Система пуриновых нуклеотидов 1

Оригинальные научные публикации
7. Lower levels of plasma 25-hydroxyvitamin D among young adults
at diagnosis of autoimmune type 1 diabetes compared with control
subjects: results from the nationwide Diabetes Incidence Study in
Sweden (DISS) / B. Littorin [et al.] // Diabetologia. – 2006. – N 49. –
P. 2847-2852.
8. Holick, M.F. Diabetes and the vitamin D connection / M.F. Holick
// Curr. Diab. Rep. – 2008. – N8. – P. 393– 398.
9. Vitamin D Levels in Subjects With and Without Type 1 Diabetes
Residing in a Solar Rich Environment / Lindsey B. [et al.] – 2009. //
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ /Дата доступа
24.04.2010.
10. Australian children and adolescence with type 1 diabetes have
low vitamin d levels / R.M. Greer [et al.] // Med. J. Aust. – 2007. – N
187. – P.59-60.
11. Svoren, B.M. Significant Vitamin D Deficiency in Young with Type 1
Diabetes / J.A. Rovner [et al.] // J.Pediatr. – 2009. – N.1, Vol.154. – P.
132-134.
12. The association between ultraviolet B irradiance, vitamin D status
and incidence rates of type 1 diabetes in 5 regions worldwide / S.B. Mohr
[et al.] // Diabetologia. – 2008. – N51. – P. 1391-1398.
13. Heaney, R.P. Vitamin D in Health and Disease / Clin.J. Am. Soc.
Nephrol. – 2008. – N.3. – P.1535-1541.
14. Holick, M.F. Vitamin D deficiency / M.F. Holick // N. Engl. J. Med. –
2007. – N357. – P. 266-281.
15. Peechakara, SV. Vitamin D as a potential modifier of diabetes risk
/ S.V. Peechakara, A.G. Pittas // Nat. Clin. Pract. Endocrinol. Metab. –
2008. – N4. – P.182-183.
Новые технологии в медицине
16. Holick, M.F. Evaluation, Treatment, and Prevention of Vitamin D
Deficiency: an Endocrine Society Clinical Practice / M.F.Holick [et al.]
//J. Clin. Endocrinol. Metab. – 2011. – №7,Vol. 96 // www. jcem.
endojournals.org – Дата доступа 12.08.2012.
17. Клинические рекомендации. Остеопороз. Диагностика, профилактика и лечение /Л.И. Беневоленская [и др.]; под общ. ред. Л.И.
Беневоленской, О.М. Лесняк. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2005. – 176 с.
18. Руководство по остеопорозу /Л.И. Алексеева [и др.]; под общ.
ред. Л.И. Беневоленской. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний,
2003. – 524 с.
19. Levey, A.S. A new equation to estimate glomerular filtration rate.
/ A.S.Levey, L.A. Stevens, C.H. Schmid [et al.] CKD-EPI (Chronic Kidney
Disease Epidemiology Collaboration)// Ann Intern Med. – 2009. –
N150, Suppl. 9. – P.604-12.
20. Harrison's Principles of Internal Medicine. Chapter: Osteoporosis
/ L. Kasper [et al.] – McGraw-Hill, 2005. – 1452 p.
21. Kanis, J.A. on behalf of the World Health Organization Scientific
Group (2007). Assessment of osteoporosis at the primary health care
level. Technical Report. World Health Organization Collaborating Center
for Metabolic Bone Diseases, University of Sheffield, UK. – Printed by
the University of Sheffield, 2007. – 287 p.
22. Реброва, О.Ю. Статистический анализ медицинских данных.
Применение пакета прикладных программ STATISTICA. – М., МедиаСфера, 2002. – 312 с.
23. Reginster, J.-Y. Innovation in skeletal medicine / J.-Y. Reginster,
R. Rizzoli / Elsevier, 2008. – 230 p.
Поступила 24.09.2012 г.
Обзоры и лекции
К. Я. Буланова1, А. В. Бакунович1, Д. В. Бурко2, А. И. Зинченко2, С. Б. Бокуть1,
А. Ю. Жив1, Л. М. Лобанок3, В. Н. Сидоренко3
СИСТЕМА ПУРИНОВЫХ НУКЛЕОТИДОВ 1: МЕМБРАННЫЕ МЕХАНИЗМЫ
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ ПРОИЗВОДНЫХ АДЕНИНА
Международный государственный экологический университет им. А. Д. Сахарова,1
Институт микробиологии НАН Беларуси, 2
УО «Белорусский государственный медицинский университет»3
Рассмотрены наиболее распространенные представители свободных пуриновых нуклеозидов, нукле
отидов и полинуклеотидов, дана характеристика их специфических внутри– и внеклеточных функ
ций. Физиологическая активность внеклеточных пуриновых нуклеотидов опосредована рецепторами,
расположенными на постсинаптических мембранах нейрональных и эффекторных клеток. В основу
классификации пуриновых рецепторов положены различия в их чувствительности к аденозину и его
производным.
Ключевые слова: пуриновые нуклеотиды, Ap4A, динуклеозидполифосфаты, пуринорецепторы.
K.Ya. Bulanаva1, A.V. Bakunovich1, D.V. Burko2, A.I. Zinchenka2, S.B. Bokut1, A.Yu. Zhyu1,
L.M. Lаbanok3, V.N. Sidarenka3
THE PURINE NUCLEOTIDES SYSTEM 1: THE MEMBRANE MECHANISMS OF THE
PHYSIOLOGICAL EFFECTS OF ADENINE DERIVATIVES
The most common representatives of free purine nucleosides, nucleotides and polynucleotides are submitted;
the features of their specific intraand extracellular functions are given. Physiological activity of extracellular
purine nucleotides is mediated by receptors on the postsynaptic membrane of neuronal and effector cells.
The classification of the purine receptors is based on the difference in their sensitivity to adenosine and its
derivatives.
Key words: purine nucleotides, Ap4A, dinucleosidepolyphosphates, purinoreceptors.
И
нтерес к пуриновым соединениям, функциональной роли нуклеозидов, нуклеотидов в регуляции
функции сердечно-сосудистой, нервной, иммунной и
других систем, а также в патофизиологии не только не
угасает, но и продолжает расти [12]. Последние иссле-
102
дования показали, что роль пуринергической системы
в регуляции сердечной деятельности и патогенезе
может быть столь же значимой, как симпатической
и ренин-ангиотензин-альдостероновой. Свободные
пуриновые нуклеозиды и нуклеотиды являются ши-
Обзоры и лекции
роко распространенными биологически активными
веществами, выполняющими ряд специфических
функций, причем, в различных тканях организма они
могут вызывать разнонаправленные физиологические
эффекты.
В качестве примера можно привести несколько
основных функций нуклеотидов.
Пластическая функция. Рибонуклеотиды пуринового и пиримидинового рядов и их дезоксирибонуклеотидные аналоги являются мономерными единицами
нуклеиновых кислот.
Энергетическая функция. АТФ, ГТФ и другие нуклеотидтрифосфаты выступают в клетке в качестве акумуляторов и переносчиков энергии, высвобождающейся
при биологическом окислении.
Транспортная функция. Дифосфатные производные
мононуклеотидов участвуют во многих метаболических процессах в клетке в качестве переносчиков
различных группировок (УДФ-глюкоза, ГДФ-манноза,
ЦДФ-холин и др.), способных активировать молекулыакцепторы.
Перенос восстановительных эквивалентов. НАД+,
НАДФ+, ФАД, ФАДН+ являются в клетках промежуточными переносчиками протонов и электронов.
Аллостерические регуляторы. Мононуклеотиды выступают в клетках в качестве биорегуляторов функционального состояния отдельных белковых молекул. АТФ,
в частности, выполняет роль аллостерического ингибитора ключевых ферментов ряда метаболических путей
(фосфофруктокиназы в пределах гликолитического
пути и цитратсинтазы в цикле Кребса).
Функции мессенджеров. Такие соединения как
цАМФ или цГМФ выполняют роль мессенджеров в
реализации клеткой внеклеточного регуляторного
сигнала. В частности, повышение концентрации цАМФ,
происходящее при действии глюкагона на гепатоциты,
играет существенную роль в ускорении мобилизации
гликогена в этих клетках.
Сигнальная функция. Свободные нуклеозиды
и нуклеотиды являются сигнальными молекулами
(агонистами, нейротрансмиттерами, биологически
активными веществами), оказывающими регуляторные воздействия на ряд процессов в организме
через специфические рецепторы. Среди агонистов
пуринэргической системы наиболее изученными являются мононуклеозиды, мононуклеозид моно– ди-,
полифосфаты и динуклеозид полифосфаты.
Синтез нуклеозидов и нуклеотидов. В организме
пуриновые соединения синтезируется в результате
сложного многостадийного процесса с участием
рибозо-5-фосфата, глутамина, аспартата и некоторых
других соединений [1]. Присоединение к ядру пуриновых оснований рибозы приводит к образованию
нуклеозидов – аденозина и гуанозина. Фосфорилирование гидроксильной группы рибозы в положение
5' ведет к образованию соответствующих нуклеотидов (Рис. 1). Аденозин-5'-монофосфорная кислота
(АМФ), аденозин-5'-дифосфорная кислота (АДФ) и
аденозин-5'-трифосфорная кислота (АТФ), имеющие
соответственно один, два и три остатка фосфорной
кислоты, присоединенных последовательно к рибозе в
положение 5', являются наиболее распространенными
адениновыми нуклеотидами.
Рисунок 1. Структура аденина и его производных
(нуклеозида и нуклеотида)
Существуют также природные пуриновые нуклеотиды, имеющие более трех фосфорных остатков, и
соединения, содержащие два пуриновых ядра, объединяемые фосфатной цепочкой различной длины
(динуклеотиды) [1]. В физиологических условиях концентрации их в тканях существенно ниже, чем аденозинмоно-, -ди– и -трифосфатов.
Помимо изначального синтеза пуриновых нуклеотидов из простых элементов существуют дополнительные
способы образования тех или иных их форм в результате ферментативных взаимопревращений (Рис. 2).
Рисунок 2– Схема реутилизации и взаимопревращения пуринов в организме человека
Физиологические эффекты пуриновых нуклеозидов
и нуклеотидов.
Аденозин — эндогенный пуриновый нуклеозид,
присутствующий во всех клетках организма, участвующий во многих биологических функциях, включая
клеточное дыхание или биосинтез белка. Аденозин
обладает мощными вазодилататорными свойствами
[18], способностью к ингибиторованию агрегации
тромбоцитов [17]. Препараты на его основе также обладают сильным противовоспалительным действием.
Внеклеточной аденозин является эндогенной дистрессовой молекулой [18, 24].
Аденозинмонофосфат (АМФ) – это эфир фосфорной кислоты и аденозинового нуклеозида. В клетках
организма АМФ входит в состав коферментов, регулирующих окислительно-восстановительные процессы.
Во внеклеточное пространство AMФ попадает из
активированных тромбоцитов, нейтрофилов и эозино-
103
Обзоры и лекции
филов. AMФ также может быть образован вне клетки нии кальция из внутриклеточных депо [32].
в результате гидролиза АТФ. Экто-5'-нуклеотидазы
Динуклеозидполифосфаты. Динуклеозидполифосдефосфорилируют АМФ до аденозина.
фаты (XpnX) состоят из двух нуклеозидов, которые
AMФ способен непосредственно связываться с соединены между собой полифосфатной цепью, соаденозиновыми рецепторами (А1 и А2А) без предвари- держащей от двух до семи фосфатов, фосфоэфирными
тельного дефосфорилирования до аденозина [37]. Био- связями в 5'-положении двух фрагментов рибозы (где
логические эффекты AMФ определяют бронхоспазм, X = аденозин и / или гуанозин, или уридин, n = колистимуляцию синтеза ДНК и митогенез [3].
чество фосфатных групп).
Аденозиндифосфат (АДФ) – нуклеотид, состоящий
Диаденозинполифосфаты (ApnA) являются посредиз аденина, рибозы и двух остатков фосфорной кисло- ником регуляции активности тромбоцитов, сосудиты. Образуется в результате дефосфорилирования АТФ стого тонуса [39], клеточной пролиферации, являются
ферментом АТФ-азой, а так же при помощи фермента важными молекулами нейромедиаторов в нервной
АТФ-синтазы АДФ может превратиться в АТФ.
системе [15]. Кроме того, ApnA стимулируют различные
АДФ является естественным индуктором агрега- реакции в сердечно-сосудистой системе, а так же их
ции тромбоцитов в кровяном русле, накапливается метаболиты могут служить потенциальными источнив плотных гранулах тромбоцитов и выделяется в про- ками внеклеточного ATФ и других пуринов [16].
цессе первичного гемостаза. Действуя через пуриноВ настоящее время наиболее привлекает внимание
рецепторы, АДФ активирует тромбоциты вследствие исследователей диаденозинтетрафосфат (Ap4A) бларезкого увеличения уровеня внутриклеточного каль- годаря широкому его распространению и функциям,
ция, поступающего в цитозоль как из внеклеточного выполняемым в организме, а также возникающему
пространства в результате стимуляции деятельности множеству вопросов по поводу его биологического
фосфолипазы С (PLC), а также из внутриклеточных действия. Благодаря интенсивным исследованиям
депо, вследствие запуска фосфоинозитольного пути. уже имеется достаточно оснований для определения
Стимуляция Са-зависимых ферментов приводит к Ар4А как биологически активного вещества широкого
изменению формы тромбоцитов, последующей агре- спектра действия.
гации и секреции биологически активных веществ из
Молекула диаденозин-5’,5”’-P1,P4-тетрафосфата
гранул во внеклеточное пространство [34].
состоит из двух нуклеозидов, содержащих кольца
Связываясь с пуриновыми рецепторами другого рибозы и аденина, соединенных четырехзвенной потипа, объединяющимися с Gαi2– белками, АДФ инги- лифосфатной цепью посредством фосфодиэфирных
бирует активность аденилатциклазы тромбоцитов [38] связей в 5'-позиции двух остатков рибозы. Ap4A может
и снижает внутриклеточный уровень цАМФ, изменяя находиться в трех основных конформациях: состыкосоотношение Са2+/цАМФ в сторону, благоприятствую- ванной, изогнутой не состыкованной и развернутой
щую проявлению эффектов ионов кальция. АДФ также (Рис. 3).
активирует фосфолипазу А2 (ФЛА2), высвобождающую
К состыкованной относится структура, когда фосарахидоновую кислоту из мембранных фосфолипидов, фатная цепь настолько изгибается, что адениновые
которая превращается в тромбоксан А2 вызывая при кольца приближаясь накладываются друг на друга. При
этом агрегацию тромбоцитов и сокращение стенок изогнутой, но не состыкованной форме полифосфатная
кровеносных сосудов и бронхов.
цепь изогнута в меньшей мере, чем в первом случае,
Аденозинтрифосфат (АТФ). АТФ играет исключитель- адениновые кольца не стыкуются и направленны в
но важную роль в обмене энергии и веществ в орга- разные стороны. Развернутая конформация представнизмах; в первую очередь это соединение известно ляет собой молекулу с полностью вытянутой фосфатной
как универсальный источник энергии для всех био- цепью и не состыкованными пуриновыми кольцами.
химических процессов, протекающих
в клетках.
Внеклеточная АТФ участвует в таких
физиологических процессах, как нейротрансмиссия, дезагрегация тромбоцитов, сокращение мышц, в регуляции
артериального тонуса сосудов, клеточного роста, дифференциации и функции
иммунных клеток [26].
Под действием аденилатциклазы
АТФ способен превращается в циклический АМР (цАМФ) который служит
универсальным внутриклеточным
мессенджером и принимает участие в
регуляции множества внутриклеточных
процессов, в том числе в высвобождеРисунок 3. Конформационные структуры Ар4А
104
Обзоры и лекции
Существование Ap4A в той или иной конформации
зависит от трех основных условий: рН, температуры
среды, присутствия ионов металлов. При физиологическом значении рН Ap4A принимает состыкованную конформацию, в которой все молекулы стабилизируются
посредством электростатических взаимодействий
между отрицательно заряженными фосфатными группами и частично положительно заряженными кольцами аденина. В кислой среде (рН 4−5) Ap4A принимает не
состыкованную конформацию. При рН <3 фосфатные
группы полностью протонированы, притяжение между
фосфатами и кольцами аденина исчезает ‒ молекула
принимает развернутую конформацию.
Все принимаемые в зависимости от внешних условий конформации Ар4А являются физиологически
целесообразными, позволяя этим молекулам взаимодействовать с теми разновидностями пуринергических
рецепторов, аффинный центр которых при определенных значениях рН и локальных концентрациях
катионов приобретает соответствующую форму [27].
Функции диаденозин-5’,5”’-P1,P4-тетрафосфата
определяются его локализацией (вне– либо внутри
клетки). Внутриклеточная форма встречается повсюду
в цитоплазме и ядре. Во внеклеточное пространство
(синаптическую щель или в систему кровообращения)
Ap4A попадает из секреторных гранул некоторых специализированных клеток путем экзоцитоза.
В больших концентрациях внутриклеточный Ap4A
обнаруживается в гранулах хромаффинных клеток
надпочечников, в кардиомиоцитах, в тромбоцитах,
в нервных окончаниях, а внеклеточный – в слезах и
внутриглазной жидкости человека [31]. Необходимо
принять во внимание, что концентрация Ар4А внутри
гранул тромбоцитов различна и зависит от их размера
(в больших гранулах она может достигать 100 мкМ).
Функции Ар4А, как внутриклеточной молекулы, до
сих пор до конца не выяснены. Известно, что данный
динуклеотид влияет на пролиферацию клеток и клеточный обмен веществ, может быть вовлечен в синтез ДНК
или репарацию [27, 31]. Участие Ap4A в репарации ДНК
подтверждается, в основном, косвенными данными:
1) концентрация Ар4А увеличивается при разрушении
ДНК; 2) ферменты, которые могут синтезировать Ар4А
(например, ДНК-лигазы и аминоацил-тРНК-синтетазы),
локализованы в ядре; 3) одноцепочечные разрывы
ДНК активируют поли(AДФ-рибозил)-полимеразу,
которая участвует в некоторых процессах репарации,
а также, в свою очередь, осуществляет синтез из
Ар4А соединения, необходимого для ингибирования
полимеразной активности (Ар4А-(АДФ-рибозил)n; 4)
установлено, что повышенный уровень Ар4А может
индуцировать апоптоз [4].
В высоко дифференцированых неделящихся клетках Ap4A также играет важную роль. Уровень Ap4A
и ряда других ApnA в клетке изменяется в ответ на
стрессовые влияния, такие как окисление и тепловой шок. Именно поэтому эти соединения называют
алармонами [19].
Ар4А, как и другие ApnA, также может модулировать
активность мембраносвязанных белков, некоторых
ферментов, в частности, и тех, которые участвуют в
обмене пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов [15].
При исследовании воздействия Ар4А на β-клетки
островков поджелудочной железы было обнаружено,
что механизм действия этого соединения заключается
в его способности регулировать открытие/закрытие мембранных АТФ-зависимых калиевых каналов
(KATP-каналов), которые, в свою очередь, регулируют
секрецию инсулина. Исследования показали, что инкубирование клеток инсулиномы в среде, содержащей
22 мМ глюкозу (данная концентрация глюкозы in vivo
индуцирует выделение инсулина), вызывало 70-кратное повышение уровня Ар4А. При этом данный динуклеотид способен блокировать АТФ-зависимые калиевые
каналы подобно АТФ, вследствие чего блокируется
деполяризация мембраны и инсулин не выделяется
из клеток инсулиномы. Таким образом, был сделан
вывод о том, что Ар4А является вторичным мессенджером в глюкозо-индуцируемой блокаде KATФ-каналов
β-клеток поджелудочной железы [13]. Предполагается,
что такую же функцию этот динуклеотид выполняет
в кардиомиоцитах, повышая жизнестойкость клеток
миокарда в стрессовых условиях. Состояние KATФканалов изменяется в зависимости от метаболизма
клетки и от соотношения ATФ/AДФ [19].
Роль вторичного мессенджера Ар4А играет в активированных тучных клетках. Связываясь с белком
гистидиновой триады Hint-1, Ар4А регулирует экспрессию генов, кодирующих транскрипционные факторы
MITF и USF-2, таким образом, опосредует иммунный
ответ [14].
Внеклеточный Ар 4А, функционируя в качестве
сигнальных молекул, оказывает системные (при
концентрациях Ар4А от 0,1 нМ до 1 мкМ) и локальные
эффекты (при достижении концентрации 100 мкМ).
Поскольку Ар4А имеет гораздо больший период полураспада в плазме крови, чем его предшественники
(ATP и ADP), то действие данного динуклеотида может
распространяться на клетки и ткани, удаленные от
места его высвобождения. Свободный Ар4А может
являться потенциальным триггером биологического
ответа в различных клетках и тканях. Внеклеточный
Ap4A способен дифференцировано влиять на различные ткани и органы в зависимости от их состояния,
наличия соответствующих рецепторов. Динуклеозид-полифосфаты, как внеклеточные сигнальные
молекулы, вызывают дезагрегацию тромбоцитов [23],
действуют как нейротрансмитторы [15], активируют
гликоген-фосфорилазу в гепатоцитах, влияют на гладкую мускулатуру в кровеносных сосудах [39], диурез
и экскрецию Na+ с мочой, участвуют в координации
функций нейтрофилов [31]. Они увеличивают скорость
пролиферации гладкомышечных клеток сосудов, влияют на сосудистый тонус. Ap4A, в частности, вызывает
вазодилятацию перфузируемых артерий, содержащих
эндотелий, но инициируют вазоконстрикцию артерий
с удаленным эндотелием [10].
105
Обзоры и лекции
Пуринорецепторы, их классификация Биологические эффекты пуринсодержащих молекул опосредованы взаимодействием с пуриновыми рецепторами,
расположенными на поверхности клеток. Сложность
самой пуринергической сигнальной системы, определяемая значительным разнообразием не только
агонистов, составляющих эту систему, но и пуринорецепторов (P1, P2X и P2Y), в том числе и их подтипов,
обладающих разнообразными функциями, формированием гетерополимерных P2X ионных каналов и различных вариантов P2X сплайсинга [11], не позволяет
до сих пор получить в полном объеме информацию об
этой системе и их классифицировать.
В настоящее время в соответствии с рекомендациями Номенклатурного Комитета Международного общества фармакологов классификация пуринорецепторов
выглядит следующим образом (Рис. 4).
Рисунок 4. Классификация пуринорецепторов
P1 семейство представляют рецепторы, которые
предпочтительно активируются аденозином. Аденозиновые рецепторы широко представлены в разных
типах тканей и участвуют в регуляции целого ряда
биологических процессов. Представленные на приведенной схеме аденозиновые (Р1) рецепторы, идентифицированные в настоящему времени, относятся к
группе G-протеин-опосредованых рецепторов.
Использование молекулярных, биохимических и
фармакологических критериев позволило подразделить P1 рецепторы на четыре подгруппы: А1, А2А, A2B и
А3. Они различаются степенью сродства к аденозину.
А1 и А2А подтипы имеют наибольшее сродство к аденозину, в то время как A2B и A3 обладают значительно
более низким к нему сродством [29]. Выяснено, что
рецепторы разных подгрупп сопряжены с различными
типами G-белков [2]. Активация А1– и А3-рецепторов
определяет связь с Gi/o и вызывает снижение уровня
цАМФ [5], а активация А2А– и А2B-рецепторов приводит
к связи с Gs-белками и вызывает увеличение синтеза
цАМФ [30].
Выявлены функциональные различия между А1–
и А2А-рецепторами. Стимулирование А1-рецепторов
вызывает активацию калиевых и дезактивацию каль-
106
циевых каналов [6], а стимулирование А2А-рецепторов
приводит к ингибированию функциональной активности D2-дофаминовых рецепторов, что имеет важное
значение в развитии неврологических и психических
заболеваний [21].
Семейство Р2 составили рецепторы, которые активируются АТФ, АДФ, УТФ и УДФ, а также динуклеозид
полифосфатами. Группа Р2 рецепторов разделена на
P2X– и P2Y-подсемейства в зависимости от их молекулярного строения и сигнальных путей, через которые
они оказывают свои эффекты (Рис. 4).
Рецепторы подгруппы Р2Х являются лиганд-оперирующими ионными каналами, регулирующими вход
в клетку ионов Na+, K+, Са2+ и, возможно, Cl‒, то есть,
механизм их действия обусловлен открытием или закрытием ионных каналов.
Р2Х-рецепторы представляют собой белковые
комплексы, состоящие из 379-472 аминокислот, встроенных в мембрану в форме поры, охватывающей два
гидрофобных трансмембранных домена с большой
внеклеточной гидрофильной петлей. Большая часть
молекулы этого белка находится внеклеточно, образуя
большую петлю, при том, что оба концевых фрагмента
располагаются внутри клетки. Подтипы рецепторов в
основном отличаются по длине С-концевого фрагмента
молекулы белка.
Ионотропные P2X1-7 рецепторы имеют характерные топологические трансмембранные (TM) субъединицы внутриклеточных N и C концов, которые несут
консенсус-связывающие мотивы для протеинкиназ. Из
двух ТМ-связанных регионов первый (ТM1), образует
структуру воротного механизма и второй (ТM2) – участвует в формировании внутренней части поры для
ионов. Наличие 10 остатков цистеина, формирующих
серию дисульфидных мостов в большой внеклеточной
петле, создает вторичную структуру топологических
мест для АТФ-связывающих участков, предполагаемых
рецепторов/ модуляторов поступления катионов через
канал, которые могут включать области внеклеточной
петли, прилегающие к TM1 и TM2 (Рис. 5) [22].
Рисунок 5. Мембранные P2X-рецепторы для внеклеточной АТФ и аденозина
Р2Y-рецепторы являются типичными G-протеинопосредуемыми рецепторами, активирующими фос-
Обзоры и лекции
фолипазу А. [36]. Р2Y-рецепторы являются типичными
G-протеин-опосредуемыми рецепторами. Рецепторный белок имеет 7 трансмембранных фрагментов и
образует по три петли во внутриклеточной и внеклеточной областях [9, 28, 33] (Рис. 6).
Рисунок 6. Структура P2Y мембранных рецепторов
Метаботропные P2Y подтипы рецепторов
(P2Y1,2,4,6,11-14; Рис. 9) имеют характерные топологические субъединицы внеклеточных аминных (N)
концов и внутриклеточных карбоксильных (C) концов
[22]. Эти рецепторы имеют консенсус-связывающие
мотивы для протеинкиназ, семь трансмембранных
(ТМ)-связанных региона, которые помогают формировать место для стыковки с лигандом. В структуре
Р2Y-рецепторов отмечается высокий уровень гомологичной последовательности между некоторыми
ТМ-связанными регионами, в частности ТМ3, ТМ6 и
ТМ7. В то же время внутриклеточные петли и С-конец
имеют структурные различия у разных подтипов P2Y,
определяя тем самым выбор связи рецептора либо с
Gq/11, либо с Gs, либо с Gi – протеинами, что вызывает активацию соответствующего метаболического
пути [28].
Считается, что многие виды Р2-рецепторов способны связываться с Ар4А. Однако не отрицается наличие
специфических рецепторов для Ар4А, их даже выделили в отдельную подгруппу и обозначили как P2YAp4A
или Р2D. Подтверждение существования рецепторов
Р2D (P2YAp4A) возможно только после осуществления
их клонирования. Так доказано биохимическими,
фармакологическимим методами, что P2D-рецепторы,
активируемые Ap4A, экспрессируются в изобилии на
клетках почечной сосудистой сети и эпителии сегментов нефрона. Это позволяет предположить, что
связываясь с Р2D-рецепторами, Ар4А способен влиять
на почечную гемодинамику.
Выявлено в экспериментах in vitro, что Ap4A является агонистом и для других рецепторов (P2Y2– и P2Y4,
P2X2– и P2X3), также может частично активировать
P2X1 и P2X4.
В заключении следует отметить, что рецепторы для
пуринов и пиримидинов широко распространены во
многих клетках [7]. Краткосрочные пуринергические
сигналы, играющие роль общего регулятора симпати-
ческого тонуса, отмечаются при нейротрансмиссии,
нейромодуляции, регуляции экзокринной и эндокринной секреции, агрегации-дезагрегации тромбоцитов,
вазодилатации, ноцицептивной механочувствительной трансдукции.
Долгосрочные (трофические) пуринергические
сигналы участвуют в регуляции клеточной пролиферации, дифференциации, миграции и гибели клеток в
эмбриональном развитии, нейронной регенерации,
клеточном оборте эпителиальных клеток кожи и внутренних органов, заживлении ран, старении и раке [7].
В ряде исследований приведены данные о вовлечении пуринергической сигнализации в развитии
различных сердечно-сосудистых патологий – инфаркта
миокарда, сердечной недостаточности, гипертензии,
инсульта, атеросклероза, тромбоза и отторжения
ксенотрансплантата [8, 25, 35]. Особое внимание
исследователей привлекает изучение молекулярных
механизмов контроля пуринергической системой
процессов коагуляции и воспаления, роста гладкомышечных и эндотелиальных клеток сосудов, их
ремоделирования, управления некоторыми параметрами сердечной функции (артериального давления,
скорости кровотока), а также апоптозом [20].
Литература
1. Зиганшин, А. У. Роль рецепторов АТФ (Р2-рецепторов) в нервной
системе / А.У. Зиганшин // Неврологический вестник. – 2005. – Т.
XXXVII, вып. 1-2. – С.45-53.
2. Молекулярное моделирование аденозиновых рецепторов /
А.А. Иванов [и др.] // Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 2. Химия-2002-Т.43.
№ 4-Стр. 231-236.
3. AMP is a component of the low molecular weight mitogenic activity
present in human pituitary tumours / M.D. Lewis [et al.]// J Clin
Endocrinol Metab.– 1996– Vol.81– P.1296–1298.
4. Ap4A induces apoptosis in human cultured cells / Vartaniana A. [et
al.]// FEBS Letters 456– 1999-P.175-180.
5. Brown, R. A. Adenosine receptors and asthma / R.A. Brown, D.
Spina, C.P. Page // British Journal of Pharmacology-2008-Vol.153-P.
S446–S456.
6. Bünemann, M. Down-regulation of A1 adenosine receptors coupled
to muscarinic K+ current in cultured guinea-pig atrial myocytes / M.
Bünemann, L. Pott // J Physiol.-1995-Vol. 482 (Pt 1)– P.81-92.
7. Burnstock, G. Cellular distribution and functions of P2 receptor
subtypes in different systems / G. Burnstock, G.E. Knight // Int Rev
Cytol– 2004-Vol.240-P.31–304.
8. Burnstock, G. Pathophysiology and therapeutic potential of
purinergic signaling / G. Burnstock // Pharmacol Rev-2006-Vol. 58P.58–86.
9. Burnstock, G. Purinergic signalling / G. Burnstock// Br J Pharmacol2006-Vol. 147-P.S172–S181.
10. Busse, R. Vasomotor activity of diadenosine triphosphate and
diadenosine tetraphosphate in isolated arteries / R. Busse, A. Ogilvie,
U. Pohl // Am J Physiol-1988-Vol.254(5 Pt 2)-P. H828–H832.
11. Carboxyl-terminal splicing enhances physical interactions between
the cytoplasmic tails of purinergic P2X receptors / T.A. Koshimizu [et
al.]// Mol Pharmacol-2006-Vol.69– P.1588–1598.
12. Characterization of stress protein Lys U. Enzymic synthesis of
diadenosine 5', 5'''– P1, P4-tetraphosphate (Ap4A) analogues by Lys U /
M. Theoclitou [et al.] // J. Chem. Soc. – 1996. – Vol. 1. – Р.2009–2019.
13. Diadenosine polyphosphates. A novel class of glucose-induced
intracellular messengers in the pancreatic beta-cell / C. Ripoll [et al.]
// Diabetes. – 1996. – Vol. 45. – P. 1431–1434.
14. Diadenosine tetraphosphate hydrolase is part of the transcriptional
regulation network in immunologically activated mast cells / I. CarmiLevy [et al.] // Mol. Cell. Biol. ‒ 2008. ‒ Vol. 28, № 18. ‒ P. 5777–5784.
107
Обзоры и лекции
15. Dinucleoside polyphosphates and their interaction with other
nucleotide signaling pathways / E. G. Delicado [et al.] // Pflugers Arch.2006– Vol. 452-P. 563–572.
16. Dinucleoside polyphosphates: strong endogenous agonists
of the purinergic system / V. Jankowski [et al.]// British Journal of
Pharmacology-2009– Vol. 157-P. 1142–1153.
17. Direct treatment of mouse or human blood with soluble
5'-nucleotidase inhibits platelet aggregation / M.L. Hart [et al.]//
Arterioscler Thromb Vasc Biol– 2008– Vol. 28-P.1477–1483.
18. Eltzschig, H. K. Adenosine: An Old Drug Newly Discovered / H.K.
Eltzschig // Anesthesiology– 2009– Vol. 111(4) – P.904–915.
19. Endogenous diadenosine tetraphosphate, diadenosine
pentaphosphate, and diadenosine hexaphosphate in human myocardial
tissue / J. Luo [et al.] // Hypertension. – 2004. – Vol. 43, № 5. – P.
1055–1059.
20. Erlinge, D. P2 receptors in cardiovascular regulation and disease /
D. Erlinge, G. Burnstock // Purinergic Signalling -2008– Vol. 4-P.1–20.
21. Evidence for adenosine/dopamine receptor interactions: indications
for heteromerization / R. Franco [et al.] // Neuropsychopharmacology2000-Vol.23 №4 – P.S50-59.
22. Fields, R. D. Purinergic signalling in neuron–glia interactions / R. D.
Fields, G. Burnstock // Nat Rev Neurosci.-2006 –Vol. 7(6)-P.423–436.
23. Flores, N. A. The effects of diadenosine polyphosphates on the
cardiovascular system / N.A. Flores, B.M. Stavrou, D.J. Sheridan //
Cardiovasc. Res.-1999-Vol. 42-P.15–26.
24. Fredholm, B. B. Adenosine, an endogenous distress signal,
modulates tissue damage and repair / B.B. Fredholm // Cell Death
Differ– 2007-Vol.14-P.1315–1323.
25. Gachet, C. Regulation of platelet functions by P2 receptors / C.
Gachet // Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. -2006– Vol. 46– P. 277–300.
26. Gordon, J. L. Extracellular ATP: Effects, sources and fate /J.L.
Gordon // Biochem. J.-1986– Vol. 233-P. 309–319.
27. Guzman-Aranguez, A. Focus on molecules: Diadenosine
tetraphosphate / A. Guzman-Aranguez, P. Loma, J. Pintor // Exp. Eye
Res. ‒ 2011. ‒Vol. 92, № 2. ‒ P. 96–97.
28. International Union of Pharmacology LVIII: update on the P2Y G
protein-coupled nucleotide receptors: from molecular mechanisms
and pathophysiology to therapy / M.P. Abbracchio [et al.] // Pharmacol
Rev-2006-Vol.58-P.281–341.
29. International Union of Pharmacology. XXV. Nomenclature
and classification of adenosine receptors /B.B. Fredholm [et al.]//
Pharmacol Rev-2001-Vol.53-P.527–552.
30. Kull, B. Adenosine A(2A) receptors are colocalized with and activate
g(olf) in rat striatum / B. Kull, P. Svenningsson, B.B. Fredholm // Mol
Pharmacol.-2000-Vol. 58(4)-P.771-777.
31. McLennan, A.G. Dinucleoside polyphosphates ‒ friend or foe? /
A.G. McLennan // Pharm. Ther. – 2000 – Vol. 87, № 2/3. ‒ Р. 73–89.
32. Molecular details of cAMP generation in mammalian cells: a
tale of two systems / М. Kamenetsky [et al.] // J Mol Biol.– 2006–
Vol.362(4)-P.623-639.
33. P2 receptors: intracellular signaling / L. Erb [et al.] // Pflugers
Arch-2006-Vol.452-P.552–562.
34. Platelet aggregation response and adenosine triphosphate
secretion after abdominal total hysterectomy/ M. Hayashi [et al.] //
Int. J. Clin. Pract.-2003- Vol. 57, N6.-P.461-466.
35. Ralevic, V. Involvement of purinergic signaling in cardiovascular
diseases / V. Ralevic, G. Burnstock // Drug News Perspect-2003– Vol.
16-P.133–140.
36. Ralevic, V. Receptors for purines and pyrimidines / V. Ralevic, G.
Burnstock // Pharmacol Rev-1998-Vol. 50. №3 -P. 413–492.
37. Stimulation of adenosine A1 and A2A receptors by AMP in the
submucosal plexus of guinea pig small intestine / N. Gao [et al.]// Am
J Physiol Gastrointest Liver Physiol – 2007– Vol.292 –P.G492–500.
38. The human platelet ADP receptor activates Gi2 proteins / Ohlmann
P. [et al.]// Biochem. J.-1995-Vol. 312-P.775-779.
39. Uridine adenosine tetraphosphate: a novel endothelium– derived
vasoconstrictive factor / V. Jankowski [et al.]// Nat. Med.-2005– Vol.
11-P. 223–227.
Поступила 19.10.2012 г.
К. Я. Буланова1, А. В. Бакунович1, А. И. Зинченко2, Д. В. Бурко2, С. Б. Бокуть1,
А. Ю. Жив1, А. С. Дроздов1, Л. М. Лобанок3, В. Н. Сидоренко3
СИСТЕМА ПУРИНОВЫХ НУКЛЕОТИДОВ 2: ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АР4А
ДЛЯ КОРРЕКЦИИ И ЛЕЧЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ПАТОЛОГИЧЕСКИХ
СОСТОЯНИЙ
Международный государственный экологический университет им. А. Д. Сахарова,1
Институт микробиологии НАН Беларуси, 2
УО «Белорусский государственный медицинский университет» 3
Рассмотрены перспективы использования диаденозин5’,5’’’P1,P4тетрафосфата (Ар4А) в качестве
потенциального фармакологического агента при создании новейших лекарственных препаратов для
лечения и профилактики сердечнососудистых, офтальмологических, легочных, почечных патологий, а
также генетических заболеваний и цирроза печени.
Ключевые слова: диаденозин5’,5’’’P1,P4тетрафосфат, патологии, пуринорецепторы.
K. Ya. Bulanаva 1 , A. V. Bakunovich 1, A. I. Zinchenka 2, D. V. Burko 2, S. B. Bokut 1,
A. Yu. Zhyu1, A. S. Drazdou1, L. M. Lаbanok3, V. N. Sidarenka3
THE PURINE NUCLEOTIDES SYSTEM 2: USING Ap4A FOR CORRECTION AND
TREATMENT OF VARIOUS PATHOLOGICAL STATES
The prospects of using diadenosine5',5'''P1,P4tetraphosphate (Ap4A) as a potential pharmacological
agent to create new drugs for the treatment and prevention of cardiovascular, ophthalmological, pulmonary,
renal diseases as well as genetic disorders and cirrhosis are submitted.
Key words: diadenosine5',5'''P1,P4tetraphosphate, pathologies, purinoreceptors.
108