Некоторые конститутивные и индуцибельные процессы в

НЕКОТОРЫЕ КОНСТИТУТИВНЫЕ
И ИНДУЦИБЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В БИОЛОГИИ
© Ложкина А.Н.
Читинская государственная медицинская академия, г. Чита
В работе приведены примеры индуцибельных (регуляторных или
действующих как «спусковой крючок») и конститутивных процессов
на разных уровнях организации биологических структур; указана примерная степень значимости составляющих данной диады в описании
физиологии клетки и макроорганизма.
Ключевые слова: конститутивное, индуцибельное, регуляция, системная биология, внешнее, внутреннее, активатор, ингибитор, сети, узлы сети, каскад.
Вычленение конститутивных (внутренне присущих, протекающих постоянно) и индуцибельных (запускающихся под действием индукторов) процессов значимо для разработки противоречия внутреннего и внешнего в философии биологии, а также для компьютерного моделирования живых систем.
Конститутивные процессы считаются нерегулируемыми; индуцибельные – чаще адаптивными, регулируемыми и более быстрыми, хотя могут и
запаздывать как, например, адаптивный иммунитет млекопитающих (иммунный ответ человека длится примерно неделю, но при наличии памяти
запускается «сразу»). (Следует оговориться, что действие ингибиторов также индуцибельно, но в данной работе эти регуляторы не рассматриваются.)
Конститутивные процессы ответственны за развитие макроорганизма, поддержание гомеостаза (или гомеохаоса [5]); индуцибельные больше нацелены на взаимодействие с внешней средой (клетки или макроорганизма), коммуникацию, в том числе синхронизацию в узлах сети.
Согласно данным литературы описаны следующие четко разделимые
конститутивные и индуцибельные процессы.
I. Организменный уровень (многоклеточный макроорганизм):
‒ Конститутивные и индуцибельные факторы защиты (растений [6, 9],
животных). Среди факторов защиты человека в целом врожденный
иммунитет можно считать конститутивным [система комплемента,
фагоциты, естественные клетки киллеры, лизоцим и другие работают фоново], приобретенный адаптивно (набор антител разной
специфичности /гуморальный иммунитет/, цитотоксических Т-лимфоцитов /клеточный иммунитет/) – индуцибельным (под влиянием
антигенов микроорганизмов данной местности; после перенесенной инфекции). Те же факторы защиты на клеточном уровне работают индуцибельно. Так, фагоцитоз запускается и через рецепторы

Доцент кафедры Микробиологии, вирусологии, иммунологии, кандидат биологических наук,
старший научный сотрудник.
8
ПРИОРИТЕТНЫЕ НАУЧНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ: ОТ ТЕОРИИ К ПРАКТИКЕ
к опсонинам (посредникам фагоцитоза); Т-киллеры убивают клетки
только после их специфического узнавания (индукция киллинга через «HLA + антиген»). [HLA – комплекс антигенов большинства
клеток человека.] Система комплемента также активируется индукторами (различным мусором) – иммунными и иными комплексами,
микроорганизмами и их компонентами.
‒ Конститутивное и индуцибельное образование (и выброс) гормонов.
‒ Конститутивная и индуцибельная готовность внешних рецепторов
(зрительных, слуховых, тактильных, болевых, температурных и др.)
воспринимать информацию. Отсюда индуцибельная работа ряда
нейронов. Отдельная проблема – манипуляция активностью нейронов (включая индукцию произвольных движений /захотел согнуть
палец – согнул; стык психологии и нейрофизиологии не ясен/). Онтология уровня рефлексии и «континуального» (синхронизации нескольких особей) во сне совсем не разработана. В данном аспекте
интересен ролик [см.: 11] фотосъемки реальной «погони» фагоцита
за бактериями. Если считать, что фагоцит движется по хемокиновому градиенту, то почему он не стал настигать рядом находящихся
иных кокков? И почему подвижные микробы явно «убегают» от фагоцита (у бактерий нет органов чувств)? Налицо «Я» клетки (и бактериальной, и фагоцита).
II. Клеточный уровень:
‒ Апоптоз (гибель клетки по генетической программе) может начаться индуцибельно под действием ряда индукторов апоптоза (FasL,
фактора некроза опухолей альфа и др.) чаще в патологии; в норме
же апоптоз определяет естественную смерть клетки (без внешних
индукторов).
‒ Конститутивная и индуцибельная работа разных клеток.
III. Субклеточный уровень:
‒ Конститутивная и индуцибельная экспрессия (регуляция экспрессии)
рецепторов (для хемокинов [8], молекул адгезии, опсонинов и др.).
‒ Конститутивная и индуцибельная экспрессия генов в ядре клеток;
конститутивные и индуцибельные промоторы в оперонах [4]. Отсюда следует конститутивная и индуцибельная транскрипция (РНК),
а также конститутивная и индуцибельная продукция (транскрипция) белков.
‒ Синтез цитокинов (т.е. регуляторных пептидов для межклеточной
коммуникации и иных) и многих белков острой фазы воспаления
(С-реактивного белка, ряда ингибиторов ферментов, транспортеров
железа) считается преимущественно индуцибельным (фоновый уровень многих цитокинов в крови млекопитающих почти нулевой). К
примеру, синтез интерферонов (факторов борьбы с внутриклеточной
инфекцией /вирусной, внутриклеточной бактериальной…/) хорошо
Биологические науки
9
индуцируется двуцепочечной РНК (вирусов), хотя может быть и
фоновым. Открываются механизмы передачи сигнала от рецепторов к генам ядра через внутриклеточные сигнальные пути.
IV. Биохимический уровень:
‒ Конститутивные и индуцибельные изоформы циклооксигеназы
(COX) [7], определяющей синтез простагландинов и степень радикалообразования (интенсивность воспаления).
‒ Конститутивные и индуцибельные формы NO-синтазы [1, 3].
‒ Конститутивно и индуцибельно (в зависимости от состава питательной среды) работающие ферменты бактерий.
‒ Конститутивные и индуцибельные белки теплового шока [2].
‒ Конститутивный и индуцибельный выброс из клеток метаболитов.
‒ Конститутивные и индуцибельные формы РНК.
‒ Конститутивная и индуцибельная активация свертывающей системы крови (в основном индуцибельная), фибринолиза, системы комплемента (расщепление компонента С3 происходит постоянно с
медленной скоростью, за счет чего легко запускается альтернативный путь), ренин-ангиотензин-альдостероновой системы.
Соотношение фоновых и индуцибельных процессов можно изобразить
схемой.
Примерное соотношение конститутивных
и индуцибельных процессов
Физиологическая активность
‒ тромбоциты (агрегация, реакция высвобождения, агрегация, ретракция индуцибельны)
‒ нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, тучные клетки
(гранулоциты)
‒ моноциты, макрофаги, дендритные клетки
‒ В-лимфоциты
‒ Т-лимфоциты
‒ NK-лимфоциты
‒ эритроциты
‒ эндотелиальные клетки
‒ фибробласты
‒ мышечные волокна (сокращение мышц индуцибельно; поддержание тонуса мышц примерно на 5-30 %
фоново через чередование работающих единиц)
‒ эпителиальные клетки кожи и слизистых оболочек
‒ камбиальные клетки, стволовые клетки
‒ гепатоциты
Синтез цитокинов, белков острой фазы (почти только
индуцибелен)
Свертывающая система крови
Система комлемента
Примечание: степень конститутивного – первая в блоке (окрашена), индуцибельного –
вторая. Схема весьма условна и составлена по аналогии с рисунками источника [10].
Физиологическая активность гранулы-содержащих клеток больше индуцибельна (т.е. основное депо клетки используется по назначению).
Рис. 1. Примерное соотношение конститутивных и индуцибельных процессов
10
ПРИОРИТЕТНЫЕ НАУЧНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ: ОТ ТЕОРИИ К ПРАКТИКЕ
Регуляторные (индуцибельные) процессы можно разделить на местные
(аутокринные, паракринные) и «общие», дистантные (типа эндокринных взаимодействий). Зачастую на раздражители более высокого ранга «синхронно»
отвечает несколько систем (пример – гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая «вертикаль» регуляции, сформированная эволюцией). Каскадные процессы (сигнальные пути клетки, ферментативные системы крови /свертывающая, фибринолитическая, калликреин-кининовая, ренин-ангиотензиновая,
комплемента/) запускаются по принципу «эстафетной палочки», а не сети,
хотя возможны разветвления (множественные эффекты ферментов) и блоки
(действие ингибиторов) для адаптации и мягкости регуляции (иначе человек
умирал бы от тромбозов даже при действии слабых активаторов коагуляционного каскада). На сети больше похожа нервная, иммунная, пептидная регуляция и система антиоксидантной защиты (регулирующая континуум конститутивного и индуцибельного радикалообразования). Хотя сетью можно
назвать любую клетку и макроорганизм. Тем не менее лучше вычленять
регуляции 1D (каскады цепных реакций), 2D (мембранозависимые процессы – кэппинг, пэтчинг рецепторов, фагоцитоз, виропексис, взаимодействие
холестериновых островков в цитоплазматической мембране, прикрепление
хроматина к ядерной мембране и др.), 3D (регуляция деления клетки, инфекция макроорганизма как реакция на патоген /индуктор/ …) и сети (совокупность размерностей). Важно перераспределение энергии («стрелок на
железнодорожных рельсах») для вычленения главных индуцибельных процессов, значим учет диссипации энергии в живых системах, переход на «подкачку» (поисковое поведение пищи /индуцируемое центром голода/) и «накачку» свыше подсистемы (переедание, пассионарность по Л.Н. Гумилеву и
др.) энергией, произвольная концентрация энергии (технологии йога и иные).
Список литературы:
1. Малахов В.А., Монастырский В.О., Джанелидзе Т.Т. Оксид азота и
иммунонейроэндокринная система // Международный неврологический
журнал. – 2008. – Т. 3, № 19. – С. 3-7.
2. Чиркова О.В. Белки теплового шока: физиологическая роль, методики
определения и клиническое значение // Вестник новых медицинских технологий. – 2006. – №. 3. – С. 45-48.
3. Cernadas M.R., de Miguel L.S., García-Durán M. et al. Expression of
constitutive and inducible nitric oxide synthases in the vascular wall of young and
aging rats // Circulation Research. – 1998. – Т. 83, № 3. – С. 279-286.
4. Cheng K., Mahato R.I. (ed.) Advanced delivery and therapeutic applications of RNAI [Электронный ресурс]. – John Wiley & Sons, 2013. – Глава 5. –
Режим доступа: https://books.google.ru/books?id=MD3zg3mH5GkC&pg=PT
64&dq=constitutive+inducible&hl=ru&sa=X&ved=0CDIQ6AEwBDgUahUKE
wjFjubg4_XIAhUFWiwKHUlTCWc#v=onepage&q=constitutive%20inducible
&f=true.
Биологические науки
11
5. Erdi P. Complexity of the Brain: Structure, Function and Dynamics //
Complexity Explained. – 2008. – С. 237-303.
6. Heil M., Bostock R.M. Induced systemic resistance (ISR) against pathogens in the context of induced plant defences // Annals of botany. – 2002. – Т. 89,
№ 5. – С. 503-512.
7. Hersh E.V., Lally E.T., Moore P.A. Update on cyclooxygenase inhibitors:
has a third COX isoform entered the fray? // Current Medical Research and Opinion. – 2005. – Т. 21, № 8. – С. 1217-1226.
8. Proudfoot A.E. Chemokine receptors: multifaceted therapeutic targets //
Nature Reviews Immunology. – 2002. – Т. 2, № 2. – С. 106-115.
9. Tollrian R., Harvell C.D. The ecology and evolution of inducible defenses. –
Princeton University Press, 1999.
10. http://circe.med.uniroma1.it/fidea/help.php.
11. https://www.youtube.com/watch?v=Z_mXDvZQ6dU.