое гидроксилирование?

гидроксилирование

гидроксилирование

Слитно или раздельно? Орфографический словарь-справочник. — М.: Русский язык. Б. З. Букчина, Л. П. Какалуцкая. 1998.

• гидроксилапагит
• гидроксилированный

Смотреть что такое «гидроксилирование» в других словарях:

• гидроксилирование — Введение в молекулу группы ОН [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN hydroxylation …   Справочник технического переводчика

• гидроксилирование — hidroksilinimas statusas T sritis chemija apibrėžtis HO– grupės įjungimas į molekulę. atitikmenys: angl. hydroxylation rus. гидроксилирование …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

• ВАГНЕРА РЕАКЦИЯ

  — гидроксилирование соед., содержащих связь С=С (олефинов, терпенов, стероидов и др.), в цис гликоли действием КМпО 4. Осуществляют при 0 10 …   Химическая энциклопедия

• МОНОФЕНОЛМОНООКСИГЕНАЗЫ — [монофенол ди гидроксифенилаланин: кислород оксидоредуктазы (5 гид роксилирующие), катехолоксидазы, лакказы, тирозиназы, фенолазы], ферменты класса оксидоредуктаз, катализирующие гидроксилирование тирозина до дигидроксифенилала нина (ДОФА) и… …   Химическая энциклопедия

• Цитохром P450 — Молекула цитохрома P450eryF Обозначения Символ …   Википедия

• ЖЕЛЧНЫЕ СПИРТЫ — многоатомные спирты, относящиеся к классу стероидов. Почти все Ж. с. полигидроксизамещенные холестана (см. ф лу) или С 27 норхолестана. Содержат, как правило, гидроксильные группы в цикле (от 1 до 4) и в боковой цени при атомах С 24, С 25, С 26… …   Химическая энциклопедия

• Половы́е гормо́ны — гормоны стероидной природы, определяющие у человека и животных половую дифференцировку в эмбриональном периоде, характер вторичных половых признаков, функциональную активность репродуктивной системы и формирование специфических поведенческих… …   Медицинская энциклопедия

• АНДРОГЕНЫ — (андрогенные гормоны) (от греч. аner, род. падеж andros мужчина и genes рождающий, рожденный), гормоны, стимулирующие развитие и функционирование мужской генитальной системы, развитие вторичных половых признаков, регулирующие рост и нек рые… …   Химическая энциклопедия

• Спирты — Отличительная особенность спиртов  гидроксильная группа при насыщенном атоме углерода  на рисунке выделена красным (кислород) и серым цветом (водород). Спирты (от лат.  …   Википедия

• Адамантан — Адамантан …   Википедия

Окисление и гидроксилирование — Справочник химика 21

    Это и послужило основанием для теории гидроксилирования, согласно которой атомы кислорода при окислении внедряются по связям С—Н с образованием С—ОН. На основании большого фактического материала теория была обоснована В. Боном в 1933 г. Полное ступенчатое окисление метана протекает по схеме   [c.180]

    Наиболее часто встречающийся вариант микросомального окисления — гидроксилирование ксенобиотиков. В общем виде оно проис- [c.399]

    Фенилгидразоны XXI при обработке избытком фенилгидразина в уксусной кислоте легко расщепляются с выделением гетероциклических оснований Расщепление N-гликозидной связи в диальдегидах существенно облегчается в присутствии избытка перйодата в реакционной смеси возможно, что это связано с пере-окислением — гидроксилированием промежуточного продукта по С-1. Подобного рода реакции хорошо известны при периодатном окислении производных углеводов в жестких условиях. [c.534]

    Известно также, что бензол окисляется в малеиновый ангидрид при условиях, сходных с условиями, применяемыми при производстве фталевого ангидрида [13]. Таким образом, частичный разрыв кольца почти неизбежен, но, по-видимоыу, после того как уже образовался фталевый ангидрид, кольцо менее чувствительно к атаке, чем ранее. Высказано предположение, что каталитическое окисление толуола происходит при помощи атомарного кислорода, выделяемого катализатором в результате прохождения через ряд стадий гидроксилирования ца поверхности катализатора [9]. В условиях, применяемых для получения фтале- 

[c.12]

    Методы получения гликолей окислением и гидроксилированием олефинов находятся в стадии опытно-промышленного освоения. [c.277]

    Возможно также, что в зависимости от условий опыта и природы окислителя превращение спирта в альдегид может протекать или как собственно окисление (гидроксилирование) согласно прежне.му представлению, пли же как дегидрирование. 

[c.115]

    Алкилирование, окисление и восстановление в биосинтезах. Часто в процессе биосинтеза происходит метилирование с последующим введением или удалением атомов кислорода, гидрирование и дегидрирование и т. д. Известную биохимическую реакцию представляет собой гидроксилирование фенолов в орто- или пара-положение,. Часто происходит также введение кислорода в аллильные и бензильные положения в результате самоокисления. Третичные амины могут превращаться в аминоспирты через N-окиси  [c.1139]

    Диолы получают гидроксилированием соединений с двойной связью. Например, при окислении малеиновой кислоты получают рацемическую смесь винных кислот  [c.203]

    Тронов создал фенольную гипотезу, согласно которой поглощенный углем кислород реагирует прежде всего с боковыми цепями молекул органической массы в местах, где находятся фенольные гидроксильные группы. В результате этого происходит гидроксилирование углеводородных звеньев и образование карбонильных групп. При разрыве связей между карбонильными группами из-за последующего окисления углей выделяется окись углерода, а при избытке кислорода —двуокись углерода [62]. 

[c.173]

    Окислительное гидроксилирование может протекать стереоспецифично. Так, например, при окислении олеиновой кислоты перманганатом калия образуется эритро-форма, при окислении циклогексена, в зависимости от условий, цис- или транс-1,2-циклогек-сандиол. [c.203]

    Подтверждением этой схемы может служить окисление метана и других углеводородов под давлением (стр. 194), когда образуются спирты и иные кислородсодержащие соединения. Общая схема ступенчатого окисления углеводородов по теории гидроксилирования, по данным автора, следующая  [c.180]

    Гидроксильная теория имеет ряд недостатков. Всякая реакция окисления углеводородов начинается не сразу, а лишь по истечении некоторого времени, или периода индукции . Сторонники теории гидроксилирования не могут дать удовлетворительного объяснения периода индукции они рассматривают его как время, необходимое для появления некоторого определенного количества альдегида, остающегося затем постоянным. Это, однако, не вскрывает природы индукционного периода. 

[c.180]

    Слабой стороной теории гидроксилирования является также и отсутствие объяснения образования перекисей, всегда получающихся при сгорании топлива. Сторонники теории пытаются объяснить этот факт дальнейшим окислением альдегидов. Наконец, веским доводом против гидроксильной теории служит отсутствие спиртов в продуктах сгорания, хотя спирты значительно более устойчивы, чем альдегиды. [c.181]

    К наиболее важным факторам, влияющим на фотоокисление, относятся интенсивность света и распределение длин его волн, толщина пленки загрязнения на воде, ледяной или снежный покров (в арктических районах), состав загрязнений, присутствие веществ, повышающих светочувствительность. Степень фотоокисления могут увеличить суспензированные в воде оксиды металлов. В случае окисления аренов механизм реакций, вероятно, включает гидроксилирование колец или прямое окисление. В продуктах процесса обнаружены фенол, пирокатехин, хинон, муконовая кислота и следы дифенила. 

[c.81]

    Таким образом, в конце прошлого столетия точка зрения, предполагающая, что пламенное сгорание углеводородов — это процесс непосредственного распада горючего на элементы с последующим их взаимодействием с кислородом, должна была вступить в противоречие с повседневным опытом химиков, наблюдавших внедрение кислорода в молекулу углеводорода без разрыва углеродного скелета. Первым отражением этого противоречия явились прогрессивные для того времени представления Армстронга [4], высказанные им еще в 1874 г. Он предположил, что промежуточные стадии пламенного сгорания углеводородов представляют собой преходящее образование неустойчивых гидроксилированных молекул, получающихся внедрением кислорода в исходную молекулу горючего. Такие окисленные образования способны при высокой температуре распадаться на стабильные кислородсодержащие промежуточные продукты, так что весь процесс может быть изображен как последовательное гидроксилирование углеводорода. 

[c.6]

    Окисление химически устойчивой двухуглеродной ацетильной группы представляет собой весьма трудную химическую задачу. Как мы уже знаем, разрыв связи С—С чаще всего происходит между атомами, занимающими а- и р-иоложения относительно карбонильной группы. Такое р-расщепление (гл. 7, разд. И) в случае ацетильной группы, естественно, невозможно. Единственный способ, который обычно реализуется,— это тиаминзависимое расщепление связи С—С по соседству с карбонильной группой (а-расщепление, гл. 8, разд. Г). Однако а-расщепление требует предварительного окисления (гидроксилирования) метильной группы ацетата. Хотя известно много примеров биологических реакций гидроксилирования (гл. 10, разд. Ж), эти реакции весьма редко используются в основных катаболических процессах  

[c.317]

    Рассмотрим наиболее часто встречающийся вариант микросомального окисления — гидроксилирование ксенобиотиков. В общем виде гидроксилирование происходит по типу монооксигеназных реакций. Окислительная система многофункциональна, причем основными функциями являются  [c.511]

    НАДФН-зависимые реакции окисления ксенобиотиков. Микросомальные ферментные системы катализируют следующие реакции окисления (гидроксилирования) ксенобиотиков. [c.513]

    В промышленности п-бензохинон получают сложной экологически неблагоприятной реакцией окисления анилина МпОа или СгОз в сернокислом растворе (см. разд. Г,6.4.3) его восстанавливают далее железом до гидрохинона— проявителя в фотографии и ингибитора полимеризации. Поэтому частично гидрохинон получают также окислением (гидроксилированием) фенола надмуравьиной кислотой или Н2О2 в кислом растворе. Прн этом в качестве побочного продукта с выходом 50% образуется резорцин. 

[c.36]

    Вторичные спирты, характеризующиеся содержанием группы СНОН, подвергаясь при окислении гидроксилированию, дают кетоны с тем же чгодержанием углерода в составе, а при дальнейшем окислении кетонов дают кислоты с меньшим содержанием углерода  [c.96]

    Очевидно, что происходит окисление (гидроксилирование) ароматического кольца за счет превращения Си2+ в Си+. При реакции идет только орто-гидроксилирование, поскольку образуется салициловая кислота. Поэтому считают, что механизм процесса заключается в следующем радикальная атака ароматического кольца в (71) происходит в циклическом переходном состоянии с одновременной передачей одного электрона связи Си—О атому меди. Образовавшийся радикал (75) стабилизируется путем отрыва электрона еще одним атомом меди(II) и связывания протона бензоат-анионом в результате взаимодействия со второй молекулой бензоата меди. Заключительной стадией превращения является взаимодействие промежуточно образующихся бензоилсалицилата меди(1) (76) и бензойной кислоты (77), в результате которого получаются салицилат меди (72) и бензойный ангидрид (74)  [c.512]

    В окружающей среде карбаматы разрушаются, претерпевая гидролиз эфирной связи, окислительное гидроксилирование, окисление, гидроксилирование Ы-алкильных групп, Ы-деалкилирование, гидролиз амидной связи и образование продуктов конденсации с естественными компонентами клеток организмов (конъюгатов). В зависимости от строения того или иного конкретного соединения могут протекать и другие, селективные, реакции. Ниже рассматриваются схемы разложения важнейших представителей этого класса пестицидов в различных объектах окружающей среды. [c.89]

    Адамантанон получают окислением или гидроксилированием адамантана [104, 105, 145]. 1-Алкиладамантаны могут быть синтезированы по способу, предложенному Ланда [106] — взаимодействием 1-адамантанкарбоновой кислоты с литийалкилами  [c.285]

    Эта теория, развитая Боном и его сотрудниками [27], полагает, что окисление идет через реакции последовательного гидроксилирования. По этой теории, например, окисление метана последовательно идет через метиловый спирт, метилен-гликоль, разлагающийся на формальдегид и воду. Формальдегид может окисляться в муравьиную кислоту или разлагаться на окись углерода и водород. Окисленио этилена идот по нижо- ледующей схеме  [c.347]

    Ассимиляция простейшего метилпроизводного бензола -толуола — свойственна небольшому числу микроорганизмов. Описано всего несколько культур No ardia и Pseudomonas, способных потреблять это соединение как субстрат для роста. У разных организмов начальные этапы окисления толуола связаны или с первоочередным окислением метила, или с гидроксилированием ядра. [c.114]

    Некоторые сторонники перекисной теории (см. ниже) считают теорию гидроксилирования вообще несостоятельной. Они указывают, что для принятия ее необходимо допустить предварительную диссоциацию молекул ки Jюpoдa на атомы, так как непонятно, каким образом реагирует молекулярный кислород. Допущение же диссоциации О,, 20 неприемлемо, так как ни энергетически, ни экспериментально это необосновано. Однако некоторые факты не оправдывают столь резкой критики, так как в определенных условиях при окислении углеводородов могут получаться и спирты (например, при холоднопламенном окислении, стр. 196). Все же остается неясным вопрос, являются ли последние первичными продуктами окисления углеводородов или же они образуются в результате вторичных реакций. [c.181]

    Флавинзависимые монооксигеназы связывают и активируют кислород, перенося в конечном счете один атом кислорода к субстрату и освобождая второй атом в виде молекулы воды. К реакциям, катализируемым флавинмонооксигеназами, относятся гидроксилирование п-оксибензоата, окислительное декарбоксилирование салицилата и ряд реакций окисления аминов, осуществляемых посредством аминооксидазной системы со смешанной функ- [c.417]

    Годдарт [297] предложил другой механизм гидроксилирования фенольных соединений при этом он попытался показать, каким образом флавиновые коферменты осуществляют такое окисление. Построение выполнено теоретически и основано па применении волновых функций, квантовой механики и обобщенной теории валентных связей к биологическим проблемам. [c.425]

    На основе полученных данных Бон формулирует гидроксиляцион-ную схему. Эта схема изображает медленное окисление углеводородов как ряд последовательных гидроксилирований и термических распадов  [c.11]

    Синхронность гидроксилирования обоих атомов углерода алкена подтверждается также тем, что при окислении по Вагнеру малеиновой кислоты (40) образуется оптически неактивная мезовинная кислота (41), а при окислении фумаровой кислоты (42)—рацемическая смесь оптически активных винных кислот-/ -( + )-винной (43) и 5-(—)-винной (44)  [c.37]

    Вариантами окисления являются гидроксилирование, эпоксидирова-ние, оксигенирование, сульфоокисление и т.д. [c.242]

---

Гидроксилирование метаболическое — Справочник химика 21

    Микробиологическое окисление алканов возможно, оно осуществляется бактериями многих видов и может протекать по двум основным путям. Первый путь метаболизма первоначально включает окисление концевого атома углерода с образованием первичного спирта. Промежуточные стадии до образования продуктов гидроксилирования еще не окончательно изучены, но предположительно образуются олефины и гидроперекиси. Дальнейшее окисление проходит до карбоновой кислоты через альдегид с последующим (3-окислением — метаболическим процессом, характерным для большинства микроорганизмов. Процесс состоит из пяти отдельных реакций, включая дегидрирование и гидратацию. В результате 3-окисления из первоначального субстрата теряется двууглеродный фрагмент (уксусная кислота). [c.167]
    Окисление ароматических соединений. Этот процесс приводит к образованию соединений фенольного типа в результате включения гидроксильной группы в ароматическое кольцо. Гидроксилированию в организме подвергаются многие барбитураты. В качестве примера можно привести метаболическое превращение фенобарбитала  [c.515]

    Рассмотренное выше окисление фенола эквивалентно дегидрированию, но существуют и другие виды окисления, которые приводят к введению кислорода в молекулу окисляемого вещества. Прямое гидроксилирование фенолов — обычный метаболический процесс, но его нелегко провести эффективно неферментативным путем, а методы, основанные на образовании гидроксильных радикалов (реактив Фентона, облучение водных растворов рентгеновскими или 7-лучами и т. д.), являются малоэффективными для синтеза ). [c.23]

    Важными метаболическими функциями аскорбиновой кислоты являются расщепление тирозина и лизина и гидроксилирование пролина и допамина. Она участвует также в обмене липидов. [c.108]

    Ферментативное разрушение гема представляет собой важный метаболический процесс уже хотя бы потому, что при этом освобождается железо, вновь используемое организмом. Некоторые из путей катаболизма гема показаны на рис. 14-14. Считается, что оксигенация (гид-рокснлирование) затрагивает сперва а-метеновый углерод (между кольцами А и В). Гидроксилированный продукт расщепляется с освобождением окиси углерода. Реакции катализируются микросомными гидро-ксилазами [89—90а]. В опытах с использованием Юг было показано, что образующийся дециклизованный тетра-пиррол биливердин содержит [c.129]

    Кроме этих наиболее распространенных метаболических реакций жирных кислот, можно отметить процессы окисления или гидроксилирования, сопровождающиеся перемещением олефиновой связи реакции эпоксиди-рования процессы восстановления различных фрагментов а также декар-боксилирование. [c.113]

    Несмотря на относительную стабильность, мембранные компоненты химически не инертны. Они сами подвержены метаболическим превращениям под действием окислительных ферментов, локализованных внутри мембран или на их поверхности. Мембраны содержат также хиноны и другие низкомолекулярные катализаторы. Окислительные реакции играют важную роль в модификации гидрофобных компонентов мембран. Например, стерины, простагландины и другие вещества, обладающие регуляторными свойствами, первоначально синтезируются в форме гидрофобных цепей, связанных с водорастворимыми переносчиками (гл. 12). В мембранах могут накапливаться гидрофобные продукты биосинтеза (так, предшественниками простаглан-динов служат полиненасыщенные жирные кислоты фосфолипидов). Однако при взаимодействии с кислородом в молекулах этих соединений образуются гидроксильные группы, что приводит к постепенному увеличению их способности растворяться в воде. По мере того как гидрофильность соединения возрастает благодаря последовательному гидроксилированию, гидрофобные компоненты мембран неизбежно переходят в водный раствор и полностью включаются в процесс метаболизма. Другим процессом, в котором липиды мембран активно разрушаются, является гидролиз под действием фосфолипаз. [c.356]

    Повышение гидрофильности ксенобиотика представляет собой основное направление метаболических реакций, поскольку гидрофильные соединения, обладающие хорошей растворимостью в водных средах, легко выводятся из организма. К такому же результату ведут и окислительные процессы, относящиеся к К- и 8-окислению, дезаминирование, гидроксилирование с образованием спиртов и фенолов. О- и К-дезалкилирование. Большая часть лекарственных средств содержит функциональные группы, способные к указанным превращениям. Например, гидрофильность парацетамола повышается в результате его превращения в организме в глюкоуронид и эфир серной кислоты. [c.463]

    НАДФН — основной донор электронов в восстановительных реакциях биосинтеза. В большинстве биосинтетических реакций продукты находятся в более восстановленном состоянии, чем предшественники. Высокоэнергетические электроны, необходимые для поддержания метаболических реакций поставляет НАДФН. Примером может служить биосинтез жирных кислот или активация О2 при действии оксигеназ со смешанной функцией, катализирующих реакции гидроксилирования. Необходимое количество НАДФН образуется в пентозофосфатном цикле, а также под действием фермента декарбоксилирующей малатдегидрогеназы при переносе ацетил-СоА из митохондрий в цитоплазму для синтеза жирных кислот. [c.439]

    Микробиологическое гидроксилирование ароматического кольца широко освещено в литературе, однако в настоящее время этот метод имеет гораздо меньшую синтетическую ценность для химика-органика, чем гидроксилирование алифатических соединений, которому посвящено значительно меньшее число работ. Это обусловлено по крайней мере двумя причинами во-первых, гидроксилированное ароматическое кольцо становится чрезвычайно чувствительным к дальнейшему окислению с помощью других ферментов в клетке или в бесклеточных экстрактах, которое протекает обычно с разрывом кольца и разрушением его до меньших фрагментов (это будет обсуждаться в гл. 5) во-вторых, основная часть опубликованных работ была выполнена микробиологами или биохимиками, которых гораздо больше интересовало исследование метаболических деграда-тивных путей (возможно, для того, чтобы избавиться от нежелательных ароматических соединений), чем создание препаративных биосинтетических систем. Однако известные, пусть малочисленные более или менее полезные синтетические методы позволяют надеяться на то, что в этой области будет еще многое открыто. Выделение первой гидроксилазы в кристаллическом виде [13] позволяет предполагать, что процесс последовательной деградации можно будет в конечном счете расчленить на индивидуальные реакции. [c.117]

    Метод обнаружения в больничных условиях фенилкетонурии у новорожденных младенцев был описан Гутри 51]. При врожденной фенилкетонурии наблюдается недостаточное количество фермента, который превращает путем гидроксилирования фенилаланин в тирозин. Сакс [52] сообщил об изучении метаболизма фенилаланина, сравнивая нормальных душевнобольных пациентов и фенилкетонуроников. Дополнительные сообщения исследовательского характера включают аспекты аминокислотного метаболизма при ФКУ и других аминоацидопатиях [53], химические и метаболические исследования фенилаланина у олигофренов [54] и лечение злокачественных заболеваний путем ограничения содержания фенилаланина [55]. [c.10]

    В таком случае вывод следующий можно ожидать, что только сравнительно слабо специализированные метаболические пути ведут к конечным продуктам, представляющим интерес для систематика наиболее фундаментальные для организма, а также терминальные реакции, общие для очень большого числа растений, ничего не дают. Что касается путей с относительно слабой специализацией, то в общем чем более фундаментален (важен) данный путь с точки зрения всего метаболизма растения в целом, тем крупнее таксон, для которого конечные продукты представляют интерес, и наоборот. Однако, поскольку мы имеем дело с предположительно несущественными метаболитами, всегда имеется возможность, что характерные конечные продукты могут расходиться по более или менее необычным путям, что может давать вторичную картину, представляющую значительный интерес. Примером может служить наличие необычных путей гидроксилирования или метилирования обычного скелета флавонов или коричных кислот (см. раздел VI). [c.98]

    Метаболизм канцерогенных веществ внимательно исследовался с целью получения информации о механизме канцерогенеза (табл. 14) 44-49а Использование флуоресцентной спектроскопии позволило подойти к изучению процессов метаболизма без разрушения циклической структуры. Так, установлено, что метаболическое гидроксилирование ангулярного бензольного кольца в 3,4-бензпирене протекает по положениям 10 и 8 с образованием оксипроизводных XXXVII и XXXVIII. Аналогичные соединения (ХЫ—ХЫП) были найдены и при метаболизме некоторых других полициклических углеводородов  [c.149]

    В реакциях (40)—(42) фигурирует не гидроксил, а гидро-перекисные радикалы (Н—О—О — или его анион) эти радикалы также могут взаимодействовать со многими органическими молекулами, но по реакциям, отличающимся от реакций гидроксильного радикала и гораздо менее эффективным. Например, гидроперекисные радикалы не окисляют алифатических спиртов. Норман и Радда [2] показали, что эти два типа радикалов можно распознавать измерением процентного выхода орто-, мета- и ара-замещенных продуктов гидроксилирования, образующихся при реакции с простыми производными бензола. Они показали, что окисляющий реагент, получающийся при пропускании кислорода через раствор, содержащий аскорбиновую кислоту и ионы железа, который используют как модель системы, воспроизводящей метаболическое гидроксилирование, дает гидроперекисные, а не гидроксильные радикалы. Какие [c.51]

    Стероид-гидроксилазы широко распространены в природе в животных организмах они принимают участие в биосинтезе гормонов коры надпочечников и желчных кислот, а в растениях — в биосинтезе кардено-лидов и сапогенинов. Физиологическая роль гидроксилирования стероидов для микроорганизмов заключается, по-видимому, в детоксикации липофильных субстратов, блокирующих активные центры клеток. Кроме того, стероид-гидроксилазы могут принимать участив в метаболизме продуцируемых некоторыми грибами стероидных кислот (см. Введение). В табл. 14 проведено сравнение гидроксилирования стероидов ферментами микроорганизмов и ферментами тканей животных [7—9]. Хотя ферменты микробного происхождения неспособны гидроксилировать стероиды в положения 2а, 6а и 20а, подобно ферментам из тканей, в целом первая группа ферментов несравненно более разнообразна, что отражает большее разнообразие метаболических реакций в микроорганизмах. [c.60]

    Окислительно-восстановительные превращения кислородных заместителей у стероидных соединений, катализируемые особыми ферментами — оксистероид-дегидрогеназами,— играют важную роль в качестве первых стадий при более глубоких метаболических процессах. Их физиологический смысл, по-видимому, состоит в обеспечении наиболее подходящей конфигурации субстрата для последующих превращений. Примером может служить образование А -3-кетогруппировки из А -Зр-оксисоединений в качестве необходимой предпосылки для последующего гидроксилирования (гл. II), дегидрирования (гл. IV) или расщепления углеродного скелета (гл. V). Этим же, по-видимому, объясняются столь частые проявления активности 17р- и 20р-оксистероид-дегидрогеназ нри действии на стероиды 1,2-дегидрирующих микроорганизмов. [c.103]

    В метаболизме проканцерогенов и других ксенобиотиков принимают участие монооксигеназы и трансферазы. Ферменты, ответственные за метаболическую активацию проканцерогенов, являются в основном гем-содержащими монооксигеназами, локализованными в эндоплазматическом ретикулуме. Эти же ферменты метаболизируют и другие ксенобиотики, например лекарства и вещества, загрязняющие окружающую среду. Монооксигеназы катализируют гидроксилирование различных проканцерогенов и ксенобиотиков, при этом источником кислорода служит молекулярный кислород, а NADPH — восстановителем  [c.354]

    Известно, что одной из мишеней гепатотоксического действия четыреххлористого углерода являются гидроксилирующие ферменты эндоплазматического ретикулума печени. Так, было показано [260, 261], что пероральное введение четыреххлористого углерода в дозе 1 мл/кг массы тела уже через 2 часа приводит к снижению содержания цитохрома Р-450 в эндоплазматическом ретикулуме печени более чем на 50 % (табл. 1.4, рис. 1.4). Еще в большей степени снижается эффективность микросомального окисления, в частности скорость гидроксилирования анилина и полностью подавляется способность микросом печени к метаболической активации I4. Такой результат действия I4 является [c.34]

---

Реакция — гидроксилирование — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Реакция — гидроксилирование

Cтраница 2

Важную роль в биохимических процессах играет реакция электрохимического гидроксилирования пара-замещенного фенола тирозина.  [16]

Более важны с точки зрения биогенеза реакции гидроксилирования и декарбоксилирования. Гидроксилированные в бензольном кольце производные триптофана образуются с помошью специфических ферментов-оксидаз. Особенно важен 5-гидрокситриптофан 6.376. Декарбоксилирование индольных а-аминокислот ведет к синтезу индолил-3 — этиламинов.  [17]

Потребность во внешнем восстанавливающем агенте напоминает реакцию гидроксилирования фенилаланина ( см. раздел 1ПБ), однако восстановители в этих реакциях отличаются друг от друга.  [18]

Наиболее простым методом получения N-монозамещенных бензи-имидазолонов является реакция гидроксилирования бензимидазолов, содержащих при атоме азота заместители, инертные по отношению к щелочам ( алкил -, аралкил -, арил -, алкокси — и др.), с помощью плавленой безводной щелочи.  [19]

Два других фермента, L-фенилаланингидроксилаза и дигидро-птеридинредуктаза, катализируют реакцию гидроксилирования фенилаланина и рециклизации окисленного кофермента соответственно. Природа окисленного кофермента изучалась Кауфманом с применением модельных соединений и идентифицирована как хиноидный изомер ( 46) дигидробиоптерина.  [20]

При действии кислорода на фенол в присутствии фенолазы имеет место реакция гидроксилирования.  [21]

В-третьих, свободный пролин не может быть использован как субстрат для реакции гидроксилирования; это означает, что свободный оксипролин не является промежуточным продуктом в синтезе коллагена. В опытах с бесклеточной микросомной системой из куриных эмбрионов, включавшей меченый пролин в пептидный оксипролин, было показано, что образование оксипролина сильно отстает от включения пролина. Эти данные свидетельствуют о том, что фактическим субстратом в реакции гидроксилирования служит пролин, уже связанный пептидной связью. В-четвертых, синтез оксипролина, входящего в состав коллагена, катализируется ферментной системой, ассоциированной с рибосомной фракцией клетки.  [22]

Потеря фитотоксичности 2 4 — Д в растениях может произойти в результате реакции гидроксилирования, то есть введения в кольцо окси-группы — ОН и при этом образуется 2 5-дихлор — 4-оксифеноксиуксус-ная кислота.  [23]

При этом происходит восстановление свинца и окисление алкеновой группировки в лигнине ( аналогичное реакции гидроксилирования алкенов) с образованием группировки диацетата а-гликоля. В полученном производном лигнина определяют ацетильные группы и рассчитывают содержание двойных связей.  [24]

Поскольку для указанных реакций не найдено специфических ферментов, дискуссию о природе кофактора реакции гидроксилирования нужно считать преждевременной. Фермент сравнительно специфичен и реагирует с различными птеридинами, являющимися внешними источниками электронов. В последнем случае наблюдается необычный тип реакции: происходит дефторирование и образуется тирозин.  [25]

Этот механизм выглядит в виде цикла, цитохром Р4 о многократно может участвовать в реакциях гидроксилирования.  [27]

Эта теория, развитая Боном и его сотрудниками [27], полагает, что окисление идет через реакции последовательного гидроксилирования. По этой теории, например, окисление метана последовательно идет через метиловый спирт, метилен-гликоль, разлагающийся на формальдегид и воду. Формальдегид может окисляться в муравьиную кислоту или разлагаться на окись углерода и водород.  [28]

Задание 14.5. Какое из колец хинолина легче вступает в реакцию нитрования, а какое — в реакцию гидроксилирования.  [29]

Если ввести фтор в положение, по которому в ходе метаболизма витамина D3 осуществляется гидроксилирование, реакцию гидроксилирования этого положения можно рассматривать как блокированную.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

— роль микросом — Биохимия

Микросомальное окисление – это последовательность реакций с участием оксигеназ и НАДФН, приводящих к внедрению атома кислорода в состав неполярной молекулы и появлению у нее гидрофильности, что повышает ее реакционную способность..

Реакции микросомального окисления осуществляются несколькими ферментами, расположенными на мембранах эндоплазматического ретикулума (в случае in vitro они называются микросомальные мембраны). Ферменты организуют короткие цепи, которые заканчиваются цитохромом P₄₅₀. 

Реакции микросомального окисления относятся к реакциям фазы 1 и предназначены для придания гидрофобной молекуле полярных свойств и/или для повышения ее гидрофильности, усиления реакционной способности молекул для участия в реакциях 2 фазы. В реакциях окисления происходит образование или высвобождение гидроксильных, карбоксильных, тиоловых и аминогрупп, которые и являются гидрофильными.

Ферменты микросомального окисления располагаются в гладком эндоплазматическом ретикулуме и являются оксидазами со смешанной функцией (монооксигеназами).

Цитохром P450

Основным белком микросомального окисления является гемопротеин – цитохром Р₄₅₀. В природе существует до 150 изоформ этого белка, окисляющих около 3000 различных субстратов. Соотношение разных изоформ цитохрома Р450 различается в силу генетических особенностей. Считается, что одни изоформы участвуют в биотрансформации ксенобиотиков, другие – метаболизируют эндогенные соединения (стероидные гормоны, простагландины, жирные кислоты и др.). 

Цитохром Р450 взаимодействует с молекулярным кислородом и включает один атом кислорода в молекулу субстрата, способствуя появлению (усилению) у нее гидрофильности, а другой – в молекулу воды. Основными его реакциями являются: 

• окислительное деалкилирование, сопровождающееся окислением алкильной группы (метил, этил) при атомах N, O или S до альдегидной и ее отщеплением,
• окисление (гидроксилирование) неполярных соединений с алифатическими цепями или ароматическими кольцами,
• окисление спиртов до соответствующих альдегидов.

Работа цитохрома Р₄₅₀ обеспечивается двумя ферментами:

• НАДН‑цитохром b₅‑оксидоредуктаза, содержит ФАД,
• НАДФН‑цитохром Р₄₅₀‑оксидоредуктаза, содержит ФМН и ФАД.

Схема взаиморасположения ферментов микросомального

окисления и их функции

Обе оксидоредуктазы получают электроны от соответствующих восстановленных эквивалентов и передают их на цитохром Р₄₅₀. Этот белок, предварительно присоединив молекулу восстановленного субстрата, связывается с молекулой кислорода. Получив еще один электрон, цитохром P₄₅₀ осуществляет включение в состав гидрофобного субстрата первого атома кислорода (окисление субстрата). Одновременно происходит восстановление второго атома кислорода до воды. 

Последовательность реакций гидроксилирования субстратов

с участием цитохрома Р450

Существенной особенностью микросомального окисления является способность к индукции или ингибированию, т.е. к изменению мощности процесса.

Индукторами являются вещества, активирующие синтез цитохрома Р₄₅₀ и транскрипцию соответствующих мРНК. Они бывают

1. Широкого спектра действия, которые обладают способностью стимулировать синтез  цитохрома Р₄₅₀, НАДФН-цитохром Р₄₅₀-оксидоредуктазы и глюкуронилтрансферазы. Классическим представителем являются производные барбитуровой кислоты – барбитураты,  также в эту группу входят диазепам, карбамазепин, рифампицин и др.

2. Узкого спектра действия, т.е. стимулируют одну из форм цитохрома Р₄₅₀ –  ароматические полициклические углеводороды (метилхолантрен, спиронолактон), этанол.

Например, этанол стимулирует синтез изоформы Р₄₅₀2Е1 (алкогольоксидаза) которая участвует в метаболизме, этанола, нитрозаминов, парацетамола и др. 
Глюкокортикоиды индуцируют изоформу Р₄₅₀3А.

Ингибиторы микросомального окисления связываются с белковой частью цитохрома или с железом гема. Они делятся на:

1. Обратимые

• прямого действия – угарный газ (СО), антиоксиданты, 
• непрямого действия, т.е. влияют через промежуточные продукты своего метаболизма, которые образуют комплексы с цитохромом Р₄₅₀ – эритромицин.

2. Необратимые ингибиторы – аллопуринол, аминазин, прогестерон, оральные контрацептивы, тетурам, фторурацил, 

Оценка реакций 1-й фазы

Оценку микросомального окисления можно проводить следующими способами:

• определение активности микросомальных ферментов после биопсии,
• по фармакокинетике препаратов,
• с помощью метаболических маркеров (антипириновая проба).

Антипириновая проба

Обследуемый принимает утром натощак амидопирин из расчета 6 мг/кг веса. Собирается 4 порции мочи в интервале соответственно от 1 до 6 часов, 6-12, 12-24 и 45-48 часов. Объем мочи измеряется. Не позже, чем через 24 часа моча центрифугируется или фильтруется. Далее исследуется концентрация 4-аминоантипирина и его метаболита N-ацетил-4-аминоантипирина в моче.

Реакции превращения амидопирина в печени

Роль нейротрансмиттеров в регуляции энергетического гомеостаза и возможности медикаментозной коррекции его нарушений при ожирении | Дедов

Ожирение во всем мире является одной из наиболее значимых проблем здравоохранения. ВОЗ определяет ожирение как хроническое заболевание, распространенное как в развитых, так и развивающихся странах и поражающее в равной степени детей и взрослых. Европейское медицинское агентство дает определение ожирению как хроническому заболеванию, вызываемому генетическими, метаболическими, поведенческими факторами и факторами окружающей среды и связанному с повышением частоты осложнений и смертностью.

По последним данным ВОЗ, в период с 1980 по 2013 гг. в мире отмечено увеличение доли взрослых, имеющих индекс массы тела (ИМТ) выше 25 кг/м2, с 28,8% до 36,9% у мужчин и с 29,8% до 38% у женщин.

В основе современного подхода к терапии ожирения лежит признание хронического характера заболевания, то есть невозможности его полного излечения, и, следовательно, необходимости долгосрочного лечения [1]. Нередко при ожирении отмечаются нарушения со стороны психики, у человека появляется непреодолимое желание потреблять пищу, причем в ряде случаев это не приносит ему удовольствия. Иногда даже при сознательном отношении к диетотерапии и достаточной мотивации уменьшение потребления пищи и изменение ее состава очень трудно переносится больным. В таких случаях показана фармакотерапия ожирения, в том числе препараты, влияющие на пищевое поведение.

Следует отметить, что в ряде случаев даже при проведении фармакотерапии ожирения препаратами, доказавшими свою эффективность, после прекращения лечения пациенты возвращаются к своим пищевым привычкам и пристрастиям. В этой связи актуальным продолжает оставаться поиск иных методик коррекции пищевого поведения. Известно, что активация алиментарных зон коры достигается путем предъявления различных стимулов – зрительных, обонятельных, вкусовых [2]. Уникальный вариант ответа головного мозга на пищу и связанные с ней стимулы могут помочь объяснить возбуждение аппетита в той или иной ситуации. Поисковые работы, направленные на определение функционально значимых зон коры с последующим индивидуальным картированием, представляются перспективными с точки зрения разработок новых методов и подходов к лечению ожирения [3].

Итак, количество пищи, которое человек съедает, определяется внутренней потребностью, называемой голодом. Вид пищи, которому субъект отдает предпочтение, обусловлен аппетитом. Эти ауторегуляторные механизмы чрезвычайно важны для адекватного снабжения организма питательными веществами. Однако функциональная организация гипоталамуса или прочих нервных центров, отвечающих за пищевое поведение у людей с ожирением, отличается от таковой у людей с отсутствием избыточной массы тела [4]. Это могут быть нарушения медиаторных или рецепторных механизмов, нейрональных путей гипоталамуса, регулирующих пищевое поведение. В пользу такой точки зрения свидетельствуют наблюдения за пациентами, которым удалось вернуться к нормальной массе тела на фоне диетотерапии и у которых при этом обычно формируется чувство голода более сильное, чем у обычных людей. Это означает, что регуляторные системы, контролирующие пищевое поведение, у людей с ожирением запрограммированы исходно на более высокий уровень запасания питательных веществ, чем у людей с нормальной массой тела.

Регуляция энергетического баланса осуществляется двумя типами нейронов аркуантных ядер [5].

1. Проопиомеланокортиновыми нейронами (РОМС, ПОМК), которые выделяют альфа-меланоцитостимулирующий гормон (α-MSH, альфа-МСГ) и кокаин- и амфетамин-опосредованные транскрипты (САRT, КАРТ), уменьшающие потребление пищи и увеличивающие расход энергии.
2. Нейронами, которые продуцируют меланин-опосредованный белок (AGRP, или агути-подобный пептид, АПП) и нейропептид Y (NPY, НПY), увеличивающие потребление пищи и уменьшающие расход энергии.

Альфа-меланоцитостимулирующий гормон, выделяемый РОМС-нейронами, стимулирует меланокортиновые рецепторы (МСR3 и МСR4) паравентрикулярных ядер, которые затем активируют нейрональный путь, проецирующийся на ядра солитарного тракта, и повышают симпатическую активность и расход энергии. Меланин-опосредованный белок действует как антагонист МСR4 [5].

Инсулин, лептин и холецистокинин (гормоны, ингибирующие AGPG- и NPY-нейроны и стимулирующие соседние РОМС- и САRT-нейроны) уменьшают потребление пищи [6]. Грелин активирует AGPG- и NPY-нейроны и стимулирует потребление пищи. Рецепторы растяжения желудка активируют сенсорные афферентные пути в составе блуждающего нерва и ингибируют потребление пищи. Пептид YY (PYY) и холецистокинин являются гастроинтестинальными гормонами, которые выделяются при пищеварении и подавляют дальнейшее потребление пищи. Грелин, выделяемый желудком, особенно во время голодания, стимулирует аппетит. Лептин-гормон, продуцируемый жировыми клетками в возрастающих количествах при увеличении их размеров, ингибирует потребление пищи.

Существует много химических посредников, влияющих на структуры гипоталамуса, которые вместе образуют центр координации пищевого поведения и насыщения [7]. Некоторые из них суммированы в таблице 1.

Таблица 1. Гормоны и нейромедиаторы, влияющие на гипоталамические центры голода и насыщения
анорексигенные	орексигенные
Альфа-меланоцитостимулирующий гормон	Нейропептид Y
Лептин	Меланин-опосредованный белок
Серотонин	Меланин-концентрирующий гормон
Норадреналин	Орексины А и В
Кортикотропин-рилизинг-гормон	Эндорфины
Инсулин	Галанин
Холецистокинин-панкреозимин	Аминокислоты (глутамат и гамма-аминомасляная кислота)
Глюкагоноподобный пептид	Кортизол
Кокаин- и амфетамин-опосредованные транскрипты	Грелин
Пептид YY

Гипоталамус и стволовые структуры мозга (такие как дугообразное ядро, паравентрикулярное ядро, ядро одиночного пути, дорзальное двигательное ядро блуждающего нерва и другие) участвуют в восприятии сигналов насыщения, опосредуемых гормонами, адипокинами, нейропептидами и их метаболитами и трансформации полученной информации в поведенческие реакции [6]. Преобразование периферического сигнала происходит при помощи нейротрансмиттеров, к которым относятся катехоламины (дофамин, адреналин и норадреналин) и индоламины (серотонин). К настоящему времени известно не менее пятидесяти химических соединений, которые способны функционировать в качестве синаптических медиаторов.

Дофамин, норадреналин и адреналин являются последовательными звеньями цепи превращений аминокислоты тирозина. Хотя дофаминергические нейроны составляют 1–2% от общей популяции нейронов, их роль в регуляции пищевого поведения крайне важна. Известно 5 типов рецепторов дофамина, которые разделены на 2 подтипа в зависимости от воздействия на аденилатциклазу – D1-подобные (D1, D5) – активирующие и D2-подобные (D2, D3, D4) – ингибируют ее. В настоящее время роль D1-подобных рецепторов в  регуляции пищевого поведения не доказана. Роль D2-подобных рецепторов определяется не только их количеством, но и местом локализации [8, 9].

Норадреналин реализует свое действие в клетках паравентрикулярных и вентромедиальных ядер гипоталамуса. Воздействие на α1-, β2- и β3-адренорецепторы приводит к снижению аппетита, а стимуляция α2-рецепторов, наоборот, стимулирует аппетит.

Норадреналин и дофамин являются нейрогуморальными медиаторами на окончаниях постганглионарных нервных волокон и в некоторых отделах головного мозга. Самые высокие концентрации этих аминов встречаются в окончаниях нейронов, где они синтезируются и хранятся в везикулах в области расширенной концевой части. Из фенилаланина синтезируются три катехоламина: норадреналин, адреналин и дофамин. Ферменты, участвующие в биосинтезе норадреналина и адреналина, не обладают высокой специфичностью. Так, ДОФА-декарбоксилаза катализирует превращение 5-гидрокситриптофана в 5-ГТА и гистидина в гистамин. Адреналин, высвободившийся в синаптическую щель, разрушается частично, а часть его снова захватывается окончанием симпатического нейрона.

Одним из важнейших трансмиттеров, участвующих в регуляции энергетического гомеостаза, который заключается в стимуляции одних и ингибировании других нейронов гипоталамуса периферическими гормонами, является серотонин. Серотонин (5-гидрокситриптамин) 5-ГТА был выделен в 1948 г. Он представляет собой соединение, имеющее в организме человека функцию гормона и нейромедиатора. Серотонин обладает самыми разнообразными свойствами, обнаруживается в тканях, тучных клетках и тромбоцитах. Самая высокая его концентрация наблюдается в эпифизе и составляет от 60 до 180 мкг на грамм, где он служит предшественником для биосинтеза мелатонина. Серотонин синтезируется из триптофана, гидроксилирование которого приводит к образованию 5-гидрокситриптофана (5-ГТФ). Эта реакция катализируется 5-ГТФ-гидроксилазой. Декарбоксилирование 5-ГТФ ферментом 5-ГТФ-декарбоксилазой сопровождается образованием 5-гидрокситриптамина (серотонин, 5-НТ) [10]. Этот фермент декарбоксилирует также гистидин и ДОФА. В ЦНС и ЖКТ 5-ГТА депонируется в клеточных цитоплазматических гранулах, подобных хромаффинным гранулам, в которых депонируются катехоламины. Большинство серотонинергических нейронов находится в гипоталамусе и лимбической системе головного мозга. Больше всего их в так называемых «ядрах шва» – участках ствола мозга. Именно там и происходит синтез серотонина в головном мозге. Экзогенный серотонин не проникает через гематоэнцефалический барьер [11], таким образом, концентрация серотонина в головном мозге не зависит от синтеза и секреции его в ЖКТ, а определение концентрации серотонина в крови не дает информации о его концентрации в ЦНС. Однако для предшественника серотонина 5-ГТФ барьера проницаемости не существует.

Эффекты серотонина реализуются через его рецепторы. Выделено 14 типов серотониновых рецепторов: 5-НТ1A-F, 5-HT2A-C, 5HT3-7 [5]. Однако лишь для части рецепторов определена роль в патогенезе ожирения: 5-НТ2С, 5-НТ1А и 5-НТ2В [10, 12], а также все еще мало изученного 5-НТ6 [13]. Точкой приложения серотонина является меланокортиновая система. В дугообразных ядрах гипоталамуса серотонин активирует ПОМК/КАРТ-нейроны, что приводит к увеличению выработки α-МСГ и, соответственно, снижению потребления пищи, а взаимодействие с АПБ-нейронами предотвращает подавление секреции α-МСГ [5]. Серотонин, вырабатываемый в ЖКТ, также вносит вклад в энергетическую регуляцию, стимулируя моторику ЖКТ и секрецию соляной кислоты в желудке и бикарбонатов в двенадцатиперстной кишке, а также реализует вазоактивные свойства в слизистой и подслизистой оболочках и определяет вкусовые ощущения. Серотонин суживает кровеносные сосуды, в т.ч. почечные, менингеальные и легочные артерии. Он также суживает вены и венулы, но расширяет кровеносные сосуды скелетной мускулатуры, коронарные сосуды и капилляры кожи, провоцируя периферическое депонирование крови. На миокард 5-ГТА оказывает непосредственное слабое положительное инотропное и хронотропное действие, однако клинически у человека это практически не проявляется, поскольку серотонин также вызывает рефлекторную брадикардию. Серотонин влияет на артериальное давление, это влияние имеет вид трехфазного процесса: сначала наблюдается кратковременное понижение давления вследствие усиления активности блуждающего нерва, вызванного стимуляцией хеморецепторов коронарных сосудов и каротидного синуса, с последующим быстрым повышением АД вследствие сужения периферических сосудов. Позднее повышение АД сменяется стойкой гипотензией вследствие расширения кровеносных сосудов скелетной мускулатуры. Серотонин стимулирует все гладкомышечные структуры.

Серотонин содержится в нервной системе. Большие количества 5-ГТА обнаруживаются в области среднего мозга, лимбической системы, гипоталямуса, хвостатом ядре и гипофизе. 5-ГТА является химическим медиатором, высвобождающимся триптаминергическими нейронами, широко представленными в мозге. Одной из важных функций нейронов, где медиатором служит триптамин, является торможение повышенной реактивности на разные стимулы; изменение триптаминергических функций может быть причиной нарушения сна, настроения, восприятия боли, сексуального и пищевого поведения, моторной активности и восприятий [14]. Такие нейроны участвуют также в регуляции температуры тела, контроле за эндокринными функциями и экстрапирамидной активностью.

Нарушение метаболизма 5-ГТА в мозге является одной из предполагаемых причин определенных психических нарушений, в том числе нарушений пищевого поведения.

Для выработки серотонина в организме необходимо:

• поступление с пищей триптофана – аминокислоты, необходимой для непосредственного синтеза серотонина в синапсах [11];
• поступление глюкозы, стимуляция выброса инсулина в кровь, стимуляция катаболизма в тканях и, как следствие, – повышение уровня триптофана в крови.

С этими фактами напрямую может быть связана булимия и пристрастие к пище, богатой углеводами. Серотонин способен вызвать субъективное ощущение сытости, причем, когда в организм поступает пища, в том числе содержащая триптофан, увеличивается выработка серотонина, что повышает настроение. Мозг быстро улавливает связь между этими явлениями – и в случае депрессии (серотонинового голодания), незамедлительно «требует» дополнительного поступления пищи с триптофаном или глюкозой. Наиболее богаты триптофаном продукты, которые почти целиком состоят из углеводов, например, хлеб, бананы, шоколад или чистые углеводы: сахар или фруктоза.

Серотонин метаболизируется в организме с помощью моноаминоксидазы-А (МАО-А) до 5-гидроксииндолуксусной кислоты, которая затем выводится с мочой. Первые антидепрессанты являлись ингибиторами моноаминоксидазы, которые также подавляют разрушение норадреналина моноаминоксидазой. Однако из-за большого количества побочных эффектов, вызванных широким биологическим действием моноаминоксидазы, в настоящее время в качестве антидепрессантов применяются «ингибиторы обратного захвата серотонина». Эти вещества затрудняют и обратный захват серотонина в синапсах, тем самым повышая его концентрацию в крови. Отмечено, что помимо антидепрессивного действия они могут работать как аноректики [14]. В частности, ингибирование обратного захвата серотонина приводит к тому, что эффект серотонина, вызывающего деполяризацию ПОМК/КАРТ-нейронов, где сосредоточены рецепторы 5-НТ2С, повышение продукции α-MSH, активацию рецепторов МК4,3 реализуется в снижении количества принимаемой пищи.

Синапс – это структура, образованная тесным контактом нейрона с нейроном или с эффекторной клеткой. Он сформирован для передачи возбуждения или ингибирования. Синапс между преганглионарным и постганглионарным волокнами носит название ганглия, а между постганглионарным волокном и рецептором – нейроэффекторного соединения. Синапс является физиологическим, а не анатомическим продолжением нейрона. Переход импульса через синапс называется процессом передачи, тогда как движение импульса по волокну, преганглионарному или постганглионарному, – процессом проведения импульса. Пространство между пресинаптическими и постсинаптическими волокнами или между нервным окончанием и рецептором получило название синаптической щели. В области ганглия она ограничена пре- и постсинаптической мембраной, а в области нейроэффекторного соединения – поверхностной мембраной нервного окончания с одной стороны и зоной рецептора – с другой. Концевые части пре- и постганглионарных аксонов содержат овальные пузырьки – синаптические пузырьки, имеющие тенденцию к скоплению вблизи синаптической щели. При передаче нервного импульса нейромедиаторы из синаптических пузырьков попадают в синаптическую щель, после чего связываются с рецепторами на постсинаптической мембране. Затем они удаляются из синаптической щели, либо разрушаясь под действием ферментов, либо подвергаясь обратному захвату соответствующими рецепторами пресинаптической мембраны.

Действие лекарственных препаратов, связанное с медиаторами, можно классифицировать как пресинаптическое и постсинаптическое [15].

Многие лекарственные средства с центральным действием изменяют реакцию на 5-ГТА или процесс его депонирования, синтеза, захвата, высвобождения или катаболизма. Так как во многих исследованиях показана решающая роль серотонинергической недостаточности как причины нарушений пищевого поведения, применение ингибиторов обратного захвата серотонина актуально в лечении ожирения [16, 17]. Действительно, ожирение характеризуется более низким церебральным уровнем серотонина, это ведет к формированию отсроченного сигнала к прекращению еды (или его отсутствия), вследствие недостаточной рецепторной стимуляции. Снижение уровня серотонина компенсаторно увеличивает плотность рецепторов, приводит к развитию расстройств, напоминающих депрессивные.

Ингибиторы обратного захвата серотонина в синаптической щели конкурентно связываются с рецепторами обратного захвата 5-ГТА. В результате концентрация серотонина в синаптической щели увеличивается, что усиливает передачу нервного импульса. Этот эффект лежит в основе действия препаратов, повышающих психическую активность, снимающих эмоциональное напряжение и моделирующих пищевое поведение.

Сибутрамин

Сибутрамин представляет собой ингибитор обратного захвата нейромедиаторов: серотонина (53%), норадреналина (54%) и дофамина (16%) [18], вследствие чего возрастает концентрация этих медиаторов в синаптическом пространстве. Вследствие такого двойного механизма действия препарат оказывает влияние на обе стороны энергетического баланса, т.е., усиливая и пролонгируя чувство насыщения, уменьшает поступление энергии за счет снижения количества потребляемой пищи и увеличивает ее расход вследствие усиления термогенеза.

Сибутрамин образует в организме активные метаболиты (первичные и вторичные амины), значительно превосходящие сибутрамин по способности ингибировать обратный захват серотонина и норадреналина. Сибутрамин отличается по механизму действия от других препаратов центрального действия тем, что не влияет на допаминергическую систему и потому не вызывает привыкания и лекарственной зависимости.

Основные побочные эффекты препарата — сухость во рту, запоры, отсутствие аппетита, бессонница, повышение АД, учащение сердцебиения — слабо выражены и носят преходящий характер. Сибутрамин не назначают при беременности и лактации, при тяжелой почечной и печеночной недостаточности, психических заболеваниях, АГ, ИБС и нарушениях ритма сердца, сердечной недостаточности, феохромоцитоме, глаукоме, а также одновременно с ингибиторами моноаминооксидазы и психотропными препаратами. Начальную дозу сибутрамина (10 мг) применяют однократно утром. Если за 4 недели потеря массы тела составляет менее 2 кг, то при хорошей переносимости препарата доза может быть увеличена до 15 мг. Прием препарата прекращают, если за 3 месяца лечения масса тела уменьшилась менее чем на 5%. Длительность приема препарата не более 12 месяцев. Лечение сибутрамином помогает больным в формировании правильных привычек питания. В 1998 г. препарат был зарегистрирован в США, а через год и в Европе, как препарат для лечения ожирения.

По данным мета-анализа по оценке эффективности лечения ожирения, в который были включены 10 двойных слепых плацебо контролируемых исследований (n=2623) с длительностью приема препаратов от 1 года, пациенты, получавшие сибутрамин, снизили массу тела на 4,2 кг больше (95% ДИ от 3,6 до 4,7 кг), чем пациенты, получавшие плацебо, что увеличило число лиц, похудевших без медикаментозного лечения на 5% и 10% от исходного веса, на 32% и 18% соответственно [19]. Среди пациентов, получавших сибутрамин, было на 10–30% больше лиц, которые успешно удерживали достигнутый результат (успешным считали сохранение 80–100% потерянного веса). Аналогичные результаты были получены и по данным других мета-анализов [20]. Среди метаболических эффектов сибутрамина отмечено достоверное уменьшение ИМТ, окружности талии, снижение уровня ТГ, повышение уровня ЛПВП и небольшое снижение гликированного гемоглобина и тощаковой гликемии у пациентов с сахарным диабетом и ожирением. Применение сибутрамина приводило к повышению систолического и диастолического АД на 1–3 мм рт.ст. и увеличению частоты пульса на 4–5 ударов в минуту [18]. Наиболее распространенные побочные эффекты сибутрамина, такие как сухость во рту, анорексия, запор, головная боль и бессонница, как правило, связаны с симпатомиметическими свойствами, частота нежелательных явлений варьировала от 7 до 20%.

Исследование SCOUT (Sibutramine Cardiovascular OUTcomes) было запланировано ддя оценки исходов снижения массы на фоне фармакотерапии сибутрамином у пациентов с высоким сердечно-сосудистым риском. Из 10 742 пациентов, включенных в предварительный период исследования, абсолютное большинство (91,9 %) имели противопоказания к назначению препарата, предусмотренные действовавшей инструкцией: сердечно-сосудистые заболевания и артериальное давление выше 145/90 мм рт. ст. 6-недельный период лечения продемонстрировал хорошую переносимость и эффективность препарата у пациентов с высоким сердечно-сосудистым риском [29]. Далее SCOUT было продолжено как рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое исследование, в которое было включено 9804 мужчин и женщин в возрасте ≥55 лет, с ИМТ≥27 кг/м2 и ≤45 кг/м2 или ≥25 кг/м2 и <27 кг/м2 при окружности талии ≥102/≥88 см (мужчины/женщины соответственно) [21]. Все пациенты имели в анамнезе сердечно-сосудистые заболевания, такие как ишемическая болезнь сердца, инсульт или облитерирующее поражение периферических сосудов и/или сахарный диабет 2-го типа с наличием хотя бы одного дополнительного кардиоваскулярного фактора риска (гипертензия, дислипидемия, курение или диабетическая нефропатия). Критериями исключения были симптомы сердечной недостаточности выше II функционального класса (классификация Нью-Йоркской кардиологической ассоциации), АД>160/100 мм рт. ст., пульс >100 ударов в минуту, планируемая операция на сердце или коронарных артериях, а также недавняя потеря веса. Средняя продолжительность лечения составила 3,4 года. По результатам исследования средняя потеря веса в течение вводного 6-недельного периода (сибутрамин в дозе 10 мг) составила 2,6 кг; после рандомизации пациенты, получавшие сибутрамин, продолжили дальнейшее снижение веса (-1,7 кг за год), тогда как пациенты группы плацебо отметили обратную прибавку веса (0,7 кг за год). В течение вводного периода отмечалось снижение артериального давления – в среднем на 4,7 мм рт.ст. систолического и 1,7 мм рт.ст. диастолического. После рандомизации средние показатели АД оставались ниже исходных значений в обеих группах наблюдения, но в группе сибутрамина они были статистически значимо выше, чем в группе плацебо – средние различия в группах составляли от -0,3 до 1,2 мм рт.ст. САД и от 0,6 до 1,4 мм рт.ст. ДАД. Частота пульса также была выше в группе сибутрамина – 3,7 и 2,2 удара в минуту соответственно. Было зафиксировано повышение риска первичных сердечно-сосудистых событий на 16% выше в группе сибутрамина, а число всех случаев составило 11,4% в группе сибутрамина по сравнению с 10,0% в группе плацебо; в том числе риск развития инфаркта миокарда без летального исхода и инсульта без летального исхода были 4,1% и 2,6% в группе сибутрамина и 3,2% и 1,9% в группе плацебо. При этом риск смерти от сердечно-сосудистых событий или смерти от всех причин был сравним с группой плацебо [21].

Дизайн исследования SCOUT вызвал целый ряд замечаний со стороны экспертов, а именно, включение в исследование пациентов, уже имеющих противопоказания к назначению сибутрамина, и большая продолжительность лечения (в среднем 3,4 года, тогда как инструкцией было предусмотрено непрерывное лечение только в течение 2 лет). Несмотря на это, в 2010 году по рекомендации американских и европейских органов по надзору за лекарственными препаратами (FDA, EMA) была полностью прекращена продажа препарата в странах Евросоюза, в США препарат был ограничен для применения у пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями (ССЗ).

Отсутствие иных эффективных препаратов для лечения ожирения привело к дальнейшим исследованиям препарата, а также пересмотру исследования SCOUT – была продемонстрирована безопасность применения сибутрамина у пациентов с ССЗ в течение короткого периода лечения (до 6 мес) [22, 23], а также безопасность его краткосрочного [24, 25] и долгосрочного [26] применения у пациентов, не имеющих в анамнезе ССЗ.

В России опыт использования сибутрамина обобщен в виде результатов крупных наблюдательных программ. Так, в наблюдательной программе ВЕСНА (2011–2012) приняли участие более 34 тысяч пациентов и 1520 врачей в 52 городах Российской Федерации [25]. В рамках программы был проведен сбор эпидемиологических данных об эффективности и безопасности препарата Редуксин® (сибутрамин и микрокристаллическая целлюлоза) в условиях повседневной медицинской практики. Наблюдательная программа ВЕСНА во многом содействовала внедрению рациональной терапии лекарственными препаратами, содержащими сибутрамин, в России. Обоснованное назначение препарата врачами и систематическая оценка состояния пациента в процессе лечения способствовали профилактике целого ряда осложнений фармакотерапии ожирения и снижению частоты и выраженности возможных нежелательных явлений.

Программа «ПримаВера», проводимая под руководством Эндокринологического научного центра и Российской ассоциации эндокринологов, продолжила практику наблюдательных программ в сфере лечения таких социально значимых заболеваний, как ожирение и СД 2 типа, и была направлена на внедрение в клиническую практику врачей разных специальностей алгоритма мониторинга эффективности и безопасности терапии ожирения. Реализация этого алгоритма позволяет врачу любой специальности правильно отбирать пациентов, которым показано применение препарата Редуксин® (сибутрамин и микрокристаллическая целлюлоза), корректировать дозу в зависимости от результатов лечения и его влияния на сердечно-сосудистую систему, а также отслеживать на ранних сроках не ответивших на терапию пациентов, у которых дальнейшее применение сибутрамина может влиять на возрастание сердечно-сосудистых рисков. В программе приняли участие более 3000 врачей и около 100 000 пациентов. Результаты реализации программы «ПримаВера» подтвердили благоприятный профиль безопасности препарата Редуксин® в течение длительного периода лечения ожирения (до 1 года) и его высокую эффективность. Так, за 3 месяца терапии значимое снижение массы тела на 5% и более от исходных значений было отмечено у 92,4% больных. За двенадцать месяцев терапии у 51,2% пациентов ИМТ уменьшился до показателя ниже 30 кг/м2, а у 11,5% пациентов, имевших морбидное ожирение, удалось добиться снижения ИМТ ниже 40 кг /м2, 37,3% пациентов, завершивших терапию, достигли своей «идеальной» массы тела. При этом частота нежелательных явлений не превышала 2,5% случаев [26].

При длительном ограничении калорийности питания у пациентов часто наблюдается физиологическое наступление эффекта «плато», т.е. остановка в процессе снижения массы тела. В этот момент взаимодействие с врачом особенно важно для выяснения причин этой остановки, своевременной коррекции терапии, а также для преодоления снижения мотивации к продолжению лечения. Регулярное общение пациента с врачом, осуществляемое в рамках наблюдательных программ, позволяет это осуществить и добиться достижения желаемых результатов терапии. Среди пациентов, получавших длительную (более 3 мес.) терапию препаратом Редуксин® в дозе 10 мг, в 22,1% случаев (N=3 446) наблюдался эффект «плато». При этом важно отметить, что у пациентов, не ответивших на терапию Редуксином в течение трех месяцев, но продолживших лечение, эффект «плато» проявлялся в 1,7 раз чаще, чем у пациентов, соответствующих критерию «ответа» на терапию, однако носил временный характер. В целом, эффект «плато» носил временный характер у 20,4% (N=3 180) [27].

Еще одним параметром контроля терапии, который важно оценивать в рамках длительного (4–6 месяцев) применения Редуксина, является обратный набор массы тела, т.е. ее увеличение на 3 кг от ранее достигнутого. Среди пациентов, ответивших на терапию (по результатам 3 месяцев лечения), обратный набор массы тела зарегистрирован лишь в 0,41% случаев. Возможной причиной было отсутствие приверженности пациентов терапии и рекомендациям врача.

Таким образом, можно с уверенностью говорить о целесообразности как минимум шестимесячного курса терапии Редуксином для достижения целевого снижения массы тела на 10–14% от исходной и закрепления полученного результата, а также о возможности и целесообразности в зависимости от результатов лечения продления терапии до двенадцати месяцев.

Можно утверждать, что результаты снижения массы тела с помощью комбинированного препарата сибутрамина и микрокристаллической целлюлозы не только отвечают суррогатным критериям эффективности лечения (улучшение физиологических и биохимических показателей), но и способствуют достижению некоторых так называемых клинических конечных точек терапии – уменьшению частоты осложнений, связанных с заболеваниями, ассоциированными с ожирением, и улучшению качества жизни пациентов.

В последние годы появляются новейшие данные, иллюстрирующие безопасность применения сибутрамина в рамках инструкции. Так, большое когортное исследование (23 937 пациентов), посвященное оценке влияния назначения сибутрамина на кардиоваскулярные исходы в рутинной клинической практике, проведенное в Великобритании, результаты которого опубликованы в мае 2015 г., продемонстрировало низкий риск развития сердечно-сосудистых осложнений при приеме сибутрамина в группе пациентов без сердечно-сосудистых заболеваний [28]. Авторы пишут о том, что в рамках исследования SCOUT повышение риска возникновения нежелательных явлений наблюдалось у пациентов, которым противопоказано применение сибутрамина в соответствии с инструкцией по применению, соответственно, значимость результатов этого исследования для общей популяции больных ожирением весьма спорна. В заключение, был сделан вывод о том, что разрешение на использование сибутрамина для группы пациентов без сердечно-сосудистых заболеваний было отозвано необоснованно.

Таким образом, ожирение зачастую связано с изменением функциональной организации гипоталамуса или прочих нервных центров, отвечающих за пищевое поведение, а также с нарушением метаболизма некоторых нейромедиаторов, что определяет обоснованность назначения препаратов центрального действия подобным пациентам. Сибутрамин в комбинации с микрокристаллической целлюлозой (Редуксин®), назначаемый в соответствии с инструкцией по медицинскому применению, позволяет обеспечить безопасное и эффективное лечение ожирения и способствует уменьшению частоты осложнений коморбидных состояний и улучшению качества жизни пациентов.

Информация о финансировании и конфликте интересов

Авторы заявляют об отсутствии явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Работа выполнена без привлечения дополнительного финансирования со стороны третьих лиц.

1. Диагностика и лечение ожирения у взрослых. Рекомендации Российской ассоциации эндокринологов. Под редакцией И.И. Дедова. – Москва, 2010. [Diagnostika I lechenie ozhireniya u vzroslyh. Rekomendacii Rossijskoj Associacii Ehndokrinologov. Ed by Dedov I.I. Moscow; 2010 (In Russ.)]

2. Carnell S, Gibson C, Benson L, et al. Neuroimaging and obesity: current knowledge and future directions. Obes Rev. 2012;13(1):43-56. doi: 10.1111/j.1467-789X.2011.00927.x.

3. Кремнева Е.И., Суслин А.С., Говорин А.H., и др. фМРТ-картирование алиментарных зон головного мозга. Анналы клинической и экспериментальной неврологии. Том 9. №1 2015; 32-36. [Kremneva EI, Suslin AS, Govorin AN, et al. Mapping of the brain regions responsible for eating behavior regulation with functional MRI. Annals of clinical and experimental neurology. 2015;9(1): 32-36 (In Russ.)]

4. Ожирение. Под редакцией Дедова И.И., Мельниченко Г.А. / Москва: Медицинское информационное агентство, 2004. [Obesity. Ed by Dedov II, Melnichenko GA. Moscow: Medicinskoe informacionnoe agenstvo; 2004 (In Russ.)]

5. Yeo G, Heisler L. Unraveling the brain regulation of appetite: lessons from genetics. Nat Neurosci 2012; 15 (10): 1343–1349. doi: 10.1038/nn.3211.

6. Fry M, Hoyda T, Ferguson A. Making sense of it: roles of the sensory circumventricular organs in feeding and regulation of energy homeostasis. Exp Biol Med (Maywood) 2007; 232: 14–26.

7. Гайтон А.К., Холл Д.Э. Медицинская физиология. Москва: Логосфера, 2008.- 1296с. [Gayton AK, Kholl DE. Textbook of Medical Physiology. Moscow: Logosfera, 2008; 1296 (In Russ.)].

8. Guo J, Simmons W, Herscovitch P, et al. Striatal dopamine D2-like receptor correlation patterns with human obesity and opportunistic eating behavior. Mol Psychiatry. 2014;19 (10): 1078-84. doi: 10.1038/mp.2014.102

9. Van Strien T, Snoek H, Van der Zwaluw C, Engels R. Parental control and the dopamine D2 receptor gene (DRD2) interaction on emotional eating in adolescence. Appetite. 2010; 54 (2): 255-61. doi: 10.1016/j.appet.2009.11.006

10. Lam D, Garfield A, Marston O, et al. Brain serotonin system in the coordination of food intake and body weight. Pharmacol Biochem Behav 2010; 97 (1): 84–91. doi:10.1016/j.pbb.2010.09.003.

11. Best J, Nijhout H, Reed M. Serotonin synthesis, release and reuptake in terminals: a mathematical model. Theoretical Biology and Medical Modelling 2010; 7: 34. doi:10.1186/1742-4682-7-34

12. Heath MJ, Hen R. Serotonin receptors. Genetic insights into serotonin function. Curr Biol. 1995; 5: 997–999. doi: 10.1016/S0960-9822(95)00199-0

13. Garfielda A, Burkea L, Shawa J, et al. Distribution of cells responsive to 5-HT6 receptor antagonist-induced hypophagia. Behavioural Brain Research 2014; 266: 201–206. doi: 10.1016/j.bbr.2014.02.018

14. Wurtman R, Wurtman J. Brain serotonin, carbohydrate-craving, obesity and depression.

15. Obes Res. 1995; 3 (4): 477-480 doi: 10.1002/j.1550-8528.1995.tb00215.x

16. Satoskar RS, Bhandarkar SD, Rege NN. Pharmacology and Pharmacotherapeutics; 20th ed. Mumbai: Popular Prakashan; 2007.

17. Smith S, Weissman N, Anderson C, et al. Multicenter, placebo-controlled trial of lorcaserin for weight management. N Engl J Med. 2010; 363 (3): 245–256. doi: 10.1056/NEJMoa0909809

18. Chan E, He Y, Chui C, et al. Efficacy and safety of lorcaserin in obese adults: a meta-analysis of 1-year randomized controlled trials (RCTs) and narrative review on short-term RCTs. Obes Rev. 2013;14 (5): 383-92. doi: 10.1111/obr.12015.

19. Karam J, McFarlane S. Tackling obesity: new therapeutic agents for assisted weight loss. Diabetes Metab Syndr Obes. 2010; 3: 95–112

20. Rucker D, Padwal R, Li S, et al. Long term pharmacotherapy for obesity and overweight: updated meta-analysis. BMJ. 2007; 335 (7631): 1194–1199. doi:10.1136/bmj.39385.413113.25

21. Zhou YH, Ma XQ, Wu C, et al. Effect of anti-obesity drug on cardiovascular risk factors: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. PLoS One. 2012; 7(6): e39062. doi: 10.1371/journal.pone.0039062

22. James W, Caterson I, Coutinho W, et al. SCOUT Investigators Effect of sibutramine on cardiovascular outcomes in overweight and obese subjects. N Engl J Med. 2010; 363 (10): 905–917. doi: 10.1056/NEJMoa1003114

23. Seimon R., Espinoza D., Ivers L. et al. Changes in body weight and blood pressure: paradoxical outcome events in overweight and obese subjects with cardiovascular disease. Int J Obes. 2014;38(9): 1165-1171 doi: 10.1038/ijo.2014.2.

24. Caterson I, Finer N, Coutinho W, et al. Maintained intentional weight loss reduces cardiovascular outcomes: results from the Sibutramine Cardiovascular OUTcomes (SCOUT) trial. Diabetes, Obesity and Metabolism. 2012; 14 (6): 523-30. doi: 10.1111/j.1463-1326.2011.01554.x.

25. Pavlik V, Fajfrova J, Slovacek L, Drahokoupilova E. The role of sibutramine in weight reduction. Bratisl Lek Listy. 2013; 114 (3): 155-157.

26. Аметов А.С. Отчет о программе ВЕСНА. Эффективное лечение ожирения – путь борьбы с эпидемией Diabetus mellipidus. // Эффективная фармакотерапия. Спецвыпуск. — 2013. — С. 7-11. [Ametov AS. Otchet o programme VESNA. Effektivnoe lechenie ozhireniya – put borbyi s epidemiey Diabetus mellipidus. Effektivnaya farmakoterapiya. Special edition. 2013; 7-11. (In Russ.)].

27. Мельниченко Г.А., Романцова Т.И., Журавлева М.В.. Всероссийская программа безопасного снижения веса «ПримаВера». Итоги первого года проведения. Ожирение и метаболизм. 2014; 1(38): 62-67. [Melnichenko GA, Romantsova TI, Zhuravleva MV. Vserossiyskaya programma bezopasnogo snizheniya vesa «PrimaVera». Itogi pervogo goda provedeniya. Obesity and metabolism. 2014; 1(38): 62-67. (In Russ.)]. doi:10.14341/omet2014162-68

28. Трошина Е.А., Мазурина Н.В., Галиева М.О. Создание стратегий лечения ожирения и коморбидных заболеваний на основе наблюдательных программ: промежуточные результаты всероссийской наблюдательной программы ПримаВера. // Альманах клинической медицины. – 2015. – №S1. – С. 95-101. [Troshina EA, Mazurina NV, Galieva MO. Development of therapeutic strategies for obesity and comorbid disorders based on observational programs: interim results of the Russian observational program PrimaVera. Almanah klinicheskoj mediciny. 2015; (S1): 95-101 (In Russ.)].

29. Hayes JF, Bhaskaran K, Batterham R, Smeeth L, Douglas I. The effect of sibutramine prescribing in routine clinical practice on cardiovascular outcomes: a cohort study in the United Kingdom. Int J Obes.. 2015;39(9):1359-1364. doi:10.1038/ijo.2015.86.

30. Caterson I, Coutino V, Finer N et al. Early response to sibutramine in patients not meeting current label criteria: preliminary analysis of SCOUT lead-in period. Obesity (Silver Spring). 2010;18(5):987-94. doi: 10.1038/oby.2009.327.

4. Реакции гидроксилирования и карбоксилирования.

С помощью этих реакций в молекулу органического соединения вводится дополнительная гидроксильная или карбоксильная группы. Реакции протекают при участии соответствующих ферментов и приводят к образованию модифицированных аминокислот. Эти реакции не имеют аналогов в химии in vitro.

Гидроксилированием называют введение в молекулу органического соединения гидроксильной группы. Так, гидрокси-лирование фенилаланина приводит к образованию тирозина:

Отсутствие в организме фермента, катализирующего эту реакцию, приводит к тяжелому заболеванию  фенилкетонурии.

Значительный интерес представляет реакция гидроксилирования пролина:

Гидроксилирование пролина необходимо для стабилизации тройной спирали коллагена, которая осуществляется за счет образования водородных связей.

При цинге нарушается гидроксилирование остатков пролина и лизина. В результате образуются менее прочные коллагеновые волокна, что приводит к хрупкости и ломкости кровеносных сосудов.

Карбоксилированием называют введение в молекулу органического соединения карбоксильной группы. Таким образом получают, например, γ-карбоксиглутаминовую кислоту:

γ-Карбоксиглутаминовая кислота входит в состав белков, участвующих в процессах свертывания крови, так как две близлежащие карбоксильные группы в её структуре способствуют более полному связыванию белковых факторов с ионами кальция:

Нарушение карбоксилирования глутамата приводит к снижению свертываемости крови.

Таким образом, модифицированные аминокислоты, имеющие в своих структурах дополнительные функциональные группы, приоб-ретают свойства, необходимые для выполнения ими специфических функций.

5. Восстановительное аминирование.

Это реакция превращения α-кетокислот в α-аминокислоты осуществляется в организме при участии восстановленной формы никотинамидадениндинуклеотида (НАД∙Н). Так, продуктом метабо-лизма углеводов является α-кетоглутаровая кислота, которая в результате ряда реакций превращается в глутаминовую кислоту:

6. Альдольное расщепление.

Реакция протекает с α-аминокислотами, содержащими гидроксильную группу в β-положении углеводородного радикала.

Рассмотрим, например, реакцию расщепления серина, в результате которой образуются глицин и формальдегид.

В результате этой реакции расщепляется С-С связь между α- и β-углеродными атомами. Образующийся формальдегид не выделяется, а связывается с другим коферментом  тетрагидро-фолиевой кислотой и в качестве одноуглеродного фрагмента участвует далее в синтезе многих важных соединений.

Пептиды

Ещё в 1888 году А.Я. Данилевский обратил внимание на способность белков давать своеобразную цветную реакцию при добавлении к раствору белка щелочи и раствора сульфата меди. Голубая окраска, характерная для раствора медного купороса, переходила в краснофиолетовую. В этих же условиях такое же изменение окраски давал биурет .

Реакция была названа «биуретовой».

Было высказано предположение о том, что в белке должны существовать связи, подобные тем, которые имеются в биурете, а именно связи . Наличие таких группировок в белке можно объяснить, только предполагая возможность протекания реакции поликонденсации между аминогруппой и карбоксильной группой аминокислот. В результате этой реакции образуется полиамид. Полиамиды, образованные α-аминокислотами, были названы полипептидами, а связь получила название пептидной связи.

Пептид, образованный двумя аминокислотами, называется дипептид, тремя  трипептид и.т.д. Количество аминокислот в составе пептидов может сильно варьировать. Пептиды, содержащие до 10 аминокислотных остатков, называют олигопептидами. Часто в названии таких молекул указывают число аминокислот, входящих в состав данного олигопетида: дипептид, трипептид, тетрапептид, октапептид и.т.д.

Пептиды, содержащие более 10 аминокислот, называют полипеп-тидами. А полипептиды, содержащие более 50 аминокислотных остатков, обычно называют белками. Однако такие градации весьма условны: например, гормон глюкагон, состоящий из 29 аминокислот, называют белковым гормоном. Гормоны окситоцин и вазопрессин содержат всего по 9 аминокислотных остатков.

Поэтому более удачным следует считать различие, проводимое на уровне структуры полимера, более сложном, чем простая амино-кислотная последовательность и количественный состав пептида. Полипептиды представляют собой линейные, довольно гибкие молекулы, а длинные цепи белков свернуты в клубок или иную структуру. Многие белки могут иметь в своем составе группы небелкового характера (простетические группы), связанные с полиамидной цепью.

Пептиды различаются по аминокислотному составу, количеству и порядку соединения аминокислот. Например, тетрапептиды сер-гис-про-ала и ала-гис-про-сер  это два разных пептида, несмотря на то, что они имеют одинаковый качественный и количественный состав.

Гидроксилирование — обзор | ScienceDirect Topics

5.15.6 Гидроксилирование

Гидроксилирование белков происходит по трем остаткам, чаще всего пролину в 3-м или 4-м положении, лизину в 5-м положении и аспарагину в 3-м положении ( Схема 14 ). Ферменты, катализирующие гидроксилирование белков, представляют собой железозависимые гидроксилазы, которые потребляют кислород и α-кетоглутарат в качестве косубстратов. Гидроксипролин и гидроксилизин играют важную роль в созревании коллагеновых волокон, ^79,80 , в то время как гидроксиаспарагины можно найти в противогрибковых средствах и соединениях антибиотиков. ⁸¹

Схема 14. Гидроксилирование белков. Гидроксилирование происходит в 3- или 4-м положении пролина, 5-положении лизина и 3-положении аспарагина.

Улитки Conus используют гидроксипролин в некоторых конотоксинах: μ-, ω- и α-конотоксины. ⁸² μ-GIIIA в природе содержит три остатка гидроксипролина. Когда токсин был синтезирован с пролинами, заменяющими их гидроксилированные аналоги, способность GIIIA блокировать натриевые каналы была снижена, в то время как сворачивание оставалось неизменным. ⁸² ω-MVIIC уменьшил сворачивание, когда гидроксипролин был заменен пролином, но на биологическую активность не было замечено никакого влияния. ⁸² α-Конотоксины ImI и GI показали результаты, аналогичные результатам GIIIA, где сворачивание увеличивалось, но биологическая активность снижалась в присутствии гидроксипролина. ⁸²

Гликопротеины, богатые гидроксипролином (HRGP), представляют собой важное семейство самособирающихся белков, которые жизненно важны для клеточных стенок растений. ^83,84 Хламидомонада была изучена для изучения эволюционной роли HRGP. ⁸⁵ Результаты изучения Chlamydomonas reinhardtii и Chlamydomonas incerta предполагают, что неправильное понимание гидроксилаз HRGP может вызывать изменения в фундаментальных структурах растений, которые создают эволюционный шаг в развитии вида. Два вида Chlamydomonas имеют общее происхождение, разница в HRGP может быть источником спецификации.

Фактор, индуцируемый гипоксией (HIF), представляет собой белок, регулирующий транскрипцию, стабильность которого регулируется гидроксилированием пролина. ^86–88 В условиях недостатка кислорода или гипоксии HIF функционирует нормально, экспрессируя гены-мишени HIF. Когда уровни кислорода увеличиваются, субъединицы HIFα становятся гидроксилированными по определенным остаткам и маркируются для разрушения. ⁸⁹ Вторичный путь, контролирующий транскрипцию гена с помощью HIF, представляет собой гидроксилирование фактора, ингибирующего HIF (FIH), гидроксилазы, которая модифицирует Asn803 HIF. ⁹⁰ Это событие гидроксилирования предотвращает рекрутирование транскрипционных коактиваторов p300 и CBP, и транскрипция гена не происходит. ⁸⁹ Донор оксида азота, S -нитрозо- N -ацетилпеницилламин (SNAP), стабилизировал HIF и предотвращал процессы гидроксилирования от разрушения белка или предотвращения взаимодействия с белками. ⁹¹ Гидроксилирование пролина не ингибировалось, но последующее взаимодействие с деградирующими ферментами было ингибировано, в то время как гидроксилирование аспарагина было полностью ингибировано. ⁹¹

Адипопектин — один из многих небольших пептидов, секретируемых жировой тканью, который изменяет чувствительность к инсулину в кровотоке, стимулируя окисление жирных кислот. ⁹² Помимо изменения чувствительности к инсулину, адипопектин также снижает уровень триглицеридов в плазме и улучшает метаболизм глюкозы. ⁹² В коллагеновом домене адипопектина, который позволяет образовывать олигомерный комплекс с высокой молекулярной массой (HMW), четыре консервативных лизина должны быть гидроксилированы и, в некоторых случаях, гликозилированы. ⁹³ Предотвращение посттрансляционных модификаций привело к снижению активности и образованию олигомерных комплексов HMW. Гидроксилирование необходимо для образования олигомера и способствует инсулино-сенсибилизирующей активности адипопектина в гепатоцитах.

Гидроксилирование — обзор | ScienceDirect Topics

Гидроксилирование α-метилена

При гидроксилировании метиленового углерода, соседнего с N -нитрозогруппой, образуется нестабильный промежуточный α-метиленгидрокси-NNK (рис.2, (3)), который самопроизвольно разлагается на метандиазогидроксид (7) (или соответствующий ион диазония) и 4- (3-пиридил) -4-оксобутаналь (кетоальдегид). Гидроксилирование α-метилена NNAL аналогично дает метандиазогидроксид (7) и 5- (3-пиридил) -2-гидрокситетрагидрофуран (лактол). Лактол можно дополнительно окислить до 4- (3-пиридил) -4-гидроксибутановой кислоты (гидроксикислоты). NNAL — плохой субстрат для гидроксилирования α-метилена по сравнению с NNK [76]. Гидроксилирование α-метиленом как NNK, так и NNAL считается путём метаболической активации [35].

В микросомальных системах кетоальдегид может быть определен количественно как его бисульфитный аддукт [48]. В отсутствие бисульфита дальнейшее окисление кетоальдегида дает 4- (3-пиридил) -4-оксобутановую кислоту (кетокислоту), и могут быть другие не охарактеризованные реакции, такие как связывание с белком. Поскольку бисульфит может ингибировать метаболизм при некоторых условиях, необходимо соблюдать осторожность при выборе подходящих условий in vitro для улавливания кетоальдегида [40, 48, 61, 77].

Гидроксилирование NNK α-метиленом обычно наблюдается in vitro (таблица 2).Общее α-метиленгидроксилирование NNK более обширно, чем для NNAL, и происходит в большей степени в клетках Clara по сравнению с альвеолярными клетками типа II, маленькими клетками и альвеолярными макрофагами в легких крысы [78]. Гидроксилирование α-метилена является преобладающим путем метаболизма NNK в слизистой оболочке носа крыс, наряду с α-метилгидроксилированием [54,55,79–81]. Слизистая оболочка носа крысы обычно имеет более высокую активность α-гидроксилирования NNK, чем другие ткани [82, 83]. Исследования ингибирования антител подтверждают участие CYP1A2 и CYP2A1 в α-метиленгидроксилировании NNK в слизистой оболочке носа крыс [79, 80] и CYP2B1 в легких крыс [84].Антитела к CYP1A2 и CYP2A1 обладают значительной ингибирующей активностью против образования кетоальдегида, но неясно, какие родственные формы присутствуют в легких [79]. Интересно, что в легких, но не в печени крыс, гидроксилирование α-метилена ингибируется хроническим лечением NNK, возможно, из-за инактивации CYP связыванием кетоальдегида [66]. В этих условиях не наблюдается ингибирования α-метилгидроксилирования. CYP1A2 и CYP2A1 присутствуют в легких мыши, и другая родственная форма также может присутствовать, поскольку ингибирование наблюдается с помощью антитела к CYP2F (P450 _MP ) [72].В восстановленной системе кетоальдегид является одним из второстепенных продуктов метаболизма NNK с помощью CYP2B1 печени крысы [85]. Исследования ингибирования антител показывают некоторое участие CYP1A2 и CYP3A в печени крыс, а исследования с индукторами и ингибиторами ферментов в целом согласуются с ролью этих двух ферментов, а также CYP2B1 [70, 71].

Образование кетоальдегида из NNK и лактола из NNAL сильно коррелировано в микросомах печени человека, что указывает на участие одного и того же фермента [61].И CYP2A6, и CYP3A4 участвуют в гидроксилировании α-метилена NNK в печени человека [40]; однако, поскольку концентрации NNK в печени будут низкими, низкий уровень метаболизма CYP2A6 K _m предполагает, что это, вероятно, более важный фермент.

Новые взгляды на гидроксилирование белков и его важную роль в заболеваниях человека

Abstract

Гидроксилирование белков — это посттрансляционная модификация, катализируемая 2-оксоглутарат-зависимыми диоксигеназами.Модификация гидроксилирования может иметь место в различных аминокислотах, включая, помимо прочего, пролин, лизин, аспарагин, аспартат и гистидин. Классическим примером этой модификации является пролилгидроксилирование индуцируемого гипоксией фактора альфа (HIF-α), которое влияет на стабильность белка HIF-α через опухолевый супрессорный путь Von-Hippel Lindau (VHL), адаптерный белок E3 на основе Cullin 2, который часто мутирует. при раке почки. Помимо регуляции стабильности белка, гидроксилирование белка может влиять на другие посттрансляционные модификации или киназную активность модифицированного белка (такого как Akt и DYRK1A / B).В других случаях гидроксилирование белка может изменять белок-белковое взаимодействие и его нисходящие сигнальные события in vivo (такие как OTUB1, MAPK6 и eEF2K). В этом обзоре мы выделяем недавно идентифицированные мишени гидроксилирования белка и их патофизиологическую роль, особенно в условиях рака. Лучшее понимание гидроксилирования белка поможет определить новые терапевтические мишени и механизмы их регуляции, чтобы способствовать разработке более эффективных стратегий лечения различных видов рака у человека.

Ключевые слова: гидроксилирование, фактор, индуцируемый гипоксией, фон-Хиппель Линдау (VHL), рак человека

1. Введение

1.1 2-оксоглутарат-зависимые диоксигеназы

2-оксоглутарат-зависимые (2-диоксигеназы) -зависимые представляют собой железосодержащие ферменты, которые соединяют окисление субстрата с превращением 2-OG в сукцинат и диоксид углерода [1]. 2-OG-зависимая оксигеназа катализирует гидроксилирование остатков пролина и лизина, что впервые было идентифицировано при биосинтезе коллагена [2].Впоследствии было продемонстрировано, что этот тип посттрансляционной модификации также влияет на внутриклеточные белки. В частности, было обнаружено, что факторы, индуцируемые гипоксией (HIF), гидроксилируются как по остаткам пролина, так и по остаткам аспарагина белками домена пролилгидроксилазы PHD1, PHD2, PHD3 (также называемыми гомологами Egl9 EglN2, EglN1 и EglN3) и факторами, ингибирующими HIF. (FIH) соответственно [3]. На сегодняшний день в геноме человека идентифицировано около семидесяти 2-OG зависимых диоксигеназ [4].По биологическим функциям их можно разделить на три основных подкласса: гистоновые деметилазы, ДНК / РНК-деметилазы / гидроксилазы и протеин-гидроксилазы [5].

Метилирование гистонов осуществляется семейством лизиновых и аргинин-метилтрансфераз, которые могут переносить до трех метильных групп на гистоновые лизины и аспарагины, впоследствии запуская различные активности в зависимости от набора специфических эффекторных белков читателями [6]. Важно отметить, что гистоновые деметилазы, содержащие домен JumonjiC (JMJC), которые можно разделить на семь подсемейств (KDM2-8), удаляют метильные группы из всех трех состояний метиллизина с сопутствующим образованием сукцината, диоксида углерода и последующим высвобождением формальдегид [7, 8].

Метилирование ДНК и РНК эукариот в основном катализируется метилтрансферазами ДНК и РНК, соответственно, которые эпигенетически модулируют судьбу клетки без изменения последовательности нуклеиновой кислоты. ДНК / РНК также могут быть метилированы эндогенными и / или экзогенными алкилирующими агентами в процессе, называемом повреждением метилирования [9]. У людей как регуляторное, так и аберрантное метилирование может быть обращено окислительным путем с помощью негемового железозависимого суперсемейства диоксигеназ, состоящего из девяти членов (гомологи репарации алкилирования ALKBh2-8 и FTO, связанное с жировой массой и ожирением) [9].В последнее время белки семейства 10-11 транслокационных (TET) / J-связывающих белков (JBP) (TET1, TET2 и TET3; JBP1 и JBP2), также принадлежащие к семейству железо- и 2-OG-зависимых диоксигеназ, имеют было обнаружено, что он окисляет 5-метилцитозин [10].

В этом обзоре мы в основном сосредоточимся на протеин-гидроксилазах. Первичным гидроксилируемым остатком в белках является пролин, и соответственно гидроксилазы, которые катализируют эту реакцию, называются пролилгидроксилазами. Помимо пролина, в клетках также были гидроксилированы аспарагин, аспартат, лизин и гистидин [11–14].

1.2 Пролилгидроксилазы

HIF представляют собой факторы транскрипции, которые координируют клеточные реакции на низкие уровни кислорода, направленные на увеличение доставки кислорода и снижение потребления кислорода [3]. Транскрипционно активные HIF представляют собой гетеродимеры, состоящие из субъединиц альфа и ARNT (ядерного транслокатора арилуглеводородного рецептора). У человека альфа-субъединица имеет три изоформы, а именно HIF-1α, HIF-2α и HIF-3α. В отличие от субъединицы ARNT, которая экспрессируется конститутивно, белковая стабилизация альфа-субъединицы является чувствительной к кислороду [3].

В нормоксических условиях было обнаружено, что HIF гидроксилируются по одному или двум остаткам пролина белками домена пролилгидроксилазы PHD1 / EglN2, PHD2 / EglN1 и PHD3 / EglN3 [15]. В частности, что касается HIF-1α, его гидроксилирование по пролину 402 (Pro402) и 564 (Pro564) с помощью PHD запускает его распознавание мультимерным комплексом убиквитин-лигазы E3, образованным супрессорным белком опухоли фон Хиппеля-Линдау (pVHL), элонгином B и C, белки Cullin 2 (CUL2) и RING-box 1 (RBX1). Гомологичный Skp, Cullin, F-box-содержащему семейству комплексов E3 ubiquitin ligase, этот комплекс нацелен на HIF-1α для ubiquitin-опосредованной протеасомной деградации () [16].Важно отметить, что хотя все три фермента вносят вклад в регуляцию HIF, PHD2 / EglN1 является основной пролилгидроксилазой, опосредующей гидроксилирование HIF-1α in vivo [17–20].

Регулирование HIF-1α посредством гидроксилирования

(A) В присутствии кислорода HIF-1α гидроксилируется пролилгидроксилазами PHD / EglN1, 2, 3 на пролинах 402 и 564. Это приводит к распознаванию HIF-1α посредством комплекс убиквитинлигазы, состоящий из белка фон Хиппеля Линдау (cullin2) и RBX1 (RING-box1), который способствует полиубиквитинированию HIF-1α с последующей его протеасомной деградацией.(B) Недостаток кислорода предотвращает гидроксилирование HIF-1α с помощью PHD, что приводит к его стабилизации. Затем HIF-1α может мигрировать в ядро ​​и связываться с ARNT (ядерный транслокатор арилуглеводородного рецептора) и кофактором p300 / CBP (белок, связывающий элемент ответа на циклический AMP). Комплекс HIF-1 связывается и индуцирует транскрипцию генов, содержащих элементы, чувствительные к гипоксии (HRE) в их промоторной области. (C) FIH (фактор, ингибирующий HIF) может гидроксилировать HIF по остатку аспарагина 803 (Asn803), что влияет на его связывание с коактиватором транскрипции p300 / CBP, тем самым ингибируя транскрипционную активность HIF.

В условиях гипоксии HIF не гидроксилируются и, таким образом, могут связываться с элементами ответа на гипоксию (HRE) в промоторе более ста генов-мишеней, участвующих в выживании клеток в условиях низкого содержания кислорода [21]. Эти гены-мишени включают метаболические гены, такие как транспортер глюкозы 1 (GLUT1), фактор роста эндотелия сосудов (VEGF), который способствует ангиогенезу, и эритропоэтин (EPO), который контролирует эритропоэз. Трансформирующий фактор роста альфа (TGFα), участвующий в пролиферации и выживании клеток, и хемокиновый рецептор C-X-C типа 4 (CXCR4), важный для миграции и инвазии клеток, также характеризуются мишенями HIF (22).Поскольку все эти пути способствуют росту и прогрессированию многих опухолей, HIF обычно считаются привлекательными терапевтическими мишенями при раке.

С момента идентификации гидроксилирования HIF, много усилий было направлено на то, чтобы лучше понять, регулирует ли и как пролилгидроксилирование сигнальные пути за пределами пути HIF. В течение последних десятилетий несколько субстратов были идентифицированы как подлинные субстраты для PHD. Среди них центросомный белок 192 кДа CEP192 и ингибитор бета-субъединицы киназы каппа-B ядерного фактора IKBKB являются субстратами PHD1 [23, 24], а изоформа 2 пируваткиназы PKM2 и β-адренергический рецептор II являются субстратами PHD3. .Поскольку эти мишени были недавно рассмотрены [5, 25], этот обзор будет в основном сосредоточен на других недавно идентифицированных субстратах.

1.3 Регулирование пролилгидроксилаз

Экспрессия белка PHD / EglN зависит от ткани и контекста. PHD2 / EglN1 экспрессируется повсеместно, тогда как PHD1 / EglN2 и PHD3 / EglN3 в основном наблюдаются в яичках и сердце соответственно [26]. PHD транскрипционно регулируются их нижележащим целевым путем HIF [27, 28]. Следует отметить, что индуцированная HIF экспрессия PHD3 / EglN3 обеспечивает отрицательную обратную связь, регулирующую HIF в условиях гипоксии [29].Кроме того, PHD2 / EglN1 и PHD1 / EglN2 могут транскрипционно. регулируется эстрогеновыми путями в клетках рака груди [30–34]. На уровне белка, количество PHD3 / EglN3 и, в меньшей степени, PHD1 / EglN2, регулируется E3 ubiquitin ligases SIAh2 / 2 протеасомно-зависимым образом [35]. Однако манипулирование каталитической активностью PHD / EglN долгое время оставалось загадкой. Предыдущие исследования подробно рассмотрели, как PHD / EglN служат важными сенсорами питательных веществ, поскольку их активность регулируется доступностью кислорода, Fe ²⁺ , аскорбиновой кислоты и 2-OG [5].Здесь мы обобщаем последние разработки в области регулирования деятельности PHD.

Недавние исследования различных групп показали, что 2-гидроксиглутарат (2-HG), небольшая молекула, продуцируемая мутантной изоцитратдегидрогеназой 1 и 2 (IDh2 / 2) в глиобластоме, может влиять на каталитическую активность диоксигеназы, включая PHD / EglNs [36– 40]. Механически 2-HG конкурирует с 2-OG за связывание с PHD, что приводит к накоплению HIF-α [36]. Однако некоторые другие результаты показали, что (R) -энантиомер 2-HG, в отличие от (S) -2HG, может в значительной степени стимулировать активность PHD / EglN, снижать уровни HIF-α и способствовать пролиферации глиомы и лейкемии человека. клетки, таким образом демонстрируя, что HIF-α действует как опухолевый супрессор в тканевом контексте опухолей головного мозга или лейкемии [38, 39].

Недавно сообщалось, что L-цистеин индуцирует каталитическую активность рекомбинантного PHD2 / EglN1 в условиях отсутствия аскорбата in vitro, и в клетках [41]. Было показано, что свободный цистеин защищает PHD / EglN от самокатализирующейся инактивации из-за его окисления [42–45]. Соответственно, белки PHD / EglN, ранее признанные сенсорами кислорода [3], теперь также определены как сенсоры цистеина. Физиологически L-цистеин-опосредованная защита PHD / EglN может быть антагонизирована присутствием L-глутамата посредством ингибирования глутамат-цистеинового антипортера xCT [46, 47].При некоторых формах рака, таких как тройной отрицательный рак молочной железы (TNBC), паракринная секреция глутамата снижает количество свободного цистеина, что приводит к инактивации PHD / EglN и последующему накоплению HIF [41], что, как было показано, способствует росту, инвазия и метастазирование как при нормоксических, так и при гипоксических состояниях [48, 49].

1.4 Другие протеин-гидроксилазы

В дополнение к гидроксилированию пролила были сообщения, показывающие, что некоторые белки могут быть гидроксилированы по остаткам аспарагина, аспартата, лизина и гистидина.Например, фактор, ингибирующий HIF (FIH), может гидроксилировать HIF по остатку аспарагина 803 (Asn803), что влияет на его связывание с коактиватором транскрипции p300 / белком, связывающим элемент ответа циклического AMP (CBP), тем самым ингибируя транскрипционную активность HIF ( ) [12]. Было обнаружено, что FIH может также гидроксилировать остатки аспартата в цитоскелетном анкирине R и анкирине B, что приводит к снижению их взаимодействия с цитоплазматическим доменом band3 (CDB3) [13]. Было показано, что фермент JMJD6, содержащий активность как аргининдеметилазы, так и лизингидроксилазы, гидроксилирует субъединицу 65-кДа малого ядерного рибонуклеопротеина фактора сплайсинга U2 (U2AF65) на остатках лизина, что приводит к изменению некоторых эндогенных и репортерных генов. альтернативный сплайсинг РНК [11].Более того, было показано, что JMJD6 способствует гидроксилированию лизина на гистонах [50]. Диоксигеназа NO66 может действовать как гистоновая деметилаза и рибосомная гистидингидроксилаза, катализируя гидроксилирование 60S рибосомного белка L8 на гистидине 216 (His216), что поднимает захватывающую идею о потенциальной регуляции трансляции гидроксилазами [14].

1.5 Мышиные модели ключевых пролин- или аспарагин-гидроксилаз

Функциональная гипоксическая реакция важна для выживания, что подчеркивается эмбриональной летальностью мышей с нокаутом HIF-1α [51] и HIF-2α [52].Генетическая инактивация VHL в зародышевой линии мыши также приводит к гибели эмбрионов в середине беременности из-за аномальной васкуляризации плаценты [53].

Видная роль PHD2 / EglN1 в восприятии кислорода в базовых физиологических условиях подтверждается тем фактом, что абляция PHD2 / EglN1 , как и генетическая инактивация VHL или HIF s, приводит к тяжелым порокам плаценты и сердца и , в конечном итоге, эмбриональная гибель между 12-м днем ​​эмбриона.5 и 14.5, тогда как мыши PHD1 / EglN2 ^{— / —} и PHD3 / EglN3 ^{— / —} жизнеспособны и, по-видимому, нормальны [19, 54]. Мышь PHD1 / EglN2 ^{— / —} демонстрирует толерантность к гипоксии из-за метаболического переключения глюкозы с окислительного на анаэробное производство АТФ [55]. Более того, в то время как условная делеция PHD2 / EglN1 у взрослых мышей вызывает гиперактивный ангиогенез и расширение кровеносных сосудов, условный нокаут PHD1 / EglN2 или PHD3 / EglN3 не приводит к ангиогенным аномалиям [19, 54] ( ).Взрослые мыши, лишенные PHD2 / EglN1 , также демонстрируют тяжелый эритроцитоз из-за активации пути эритропоэтина (ЭПО) в почках. Напротив, дефицит PHD1 / EglN2 или PHD3 / EglN3 не вызывает какой-либо явной дисфункции. Умеренный эритроцитоз встречается у мышей с двойным нокаутом PHD1 / EglN2 и PHD3 / EglN3 , и это связано с активацией печеночного пути HIF-2α / EPO [56].

Таблица 1

Мышиные модели ключевых пролин или аспарагин гидроксилаз

Генотип	Тип нокаута	Фенотип	Ссылка
900gl15 PHD1 / E9	Жизнеспособный, очевидно нормальный Нормальный эритропоэз Толерантность к гипоксии из-за метаболического подергивания глюкозы От ojddarWe к анаэробному производству АТФ, что позволяет снизить образование окислительного стресса	Такеда и др. ., 2006 [19] Talteda et al ., 2007 [54] Aragonés et al ., 2008 [55]
PHD2 / EglN1 — / —		Эмбриональные летальные, тяжелые пороки сердца и плаценты Увеличение плотности сосудов и размеров просвета Тяжелый эритроцитоз из-за активации почечного пути ЭПО Улучшение заживления ран и устойчивость к ишемическому повреждению 1 за счет HIF транскрипция ангиогенных факторов HIF-1α-опосредованный проатерогенный фенотип, характеризующийся повышенной экспрессией молекул адгезии на гранулоцитах и ​​моноцитах	Такеда и др. ., 2006 [19] Takeda et al ., 2007 [54] Takeda et al ., 2008 [56] Zimmermann et al ., 2014 [58] , Kalucka et al ., 2013 [57] Pflueke et al ., 2013 [60]
PHD3 / EglN3 — / —			Такеда и др. ., 2006 [19] Takeda et al ., 2007 [54]
PHD1 / EglN2 — / — PHD3 / EglN3 — / —	8
FIH — / —		Пониженная масса тела, повышенная скорость метаболизма, гипервентиляция, улучшение гомеостаза глюкозы и липидов, устойчивость к увеличению веса, вызванному диетой с высоким содержанием жиров и стеатозу печени Пониженная масса тела, повышенная скорость метаболизма, улучшенный гомеостаз глюкозы, резистентность к увеличению веса за счет диеты с высоким содержанием жиров

Различные исследования изучали роль PHD2 / EglN1 в различных тканях с использованием тканеспецифичных мышей с нокаутом.В частности, было показано, что делеция PHD2 / EglN1 в эпидермальных или дермальных тканях улучшает заживление ран и минимизирует ишемическое повреждение за счет увеличения клеточных уровней HIF-1α, что приводит к транскрипции нижестоящих ангиогенных факторов, таких как VEGF [57, 58] . Миелоид-специфический нокаут PHD2 / EglN1 у мышей способствует прогрессированию бляшек за счет усиления экспрессии молекул адгезии на гранулоцитах и ​​моноцитах [59]. Это также достигается с помощью пути HIF-1α, о чем свидетельствует потеря проатерогенного фенотипа у мышей PHD2 / HIF-1α с двойным нокаутом [60].

В частности, мыши с дефицитом FIH и не обнаруживают явных дефектов классических путей, контролируемых HIF, таких как ангиогенез, эритропоэз или развитие. Вместо этого мыши с нокаутом FIH демонстрируют особенности, которые подчеркивают эту диоксигеназу как важный метаболический регулятор [61]. Помимо сниженной массы тела, у этих мышей наблюдается повышенная скорость метаболизма, гипервентиляция, улучшенный гомеостаз глюкозы и липидов. Они также устойчивы к увеличению веса, вызванному диетой с высоким содержанием жиров, и к стеатозу печени [61].Интересно, что мыши, у которых отсутствует FIH специфически в нейронах, обнаруживают некоторые из основных метаболических фенотипов животных с глобальным нокаутом, это указывает на то, что FIH может регулировать метаболизм в основном посредством своей функции в нервной системе [61].

1.6 Терапевтические последствия ингибирования PHD / EglN при заболеваниях

Как обсуждалось ранее, условная делеция PHD2 приводит к стабилизации HIF и, следовательно, к увеличению уровней VEGF и EPO и усилению ангиогенеза [19, 58, 62].Эти наблюдения показали, что ингибиторы PHD могут быть полезными для пациентов, страдающих анемией и заболеваниями, связанными с ишемией. Стабилизация HIF также может быть полезной для лечения воспалительных заболеваний. Было показано, что PHD1 и FIH усиливают воспаление [63, 64], а ингибиторы PHD, такие как диметилоксалилглицин (DMOG) и FG-4497, значительно улучшают мышиные модели колита [65, 66], предполагая, что ингибитор гидроксилазы может быть полезным для притупления чрезмерное воспаление. Поэтому за последние несколько лет была проведена углубленная работа по поиску ингибиторов PHD несколькими способами, такими как скрининг лекарств in silico, [67], комбинаторные библиотеки [68] и высокопроизводительный скрининг [69].Эти усилия привели к открытию нескольких соединений, четыре из которых в настоящее время проходят клинические испытания на людях [70].

Тем не менее, ингибирование PHD может потенциально вызывать вредные эффекты, которые необходимо учитывать. Экспрессия HIF-α часто повышается при многих заболеваниях человека, таких как опухоли, эритроцитоз и легочная артериальная гипертензия, и некоторые из его последующих мишеней могут быть ингибированы при лечении этих состояний [22]. Однако важно отметить, что роль HIF в развитии рака более сложна, чем первоначально предполагалось, поскольку было обнаружено, что ингибирование PHD снижает рост опухоли и инвазивность [71].В другом исследовании было показано, что ингибирование PHD2 в опухолевых клетках стимулирует образование сосудов, но приводит к нарушению роста опухоли. Однако этот эффект в значительной степени не зависел от пути HIF и был приписан антипролиферативной активности сигнального пути TGFβ, управляемого PHD2 [72]. Чтобы свести к минимуму нежелательные побочные эффекты, при лечении конкретных патологических состояний следует учитывать тканеспецифическое ингибирование PHD. Например, HIF может избирательно активироваться в альвеолярных эпителиальных клетках при вдыхании ингибиторов PHD [73].Более того, следует предпринять усилия по поиску селективных изоформ ингибиторов PHD, учитывая различную экспрессию и биологические функции отдельных PHD [32].

1.7 Методы идентификации новых потенциальных субстратов протеин-гидроксилазы

Методы обнаружения ассоциации белков, такие как дрожжевые двухгибридные скрининг и технология аффинной очистки (AP) -MS, позволили точно определить определенные члены семейств IκB и Notch, а также анкириновые повторы и SOCS-бокс белок 4 (ASB4) в качестве дополнительных субстратов FIH [74–76], а также активирующий фактор транскрипции 4 (ATF4) в качестве потенциального субстрата PHD3 / EglN3 [77].

Скрининг in silico на консенсусную последовательность LXXLAP (где X относится к любой аминокислоте) позволил обнаружить другие субстраты PHD / EglN, участвующие в метаболизме глюкозы и регуляции клеточного цикла [23, 78]. Другой подход, основанный на стратегии улавливания фармакологического субстрата, связанной с масс-спектрометрией, позволил провести сложное обнаружение временных фермент-субстратных взаимодействий, что привело к обнаружению нескольких других субстратов FIH [79]. Таким образом, стало ясно, что гидроксилазы имеют большую группу субстратов, находящихся ниже по течению, поэтому регулируют несколько клеточных сигнальных путей за пределами пути чувствительности к кислороду, в основном за счет модуляции стабильности HIF.Однако, поскольку только несколько экспериментальных подходов оказались эффективными в обнаружении новых субстратов, пока что в этой области мало что сделано. Таким образом, поиск новых субстратов гидроксилирования становится все более необходимым, чтобы улучшить наше понимание того, как гидроксилирование может модулировать клеточные реакции на стимулы, отличные от состояния гипоксии.

Также важно отметить, что относительно трудно отличить окисление от гидроксилирования только с помощью масс-спектрометрии, поскольку обе модификации могут происходить в различных боковых цепях аминокислот.Следовательно, данные фрагментации масс-спектрометрии должны быть с высоким разрешением и большим охватом, чтобы подтвердить назначение модификации, как было показано ранее [80]. Многие события гидроксилирования, обнаруженные с помощью масс-спектрометрии, могут не опосредоваться пролилгидроксилазами. Таким образом, очень важно выполнить анализ in vitro на гидроксилирование , чтобы проверить, могут ли эти участки, обнаруженные с помощью масс-спектрометрии, быть гидроксилированы различными пролилгидроксилазами. Более того, не менее важно продолжить исследование, являются ли эти сайты функционально важными в физиологически релевантной системе.

Здесь мы даем обзор недавно идентифицированных субстратов гидроксилирования (), в первую очередь обращая внимание на биологические данные и потенциальную патологическую роль этой интригующей посттрансляционной модификации.

Таблица 2

Список недавно идентифицированных мишеней гидроксилирования

9011 902 Pro437

Белок	Потенциальная гидроксилаза	Гидроксилированные остатки	Эффекты гидроксилирования	Ссылка
FOX2	Диссоциация от деубиквитиназы USP9x, протеасомная деградация FOXO3a и последующая стабилизация cyclinD1	Zheng et al .[87]
DYRK1A, DYRK1B	PHD1 / EglN2	Неизвестно	Повышение фосфорилирования DYRK1A / B и киназной активности, нарушение взаимодействия фосфорилированного ID2 с pVHL. Убиквитинирование и деградация HIF2a	Lee et al . [90]
NDRG3	PHD2 / EglN1	Pro294	Повышенная ассоциация с pVHL, последующее убиквитинирование и деградация NDRG3, снижение передачи сигналов киназы RAF-ERK1 / 216, регулируемой NDRG3, RAF-ERK1 / 2, 902 902 902 902 Lee 902.[94]
Akt	PHD2 / EglN1	Pro125, Pro313	Повышенное взаимодействие с фосфатазой pVHL и PP2a, снижение фосфорилирования Akt по остаткам Thr308 и Ser473 и, как следствие, нарушение опосредованной клеточной пролиферации Akt активности и туморогенез	Guo et al . [98]
EPOR	PHD3 / EglN3	Pro419, Pro426	Повышенное связывание с pVHL, протеасомная деградация EPOR, последующее снижение EPO-индуцированного сигнального пути JAK-STAT и эритропоэза et al.[103]
OTUB1	FIH	Asn22	Изменение взаимодействия OTUB1 с белками, важными для клеточного метаболизма	Scholz et al . [104]
MAPK6	PHD3 / EglN3	Pro25	Диссоциация от лигазы E3 HUWE1 и последующая стабилизация белка MAPK6	Rodriguez et al . [80]
RIPK4	FIH	Asn	Модификация активности киназы RIPK4, повышение активности сигнального пути Wnt	Rodriguez et al. .[80]
eEF2K	Неизвестно	Pro93	Нарушение комплекса eEF2K-кальмодулин, последующее ингибирование активности киназы eEF2K и сохранение eEF2-зависимой элонгации трансляции и синтеза белка	Moore et al. . [106]
β- и γактин	PHD3 / EglN3	Pro307, Pro322	Нарушение полимеризации актина	Luo et al . [109]
TR-α	PHD2 / EglN1, PHD3 / EglN3	Pro160, Pro162	Повышенное взаимодействие TR-α с транскрипционным корепрессором NCOR2, усиление транскрипции PLN	Xie .[112]
p53	PHD1 / EglN2	Неизвестно	Связывание с p33, фосфорилирование p53 Ser15	Deschoemaeker et al . [113]
CERKL	PHD1 / EglN2, PHD3 / EglN3	Неизвестно	Регулирование стабильности белка CERKL	Chen et al . [115]
FLNA	PHD2 / EglN1	Множественные остатки Pro	Повышенное связывание с лигазой pVHL E3 и протеасомная деградация FLNA.	Segura и др. . [116]
p53	JMJD6	Lys382	Ингибирование транскрипционной активности p53	Wang et al . [121]

2. Новые мишени гидроксилирования и их клеточные функции

2.1 Пролилгидроксилирование FOXO3a

Супрессоры опухоли Forkhead box-O (FOXO) подавляют пролиферацию клеток и выживание клеток путем транскрипционной активации определенных генов-мишеней, которые являются встроены в различные регуляторные пути рака.Активация фосфатидилинозитид-3-киназы (PI3K) внеклеточными сигналами роста приводит к фосфорилированию FOXO в трех консервативных серин / треониновых (Ser / Thr) сайтах серин / треонинкиназой Akt, после чего FOXO перемещаются в цитоплазму и деградируют [81 ]. Стабильность белка FOXO3a также может регулироваться регуляторным белком IkappaB или фосфорилированием, опосредованным внеклеточной сигнальной киназой (ERK) [82, 83].

Примечательно, что роль FOXO в развитии рака в последнее время получила все большую поддержку со стороны генетических исследований рака мышей и человека. FOXO делетированы или мутированы при различных раковых заболеваниях человека, таких как лейкемия и рак простаты [84, 85]. Сверхэкспрессия FOXO3a подавляет рост опухолевых клеток груди in vitro и размер опухоли in vivo , что позволяет предположить, что FOXO3a действует в основном как опухолевый супрессор при раке груди [82, 83]. В соответствии с этими наблюдениями на раке человека, генетические исследования на мышах из группы Depinho установили, что широкая соматическая делеция всех трех FOXO ( FOXO1, 3 и 4 ) порождает предрасположенное к раку состояние, что обеспечивает формальное доказательство того, FOXO действуют как опухолевые супрессоры in vivo [86].

Чжэн и др. . использовали in vitro скрининг гидроксилирования с рекомбинантным PHD1 / EglN2 и идентифицировали, что FOXO3a является подлинным субстратом PHD1 / EglN2. Механически FOXO3a может быть гидроксилирован PHD1 / EglN2 по двум разным остаткам пролина (Pro426 и 437), что запускает его диссоциацию от убиквитинспецифической пептидазы 9, X-связанной (USP9x) деубиквитиназы () [87]. В результате FOXO3a подвергается протеасомной деградации. Поскольку сообщалось, что FOXO3a является репрессором транскрипции для циклина D1, его дестабилизация приводит к накоплению циклина D1.Это исследование обеспечивает механистическое понимание того, как PHD1 / EglN2 транскрипционно регулирует циклин D1 ферментативно-зависимым образом, тем самым внося вклад в онкогенез груди. Кроме того, он проливает свет на важную роль FOXO3a и USP9x в развитии рака груди. Интересно, что pVHL не регулирует стабильность белка FOXO3a в этих условиях (Zhang Q., неопубликованные данные). Таким образом, еще предстоит определить, какая лигаза E3 может опосредовать деградацию гидроксилированного FOXO3a.

Регулирование FOXO3a путем гидроксилирования

(A) Пролилгидроксилаза PHD1 / EglN2 гидроксилирует фактор транскрипции FOXO3a (Forkhead box-O3a) на двух остатках пролина (Pro426 и 437), тем самым предотвращая связывание с USP9x (убиквитин 9, специфический X-пептид. -связанная) деубиквитиназа.Это способствует убиквитинированию FOXO3a и протеасомной деградации. (B) В случае низких уровней активности EglN2 (PHD1), т.е. г. в условиях гипоксии USP9x связывается с FOXO3a, предотвращая его убиквитинирование и повышая его стабильность. FOXO3a является репрессором транскрипции для циклина D1, его стабилизация приводит к снижению экспрессии циклина D1.

2.2 Пролилгидроксилирование DYRK1A и DYRK1B

Члены семейства белков-ингибиторов дифференцировки (ID) (включая ID1, 2, 3 и 4) являются главными регуляторами функции стволовых клеток [88, 89].Во время туморогенеза раковые клетки нарушают свои функции, тем самым внося свой вклад в функцию раковых стволовых клеток и туморогенез. Однако регуляторный путь белков ID остается в значительной степени неопределенным. Используя клетку глиобластомы в качестве модельной системы, недавняя статья Ли и др. . показали, что киназы 1A и B (DYRK1A и DYRK1B), регулируемые тирозин- (Y) -фосфорилированием с двойной специфичностью, фосфорилируют ID2 по треонину 27 (Thr27). Интересно, что PHD1 / EglN2 гидроксилирует DYRK1A и DYRK1B, тем самым способствуя их фосфорилированию и киназной активности в клетках.В результате ID2 фосфорилируется и предотвращается его взаимодействие с pVHL, таким образом сохраняя pVHL-зависимое убиквитинирование и деградацию HIF-2α () [90].

Регуляция DYRK1A / B путем гидроксилирования

(A) PHD1 / EglN2 запускает гидроксилирование DYRK1A и B (киназы 1A и B, регулируемые тирозин- (Y) -фосфорилированием двойной специфичности), тем самым способствуя их фосфорилированию и киназной активности. Впоследствии ID2 (ингибитор дифференцировки 2) фосфорилируется и предотвращается его взаимодействие с комплексом убиквитиназы pVHL, таким образом сохраняя pVHL-зависимое убиквитинирование HIF-2α и протеасомную деградацию.(B) При гипоксии или истощении PHD1 DYRK1A и B не могут быть эффективно гидроксилированы или фосфорилированы, что предотвращает фосфорилирование ID2 на Thr27. Это способствует связыванию ID2 с pVHL, что нарушает взаимодействие каркасного белка CUL2 с лигазным комплексом pVHL E3. Как следствие, pVHL не может эффективно убиквитинировать HIF-2α. Затем за накоплением HIF-2α следует транскрипционная регуляция экспрессии его нижележащего целевого гена.

С другой стороны, в присутствии гипоксии или потенциального истощения PHD1 DYRK1A и DYRK1B не могут быть эффективно гидроксилированы или фосфорилированы.Следовательно, ID2 не фосфорилируется на Thr27, что впоследствии способствует его связыванию с pVHL, что вытесняет каркасный белок CUL2 из его взаимодействия с лигазным комплексом pVHL E3. Соответственно, pVHL не может эффективно убиквитинировать HIF-2α, что приводит к накоплению HIF-2α с последующей транскрипционной регуляцией экспрессии его нижележащего целевого гена (). Это будет способствовать стволу глиомы, увеличению роста опухоли и менее благоприятному исходу у пациентов с глиобластомой. Это элегантное исследование раскрывает новый регуляторный путь функции ID2 в глиобластоме, на которую влияет пролилгидроксилирование DYRK1A и DYRK1B, и указывает на потенциальную роль PHD1 / EglN2 как опухолевого супрессора в глиобластоме, косвенно регулируя уровни HIF-2α и стволовость глиомы.Однако остается неясным, гидроксилирует ли PHD1 / EglN2 непосредственно DYRK1A / B по остаткам пролина. Кроме того, будет очень интересно определить молекулярный механизм, с помощью которого гидроксилирование DYRK1A / B влияет на его фосфорилирование и киназную активность, что выявит причинную связь между событиями гидроксилирования и фосфорилирования.

2.3 NDRG3 пролилгидроксилирование

N-Myc нижестоящий регулируемый ген (NDRG) содержит 4 члена семейства, которые хорошо сохраняются в процессе эволюции [91].Впервые сообщалось, что NDRG1 репрессируется протоонкогенами N- и c-Myc [92, 93]. Однако регулирование других членов семейства NDRG остается в значительной степени неизвестным. Недавняя статья Ли и др. . демонстрирует, что NDRG3 может быть гидроксилирован на Pro294, потенциально с помощью PHD2 / EglN1. Впоследствии гидроксилирование NDRG3 запускает его связывание с pVHL с последующим убиквитинированием и деградацией NDRG3 () [94]. Во время развития опухоли гипоксия провоцирует накопление лактата, который напрямую связывает NDRG3, предотвращая его взаимодействие с комплексом pVHL.Следовательно, NDRG3 может накапливаться и вносить вклад в передачу сигналов нижестоящей киназы RAF-ERK1 / 2 ().

Регулирование NDRG3 путем гидроксилирования

(A) NDRG3 (нижестоящий регулируемый ген N-Myc) может быть гидроксилирован на пролине 294, потенциально с помощью PHD2 / EglN1. Гидроксилированный NDRG3 связывается с pVHL, что способствует убиквитинированию и деградации NDRG3. (B) Гипоксия может привести к накоплению лактата, который напрямую связывает NDRG3, тем самым предотвращая его взаимодействие с комплексом pVHL. Следовательно, NDRG3 стабилизирован и может вносить вклад в передачу сигналов киназы RAF-ERK1 / 2 ниже по течению.

Существует сильная зависимость индуцированной лактатом гипоксии для роста клеток, ангиогенеза и антиапоптоза от активности ERK1 / 2, опосредованной NDRG3 [94]. Из этого элегантного исследования также возникает несколько интересных вопросов. Во-первых, гидроксилирует ли PHD2 / EglN1 непосредственно NDRG3 на Pro294 in vitro и in vivo ? Во-вторых, остается неясным, как взаимодействие между NDRG3 и pVHL снижается из-за гипоксии, и может ли это быть связано с усилением взаимодействия между NDRG3 и лактатом или с пониженным гидроксилированием NDRG3 в этом метаболическом состоянии.В-третьих, поскольку гипоксия может индуцировать экспрессию PDK1 через HIF-1α, что смещает ферментативную реакцию пирувата с производства ацетил-КоА на выработку лактата, важного для гликолитического пути [95], вполне вероятно, что HIF-1α также влияет на уровень продукции лактата. . Если это правда, возможно, что истощение компонентов пути HIF приведет к снижению выработки лактата и уменьшению накопления NDRG3 в условиях гипоксии. Следовательно, вероятно, что NDRG3 может зависеть от передачи сигналов HIF в качестве вторичного эффектора, который влияет на передачу сигналов, реагирующих на гипоксию, при раке.

2,4 Akt пролилгидроксилирование

VHL является критическим геном-супрессором опухоли, который инактивируется мутацией или гиперметилированием в большинстве случаев светлоклеточной почечно-клеточной карциномы (ccRCC), смертельной болезни, составляющей 85% случаев рака почек и классически устойчивы к цитотоксической химиотерапии [96]. Доклинические исследования показали, что Akt часто активируется у пациентов с ccRCC с потерей pVHL [97], что указывает на возможную связь между потерей pVHL и гиперактивацией Akt.

Основополагающие открытия Гуо и др. . демонстрируют, что Akt может быть гидроксилирован по остаткам Pro125 и Pro313 с помощью PHD2 / EglN1 in vivo и in vitro [98]. pVHL напрямую связывается с гидроксилированным Akt и ингибирует активность Akt, что демонстрируется снижением фосфорилирования Akt по треонину 308 (Thr308) и серину 473 (Ser473) [98]. Следовательно, в клетках, находящихся под гипоксией или лишенных функционального pVHL, активность Akt аберрантно повышена, что способствует увеличению пролиферации клеток и туморогенезу (и) [98].Что касается значимости заболевания, было обнаружено, что связанные с раком мутации AKT снижают гидроксилирование Akt, тем самым способствуя более высокому фосфорилированию Akt.

Регулирование Akt путем гидроксилирования

(A) Akt может быть гидроксилирован по остаткам Pro125 и Pro313 с помощью PHD2 / EglN1. pVHL и фосфатаза PP2A взаимодействуют с гидроксилированным Akt и ингибируют активность Akt, о чем свидетельствует снижение фосфорилирования Akt по треонину 308 (Thr308). (B) Недостаток кислорода или функционального pVHL предотвращает гидроксилирование Akt и связывание с pVHL и PP2A, что приводит к увеличению фосфорилирования и активности Akt Thr308 и способствует увеличению пролиферации клеток и туморогенезу.

Путем создания нескольких антител, специфичных для гидроксилирования Akt, эта работа показывает тесную связь между гидроксилированием и сигнальными путями киназы. Примечательно, что в нормоксических условиях фосфорилирование Akt, индуцированное фактором роста, может впоследствии запускать взаимодействие Akt с PHD2 / EglN1, которое, в свою очередь, гидроксилирует активированный Akt, способствуя pVHL-опосредованному подавлению, предположительно функционируя как регуляция отрицательной обратной связи для жесткого регулирования активности киназы. Akt in vivo .Механически это также показывает, что гидроксилирование Akt запускает более сильное взаимодействие между Akt и протеинфосфатазой 2A (PP2A), опосредованное pVHL. (). Достаточно интересно, что мотив гидроксилирования пролила Akt имеет некоторое сходство с мотивом гидроксилирования пролила FOXO3a [87], что поднимает вопрос о том, может ли мотив «FOXO3alike» быть использован для предсказания потенциального пула субстрата гидроксилирования пролила в будущих исследованиях. В этой статье также предполагается, что не все субстраты bona fide PHD / EglN будут нести канонический мотив пролилгидроксилирования LXXLAP HIF, который был идентифицирован во многих белках, отличных от HIF, таких как IKKB, PKM2 и Cep192.

Недавно идентифицированный мотив GSPT или GPSS в FOXO3A и мотив GSPS или GTPE в Akt, оба из которых могут быть пролин-гидроксилированными, могут поэтому использоваться для предсказания других предполагаемых сайтов гидроксилирования. Однако ограниченное количество опубликованных новых мишеней гидроксилирования, которые можно использовать для предсказания этих закономерностей, ограничивает возможности этого предсказания in silico . и ожидает будущих исследований, чтобы укрепить этот мотив.

В отличие от открытия, что гидроксилирование Akt нарушает его фосфорилирование, гидроксилирование DYRK1A и DYRK1B положительно регулирует их фосфорилирование.Следовательно, кажется, что могут существовать отличительные механизмы, которые связывают события гидроксилирования и фосфорилирования, что также требует дальнейшего детального изучения в ближайшем будущем.

2.5 EPOR пролилгидроксилирование

Эритропоэтин (EPO) контролирует эритропоэз путем связывания со своим рецептором (EPOR) на эритроидных клетках-предшественниках и последующей активации сигнальных путей JAK-STAT [99]. Было установлено, что ЭПО является целевым геном HIF-2α [100, 101]. Сообщалось, что мутация PHD2 / EglN1 индуцирует продукцию EPO в значительной степени HIF-2α-зависимым образом [102].Однако регулирование EPOR остается в значительной степени неизвестным.

Наследник и др. . [103] впервые показали, что уровни белка EPOR регулируются посредством PHD3 / EglN3-опосредованного гидроксилирования пролила по остаткам Pro419 и Pro426 (). Следовательно, ингибиторы гипоксии и пролилгидроксилазы могут индуцировать стабильность белка EPOR. Механически регуляция стабильности белка EPOR осуществляется через его связывание с комплексом pVHL зависимым от гидроксилирования образом, а белок EPOR связывается с каноническим доменом связывания субстрата pVHL.Интересно, что хотя некоторые из мутантов болезни pVHL все еще сохраняют способность связываться с гидроксилированным пептидом HIF, большинство этих мутантов не могут связываться с гидроксилированным пептидом EPOR. Это открытие предполагает, что передача сигналов EPO регулируется PHD3 / EglN3 и сигнальным путем pVHL при заболевании человека.

Регулирование EPOR, MAPK6 и RIPK4 путем гидроксилирования

(A) PHD3 / EglN3-опосредованное пролилгидроксилирование остатков EPOR (рецептора эритропоэтина) Pro419 и Pro426 облегчает связывание EPOR с комплексом pVHL, тем самым вызывая его протеасомную деградацию.Истощение PHD3 / EglN3 стабилизирует EPOR и, следовательно, стимулирует эритропоэз, управляемый сигнальным путем JAK / STAT. (B) MAPK6 (митоген-активированная протеинкиназа 6) может быть гидроксилирован PHD3 / EglN3 на пролине 25 (Pro25), что потенциально приводит к его диссоциации от HUWE1 (HECT, UBA и домен WWE, содержащий 1) убиквитин-протеинлигазу E3, таким образом, защищая его от протеасомной деградации. (C) Гидроксилирование RIPK4 с помощью FIH влияет на активность RIPK4, тем самым внося вклад в модуляцию активности сигнального пути Wnt.

2.6 OTUB1 гидроксилирование аспарагина

Деубиквитиназа убиквитин-альдегид-связывающего белка 1 (OTUB1), содержащая домен опухоли яичника, была ранее идентифицирована как потенциальный субстрат для гидроксилазы FIH [63]. Было показано, что OTUB1 гидроксилируется с помощью FIH по остатку аспарагина 22 (Asn22) [104]. Гидроксилирование OTUB1 на Asn22 изменяет его поведение связывания, особенно в отношении белков, важных в метаболических путях. В результате его гидроксилирование изменяет важные пути клеточного метаболизма.Шольц и др. . [104] демонстрирует прямую связь между FIH-индуцированным гидроксилированием OTUB1 и перепрограммированием клеточного метаболизма, что может быть важно в условиях болезней человека, особенно при раке, где гипоксия служит отличительной чертой и регулирует гидроксилирование клеточного белка. Интересно, что гидроксилирование OTUB1 Asn22 не обязательно изменяет его стабильность белка, что дополнительно указывает на то, что не все модификации гидроксилирования приводят к изменениям стабильности белка. В качестве альтернативного объяснения гидроксилирование может изменить репертуар связывающих комплексов, что может привести к глубоким изменениям, важным при различных заболеваниях человека, таких как рак.

2.7 MAPK6 и RIPK4 пролил и гидроксилирование аспарагина

Разработка стратегии захвата ферментов путем обработки клеток ингибитором панпролилгидроксилазы DMOG в сочетании с протеомикой количественного взаимодействия, Rodriguez et al. . [80] смогли идентифицировать некоторые новые субстраты FIH и PHD. В качестве доказательства принципа они идентифицировали некоторые из охарактеризованных субстратов PHD на основе этого протеомного подхода, включая CEP192 и FOXO3a [23, 80, 87]. Среди потенциальных партнеров / субстратов связывания PHD3 / EglN3, митоген-активированная протеинкиназа 6 (MAPK6), как было показано, гидроксилируется PHD3 / EglN3 на пролине 25 (Pro25), что потенциально приводит к его диссоциации от HECT, UBA и домена WWE, содержащего 1, убиквитин-протеинлигаза E3 (HUWE1), тем самым защищая ее от протеасомной деградации ().Следовательно, ингибирование гидроксилирования MAPK6 различными ингибиторами пролилгидроксилазы снижает стабильность белка MAPK6 в клетках.

Эта норма является отличительной от канонической точки зрения, согласно которой пролилгидроксилирование делает белок более восприимчивым к протеасомной деградации. Это предполагает, что пролилгидроксилирование может влиять на стабильность белка посредством различных механизмов в зависимости от конкретных клеточных контекстов и пролилгидроксилаз. В то время как мишени гидроксилирования PHD1 / EglN2 и PHD2 / EglN1 могут подвергаться протеасомному пути деградации, субстраты PHD3 / EglN3 могут быть защищены от деградации при гидроксилировании, в то время как лежащий в основе молекулярный механизм требует дальнейшего углубленного исследования.

Кроме того, было обнаружено, что FIH гидроксилирует взаимодействующую с рецептором серин-треонинкиназу 4 (RIPK4) на остатках аспарагина, которые не маркируют RIPK4 для деградации белка. Интересно, что с использованием репортера люциферазы TCF / LEF для измерения активности β-катенина было показано, что гидроксилирование RIPK4 увеличивает активность сигнального пути Wnt (). Определяя специфические сайты фосфорилирования, которые важны для активности RIPK4, Родригес и его коллеги также указали, что гидроксилирование RIPK4 может влиять на активность киназы RIPK4, определяемую появлением сайтов фосфорилирования в масс-спектрометрии.Это также указывает на ферментативную связь между гидроксилированием и фосфорилированием RIPK4. Однако необходимы дальнейшие исследования для изучения причинной связи и молекулярного механизма, лежащего в основе того, как гидроксилирование RIPK4 может влиять на его фосфорилирование и активность в клетках. Хотя в этом исследовании a был использован для идентификации потенциальных пролиловых или аспарагинильных субстратов, еще предстоит определить, как эти потенциальные мишени гидроксилирования могут влиять на клеточные функции в условиях заболевания, такого как рак.

2.8 eEF2K пролилгидроксилирование

Элонгация трансляции в основном контролируется фосфорилированием эукариотического фактора элонгации 2 (eEF2) [105]. Опосредованное eEF2 киназой (eEF2K) фосфорилирование eEF2 по остатку треонина 56 (Thr56) подавляет его способность взаимодействовать с рибосомами, тем самым нарушая элонгацию трансляции и синтез белка. eEF2K — это кальций / кальмодулин-зависимая (CaM) α-киназа. Сообщалось, что гипоксия или ингибирование пролилгидроксилазы активируют активность киназы eEF2K, тем самым способствуя увеличению фосфорилирования eEF2 [106].В результате клетки демонстрируют снижение удлинения трансляции и синтеза белка в условиях гипоксии, что защищает их от чрезмерного использования АТФ. С другой стороны, в нормоксических условиях eEF2K может быть гидроксилирован по остатку пролина 98 (Pro98), что нарушит его связывание с кальмодулином и ингибирует его киназную активность (). Следовательно, eEF2 не может эффективно фосфорилироваться, и синтез белка может продолжаться.

Регуляция eEF2K, β- и γ-актина путем гидроксилирования

(A) В нормоксических условиях eEF2K (киназа фактора элонгации 2 эукариот) может гидроксилироваться на пролине 98 (Pro98), что нарушает его связывание с кальмодулином и ингибирует его киназную активность .Следовательно, eEF2 не может быть эффективно фосфорилирован, и синтез белка продолжается. Гипоксическое состояние предотвращает гидроксилирование eEF2K, позволяя eEF2K взаимодействовать с кальмодулином. Активированный eEF2K фосфорилирует eEF2 по треонину 56 (Thr56), тем самым подавляя его активность по удлинению трансляции. (B) изоформы β и γ-актина гидроксилируются PHD3 / EglN3 по остаткам Pro307 и Pro322, что снижает полимеризацию актина. Истощение PHD3 / EglN3 приводит к увеличению экспрессии F-актина и подвижности клеток в клетках HeLa.

Таким образом, eEF2K служит защитным механизмом для клеток, испытывающих кислородную недостаточность или ишемическое состояние. В соответствии с этой гипотезой, нейроны с нокаутом eEF2K и показали повышенное использование АТФ и больший апоптоз при воздействии гипоксического состояния [106]. Это первое сообщение о том, что гидроксилирование eEF2K может влиять на его киназную активность, а также дает некоторое представление о том, как клетки полагаются на eEF2K для выживания в условиях гипоксии. В соответствии с этим представлением, в предыдущем исследовании сообщалось, что eEF2K защищает гипоксические клетки сердечной мышцы [107].В условиях рака, который характеризуется гипоксией, eEF2K может также обеспечивать защитный механизм, позволяющий выжить раковым клеткам. Следовательно, разработка специфического ингибитора eEF2K может быть полезной для специфического уничтожения этих гипоксических раковых клеток. Однако еще предстоит определить, какая пролилгидроксилаза может опосредовать гидроксилирование eEF2K и будет ли гидроксилирование eEF2K влиять на его связывание с лигазным комплексом pVHL E3.

2.9 Немышечное пролил-гидроксилирование актина

Актин очень важен для движения эукариотических клеток.Актин существует в трех α-изоформах и одной γ-изоформе, которые избирательно экспрессируются в определенных типах клеток [108]. Кроме того, актин также состоит из немышечных β- и γ-изоформ, которые универсально экспрессируются в большинстве типов клеток [108]. Было показано, что изоформы β и γ-актина гидроксилируются PHD3 / EglN3 по остаткам пролина 307 (Pro307) и пролина 322 (Pro322), что нарушает полимеризацию актина [109]. В результате истощение PHD3 / EglN3 множественными shРНК привело к увеличению экспрессии F-актина и подвижности клеток в клетках HeLa.Кроме того, эта регуляция во многом зависела от активности PHD3 / EglN3 (). Следовательно, эта работа укрепляет роль PHD3 / EglN3 в качестве супрессора опухолей в условиях рака путем ингибирования полимеризации актина и подвижности клеток [109]. Соответственно, было показано, что экспрессия PHD3 / EglN3 подавляется при множественных раковых заболеваниях, включая рак толстой кишки, меланому и рак груди [110, 111]. Регулируя гидроксилирование актина и подвижность клеток, вполне вероятно, что PHD3 / EglN3 может действовать как опухолевый супрессор, ингибируя инвазию клеток и метастазирование при этих раковых заболеваниях.Также будет интересно охарактеризовать дополнительные субстраты PHD3 / EglN3, помимо немышечного актина, которые могут играть важную роль в инвазии и метастазировании раковых клеток.

2.10 Альфа-пролилгидроксилирование рецептора тироидного гормона

Сообщалось, что при взаимодействии с PHD2 / EglN1 и PHD3 / EglN3 рецептор тироидного гормона α (TR-α) гидроксилируется по двум остаткам пролина, 160 и 162 (Pro160 и Pro162) [ 112]. Ингибирование гидроксилирования TR-α (например, гипоксией) может увеличивать его связывание с корепрессором 2 транскрипционного ядерного рецептора (NCOR2).В результате это приводит к снижению транскрипции фосфоламбана ( злотых ). В ишемическом состоянии снижение PLN в сердце приводит к аномальной активации CaMKII, которая может усиливать апоптоз и гипертрофию кардиомиоцитов. В физиологически релевантном состоянии мыши с нокаутом PHD2 / EglN1 и PHD3 / EglN3 показали повышение экспрессии PLN в сердце и фенотип сердечной гипертрофии. Еще предстоит определить, могут ли PHD2 / EglN1 или PHD3 / EglN3 непосредственно гидроксилировать TR-α на этих остатках пролина.Кроме того, гидроксилирование пролина TR-α не изменяет его уровень или стабильность белка. Скорее, он изменяет взаимодействие с ядерным рецептором корепрессора 2 (NCOR2) и влияет на транскрипцию злотых , что дает новое понимание того, как пролилгидроксилирование может влиять на ряд биологических путей, от канонической стабильности белка до комплексов связывания белок-белок. .

2.11 p53 пролилгидроксилирование

Ген опухолевого белка p53 (Tp53) является одним из наиболее важных опухолевых супрессоров, который мутирует более чем в 50% опухолей. PHD1 / EglN2 было показано, что клетки рака толстой кишки чувствительны к химиотерапевтическим препаратам, таким как флуорацил (5-FU), которые характеризуются усиленным апоптозом [113]. Интересно, что этот усиленный ответ зависит от фосфорилирования интактных p53 и p53 по остатку серина 15 (Ser15), которое обычно повышается при лечении химиотерапевтическими препаратами. После истощения PHD1 / EglN2 фосфорилирование p53 Ser15 снижается после обработки 5-FU по сравнению с контролем [113]. Сходные результаты были получены при обработке клеток ингибитором пангидроксилазы DMOG, предполагая, что фосфорилирование Ser15 регулируется активностью пролилгидроксилазы [113].

Механически, Deschoemaeker et al . [113] показали, что снижение гидроксилирования p53 нарушает фосфорилирование p53, индуцированное пролин-направленной Ser / Thr MAP-киназой p38α. Гидроксилирование p53 необходимо для связывания p38 с p53 и индуцирует фосфорилирование p53 на Ser15. Однако остается неясным, может ли p53 служить прямым субстратом PHD1 / EglN2. По сути, эта статья показывает причинную связь между подавлением молчания PHD1 / EglN2 и снижением опосредованной p53 репарации ДНК после химиотерапии.Следовательно, ингибирование PHD1 / EglN2 можно использовать в качестве терапевтической стратегии вмешательства при раке толстой кишки в сочетании с химиотерапией. Вместе с предыдущим сообщением о том, что PHD1 / EglN2 регулирует циклин D1 в онкогенезе молочной железы ферментативно-зависимым образом [33], эти данные убедительно подтверждают разработку специфических ингибиторов PHD1 / EglN2 в терапии рака.

2.12 CERKL пролилгидроксилирование

Ceramid kinase-like (CERKL) — недостаточно изученный белок, участвующий в окислительном стрессе и митохондриальной передаче сигналов [114].Например, CERKL взаимодействует с митохондриальным тиоредоксином (TRX2) и активирует его важные функции в митохондриях. Соответственно, истощение CERKL приводит к дегенерации сетчатки из-за окислительного повреждения как у людей, так и у мышей. Однако регулирование CERKL остается в значительной степени неизвестным. Чен и др. . [115] обнаружили, что CERKL был убиквитинирован, что опосредовано лигазным комплексом pVHL E3. Истощение VHL приводит к увеличению уровня белка CERKL.Кроме того, некоторые предварительные данные предполагают, что PHD1 / EglN2 и PHD3 / EglN3 могут быть важны для регуляции стабильности белка CERKL, возможно, посредством гидроксилирования [115]. Еще предстоит определить, может ли PHD1 / EglN2- и PHD3 / EglN3-регулируемое гидроксилирование CERKL опосредовать стабильность его белка, контролируемую pVHL. Кроме того, еще предстоит определить физиологическое значение CERKL при заболеваниях человека, таких как рак.

2.13 Пролилгидроксилирование филамина А

Сообщалось, что гипоксия вызывает обратимую регрессию позвоночника, попытку нейронов избежать энергетического кризиса за счет снижения синаптической передачи [116].Филамин A (FLNA) является важным сшивающим агентом актина. Отношения FLNA / F-actin способствуют ортогональным сетям или параллельным пучкам актина [117]. Как таковая, FLNA регулирует многие аспекты нейрональных путей, включая морфогенез дендритов, миграцию нейронов и конус роста аксонов [118–120]. Роль FLNA в регрессии позвоночника остается в значительной степени неясной.

Segura и др. . [116] показали, что в нормоксических условиях PHD2 / EglN1 способствует гидроксилированию FLNA по нескольким остаткам пролина, включая Pro2309, Pro2316 и, возможно, Pro2312, что приводит к связыванию FLNA с лигазным комплексом pVHL E3 и деградации протеасомой.Ингибирование активности PHD2 / EglN1 с помощью генетического подхода (потеря PHD2 / EglN1 ), фармакологического подхода (например, DMOG) или физиологического релевантного состояния (такого как гипоксия) может привести к стабилизации FLNA и незрелому филоподий-подобному дендритному выпячиванию, вызывая, таким образом, позвоночник. регресс и снижение синаптической плотности [116]. Поскольку FLNA должна точно регулироваться для предотвращения неврологических дефектов, PHD2 / EglN1-опосредованное гидроксилирование FLNA и его последующая регуляция с помощью pVHL обеспечивает молекулярный механизм для его жесткой регуляции в неврологическом контексте in vivo [116].

2,14 гидроксилирование лизина p53

Wang et al . [121] недавно сообщили, что белок-супрессор опухолей p53 физически связывается с JMJD6, содержащим C-домен Jumonji. В результате JMJD6 гидроксилирует p53 по остатку лизина 382 (Lys382), что приводит к ингибированию его транскрипционной активности [121]. Истощение JMJD6 вызывает апоптоз клеток и остановку клеточного цикла в G1-фазе, увеличивает чувствительность к гибели клеток, вызванную повреждающими ДНК агентами, и ингибирует p53-зависимую пролиферацию клеток толстой кишки [121].

Следует отметить, что некоторые типы рака человека, особенно рак толстой кишки, демонстрируют повышенную регуляцию экспрессии JMJD6, а повышенная ядерная локализация JMJD6 положительно коррелирует с агрессивностью аденокарциномы толстой кишки [121]. Это открытие предполагает, что JMJD6 можно рассматривать как терапевтическую мишень при раке толстой кишки, но необходимы более глубокие исследования, чтобы точно определить критическую роль JMJD6 в онкогенезе.

3. Заключение и перспективы на будущее

До недавнего времени гидроксилирование белков в основном рассматривалось как относительно специализированная посттрансляционная модификация внеклеточных коллагенов и белков с коллагеноподобными последовательностями.Открытие того, что HIFs могут быть гидроксилированы и, что более важно, что такая модификация сильно влияет на их передачу сигналов, привело к гипотезе о том, что посттрансляционное гидроксилирование может играть более важную роль, чем мы думали ранее. За последние два десятилетия комбинация геномного анализа in silico , методов ассоциации белков и фармакологического улавливания субстратов с последующим масс-спектрометрическим анализом позволила открыть несколько новых субстратов гидроксилирования, подтвердив мнение о том, что гидроксилирование белков сильно влияет на сигнальные пути.В большинстве случаев было показано, что гидроксилирование изменяет стабильность белка, либо изменяя взаимодействие с протеин-деубиквитиназами (например, FOXO3a) или убиквитинлигазами (например, NDRG3, EPOR, MAPK6), либо косвенно сохраняя состав комплексов убиквитинлигазы (например, DYRK1A / B ). Однако гидроксилирование также может влиять на ферментативную активность определенных белков, нарушая их взаимодействие с прямыми активаторами (например, eEF2K) или влияя на возникновение других посттрансляционных модификаций, которые, в свою очередь, влияют на их активность (например, eEF2K).г. Akt, TR-α и p53). Более того, паттерн связывания с белком или гомеостаз могут быть изменены гидроксилированием, о чем свидетельствует пример OTUB1.

В общем, гидроксилирование пролина приводит к изменению стабильности белка (например, для HIF-αs и FOXO3a), а гидроксилирование аспарагина способствует измененным межбелковым взаимодействиям (таким как HIF-αs и OTUB1). Однако недавние отчеты, обобщенные выше, предполагают, что гидроксилирование пролина также может влиять на белок-белковые взаимодействия и другие посттрансляционные модификации (как показано на примерах Akt, TR-α и eEF2K).Эти неканонические функции гидроксилирования пролина (или аспарагина) еще предстоит изучить в будущих углубленных исследованиях. Техническое усовершенствование последних нескольких лет должно позволить крупномасштабное открытие новых субстратов, что позволит лучше понять, как гидроксилирование белка влияет на передачу сигналов в клетке и, в более широкой перспективе, на патофизиологию клетки.

Роль и регуляция белков домена пролилгидроксилазы

1

Wang GL, Jiang BH, Rue EA, Semenza GL.Фактор 1, индуцируемый гипоксией, представляет собой гетеродимер PAS в виде основной спирали, петли, спирали, регулируемый напряжением O2 в клетке. Proc Natl Acad Sci USA 1995; 92 : 5510–5514.

CAS Статья Google Scholar

2

Kaelin WG. Гидроксилирование пролина и экспрессия генов. Annu Rev Biochem 2005; 74 : 115–128.

CAS Статья Google Scholar

3

Максвелл PH, Визенер М.С., Чанг Г.В., Клиффорд С.К., Во ЕС, Кокман М.Э. и др. .Белок-супрессор опухолей VHL нацелен на индуцируемые гипоксией факторы кислородзависимого протеолиза. Nature 1999; 399 : 271–275.

CAS Статья Google Scholar

4

Иван М., Кондо К., Ян Х., Ким В., Валиандо Дж., Ох М. и др. . HIFalpha направлен на VHL-опосредованное разрушение путем гидроксилирования пролина: последствия для восприятия O2. Science 2001; 292 : 464–468.

CAS Статья Google Scholar

5

Jaakkola P, Mole DR, Tian YM, Wilson MI, Gielbert J, Gaskell SJ et al . Нацеливание HIF-альфа на комплекс убиквитилирования фон Хиппеля-Линдау посредством O2-регулируемого пролилгидроксилирования. Science 2001; 292 : 468–472.

CAS Статья Google Scholar

6

Bruick RK, McKnight SL.Консервативное семейство пролил-4-гидроксилаз, модифицирующих HIF. Science 2001; 294 : 1337–1340.

CAS Статья Google Scholar

7

Эпштейн А.С., Глидл Дж. М., Макнил Л.А., Хьюитсон К.С., О’Рурк Дж., Моль DR и др. . C.elegans EGL-9 и гомологи млекопитающих определяют семейство диоксигеназ, которые регулируют HIF путем пролилгидроксилирования. Cell 2001; 107 : 43–54.

CAS Статья Google Scholar

8

Скофилд С.Дж., Рэтклифф П.Дж. Сигнализация гипоксии гидроксилазами HIF. Biochem Biophys Res Commun 2005; 338 : 617–626.

CAS Статья Google Scholar

9

van der Wel H, Ercan A, West CM. Пролилгидроксилаза Skp1 из Dictyostelium относится к классу индуцируемых гипоксией фактора-альфа пролил-4-гидроксилаз животных. J Biol Chem 2005; 280 : 14645–14655.

CAS Статья Google Scholar

10

Макдонау М.А., Ли В., Флэшман Э., Чоудхури Р., Мор С., Лиенард Б.М. и др. . Клеточное зондирование кислорода: кристаллическая структура индуцируемого гипоксией фактора пролилгидроксилазы (PHD2). Proc Natl Acad Sci USA 2006; 103 : 9814–9819.

CAS Статья Google Scholar

11

Koivunen P, Tiainen P, Hyvarinen J, Williams KE, Sormunen R, Klaus SJ et al .Трансмембранная пролил-4-гидроксилаза эндоплазматического ретикулума индуцируется гипоксией и действует на индуцируемый гипоксией фактор альфа. J Biol Chem 2007; 282 : 30544–30552.

CAS Статья Google Scholar

12

Hirsila M, Koivunen P, Gunzler V, Kivirikko KI, Myllyharju J. Характеристика пролил-4-гидроксилаз человека, которые модифицируют фактор, индуцируемый гипоксией. J Biol Chem 2003; 278 : 30772–30780.

Артикул Google Scholar

13

Cummins EP, Berra E, Comerford KM, Ginouves A, Fitzgerald KT, Seeballuck F et al . Пролилгидроксилаза-1 негативно регулирует киназу-бета IkappaB, что дает представление об активности NFkappaB, вызванной гипоксией. Proc Natl Acad Sci USA 2006; 103 : 18154–18159.

CAS Статья Google Scholar

14

Pan Y, Mansfield KD, Bertozzi CC, Rudenko V, Chan DA, Giaccia AJ et al .Множественные факторы, влияющие на окислительно-восстановительный статус клеток и энергетический метаболизм, модулируют активность пролилгидроксилазы индуцируемого гипоксией фактора in vivo и in vitro . Mol Cell Biol 2007; 27 : 912–925.

CAS Статья Google Scholar

15

Ozer A, Wu LC, Bruick RK. Кандидат в опухолевые супрессоры ING4 подавляет активацию фактора, индуцируемого гипоксией (HIF). Proc Natl Acad Sci USA 2005; 102 : 7481–7486.

CAS Статья Google Scholar

16

Такеда К., Фонг Г.Х. Белок домена 2 пролилгидроксилазы подавляет индуцированную гипоксией пролиферацию эндотелиальных клеток. Гипертония 2007; 49 : 178–184.

CAS Статья Google Scholar

17

Bruick RK. Ощущение кислорода в пути гипоксического ответа: регуляция фактора транскрипции, индуцируемого гипоксией. Genes Dev 2003; 17 : 2614–2623.

CAS Статья Google Scholar

18

Хаген Т., Тейлор, Коннектикут, Лам Ф, Монкада С. Перераспределение внутриклеточного кислорода при гипоксии оксидом азота: влияние на HIF1alpha. Science 2003; 302 : 1975–1978.

CAS Статья Google Scholar

19

Лэндо Д., Пит Д. Дж., Горман Дж. Дж., Уилан Д. А., Уайтло М. Л., Брюк Р. К..FIH-1 представляет собой фермент аспарагинилгидроксилазу, который регулирует транскрипционную активность фактора, индуцируемого гипоксией. Genes Dev 2002; 16 : 1466–1471.

CAS Статья Google Scholar

20

Mahon PC, Hirota K, Semenza GL. FIH-1: новый белок, который взаимодействует с HIF-1alpha и VHL, опосредуя репрессию транскрипционной активности HIF-1. Genes Dev 2001; 15 : 2675–2686.

CAS Статья Google Scholar

21

Метцен Э, Чжоу Дж, Йелкманн В, Фандри Дж, Брюн Б. Оксид азота ухудшает нормоксическое разложение HIF-1альфа за счет ингибирования пролилгидроксилаз. Mol Biol Cell 2003; 14 : 3470–3481.

CAS Статья Google Scholar

22

Сандау КБ, Чжоу Дж., Кицманн Т., Брюн Б. Регулирование индуцируемого гипоксией фактора 1альфа медиаторами воспаления оксидом азота и фактором некроза опухоли альфа в отличие от десферроксамина и оксида фениларсина. J Biol Chem 2001; 276 : 39805–39811.

CAS Статья Google Scholar

23

Джеральд Д., Берра Е., Фрапарт Ю.М., Чан Д.А., Джачча А.Дж., Мансуй Д. и др. . JunD снижает ангиогенез опухоли, защищая клетки от окислительного стресса. Cell 2004; 118 : 781–794.

CAS Статья Google Scholar

24

Chandel NS, McClintock DS, Feliciano CE, Wood TM, Melendez JA, Rodriguez AM et al .Активные формы кислорода, образующиеся в митохондриальном комплексе III, стабилизируют индуцируемый гипоксией фактор-1альфа во время гипоксии: механизм восприятия O2. J Biol Chem 2000; 275 : 25130–25138.

CAS Статья Google Scholar

25

Шредл С., Мак-Клинток Д.С., Бюдингер Г.Р., Чандель Н.С. Гипоксическая, но не аноксическая стабилизация HIF-1альфа требует митохондриальных активных форм кислорода. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2002; 283 : L922 – L931.

CAS Google Scholar

26

Vaux EC, Metzen E, Yeates KM, Ratcliffe PJ. Регулирование фактора, индуцируемого гипоксией, сохраняется при отсутствии функционирующей дыхательной цепи митохондрий. Кровь 2001; 98 : 296–302.

CAS Статья Google Scholar

27

Сальников К., Дональд С.П., Брюик Р.К., Житкович А., Панг Дж.М., Каспрзак К.С.Истощение внутриклеточного аскорбата канцерогенными металлами никелем и кобальтом приводит к индукции гипоксического стресса. J Biol Chem 2004; 279 : 40337–40344.

CAS Статья Google Scholar

28

Selak MA, Armor SM, MacKenzie ED, Boulahbel H, Watson DG, Mansfield KD и др. . Сукцинат связывает дисфункцию цикла TCA с онкогенезом, ингибируя пролилгидроксилазу HIF-альфа. Cancer Cell 2005; 7 : 77–85.

CAS Статья Google Scholar

29

Hewitson KS, Lienard BM, McDonough MA, Clifton IJ, Butler D, Soares AS et al . Структурные и механистические исследования ингибирования индуцируемых гипоксией гидроксилаз факторов транскрипции промежуточными продуктами цикла трикарбоновых кислот. J Biol Chem 2007; 282 : 3293–3301.

CAS Статья Google Scholar

30

Koivunen P, Hirsila M, Remes AM, Hassinen IE, Kivirikko KI, Myllyharju J.Ингибирование гидроксилаз индуцируемого гипоксией фактора (HIF) промежуточными продуктами цикла лимонной кислоты: возможные связи между клеточным метаболизмом и стабилизацией HIF. J Biol Chem 2007; 282 : 4524–4532.

CAS Статья Google Scholar

31

Лу Х, Форбс РА, Верма А. Активация индуцируемого гипоксией фактора 1 аэробным гликолизом подразумевает влияние эффекта Варбурга на канцерогенез. J Biol Chem 2002; 277 : 23111–23115.

CAS Статья Google Scholar

32

Хуанг ЛЭ, Гу Дж, Шау М, Банн ХФ. Регулирование индуцируемого гипоксией фактора 1альфа опосредуется O2-зависимым доменом деградации через убиквитин-протеасомный путь. Proc Natl Acad Sci USA 1998; 95 : 7987–7992.

CAS Статья Google Scholar

33

Masson N, Willam C, Maxwell PH, Pugh CW, Ratcliffe PJ.Независимая функция двух доменов деструкции в цепях фактора альфа, индуцируемых гипоксией, активированных пролилгидроксилированием. EMBO J 2001; 20 : 5197–5206.

CAS Статья Google Scholar

34

Аппельхофф Р.Дж., Тиан Ю.М., Раваль Р.Р., Терли Х., Харрис А.Л., Пью К.В. и др. . Дифференциальная функция пролилгидроксилаз PHD1, PHD2 и PHD3 в регуляции фактора, индуцируемого гипоксией. J Biol Chem 2004; 279 : 38458–38465.

CAS Статья Google Scholar

35

Хуанг Дж., Чжао К., Муни С.М., Ли Ф.С. Детерминанты последовательности в индуцируемом гипоксией факторе-1альфа для гидроксилирования пролилгидроксилазами PHD1, PHD2 и PHD3. J Biol Chem 2002; 277 : 39792–39800.

CAS Статья Google Scholar

36

Li D, Hirsila M, Koivunen P, Brenner MC, Xu L, Yang C et al .Многие аминокислотные замены в пептиде, индуцируемом гипоксией транскрипции (HIF) -1альфа-подобном пептиде, вызывают лишь незначительные изменения его гидроксилирования пролил-4-гидроксилазами HIF: замена 3,4-дегидропролина или азетидин-2-карбоновой кислоты на пролин приводит к высокой скорости несвязанного декарбоксилирования 2-оксоглутарата. J Biol Chem 2004; 279 : 55051–55059.

CAS Статья Google Scholar

37

Pereira T, Zheng X, Ruas JL, Tanimoto K, Poellinger L.Идентификация остатков, критических для регуляции стабильности белка и трансактивационной функции гипоксически-индуцируемого фактора-1альфа, с помощью продукта гена-супрессора опухоли фон Хиппеля-Линдау. J Biol Chem 2003; 278 : 6816–6823.

CAS Статья Google Scholar

38

Chan DA, Sutphin PD, Yen SE, Giaccia AJ. Координированная регуляция кислородзависимых доменов деградации индуцируемого гипоксией фактора 1 альфа. Mol Cell Biol 2005; 25 : 6415–6426.

CAS Статья Google Scholar

39

Такеда К., Коуэн А., Фонг Г. Существенная роль белка 2 домена пролилгидроксилазы в кислородном гомеостазе сосудистой системы взрослого человека. Тираж 2007 г .; 116 : 774–781.

CAS Статья Google Scholar

40

Такеда К., Агила Х.Л., Парих Н.С., Ли Х, Ламот К., Дуан Л.Дж. и др. .Регуляция эритропоэза взрослых с помощью белков домена пролилгидроксилазы. Blood 2008 (в печати).

41

Бэк Дж. Х., Махон П. К., О Дж., Келли Б., Кришнамачари Б., Пирсон М. и др. . OS-9 взаимодействует с индуцируемым гипоксией фактором 1альфа и пролилгидроксилазами, способствуя кислородзависимой деградации HIF-1альфа. Mol Cell 2005; 17 : 503–512.

CAS Статья Google Scholar

42

Berra E, Benizri E, Ginouves A, Volmat V, Roux D, Pouyssegur J.Пролилгидроксилаза 2 HIF является ключевым датчиком кислорода, устанавливающим низкие стационарные уровни HIF-1альфа при нормоксии. EMBO J 2003; 22 : 4082–4090.

CAS Статья Google Scholar

43

Уиллам С., Максвелл PH, Николс Л., Лигейт С., Тиан Ю.М., Бернхардт В. и др. . Пролилгидроксилазы HIF у крыс; распределение органов и изменения в экспрессии после гипоксии и перевязки коронарных артерий. J Mol Cell Cardiol 2006; 41 : 68–77.

CAS Статья Google Scholar

44

Metzen E, Berchner-Pfannschmidt U, Stengel P, Marxsen JH, Stolze I, Klinger M et al . Внутриклеточная локализация альфа-гидроксилаз HIF-1 человека: влияние на восприятие кислорода. J Cell Sci 2003; 116 : 1319–1326.

CAS Статья Google Scholar

45

Soilleux EJ, Turley H, Tian YM, Pugh CW, Gatter KC, Harris AL.Использование новых моноклональных антител для определения экспрессии и распределения регуляторных факторов гипоксии PHD-1, PHD-2, PHD-3 и FIH в нормальных и опухолевых тканях человека. Histopathology 2005; 47 : 602–610.

CAS Статья Google Scholar

46

Метцен Э, Штиль Д.П., Доге К., Марксен Дж. Х., Хельвиг-Бургель Т., Йелкманн В. Регулирование гена белка 2 домена пролилгидроксилазы (phd2 / egln-1): идентификация функционального элемента, чувствительного к гипоксии. Biochem J 2005; 387 : 711–717.

CAS Статья Google Scholar

47

Pescador N, Cuevas Y, Naranjo S, Alcaide M, Villar D, Landazuri MO et al . Идентификация функционального элемента, чувствительного к гипоксии, который регулирует экспрессию гена-гомолога 3 egl9 (egln3 / phd3). Biochem J 2005; 390 : 189–197.

CAS Статья Google Scholar

48

Марксен Дж. Х., Стенгель П., Доге К., Хейккинен П., Йокилехто Т., Вагнер Т. и др. .Фактор-1, индуцируемый гипоксией (HIF-1), способствует его деградации за счет индукции HIF-альфа-пролил-4-гидроксилазы. Biochem J 2004; 381 : 761–767.

CAS Статья Google Scholar

49

D’Angelo G, Duplan E, Boyer N, Vigne P, Frelin C. Гипоксия регулирует активность пролилгидроксилазы: механизм обратной связи, который ограничивает ответы HIF-1 во время реоксигенации. J Biol Chem 2003; 278 : 38183–38187.

CAS Статья Google Scholar

50

Штиль Д.П., Виртнер Р., Кодиц Дж., Шпильманн П., Камениш Г., Венгер Р. Увеличение количества белков домена пролил-4-гидроксилазы компенсирует снижение уровня кислорода. Доказательства наличия ауторегулирующей кислородно-чувствительной системы. J Biol Chem 2006; 281 : 23482–23491.

CAS Статья Google Scholar

51

Berchner-Pfannschmidt U, Yamac H, Trinidad B, Fandrey J.Оксид азота модулирует чувствительность к кислороду посредством индуцируемой гипоксией фактора 1-зависимой индукции пролилгидроксилазы 2. J Biol Chem 2007; 282 : 1788–1796.

CAS Статья Google Scholar

52

Кому KK, Huang LE. Подавление транскрипционной активности индуцируемого гипоксией фактора 1альфа (HIF-1альфа) пролилгидроксилазой HIF EGLN1. J Biol Chem 2005; 280 : 38102–38107.

CAS Статья Google Scholar

53

McMahon S, Charbonneau M, Grandmont S, Richard DE, Dubois CM.Трансформирующий фактор роста бета1 индуцирует стабилизацию индуцируемого гипоксией фактора-1 посредством селективного ингибирования экспрессии PHD2. J Biol Chem 2006; 281 : 24171–24181.

CAS Статья Google Scholar

54

Nakayama K, Frew IJ, Hagensen M, Skals M, Habelhah H, Bhoumik A et al . Siah3 регулирует стабильность пролилгидроксилаз, контролирует количество HIF1альфа и модулирует физиологические реакции на гипоксию. Cell 2004; 117 : 941–952.

CAS Статья Google Scholar

55

Barth S, Nesper J, Hasgall PA, Wirthner R, Nytko KJ, Edlich F et al . Пептидилпролилцис / транс-изомераза FKBP38 определяет стабильность белка пролил-4-гидроксилазы PHD2 индуцируемого гипоксией фактора транскрипции. Mol Cell Biol 2007; 27 : 3758–3768.

CAS Статья Google Scholar

56

Hopfer U, Hopfer H, Jablonski K, Stahl RA, Wolf G.Новый белок WD-повтора Morg1 действует как молекулярный каркас для индуцируемого гипоксией фактора пролилгидроксилазы 3 (PHD3). J Biol Chem 2006; 281 : 8645–8655.

CAS Статья Google Scholar

57

Arquier N, Vigne P, Duplan E, Hsu T, Therond PP, Frelin C и др. . Анализ пути восприятия гипоксии у Drosophila melanogaster . Biochem J 2006; 393 : 471–480.

CAS Статья Google Scholar

58

Frei C, Galloni M, Hafen E, Edgar BA. Митохондриальный рибосомный белок Drosophila mRpL12 необходим для роста, управляемого циклином D / Cdk4. EMBO J 2005; 24 : 623–634.

CAS Статья Google Scholar

59

Фрей К., Эдгар Б.А. Drosophila cyclin D / Cdk4 требует пролилгидроксилазы Hif-1 для стимуляции роста клеток. Dev Cell 2004; 6 : 241–251.

CAS Статья Google Scholar

60

Перси М.Дж., Чжао К., Флорес А., Харрисон С., Лаппин Т.Р., Максвелл PH и др. . Семья с эритроцитозом устанавливает роль белка 2 домена пролилгидроксилазы в кислородном гомеостазе. Proc Natl Acad Sci USA 2006; 103 : 654–659.

CAS Статья Google Scholar

61

Перси М.Дж., Ферлоу П.В., Бир ПА, Лаппин Т.Р., Макмаллин М.Ф., Ли Ф.С.Новая мутация PHD2, связанная с эритроцитозом, предполагает расположение бороздки связывания HIF. Кровь 2007; 110 : 2193–2196.

CAS Статья Google Scholar

62

Эрез Н., Милявский М., Эйлам Р., Шац И., Голдфингер Н., Роттер В. Экспрессия пролилгидроксилазы-1 (PHD1 / EGLN2) подавляет активацию индуцируемого гипоксией фактора-1-альфа и подавляет рост опухоли. Cancer Res 2003; 63 : 8777–8783.

CAS PubMed Google Scholar

63

Като Х., Иноуэ Т., Асанома К., Нисимура К., Мацуда Т., Уэйк Н. Индукция старения клеток рака эндометрия человека посредством модуляции активности HIF-1альфа с помощью EGLN1. Int J Cancer 2006; 118 : 1144–1153.

CAS Статья Google Scholar

64

Ли С., Накамура Э., Янг Х., Вей В., Линги М.С., Саджан М.П. и др. .Апоптоз нейронов, связанный с пролилгидроксилазой EglN3 и генами семейной феохромоцитомы: отсечение в процессе развития и рак. Cancer Cell 2005; 8 : 155–167.

Артикул Google Scholar

65

Натараджан Р., Саллум Ф.Н., Фишер Б.Дж., Кукрея Р.С., Фаулер III А.А. Активация индуцируемого гипоксией фактора-1 подавлением гена пролил-4-гидроксилазы-2 ослабляет реперфузионное повреждение ишемии миокарда. Circ Res 2006; 98 : 133–140.

CAS Статья Google Scholar

66

Terkhorn SP, Bohensky J, Shapiro IM, Koyama E, Srinivas V. Экспрессия изоферментов пролилгидроксилазы HIF в хондроцитах пластинки роста: взаимосвязь между созреванием и чувствительностью к апоптозу. J. Cell Physiol 2007; 210 : 257–265.

CAS Статья Google Scholar

67

Fu J, Menzies K, Freeman RS, Taubman MB.EGLN3 пролилгидроксилаза регулирует дифференцировку скелетных мышц и стабильность белка миогенина. J Biol Chem 2007; 282 : 12410–12418.

CAS Статья Google Scholar

68

Ирвин Р., ЛаПрес Дж. Дж., Кинсер С., МакКейб Л. Р.. Ингибирование пролилгидроксилазы и активация HIF в остеобластах способствует адипоцитарному фенотипу. J Cell Biochem 2007; 100 : 762–772.

CAS Статья Google Scholar

69

Такеда К., Хо В.К., Такеда Х., Дуан Л.Дж., Надь А., Фонг Г.Х.Плацентарные, но не пороки сердца связаны с повышенными уровнями индуцируемого гипоксией фактора альфа у мышей, лишенных протеина 2 домена пролилгидроксилазы. Mol Cell Biol 2006; 26 : 8336–8346.

CAS Статья Google Scholar

70

Warnecke C, Griethe W., Weidemann A, Jurgensen JS, Willam C, Bachmann S et al . Активация пути фактора, индуцируемого гипоксией, и стимуляция ангиогенеза путем применения ингибиторов пролилгидроксилазы. FASEB J 2003; 17 : 1186–1188.

CAS Статья Google Scholar

71

Уиллам С., Массон Н., Тиан Ю.М., Махмуд С.А., Уилсон М.И., Бикнелл Р. и др. . Пептидная блокада деградации HIFalpha модулирует клеточный метаболизм и ангиогенез. Proc Natl Acad Sci USA 2002; 99 : 10423–10428.

CAS Статья Google Scholar

72

Nangaku M, Izuhara Y, Takizawa S, Yamashita T., Fujii-Kuriyama Y, Ohneda O и др. .Новый класс ингибиторов пролилгидроксилазы индуцирует ангиогенез и обеспечивает защиту органов от ишемии. Arterioscler Thromb Vasc Biol 2007; 27 : 2548–2554.

CAS Статья Google Scholar

73

Сие М.М., Линде Н.С., Винтер А., Мецгер М., Вонг С., Лангсетмо И. и др. . Ингибирование пролилгидроксилазы HIF приводит к индукции эндогенного эритропоэтина, эритроцитозу и умеренной экспрессии фетального гемоглобина у макак-резусов. Кровь 2007; 110 : 2140–2147.

CAS Статья Google Scholar

Гидроксилирование аспарагина — обратимая посттрансляционная модификация

Исследование, проведенное учеными из Эдинбурга, предоставило данные, указывающие на то, что гидроксилирование аспарагина является гибкой и динамической посттрансляционной модификацией: сентябрь 2020 г.

Гидроксилирование и дегидроксилирование аминокислоты аспарагин.

Белки — фундаментальные строительные блоки каждого живого организма.Они состоят из аминокислот и выполняют множество функций — от действия в качестве каркаса и структурных элементов до транспортировки молекул, запуска репликации ДНК и катализатора метаболических реакций. Белки синтезируются рибосомами, которые переводят молекулы мРНК в полипептидные цепи. Каждый белок состоит из одной или нескольких таких полипептидных цепей.

Функции и жизненные циклы белков часто регулируются так называемыми посттрансляционными модификациями — модификациями, происходящими после их биосинтеза рибосомами.За прошедшие годы был описан широкий спектр таких модификаций. Они включают липидирование (присоединение липидов), гликозилирование (присоединение углеводов), фосфорилирование (присоединение фосфорильной группы) и другие. Аберрации в посттрансляционных модификациях белков часто наблюдаются при раке и других заболеваниях. Поэтому важно полностью выяснить природу и роль различных посттрансляционных модификаций и их влияние на локализацию и функции различных белков.

Исследователи из центра масс-спектрометрии Института генетики и молекулярной медицины (IGMM) особенно интересуются гидроксилированием белков — введением гидроксильной группы (-OH) в аминокислоты белков. Гидроксилирование аминокислот представляет собой обычную посттрансляционную модификацию, которая обычно регулирует взаимодействия белков или добавляет функциональную группу, которая может быть дополнительно модифицирована. Считалось, что гидроксилирование необратимо, что требует деградации и повторного синтеза всего белка для сброса модификации.Однако в исследовании под названием «Гидроксилирование аспарагина — обратимая посттрансляционная модификация», которое было недавно опубликовано в журнале Molecular & Cellular Proteomics, ученые IGMM предоставили данные, указывающие на то, что гидроксилирование аспарагина обратимо. Они постулировали, что гидроксилирование белков представляет собой гибкую и динамическую посттрансляционную модификацию, подобную модификациям, участвующим в регуляции сигнальных сетей, таких как фосфорилирование, метилирование и убиквитилирование. Исследование бросает вызов предыдущим убеждениям и открывает новые горизонты в исследованиях гидроксилирования.Лучшее понимание процесса может дать новое понимание внутриклеточных сигнальных сетей, что может привести к открытию новых терапевтических мишеней для лечения рака или других патологий человека.

Работой руководил д-р Хавьер Родригес и руководил д-ром Александром фон Кригсхаймом из Эдинбургского центра онкологических исследований Великобритании. Он был поддержан Cancer Research UK, Wellcome Trust и Программой стипендий по исследованию рака штата Виктория.

Ссылки по теме:

Статья в молекулярной и клеточной протеомике: https: // www.mcponline.org/content/early/2020/08/05/mcp.RA120.002189.long

Веб-сайт группы врачей Александра фон Кригсхайма: https://www.ed.ac.uk/cancer-centre/research/von-kriegsheim-group

Веб-страница центра масс-спектрометрии

IGMM: https://www.ed.ac.uk/igmm/facilities/mass-spectrometry

Брошюра по установке масс-спектрометрии IGMM

: https://www.ed.ac.uk/files/atoms/files/mass_spectrometry_laboratory_-_cruk_edinburgh_centre.pdf

Интересный ролик о том, как белки производятся в эукариотических клетках: https: // www.youtube.com/watch?v=gG7uCskUOrA

Интересная презентация о модификациях белков: https://www.youtube.com/watch?v=K2bGjTaNsnM

Новые доказательства пути гидроксилирования для анаэробной деградации алканов, подтвержденные анализом функциональных генов и сигнатурных метаболитов в нефтяных пластах | AMB Express

Abed RMM, Musat N, Musat F (2011) Структура микробных сообществ и углеводород-зависимое восстановление сульфата в бескислородном слое загрязненного микробного мата.Mar Pollut Bull 62 (3): 539–546. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2010.11.030

CAS Статья PubMed Google Scholar

Acosta-González A, Rosselló-Móra R, Marqués S (2013) Характеристика анаэробного микробного сообщества в загрязненных нефтью сублиторальных отложениях: потенциал ароматического биоразложения после разлива нефти Prestige. Environ Microbiol 15 (1): 77–92. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2012.02782.x

CAS Статья PubMed Google Scholar

Aeckersberg F, Bak F, Widdel F (1991) Анаэробное окисление насыщенных углеводородов до CO ₂ новым типом сульфатредуцирующих бактерий.Arch Microbiol 156 (1): 5–14. https://doi.org/10.1007/BF00418180

CAS Статья Google Scholar

Aeckersberg F, Rainey FA, ​​Widdel F (1998) Рост, естественные взаимоотношения, клеточные жирные кислоты и метаболическая адаптация сульфатредуцирующих бактерий, которые используют длинноцепочечные алканы в бескислородных условиях. Arch Microbiol 170 (5): 361–369. https://doi.org/10.1007/s002030050654

CAS Статья PubMed Google Scholar

Agrawal A, Gieg LM (2013) Обнаружение анаэробных метаболитов алкана in situ в подземных средах.Фронтальный микробиол 4 (4): 140. https://doi.org/10.3389/fmicb.2013.00140

Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

Agrawal A, Park HS, Nathoo S, Gieg LM, Jack TR, Miner K, Ertmoed R, Benko A, Voordouw G (2012) Истощение запасов толуола в добываемой нефти способствует контролю закисления на месторождении, подвергающемся закачке нитратов. Environ Sci Technol 46 (2): 1285–1292. https://doi.org/10.1021/es203748b

CAS Статья PubMed Google Scholar

Эйткен К.М., Джонс Д.М., Лартер С.Р. (2004) Анаэробное биоразложение углеводородов в глубоких подземных нефтяных коллекторах.Nature 431 (7006): 291–294. https://doi.org/10.1038/nature02922

CAS Статья PubMed Google Scholar

Anantharaman K, Brown CT, Hug LA, Sharon I, Castelle CJ, Probst AJ, Thomas BC, Singh A, Wilkins MJ, Karaoz U (2016) Тысячи микробных геномов проливают свет на взаимосвязанные биогеохимические процессы в системе водоносного горизонта . Нац Коммуна 7: 13219. https://doi.org/10.1038/ncomms13219

CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

Бейкер Б.Дж., Лазар С.С., Теске А.П., Дик Г.Дж. (2015) Геномное разрешение связей в круговороте углерода, азота и серы среди широко распространенных бактерий в эстуарных осадках.Микробиом 3 (1): 14. https://doi.org/10.1186/s40168-015-0077-6

Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

Bian XY, Mbadinga SM, Liu YF, Yang SZ, Liu JF, Ye RQ, Gu JD, Mu BZ (2015) Анализ анаэробного пути биодеградации н-алканов в нефтяных пластах путем обнаружения сигнатурных метаболитов. Sci Rep 5: 9801. https://doi.org/10.1038/srep09801

CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

Bian XY (2015) Исследование механизма анаэробного биодеградации углеводородов нефти в резервуарах нефти.Диссертация, Восточно-Китайский университет науки и технологий

Каллаган А.В. (2013) Ферменты, участвующие в анаэробном окислении н-алканов: от метана до длинноцепочечных парафинов. Фронтальный микробиол 4:89. https://doi.org/10.3389/fmicb.2013.00089

Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

Каллаган А.В., Давыдова И.А., Кристен С.А., Паризи В.А., Гиг Л.М., Суфлита Дж. М., Кукор Дж. Дж., Борис В. (2010) Разнообразие генов бензил- и алкилсукцинатсинтаз в средах, подверженных воздействию углеводородов, и накопительных культурах.Environ Sci Technol 44 (19): 7287–7294. https://doi.org/10.1021/es1002023

CAS Статья PubMed Google Scholar

Каллаган А.В., Меган Т., Фелпс С.Д., Янг Л.Й. (2009) Анаэробное биоразложение н-гексадекана консорциумом по восстановлению нитратов. Appl Environ Microbiol 75 (5): 1339–1344. https://doi.org/10.1128/AEM.02491-08

CAS Статья PubMed Google Scholar

Chen C, Leu AO, Xie GJ, Guo J, Feng Y, Zhao JX, Tyson GW, Yuan Z, Hu S (2018) Метанотрофная архея соединяет анаэробное окисление метана с восстановлением Fe (III).ISME J 12 (8): 1929–1939. https://doi.org/10.1038/s41396-018-0109-x

CAS Статья Google Scholar

Chen SC, Musat N, Lechtenfeld OJ, Paschke H, Schmidt M, Said N, Popp D, Calabrese F, Stryhanyuk H, Jaekel U, Zhu YG, Joye SB, Richnow HH, Widdel F, Musat F (2019 ) Анаэробное окисление этана археями из морских углеводородов. Nature 568 (7750): 108–111. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1063-0

CAS Статья PubMed Google Scholar

Давыдова И.А., Гиг Л.М., Дункан К.Е., Суфлита Дж.М. (2007) Анаэробная минерализация фенантрена за счет обогащения карбоксилирующих сульфатредуцирующих бактерий.ISME J 1 (5): 436–442. https://doi.org/10.1038/ismej.2007.48

CAS Статья PubMed Google Scholar

Dombrowski N, Seitz KW, Teske AP, Baker BJ (2017) Геномное понимание потенциальных взаимозависимостей в микробном круговороте углеводородов и питательных веществ в гидротермальных отложениях. Микробиом 5 (1): 106. https://doi.org/10.1186/s40168-017-0322-2

Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

Dong XY, Greening C, Rattray JE, Chakraborty A, Hubert CRJ (2019) Метаболический потенциал некультивируемых бактерий и архей, связанных с просачиванием нефти в глубоководные отложения.Нац Коммуна 10 (1): 1816. https://doi.org/10.1038/s41467-019-09747-0

CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

Дункан К.Е., Гиг Л.М., Паризи В.А., Таннер Р.С., Триндж С.Г., Бристоу Дж., Суфлита Дж. М. (2009) Сообщества биокоррозионных термофильных микробов на нефтяных объектах северного склона Аляски. Environ Sci Technol 43 (20): 7977–7984. https://doi.org/10.1021/es32

CAS Статья PubMed Google Scholar

Edwards EA, Wills LE (1992) Анаэробное разложение толуола и ксилола микроорганизмами водоносных горизонтов в сульфатредуцирующих условиях.Appl Environ Microbiol 58 (3): 794–800. https://doi.org/10.1002/bit.2603

CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

Гиг Л.М., Давыдова И.А., Дункан К.Е., Суфлита Дж.М. (2010) Метаногенез, сульфатредукция и биодеградация сырой нефти на горячих месторождениях Аляски. Environ Microbiol 12 (11): 3074–3086. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2010.02282.x

CAS Статья PubMed Google Scholar

Heider J, Szaleniec M, Suenwoldt K, Boll M (2016) Этилбензолдегидрогеназа и родственные молибденовые ферменты, участвующие в кислороднезависимом гидроксилировании алкильной цепи.J Mol Microbiol Biotechnol 26 (1–3): 45–62. https://doi.org/10.1159/000441357

CAS Статья PubMed Google Scholar

Hu QQ, Zhou ZC, Liu YF, Zhou L, Mbadinga SM, Liu JF, Yang SZ, Gu JD, Mu BZ (2019) Высокое микробное разнообразие реакции дисмутации оксида азота, выявленное с помощью ПЦР-амплификации и анализа кивать ген. Int Biodeterior Biodegrad 143: 104708. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2019.05.025

CAS Статья Google Scholar

Junier P, Molina V, Dorador C, Hadas O, Kim O-S, Junier T., Witzel K-P, Imhoff JF (2010) Филогенетические и функциональные маркерные гены для изучения аммиачных микроорганизмов (АОМ) в окружающей среде.Appl Microbiol Biotechnol 85 (3): 425–440. https://doi.org/10.1007/s00253-009-2228-9

CAS Статья PubMed Google Scholar

Kloer DP, Hagel C, Heider J, Schulz GE (2006) Кристаллическая структура этилбензолдегидрогеназы из aromatoleum aromaticum. Структура 14 (9): 1377–1388. https://doi.org/10.1016/j.str.2006.07.001

CAS Статья PubMed Google Scholar

Larter S, Wilhelms A, Head I, Koopmans M, Aplin A, Di Primio R, Zwach C, Erdmann M, Telnaes N (2003) Контроль за составом биоразлагаемых нефтей в глубоких недрах — часть 1: скорости биодеградации в нефтяных коллекторах.Org Geochem 34 (4): 601–613. https://doi.org/10.1016/S0146-6380(02)00240-1

CAS Статья Google Scholar

Laso-Perez R, Wegener G, Knittel K, Widdel F, Harding KJ, Krukenberg V, Meier DV, Richter M, Tegetmeyer HE, Riedel D, Richnow HH, Adrian L, Reemtsma T, Lechtenfeld OJ, Musat F (2016) Термофильные археи активируют бутан через образование алкил-кофермента М. Nature 539 (7629): 396–401. https://doi.org/10.1038/nature20152

CAS Статья PubMed Google Scholar

Li DS, Feng JQ, Liu YF, Zhou L, Liu JF, Gu JD, Mu BZ, Yang SZ (2019) Обогащение и иммобилизация консорциума разлагающих нефть микробов на различных сорбентах для биоремедиационных испытаний в моделируемой водной среде и почве условия.Appl Environ Biotechnol 4 (2): 12–22. https://doi.org/10.26789/AEB.2019.02.003

CAS Статья Google Scholar

Liu J-F, Mbadinga SM, Ke W-J, Gu J-D, Mu B-Z (2016) Разнообразие продуцирующих водород микроорганизмов в высокотемпературном нефтяном пласте и его потенциальная роль в продвижении биопроцесса in situ . Appl Environ Biotechnol 1 (2): 25–34. https://doi.org/10.18063/AEB.2016.02.005

CAS Статья Google Scholar

Liu JF, Wu WL, Yao F, Wang B, Zhang BL, Mbadinga SM, Gu JD, Mu BZ (2016) Термофильная нитратредуцирующая бактерия, выделенная из производственной воды высокотемпературного нефтяного пласта, и ее ингибирование сульфатредуцирующие бактерии.Appl Environ Biotechnol 1 (2): 35–42. https://doi.org/10.18063/AEB.2016.02.004

CAS Статья Google Scholar

Mbadinga SM, Wang L-Y, Zhou L, Liu J-F, Gu J-D, Mu B-Z (2011) Микробные сообщества, участвующие в анаэробной деградации алканов. Int Biodeterior Biodegrad 65 (1): 1–13. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2010.11.009

CAS Статья Google Scholar

Ming SC, Phelps CD, Young LY (2003) Анаэробное преобразование алканов в жирные кислоты сульфатредуцирующей бактерией, штамм Hxd3.Appl Environ Microbiol 69 (7): 3892–3900. https://doi.org/10.1128/AEM.69.7.3892-3900.2003

CAS Статья Google Scholar

Momper L, Jungbluth SP, Lee MD, Amend JP (2017) Энергетический и углеродный метаболизм в микробном сообществе глубинных подземных флюидов. ISME J 11 (10): 2319–2333. https://doi.org/10.1038/ismej.2017.94

CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

Rabus R, Boll M, Golding B, Wilkes H (2016) Анаэробное разложение п-алкилированных бензоатов и толуолов.J Mol Microbiol Biotechnol 26 (1–3): 63–75. https://doi.org/10.1159/000441144

CAS Статья PubMed Google Scholar

Rabus R, Boll M, Heider J, Meckenstock RU, Buckel W, Einsle O, Ermler U, Golding BT, Gunsalus RP, Kroneck PM (2016) Анаэробная микробная деградация углеводородов: от ферментативных реакций к окружающей среде. J Mol Microbiol Biotechnol 26 (1–3): 5–28. https://doi.org/10.1159/000443997

CAS Статья PubMed Google Scholar

Spormann AM, Widdel F (2000) Метаболизм алкилбензолов, алканов и других углеводородов в анаэробных бактериях.Биодеградация 11 (2–3): 85–105. https://doi.org/10.1023/A:1011122631799

CAS Статья PubMed Google Scholar

Степанаускас Р. (2012) Геномика единичных клеток: индивидуальный взгляд на микробы. Curr Opin Microbiol 15 (5): 613–620. https://doi.org/10.1016/j.mib.2012.09.001

CAS Статья PubMed Google Scholar

Tan B, Fowler SJ, Abu LN, Dong X, Sensen CW, Foght J, Gieg LM (2015) Сравнительный анализ метагеномов из трех обогащающих культур, разлагающих метаногенные углеводороды, с 41 образцом окружающей среды.ISME J 9 (9): 2028–2045. https://doi.org/10.1038/ismej.2015.22

Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

Талли Б.Дж., Грэм Э.Д., Гейдельберг Дж.Ф. (2018) Реконструкция 2631 черновик генома, собранного метагеномами, из Мирового океана. Научные данные 5: 170203. https://doi.org/10.1038/sdata.2017.203

CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

Zhao Y, Liu S, Jiang B, Feng Y, Zhu T, Tao H, Tang X, Liu S (2018) Геномно-центрированный анализ метагеномики выявляет симбиотические организмы, обладающие способностью скрещиваться с бактериями анаммокс в анаммокс консорциумы.Environ Sci Technol 52 (19): 11285–11296. https://doi.org/10.1021/acs.est.8b02599

CAS Статья PubMed Google Scholar

Zhou J, Bian XY, Zhou L, Mbadinga SM, Yang SZ, Liu JF, Gu JD, Mu BZ (2016) Синтез и характеристика биомаркеров анаэробной деградации н-алканов через пути гидроксилирования / карбоксилирования. Eur J Mass Spectrom 22 (1): 31–37. https://doi.org/10.1255/ejms.1402

CAS Статья Google Scholar

Zhou ZC, Chen J, Meng H, Dvornyk V, Gu J-D (2017) Новые праймеры для ПЦР, нацеленные на гидразинсинтазу и белки цитохромекбиогенеза у анаммокс-бактерий.Appl Microbiol Biotechnol 101 (3): 1–21. https://doi.org/10.1007/s00253-016-8013-7

CAS Статья Google Scholar

Роль гидроксилирования пролила в молекулярных взаимодействиях коллагенов | Очерки биохимии

Первичная структура α-цепи коллагена часто описывается как — X — Y -Gly-, что указывает на то, что глицин является каждым третьим остатком, тогда как в положениях X и Y может быть любая аминокислота. .C-P4H катализируют образование 4-Hyp на коллагенах, модифицируя остатки пролина в положении Y , в процессе, который требует 2-оксоглутарата, Fe ²⁺ , молекулярного кислорода и аскорбиновой кислоты [1] (Рисунок 1) . Эта модификация происходит в эндоплазматическом ретикулуме до образования тройной спирали коллагена. Цинга, заболевание, вызванное дефицитом аскорбиновой кислоты в пище, приводит к дефектам физиологических механизмов, связанных с соединительной тканью, таких как заживление повреждений тканей [13].

И Pro, и 4-Hyp стабилизируют молекулы коллагена с помощью иминокислотных колец, но 4-Hyp обеспечивает дополнительную термическую стабильность, необходимую при физиологической температуре. Молекулярная основа того, как 4-Hyp стабилизирует тройную спираль, до конца не изучена. С помощью коллагеноподобных пептидов было показано, что 4R-гидроксилирование Pro стабилизирует тройную спираль за счет стереоэлектронного эффекта, который вызывает определенное сморщивание кольца пролина C ^γ — exo .На стабильность также влияет водная сеть вокруг молекул коллагена. Водородная связь, особенно через водные мостики, между цепями коллагена также влияет на стабильность, и это может включать остатки 4-Hyp [14–16].

Позвоночные имеют три изофермента C-P4H [1]. Эти ферменты имеют состав субъединиц α ₂ β ₂ . Субъединица α (α (I) в C-P4H-I, α (II) в C-P4H-II и α (III) в C-P4H-III) является каталитической субъединицей, тогда как субъединица β в тетрамере фермента протеин дисульфид изомераза (PDI).Роль PDI как β-субъединицы C-P4H заключается в переводе нерастворимой α-субъединицы в растворимую и каталитически активную конформацию в тетрамерах C-P4H [1,17]. PDI также использует свой мотив KDEL для удержания тетрамеров C-P4H в просвете ER [1].

C-P4H-I имеет обширный паттерн экспрессии, включая все ткани, изученные до сих пор, тогда как C-P4H-II в основном экспрессируется в остеобластах, хондроцитах и ​​эндотелиальных клетках.Низкий уровень экспрессии C-P4H-III был обнаружен во многих типах тканей, но значение его функции по сравнению с двумя другими C-P4Hs неясно [1].

Было показано, что у человека биаллельные мутации в P4HA1 , гене, кодирующем каталитическую α (I) субъединицу C-P4H-I, приводят к врожденному заболеванию соединительной ткани с гипермобильностью суставов, контрактурами, умеренными скелетными заболеваниями. дисплазия и миопия высокой степени [18].У генно-модифицированных мышей полная гомозиготная инактивация того же гена приводит к 80% снижению общей активности C-P4H и гибели эмбриона на ст. E10.5 [19]. Установлено, что гетерозиготные мутации в P4HA2 , кодирующем каталитическую субъединицу α (II), вызывают миопию [20]. Мыши, лишенные активности C-P4H-II, не имеют явных фенотипических аномалий, тогда как соединение P4ha1 ^+/- ; P4ha2 ^{— / —} мышей с 65% снижением общей активности C-P4H в хондроцитах обнаруживают признаки умеренной хондродисплазии [21].Гетерозиготные мутации в PDI, кодирующем P4HB , лежат в основе синдрома Коула-Карпентера, нарушения хрупкости костей [22,23].

C-P4H-I и C-P4H-II, вероятно, будут различаться по своей специфичности связывания с субстратом. Основываясь на масс-спектрометрическом анализе кожного коллагена, полученного от мышей, лишенных активности C-P4H-II или со сниженной активностью C-P4H-I, мы недавно показали, что гидроксилирование отдельных остатков пролина зависит от соседнего остатка и что два к изоформам предъявляются разные требования [24].Например, существует явное различие в гидроксилировании триплетов с кислотными остатками в положении X между мутантами P4ha1 и P4ha2 по сравнению с мышами дикого типа (неопубликовано). Кроме того, K _m значения C-P4H-II для синтетического коллагеноподобного (Pro-Pro-Gly) ₁₀ и пептидов Gly-Val-Pro-Gly-Val и полноразмерной цепи проколлагена составляют В 3-6 раз выше, чем в случае C-P4H-I [17,25]. Существует также заметная разница между двумя ферментами в ингибировании конкурентным ингибитором поли (L-пролина) [17,25].Пептид-субстрат-связывающий домен был идентифицирован в α-субъединицах C-P4H, и существуют явные различия в связывающих свойствах и структуре этого домена в C-P4H-I и II [26,27].

Различия в субстратной специфичности изоферментов C-P4H позволяют предположить, что коллагены, продуцируемые разными типами клеток, могут иметь различия в паттерне гидроксилирования коллагенов.Остается показать, встречается ли такое разнообразие в тканях и имеет ли оно функциональные последствия.

Недавнее исследование эндохондральной оссификации показало, что гипоксия и, следовательно, активация индуцируемого гипоксией фактора транскрипции HIF-1 вызывают метаболические изменения, которые регулируют гидроксилирование пролина и лизина на коллагене. Эти модификации приводят к накоплению коллагенового матрикса из-за повышенной устойчивости к металлопротеиназам [28].Более того, гены α-субъединиц C-P4H сами являются мишенями HIF-1, и было показано, что гипоксическая индукция C-P4H необходима для поддержания нормального уровня продукции коллагена в гипоксических хондроцитах [29,30]. С другой стороны, было показано, что гипоксическая индукция C-P4H усиливает метастазирование рака груди [31]. Таким образом, механизмы, связанные с C-P4H, могут играть важную роль в патогенезе заболеваний человека, таких как фиброз и рак [28]. Более того, возможно, что связь между продуктами метаболических путей и посттрансляционными модификациями коллагена регулирует структуру и функцию внеклеточного матрикса также во время физиологических процессов.

Три разных гена, а именно P3h2, P3h3 и P3h4 , кодируют C-P3Hs, ферменты, ответственные за синтез остатков 3-Hyp на коллагене. Их субстратные остатки пролина находятся в необходимой последовательности -Pro- (4-Hyp) -Gly-, где 3-Hyp образуется из остатка пролина (рис. 2). Известно, что цепи человеческого фибриллярного коллагена α1 (I), α1 (II) и α2 (V) имеют один полностью занятый сайт 3-Hyp в Pro986.Этот мотив сохраняется у позвоночных. Кроме того, были обнаружены частично занятые участки в цепях фибриллярного коллагена млекопитающих α2 (I), α1 (II), α1 (V), α2 (V), α1 (XI) и α2 (XI) [32,33]. Интересно, что фибриллярный коллаген III млекопитающих, по-видимому, не имеет каких-либо сайтов 3-Hyp [32]. 3-Hyp более богат некоторыми другими коллагенами, включая коллаген IV базальной мембраны. Синтез 3-Hyp, по-видимому, лишь незначительно влияет на стабильность тройной спирали [34,35].

Эксперименты с использованием рекомбинантного коллагена, продуцируемого в клетках насекомых, дрожжах и растениях, показали, что молекулы коллагена, лишенные 4-Hyp, не могут образовывать тройные спирали, стабильные при физиологической температуре [36–38].Более того, в отличие от полностью гидроксилированного рекомбинантного коллагена I, негидроксилированный трехспиральный рекомбинантный коллаген I не может самособираться в полосчатые супрамолекулярные коллагеновые фибриллы в буфере физиологической ионной силы при 20 ° C [38,39]. Стабилизирующее действие гидроксильной группы 4-Hyp на тройную спираль коллагена опосредуется стереоэлектронными эффектами [40].

Несмотря на ограниченное количество остатков 3-Hyp в фибриллообразующих коллагенах, инактивирующие мутации в P3h2 могут вызывать тяжелую рецессивную форму несовершенного остеогенеза, унаследованного скелетного заболевания человека, в первую очередь вызванного мутациями в генах коллагена I. [41] .Модель на мышах, в которой ген P3h2 был инактивирован, демонстрирует нарушения архитектуры коллагеновых волокон в костях, сухожилиях и коже [42]. Следовательно, 3-Hyp в коллагене должен иметь важные, но в значительной степени неизвестные биологические функции.

Интересно, что в сухожилиях и склерах, но не в коже или костях, тройной спиральный С-конец коллагена I содержит мотив, богатый 3-Hyp [33]. Гидроксилирование этого сайта, по-видимому, полностью зависит от гена P3h3 , по крайней мере, у мышей [43].Напротив, для широко распространенного гидроксилирования Pro986 в α1 цепи коллагена I, как было показано, требуется P3h2 [42]. Было высказано предположение, что участки пролил-3-гидроксилирования, специфичные для сухожилий и склеры, могут вносить вклад в уникальные механизмы сборки коллагеновых фибрилл в этих тканях [33,43,44]. Следует отметить, что также предполагается, что пролил-3-гидроксилирование нефибриллярного коллагена IV базальной мембраны в основном зависит от P3h3 [43,45]. Было показано, что мутации в P3h3 вызывают миопию высокой степени [46].

Делеция P3h4 , третьего гена, кодирующего C-P3H, по-видимому, не влияет на пролил-3-гидроксилирование. Вместо этого коллагены у P3h4 нулевых мышей имеют недостаточно гидроксилированные лизины и недостаточность перекрестного связывания [47].

Коллагены, как известно, имеют десятки предполагаемых партнеров по взаимодействию, включая гликопротеины внеклеточного матрикса, такие как фибронектин и декорин, а также рецепторы клеточной поверхности, такие как интегрины и DDRs, DDR1 и DDR2 [5-7,12].У млекопитающих 24 гетеродимера образуют большое семейство интегринов. Эти рецепторы могут закреплять клетки во внеклеточном матриксе и регулировать выживание, пролиферацию, дифференцировку и миграцию. Гетеродимеры α1β1, α2β1, α10β1 и α11β1 образуют подгруппу интегринов рецепторов коллагена. Они специализируются на распознавании функциональных мотивов в трехспиральных коллагенах. Большинство, но не все, из этих последовательностей содержат гидроксилированные остатки пролина. Мотив консенсуса можно сформулировать как тройную спираль G XX ’ GER.GFOGER (O = 4-Hyp) — широко изученный сайт [48], в то время как другие похожие мотивы включают GROGER [49], GLOGER [50], GMOGER [10], GLSGER [10], GQRGER [10], GLOGEN [ 50], GAOGER [49], GVOGEA [51], GFKGER [52], GLQGER [52] и GASGER [11].

4-гидроксилирование остатка пролина в этих функциональных доменах не обязательно, но оно увеличивает авидность связывания интегрина. В функциональных анализах часто используются рекомбинантные α-встроенные (αI) домены (также известные как αA-домены) интегринов рецептора коллагена, чтобы показать различия между различными интегринами.Например, домен α2I может связываться с пептидами, содержащими GFPGER, но слабее, чем с GFOGER [53]. Сходным образом оба домена интегрина α1I и интегрина α2I могут связываться с мотивами GFPGER и GLPGER, а также с неестественным мотивом GFPGEN, когда они были вставлены в стрептококковый коллагеноподобный белок Scl2 [54]. Тем не менее, сообщалось, что, хотя интегрин α2β1 может связываться с негидроксилированным коллагеном I, который продуцируется в трансгенных растениях, другой рецептор коллагена, α1β1, не может этого делать [55].Различие между интегрином α1β1 и α2β1 было подтверждено в нашей недавней работе [24]. Более того, мы показали, что отсутствие пролил-4-гидроксилирования в коллагене может влиять на связывание интегрина с помощью двух различных механизмов, напрямую и через структурную дестабилизацию тройной спирали [24].

Важно отметить, что масс-спектрометрический анализ кожного коллагена, полученного от трансгенных мышей, показал, что даже после одновременной инактивации обоих аллелей P4ha2 и одного аллеля гена P4ha1 все основные интегрин-связывающие мотивы были полностью гидроксилированы.В то же время общее гидроксилирование пролиновых остатков в последовательностях — X -P-G- значительно снизилось [24]. Кроме того, анализ данных того же исследования показывает, что относительный уровень гидроксилирования последовательности GVMGFO, который был определен как мотив, необходимый для связывания как DDR1, так и DDR2 в фибриллярных коллагенах [56], близок к 100% в обоих дикого типа. и P4ha1 ^+/− ; P4ha2 ^{— / —} мышей. Эти наблюдения подчеркивают важность прямого взаимодействия коллагена между интегринами и DDR и предполагают, что сайт-специфичность C-P4H-I эволюционировала в пользу мотивов распознавания рецепторов по сравнению с другими сайтами в коллагене.Это подтверждается тем фактом, что как GFOGER, хорошо известный интегрин-связывающий мотив в фибриллярных коллагенах, так и DDR-связывающая последовательность GVMGFO [57] содержат триплет GFO. Другая возможность состоит в том, что только тропоколлагены, которые имеют полностью гидроксилированные участки связывания рецепторов, попадают в фибриллы кожного коллагена.

Мотив распознавания DDR с высокой авидностью GVMGFO не может сам по себе запускать передачу сигналов рецептора, указывая тем самым, что этот сайт лишь частично объясняет механизм связывания DDR [57].Эксперименты с бактериально продуцируемыми коллагенами показали, что мотив GVMGFP может специфически связываться с DDR. Важно отметить, что замена 4-Hyp на Pro значительно снижает сродство связывания [58].

Гликопротеин VI (GPVI), белок семейства рецепторов иммуноглобулинов, представляет собой рецептор тромбоцитов, который вместе с интегрином α2β1 опосредует связывание тромбоцитов с коллагенами [12]. Две молекулы GPVI образуют димер, который связывается с тройным спиральным коллагеном через мотив, содержащий несколько последовательностей GPO [59].Минимальное количество троек GPO, которые могут активировать сигнализацию GPVI, — два [60]. GPVI не обнаруживает значительного связывания с повторами GPP [59].

Синтез трехспиральных коллагенов и экспрессия рецепторов адгезии интегринового типа являются общими чертами всех многоклеточных животных. Тем не менее, домен αI, содержащий рецепторы коллагена α1β1, α2β1, α10β1 и α11β1, обнаружен только у позвоночных, включая миног [6,61].Другие хордовые, такие как Ciona Кишечник (морской брызг) имеют интегрины с αI доменами, но эти рецепторы лишены структурных и функциональных свойств рецепторов коллагена позвоночных [62]. Таким образом, эволюция некоторых тканей и типов клеток позвоночных потребовала совместной эволюции интегринов и их лигандов и генерации высокоаффинных сайтов связывания рецепторов в коллагенах. У людей интегрин α1β1 в основном обнаруживается на мезенхимальных клетках, включая гладкие мышцы, хрящевые и эндотелиальные клетки, фибробласты и лимфоциты.Интегрин α2β1 в большом количестве присутствует на эпителиальных клетках и тромбоцитах, но он также экспрессируется на многих типах мезенхимальных клеток. Интегрин α11β1 является основным рецептором коллагена на фибробластах, тогда как α10β1 в основном обнаруживается на хондроцитах [63].

Мыши с нокаутом по интегринам α1β1, α2β1, α10β1 и α11β1 жизнеспособны и фертильны и не имеют очевидных структурных дефектов [64–67]. Тот факт, что рецепторы коллагена обнаружены только у позвоночных и поэтому эволюционировали совсем недавно, объясняет наблюдения, что они играют лишь незначительную роль в эмбриональном развитии млекопитающих.

DDR1 и DDR2 (см. Обзоры: [12,68]) образуют особую подгруппу в большом семействе рецепторных тирозинкиназ. DDR1 экспрессируется на эпителиальных клетках, но также на хондроцитах и ​​некоторых воспалительных клетках, например активированные Т-клетки. DDR2 находится на мезенхимальных клетках, например. фибробласты, хондроциты и нейтрофилы. Оба DDR могут взаимодействовать с фибриллообразующими коллагенами, а DDR1 также связывается с коллагеном IV базальной мембраны.Считается, что DDR действуют как клеточные сенсоры для ECM, а не закрепляют рецепторы. Трансгенные мыши, лишенные DDR1, жизнеспособны, но у них есть множественные структурные и функциональные дефекты в различных тканях, таких как женская грудь, почки [69] и хрящи [70]. DDR2 регулирует пролиферацию многих типов клеток. Нулевые мыши DDR2 карлики и обнаруживают дефекты, например, в развитие конечностей [71].

Точное биологическое значение прямого взаимодействия интегрин-коллаген все еще обсуждается.Тот факт, что образующие фибриллы коллагены имеют несколько участков связывания с высокой авидностью для рецепторов коллагена, подчеркивает важность этого явления. Можно предположить, что рецепторы коллагена могут участвовать в функциях, связанных, например, с образование фибрилл коллагена, прикрепление клеток к фибриллам или разрушение фибрилл. Интегрин-зависимая клеточная локомоция — еще один вариант.

На основе экспериментальных подходов, в которых за образованием фибрилл коллагена наблюдают в условиях in vitro и , было высказано предположение, что интегрины рецепторов коллагена, особенно α2β1 и α11β1, могут участвовать в образовании фибрилл коллагена, выступая, например, в качестве участков зародышеобразования [72 , 73].Потенциальная роль интегринов в фибриллогенезе коллагена, однако, обычно не подтверждается наблюдениями, основанными на нокаутированных линиях мышей. Исследования на мышах с дефицитом интегрина α10 выявили пониженную плотность матрикса коллагеновой фибриллярной сети в пластинах роста [74]. Однако в случае трех других интегринов рецепторов коллагена не сообщалось об отклонениях в форме или размере фибрилл коллагена [64–67]. Маловероятно, что рецепторы могли заменять друг друга, поскольку у двойных нокаутов нет дополнительных фенотипов [75,76].

Полностью организованные фибриллы, содержащие коллаген I и коллаген II, обычно покрыты большим разнообразием гликопротеинов, включая фибронектин, протеогликаны, такие как декорин, и коллагены FACIT, такие как типы IX и XII [5]. Следовательно, вероятно, что прямая адгезия клеток к зрелым фибриллам опосредуется интегринами, отличными от фактических интегринов рецептора коллагена, или что интегрины рецептора коллагена взаимодействуют с коллагенами FACIT, а не с коллагенами, образующими фибриллы.Действительно, in vitro образующие фибриллы коллагена хрящевого типа не показали значительного связывания с интегринами рецептора коллагена [77]. Тем не менее, реорганизация молекул коллагена I в фибриллы не предотвращает автоматически их взаимодействие с рецепторами коллагена, например интегрин α2β1. Было показано, что по крайней мере in vitro такое взаимодействие возможно [78]. Более того, клеточно-зависимое сокращение коллагеновых гелей, по крайней мере частично, опосредуется интегрином α2β1 [79].Недавняя работа показала, что реконструкция поверхности фибрилл коллагена I может сделать доступными криптические сайты связывания для интегринов рецепторов коллагена [80]. В гетеротримерных коллагенах триплеты GPO не встречаются в одном и том же локусе во всех α цепях. Это асимметричное распределение триплетов GPO может способствовать функциональному изгибу тройной спирали и сохранять структурную целостность сайтов связывания для других белков. Важно отметить, что сайт-специфическая гибкость in vivo , основанная на экзо-эндо-переворачивании пролинового кольца, может способствовать связыванию партнеров по взаимодействию, таких как интегрины, рецепторы типа DDR и фактор фон Виллебранда, с мотивами рядом с GPO- сайты [81].

Интегрины, как известно, передают механические силы в клетки. Однако рецепторы коллагена могут действовать по-разному в этом отношении по сравнению, например, с рецепторы фибронектина, поскольку было показано, что не требуется никакого механического стресса, когда интегрин α2β1, в отличие от рецептора фибронектина α5β1, активирует киназу фокальной адгезии [82].

Рецепторы коллагена также могут участвовать в деградации фибрилл коллагена.Например, они могут работать вместе с металлопротеиназами мембранного типа и направлять коллагенолитическую активность во время миграции клеток [83]. Одна из основных функций интегрина α2β1 — действовать как рецептор коллагена тромбоцитов и распознавать фибриллы коллагена в месте повреждения стенки сосуда [65,66]. Соответственно, дефицит интегрина α2β1 на тромбоцитах человека вызывает легкое нарушение свертываемости крови [84]. Возможно, что на поврежденной стенке сосуда рецепторы коллагена тромбоцитов взаимодействуют с частично разрушенными фибриллами коллагена, а не с полностью организованными и неповрежденными фибриллами.

Основная функция интегринов рецептора коллагена может также заключаться в передаче клеточных сигналов, которые способствуют выживанию или регулируют деление клеток в коллагеновой среде. Дефицит интегрина α10 у мышей приводит к небольшой задержке развития длинных костей, но не к структурным дефектам у взрослых животных [74]. Интересно, что у более крупных млекопитающих, то есть у некоторых пород собак, недостаток α10 вызывает значительное укорочение ног [85].Более того, в коже мышей с нокаутом α1 дерма гипоцеллюлярна [86], и во время заживления переломов костей количество мезенхимальных стволовых клеток уменьшается, а размер каллуса уменьшается [87]. Соответственно, дефицит интегрина α2 приводит к ускорению миграции эпителиальных клеток и усилению ангиогенеза во время заживления ран [88], а недостаток α11 ставит под угрозу образование грануляционной ткани и стабильность раны [89]. В этих явлениях роль интегрин-связывающих мотивов высокой авидности и взаимодействия интегрин-коллаген в целом неизвестна.

4-гидроксилирование остатков пролина на коллагене является критическим фактором в регуляции стабильности тройной спирали. Кроме того, как 4-Hyp, так и 3-Hyp паттерны могут влиять на образование коллагеновых фибрилл. Недавние сообщения показали, что гидроксилирование пролина может также иметь другие эффекты на биологию коллагенов.

Совместная эволюция коллагенов позвоночных и αI-домена, содержащего интегрины, привела к особой подгруппе рецепторов, которые обладают способностью распознавать трехспиральные мотивы GER типа G XX ‘, где X ‘ часто представляет собой 4-Hyp.Сайт связывания с высокой авидностью для рецепторов коллагена типа DDR также содержит 4-Hyp. Неясно, могут ли эти рецепторы участвовать в образовании фибрилл коллагена или они могут опосредовать адгезию клеток к полностью созревшим фибриллам коллагена в тканях. Тем не менее, эти рецепторы, по-видимому, регулируют клеточные функции в коллагеновой среде. Интегрины активны во время адгезии тромбоцитов к поврежденным стенкам сосудов, а также во время заживления и воспаления ран и переломов костей. Есть еще много безответных вопросов, связанных с физиологическими функциями рецепторов коллагена интегринового типа и DDR.Создание линий трансгенных мышей, несущих мутации, инактивирующие 4-Hyp, содержащие сайты связывания с высокой авидностью в коллагенах, могло бы пролить свет на эту проблему. Гидроксилированные остатки пролина могут также выполнять другие функции в клеточной адгезии, поскольку триплеты GPO могут увеличивать гибкость молекул коллагена и делать функциональные сайты, включая DDR-связывающие мотивы, доступными для клеток.

Известно, что правильное гидроксилирование остатков пролина в коллагенах имеет решающее значение для гомеостаза тканей.Недостаток витамина С или наследственные мутации в ферментах, модифицирующих коллаген, могут нарушить этот баланс и привести к серьезным заболеваниям человека.