ЗАКАЗ ЗВОНКА
Заполните форму, чтобы наши специалисты могли связаться с Вами!
Абстрактный
Активные формы кислорода (АФК) производятся живыми организмами в результате нормального клеточного метаболизма и факторов окружающей среды, таких как загрязнители воздуха или сигаретный дым. АФК являются высокореактивными молекулами и могут повреждать клеточные структуры, такие как углеводы, нуклеиновые кислоты, липиды и белки, и изменять их функции. Сдвиг баланса между оксидантами и антиоксидантами в пользу оксидантов называется «окислительным стрессом». Регулирование восстановительного и окислительного (окислительно-восстановительного) состояния имеет решающее значение для жизнеспособности клеток, их активации, пролиферации и функционирования органов. Аэробные организмы имеют интегрированные антиоксидантные системы, включающие ферментативные и неферментативные антиоксиданты, которые обычно эффективно блокируют вредное воздействие АФК. Однако при патологических состояниях антиоксидантные системы могут быть перегружены. Окислительный стресс способствует развитию многих патологических состояний и заболеваний, включая рак, неврологические расстройства, атеросклероз, гипертонию, ишемию/перфузию, диабет, острый респираторный дистресс-синдром, идиопатический фиброз легких, хроническую обструктивную болезнь легких и астму. В этом обзоре мы суммируем клеточные оксидантные и антиоксидантные системы и обсуждаем клеточные эффекты и механизмы окислительного стресса.
Ключевые слова: антиоксидант, окислитель, окислительный стресс, активные формы кислорода, окислительно-восстановительный потенциал
Активные формы кислорода (АФК) производятся живыми организмами в результате нормального клеточного метаболизма. При низких и умеренных концентрациях они участвуют в физиологических клеточных процессах, но при высоких концентрациях они вызывают неблагоприятные модификации компонентов клетки, таких как липиды, белки и ДНК.1–6 Аэробные организмы имеют интегрированные антиоксидантные системы, которые включают ферментативные и неферментативные антиоксиданты, которые обычно эффективны в блокировании вредного воздействия АФК. Однако при патологических состояниях антиоксидантные системы могут быть перегружены. В этом обзоре мы суммируем клеточные окислительные и антиоксидантные системы, а также регуляцию восстановительного и окислительного (окислительно-восстановительного) состояния в здоровых и болезненных состояниях.16–21 и астма.15 сахарный диабет, острый респираторный дистресс-синдром, идиопатический легочный фиброз, хроническая обструктивная болезнь легких,11–14 атеросклероз, гипертонию, ишемию/перфузию,7–10 Сдвиг баланса между окислителем/антиоксидантом в пользу оксидантов называется «окислительным стрессом». Окислительный стресс способствует развитию многих патологических состояний, включая рак, неврологические расстройства,
Эндогенные источники АФК
АФК производятся из молекулярного кислорода в результате нормального клеточного метаболизма. АФК можно разделить на 2 группы: свободные радикалы и нерадикалы. Молекулы, содержащие один или несколько неспаренных электронов и тем самым придающие молекуле реакционную способность, называются свободными радикалами. Когда два свободных радикала делятся своими неспаренными электронами, образуются нерадикальные формы. Тремя основными АФК, имеющими физиологическое значение, являются супероксид-анион (O2-.), гидроксильный радикал (• OH) и перекись водорода (H2O2). ROS обобщены в Таблица 1.
Активные формы кислорода (АФК) производятся живыми организмами в результате нормального клеточного метаболизма и факторов окружающей среды, таких как загрязнители воздуха или сигаретный дым. АФК являются высокореактивными молекулами и могут повреждать клеточные структуры, такие как углеводы, нуклеиновые кислоты, липиды и белки, и изменять их функции. Сдвиг баланса между оксидантами и антиоксидантами в пользу оксидантов называется «окислительным стрессом». Регулирование восстановительного и окислительного (окислительно-восстановительного) состояния имеет решающее значение для жизнеспособности клеток, их активации, пролиферации и функционирования органов. Аэробные организмы имеют интегрированные антиоксидантные системы, включающие ферментативные и неферментативные антиоксиданты, которые обычно эффективно блокируют вредное воздействие АФК. Однако при патологических состояниях антиоксидантные системы могут быть перегружены. Окислительный стресс способствует развитию многих патологических состояний и заболеваний, включая рак, неврологические расстройства, атеросклероз, гипертонию, ишемию/перфузию, диабет, острый респираторный дистресс-синдром, идиопатический фиброз легких, хроническую обструктивную болезнь легких и астму. В этом обзоре мы суммируем клеточные оксидантные и антиоксидантные системы и обсуждаем клеточные эффекты и механизмы окислительного стресса.
Ключевые слова: антиоксидант, окислитель, окислительный стресс, активные формы кислорода, окислительно-восстановительный потенциал
Активные формы кислорода (АФК) производятся живыми организмами в результате нормального клеточного метаболизма. При низких и умеренных концентрациях они участвуют в физиологических клеточных процессах, но при высоких концентрациях они вызывают неблагоприятные модификации компонентов клетки, таких как липиды, белки и ДНК.1–6 Аэробные организмы имеют интегрированные антиоксидантные системы, которые включают ферментативные и неферментативные антиоксиданты, которые обычно эффективны в блокировании вредного воздействия АФК. Однако при патологических состояниях антиоксидантные системы могут быть перегружены. В этом обзоре мы суммируем клеточные окислительные и антиоксидантные системы, а также регуляцию восстановительного и окислительного (окислительно-восстановительного) состояния в здоровых и болезненных состояниях.16–21 и астма.15 сахарный диабет, острый респираторный дистресс-синдром, идиопатический легочный фиброз, хроническая обструктивная болезнь легких,11–14 атеросклероз, гипертонию, ишемию/перфузию,7–10 Сдвиг баланса между окислителем/антиоксидантом в пользу оксидантов называется «окислительным стрессом». Окислительный стресс способствует развитию многих патологических состояний, включая рак, неврологические расстройства,
Идти к:
ОКИСЛИТЕЛИЭндогенные источники АФК
АФК производятся из молекулярного кислорода в результате нормального клеточного метаболизма. АФК можно разделить на 2 группы: свободные радикалы и нерадикалы. Молекулы, содержащие один или несколько неспаренных электронов и тем самым придающие молекуле реакционную способность, называются свободными радикалами. Когда два свободных радикала делятся своими неспаренными электронами, образуются нерадикальные формы. Тремя основными АФК, имеющими физиологическое значение, являются супероксид-анион (O2-.), гидроксильный радикал (• OH) и перекись водорода (H2O2). ROS обобщены в Таблица 1.
Супероксид-анион образуется при присоединении 1 электрона к молекулярному кислороду. Этот процесс опосредован никотин-адениндинуклеотид-фосфатом [НАД] (P)H]-оксидаза или ксантиноксидаза или митохондриальная система транспорта электронов. Основным местом производства супероксид-аниона являются митохондрии, механизм клетки, производящий аденозинтрифосфат. Обычно электроны передаются через митохондриальную цепь переноса электронов для восстановления кислорода до воды, но примерно от 1 до 3% всех электронов утекают из системы и образуют супероксид. НАД(Ф)Н-оксидаза обнаружена в полиморфно-ядерных лейкоцитах, моноцитах и макрофагах. При фагоцитозе эти клетки производят выброс супероксида, который приводит к бактерицидной активности. Супероксид превращается в пероксид водорода под действием супероксиддисмутазы (СОД, КФ 1.15.1.1). Перекись водорода легко диффундирует через плазматическую мембрану. Перекись водорода также вырабатывается ксантиноксидазой, оксидазой аминокислот и НАД(Ф)Н-оксидазой и в пероксисомах путем потребления молекулярного кислорода в метаболические реакции. В последовательности реакций, называемых реакциями Габера-Вейсса и Фентона, H2O2 может распадаться на OH− в присутствии трансмиссионных металлов, таких как Fe2+< a i=12> или Cu2+.
O2− сам также может реагировать с H 2O2 и сгенерировать OH−.26,27 Гидроксильный радикал является наиболее реакционноспособным из АФК и может повреждать белки, липиды, углеводы и ДНК. Он также может запустить перекисное окисление липидов, отобрав электрон у полиненасыщенных жирных кислот.
Гранулоцитарные ферменты дополнительно расширяют реактивность H2O2 через эозинофильную пероксидазу и миелопероксидазу (МПО). В активированных нейтрофилах H2O2 потребляется МПО. В присутствии хлорид-иона H2O2 превращается в хлорноватистая кислота (HOCl). HOCl обладает сильным окислительным действием и играет важную роль в уничтожении патогенов в дыхательных путях. Однако HOCl также может реагировать с ДНК и индуцировать ДНК-белковые процессы. взаимодействия и производят продукты окисления пиримидинов и добавляют хлорид к основаниям ДНК. Эозинофильная пероксидаза и МПО также способствуют окислительному стрессу путем модификации белков путем галогенирования. , нитрование и сшивка белков через тирозильные радикалы.
Другие свободные радикалы, производные кислорода, представляют собой пероксильные радикалы (ROO·•). Простейшей формой этих радикалов является гидропероксильный радикал (HOO·•) и он участвует в перекисном окислении жирных кислот. Свободные радикалы могут запускать цепные реакции перекисного окисления липидов, отрывая атом водорода от метиленового углерода боковой цепи. Затем липидный радикал реагирует с кислородом с образованием пероксильного радикала. Пероксильный радикал инициирует цепную реакцию и превращает полиненасыщенные жирные кислоты в гидроперекиси липидов. Гидропероксиды липидов очень нестабильны и легко разлагаются на вторичные продукты, такие как альдегиды (например, 4-гидрокси-2,3-ноненаль) и малондиальдегиды (МДА). Изопростаны — еще одна группа продуктов перекисного окисления липидов, которые образуются в результате перекисного окисления арахидоновой кислоты. Также было обнаружено, что их уровень повышается в плазме и конденсатах дыхания астматиков.34,35< a i=6>Перекисное окисление липидов нарушает целостность клеточных мембран и приводит к перестройке структуры мембран.
Перекись водорода, супероксидный радикал, окисленный глутатион (GSSG), MDA, изопростаны, карбонилы и нитротирозин можно легко измерить в образцах плазмы, крови или бронхоальвеолярного лаважа в качестве биомаркеров окисления с помощью стандартизированных анализов.
Экзогенный источник оксидантов
Сигаретный дымСигаретный дым содержит множество окислителей, свободных радикалов и органических соединений, таких как супероксид и оксид азота. Кроме того, вдыхание сигаретного дыма в легкие также активируются некоторые эндогенные механизмы, такие как накопление нейтрофилов и макрофагов, которые еще больше усиливают окислительное повреждение.
Воздействие озонаВоздействие озона может вызвать перекисное окисление липидов и вызвать приток нейтрофилов в эпителий дыхательных путей. Кратковременное воздействие озона также вызывает высвобождение медиаторов воспаления, таких как МПО, катионные белки эозинофилов, а также лактатдегидрогеназа и альбумин. Даже у здоровых людей у субъектов воздействие озона вызывает снижение функций легких. Cho et al показали, что твердые частицы (смесь твердых частиц и капель жидкости, взвешенных в воздухе) катализирует восстановление кислорода.
ГипероксияГипероксия относится к состояниям более высокого уровня кислорода, чем нормальное парциальное давление кислорода в легких или других тканях организма. Это приводит к увеличению производства активных форм кислорода и азота.
Ионизирующего излученияИонизирующее излучение в присутствии O2 превращает гидроксильный радикал, супероксид и органические радикалы в перекись водорода и органические гидропероксиды. Эти виды гидропероксидов реагируют с ионами окислительно-восстановительных активных металлов, таких как Fe и Cu, посредством реакций Фентона и, таким образом, вызывают окислительный стресс. Narayanan et al< /span>2O2 и H−.2 показали, что фибробласты, подвергшиеся воздействию альфа-частиц, имели значительное увеличение внутриклеточного O Молекулы передачи сигнала, такие как внеклеточные регулируемые сигналом киназы 1 и 2 (ERK1/2 ), N-концевая киназа c-Jun (JNK) и p38, а также факторы транскрипции, такие как белок-активатор-1 (AP-1), ядерный фактор-κB (NF-κB) и p53, активируются, что приводит к в экспрессии генов, связанных с радиационной реакцией. Фотоны ультрафиолета А (UVA) запускают окислительные реакции путем возбуждения эндогенных фотосенсибилизаторов, таких как порфирины, НАДФН-оксидаза и рибофлавины. 8-Оксо-7,8-дигидрогуанин (8-oxoGua) является основным продуктом окисления ДНК, опосредованным UVA, образующимся в результате окисления радикала •OH, 1-электронных окислителей и синглетного кислорода, который в основном реагирует с гуанином. Показано, что образование катион-радикала гуанина в изолированной ДНК эффективно происходит за счет прямого воздействия ионизирующего излучения. После воздействия ионизирующего излучения внутриклеточный уровень глутатиона (GSH) на короткое время снижается, но затем снова повышается.
Ионы тяжелых металловИоны тяжелых металлов, таких как железо, медь, кадмий, ртуть, никель, свинец и мышьяк, могут индуцировать образование реактивных радикалов и вызывать повреждение клеток за счет истощения активности ферментов за счет перекисного окисления липидов и реакции с ядерными белками и ДНК.
Одним из наиболее важных механизмов образования свободных радикалов с участием металлов является реакция типа Фентона. Ион супероксида и перекись водорода могут взаимодействовать с переходными металлами, такими как железо и медь, посредством катализируемой металлами реакции Габера-Вейсса/Фентона с образованием радикалов ОН.
Гранулоцитарные ферменты дополнительно расширяют реактивность H2O2 через эозинофильную пероксидазу и миелопероксидазу (МПО). В активированных нейтрофилах H2O2 потребляется МПО. В присутствии хлорид-иона H2O2 превращается в хлорноватистая кислота (HOCl). HOCl обладает сильным окислительным действием и играет важную роль в уничтожении патогенов в дыхательных путях. Однако HOCl также может реагировать с ДНК и индуцировать ДНК-белковые процессы. взаимодействия и производят продукты окисления пиримидинов и добавляют хлорид к основаниям ДНК. Эозинофильная пероксидаза и МПО также способствуют окислительному стрессу путем модификации белков путем галогенирования. , нитрование и сшивка белков через тирозильные радикалы.
Другие свободные радикалы, производные кислорода, представляют собой пероксильные радикалы (ROO·•). Простейшей формой этих радикалов является гидропероксильный радикал (HOO·•) и он участвует в перекисном окислении жирных кислот. Свободные радикалы могут запускать цепные реакции перекисного окисления липидов, отрывая атом водорода от метиленового углерода боковой цепи. Затем липидный радикал реагирует с кислородом с образованием пероксильного радикала. Пероксильный радикал инициирует цепную реакцию и превращает полиненасыщенные жирные кислоты в гидроперекиси липидов. Гидропероксиды липидов очень нестабильны и легко разлагаются на вторичные продукты, такие как альдегиды (например, 4-гидрокси-2,3-ноненаль) и малондиальдегиды (МДА). Изопростаны — еще одна группа продуктов перекисного окисления липидов, которые образуются в результате перекисного окисления арахидоновой кислоты. Также было обнаружено, что их уровень повышается в плазме и конденсатах дыхания астматиков.34,35< a i=6>Перекисное окисление липидов нарушает целостность клеточных мембран и приводит к перестройке структуры мембран.
Перекись водорода, супероксидный радикал, окисленный глутатион (GSSG), MDA, изопростаны, карбонилы и нитротирозин можно легко измерить в образцах плазмы, крови или бронхоальвеолярного лаважа в качестве биомаркеров окисления с помощью стандартизированных анализов.
Экзогенный источник оксидантов
Сигаретный дымСигаретный дым содержит множество окислителей, свободных радикалов и органических соединений, таких как супероксид и оксид азота. Кроме того, вдыхание сигаретного дыма в легкие также активируются некоторые эндогенные механизмы, такие как накопление нейтрофилов и макрофагов, которые еще больше усиливают окислительное повреждение.
Воздействие озонаВоздействие озона может вызвать перекисное окисление липидов и вызвать приток нейтрофилов в эпителий дыхательных путей. Кратковременное воздействие озона также вызывает высвобождение медиаторов воспаления, таких как МПО, катионные белки эозинофилов, а также лактатдегидрогеназа и альбумин. Даже у здоровых людей у субъектов воздействие озона вызывает снижение функций легких. Cho et al показали, что твердые частицы (смесь твердых частиц и капель жидкости, взвешенных в воздухе) катализирует восстановление кислорода.
ГипероксияГипероксия относится к состояниям более высокого уровня кислорода, чем нормальное парциальное давление кислорода в легких или других тканях организма. Это приводит к увеличению производства активных форм кислорода и азота.
Ионизирующего излученияИонизирующее излучение в присутствии O2 превращает гидроксильный радикал, супероксид и органические радикалы в перекись водорода и органические гидропероксиды. Эти виды гидропероксидов реагируют с ионами окислительно-восстановительных активных металлов, таких как Fe и Cu, посредством реакций Фентона и, таким образом, вызывают окислительный стресс. Narayanan et al< /span>2O2 и H−.2 показали, что фибробласты, подвергшиеся воздействию альфа-частиц, имели значительное увеличение внутриклеточного O Молекулы передачи сигнала, такие как внеклеточные регулируемые сигналом киназы 1 и 2 (ERK1/2 ), N-концевая киназа c-Jun (JNK) и p38, а также факторы транскрипции, такие как белок-активатор-1 (AP-1), ядерный фактор-κB (NF-κB) и p53, активируются, что приводит к в экспрессии генов, связанных с радиационной реакцией. Фотоны ультрафиолета А (UVA) запускают окислительные реакции путем возбуждения эндогенных фотосенсибилизаторов, таких как порфирины, НАДФН-оксидаза и рибофлавины. 8-Оксо-7,8-дигидрогуанин (8-oxoGua) является основным продуктом окисления ДНК, опосредованным UVA, образующимся в результате окисления радикала •OH, 1-электронных окислителей и синглетного кислорода, который в основном реагирует с гуанином. Показано, что образование катион-радикала гуанина в изолированной ДНК эффективно происходит за счет прямого воздействия ионизирующего излучения. После воздействия ионизирующего излучения внутриклеточный уровень глутатиона (GSH) на короткое время снижается, но затем снова повышается.
Ионы тяжелых металловИоны тяжелых металлов, таких как железо, медь, кадмий, ртуть, никель, свинец и мышьяк, могут индуцировать образование реактивных радикалов и вызывать повреждение клеток за счет истощения активности ферментов за счет перекисного окисления липидов и реакции с ядерными белками и ДНК.
Одним из наиболее важных механизмов образования свободных радикалов с участием металлов является реакция типа Фентона. Ион супероксида и перекись водорода могут взаимодействовать с переходными металлами, такими как железо и медь, посредством катализируемой металлами реакции Габера-Вейсса/Фентона с образованием радикалов ОН.
Помимо механизмов типа Фентона и типа Габера-Вейсса, некоторые ионы металлов могут напрямую реагировать с клеточными молекулами с образованием свободных радикалов, таких как тиоловые радикалы, или индуцировать клеточные сигнальные пути. Эти радикалы также могут реагировать с другими молекулами тиола с образованием O2-.. O2−. преобразуется в H2< a i=8>O2, что вызывает дополнительную генерацию кислородных радикалов. Некоторые металлы, такие как арсенит, косвенно индуцируют образование АФК путем активации систем, производящих радикалы в клетках.56
Мышьяк — высокотоксичный элемент, образующий различные АФК, в том числе супероксид (O2•-), синглетный кислород (1O2), пероксильный радикал (ROO•), оксид азота (NO•), перекись водорода (H2O2) и диметиларсиновые пероксильные радикалы [(CH 3)2AsOO• ].57–59 Соединения мышьяка (III) могут ингибировать антиоксидантные ферменты, особенно GSH-зависимые ферменты, такие как как глутатион-S-трансферазы (GST), глутатионпероксидаза (GSH-Px) и GSH-редуктаза, путем связывания с их сульфгидрильными (–SH) группами. .60,61
Свинец увеличивает перекисное окисление липидов.62 Сообщалось о значительном снижении активности тканевой СОД и GPx головного мозга после воздействия свинца. Замена цинка, который служит кофактором многих ферментов, на свинец, приводит к инактивации таких ферментов. Воздействие свинца может вызвать ингибирование GST, воздействуя на тиолы тканей.63,64
АФК, образующиеся в результате реакций, катализируемых металлами, могут модифицировать основания ДНК. Три замены оснований, G → C, G → T и C → T, могут происходить в результате окислительного повреждения ионами металлов, таких как Fe2+, Cu2+ и Ni2+. Reid et al65 показали, что G → C преимущественно образуется Fe2+ тогда как замена C → T произошла на Cu2+ и Ni2+.
АНТИОКСИДАНТЫ
Организм человека оснащен множеством антиоксидантов, которые уравновешивают действие оксидантов. Для всех практических целей их можно разделить на 2 категории: ферментативные и неферментативные
Мышьяк — высокотоксичный элемент, образующий различные АФК, в том числе супероксид (O2•-), синглетный кислород (1O2), пероксильный радикал (ROO•), оксид азота (NO•), перекись водорода (H2O2) и диметиларсиновые пероксильные радикалы [(CH 3)2AsOO• ].57–59 Соединения мышьяка (III) могут ингибировать антиоксидантные ферменты, особенно GSH-зависимые ферменты, такие как как глутатион-S-трансферазы (GST), глутатионпероксидаза (GSH-Px) и GSH-редуктаза, путем связывания с их сульфгидрильными (–SH) группами. .60,61
Свинец увеличивает перекисное окисление липидов.62 Сообщалось о значительном снижении активности тканевой СОД и GPx головного мозга после воздействия свинца. Замена цинка, который служит кофактором многих ферментов, на свинец, приводит к инактивации таких ферментов. Воздействие свинца может вызвать ингибирование GST, воздействуя на тиолы тканей.63,64
АФК, образующиеся в результате реакций, катализируемых металлами, могут модифицировать основания ДНК. Три замены оснований, G → C, G → T и C → T, могут происходить в результате окислительного повреждения ионами металлов, таких как Fe2+, Cu2+ и Ni2+. Reid et al65 показали, что G → C преимущественно образуется Fe2+ тогда как замена C → T произошла на Cu2+ и Ni2+.
АНТИОКСИДАНТЫ
Организм человека оснащен множеством антиоксидантов, которые уравновешивают действие оксидантов. Для всех практических целей их можно разделить на 2 категории: ферментативные и неферментативные
Ферментативные антиоксиданты
Основными ферментативными антиоксидантами легких являются СОД (КФ 1.15.1.11), каталаза (КФ 1.11.1.6) и GSH-Px (КФ 1.11.1.9). Помимо этих основных ферментов, другие антиоксиданты, включая гемоксигеназу-1 (EC 1.14.99.3), и окислительно-восстановительные белки, такие как тиоредоксины (TRX, EC 1.8.4.10), пероксиредоксины (PRX, EC 1.11.1.15) и глутаредоксины. Также было обнаружено, что они играют решающую роль в антиоксидантной защите легких.
Поскольку супероксид является основной АФК, вырабатываемой из различных источников, его дисмутация с помощью СОД имеет первостепенное значение для каждой клетки. Все три формы СОД, а именно CuZn-СОД, Mn-СОД и ЭК-СОД, широко экспрессируются в легких человека. Mn-СОД локализован в матриксе митохондрий. EC-SOD преимущественно локализуется во внеклеточном матриксе, особенно в областях, содержащих большое количество волокон коллагена I типа, а также вокруг легочных и системных сосудов. Он также был обнаружен в бронхиальном эпителии, альвеолярном эпителии и альвеолярных макрофагах.66,67 В целом считается, что CuZn-SOD и Mn-SOD действовать как объемные поглотители супероксидных радикалов. Относительно высокий уровень EC-SOD в легких с его специфическим связыванием с компонентами внеклеточного матрикса может представлять собой фундаментальный компонент защиты матрикса легких.68
H2O2, который создается действие СОД или действие оксидаз, таких как ксантиноксидаза, восстанавливается до воды каталазой и GSH-Px. Каталаза существует в виде тетрамера, состоящего из 4 идентичных мономеров, каждый из которых содержит гемовую группу в активном центре. Деградация H2O2 осуществляется путем преобразования между двумя конформациями. каталазы-феррикаталазы (железо, координированное с водой) и соединения I (железо в комплексе с атомом кислорода). Каталаза также связывает НАДФН в качестве восстанавливающего эквивалента, предотвращая окислительную инактивацию фермента (образование соединения II) с помощью H2O2 поскольку он превращается в воду.69
Ферменты окислительно-восстановительного цикла, ответственные за восстановление H2O2 и гидроперекиси липидов (образующиеся в результате перекисного окисления липидов мембран) включают GSH-Px.70 GSH-Px представляют собой семейство тетрамерных ферментов, которые содержат уникальную аминокислоту селеноцистеин в активных центрах и используют низкомолекулярные тиолы, такие как GSH, для восстановления H2O 2 и перекиси липидов до соответствующих спиртов. Описаны четыре GSH-Px, кодируемые разными генами: GSH-Px-1 (клеточный GSH-Px) распространен повсеместно и снижает H2O< /span>73 GSH-Px-3 ( внеклеточный GSH-Px) является единственным членом семейства GSH-Px, который находится во внеклеточном компартменте и считается одним из наиболее важных внеклеточных антиоксидантных ферментов у млекопитающих. Из них внеклеточный GSH-Px наиболее широко исследуется в легких человека.72 Этерифицированные липиды восстанавливаются мембраносвязанным GSH-Px-4 (гидропероксидом фосфолипида GSH-Px), который может использовать несколько различных низкомолекулярных тиолов в качестве восстанавливающих эквивалентов. GSH-Px-2 (гастроинтестинальный GSH-Px) локализуется в эпителиальных клетках желудочно-кишечного тракта, где он служит для снижения содержания пищевых пероксидов.71 и пероксиды жирных кислот, но не этерифицированные пероксильные липиды.2
Кроме того, удаление H2O2 тесно связан с несколькими тиолсодержащими ферментами, а именно TRX (TRX1 и TRX2), тиоредоксинредуктазами (EC 1.8.1.9) (TRR), PRX (которые представляют собой тиоредоксинпероксидазы) и глутаредоксинами.74 В клетках человека охарактеризованы два TRX и TRR, существующие как в цитозоле, так и в митохондриях. В легких TRX и TRR экспрессируются в бронхиальном и альвеолярном эпителии и макрофагах. В клетках человека обнаружено шесть различных PRX, различающихся ультраструктурной компартментализацией. Экспериментальные исследования выявили важность PRX VI в защите альвеолярного эпителия. В легких человека экспрессируются все PRX в бронхиальном, альвеолярном эпителии и макрофагах.75 Недавно было обнаружено, что PRX V функционирует как пероксинитритредуктаза,77 что означает, что он может действовать как потенциальное защитное соединение при развитии АФК-опосредованного повреждения легких.76
Общим для этих антиоксидантов является потребность в НАДФН как восстанавливающем эквиваленте. НАДФН поддерживает каталазу в активной форме и используется в качестве кофактора TRX и GSH-редуктазы (EC 1.6.4.2), которая превращает GSSG в GSH, ко-субстрат для GSH-Pxs. Внутриклеточный НАДФН, в свою очередь, образуется за счет восстановления НАДФ+ глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой, первым и лимитирующим фермент пентозы. фосфатный путь, во время превращения глюкозо-6-фосфата в 6-фосфоглюконолактон. Генерируя НАДФН, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа является решающим фактором, определяющим буферную способность цитозольного GSH (GSH/GSSG) и, следовательно, может считаться важным регуляторным антиоксидантным ферментом.78,79
GST (EC 2.5.1.18), другое семейство антиоксидантных ферментов, инактивируют вторичные метаболиты, такие как ненасыщенные альдегиды, эпоксиды и гидропероксиды. Описаны три основных семейства GST: цитозольный GST, митохондриальный GST,80,81 и мембраносвязанный микросомальный GST, который играет роль в эйкозаноиде и GSH. метаболизм.82 У млекопитающих идентифицировано семь классов цитозольного GST, обозначенных Alpha, Mu, Pi, Sigma, Theta, Omega и Zeta.90 GSTP1 также физически взаимодействует с PRX VI и приводит к восстановлению активности фермента PRX посредством глутатионилирования окисленного белка.89 Было показано, что GSTP1 диссоциирует от JNK в ответ на окислительный стресс. 87–89 В нестрессовых условиях GST класса Mu и Pi взаимодействуют с киназами Ask1 и JNK соответственно и ингибируют эти киназы.83–86
Неферментативные антиоксиданты
Неферментативные антиоксиданты включают низкомолекулярные соединения, такие как витамины (витамины С и Е), β-каротин, мочевая кислота и трипептид GSH (l-глицин), которые содержат тиоловую (сульфгидрильную) группу.l-цистеинил-l-γ-глутамил-
Витамин С (аскорбиновая кислота)Водорастворимый витамин С (аскорбиновая кислота) обеспечивает внутриклеточную и внеклеточную антиоксидантную способность в водной фазе, главным образом, за счет удаления свободных радикалов кислорода. Он превращает свободные радикалы витамина Е обратно в витамин Е. Было показано, что его уровень в плазме снижается с возрастом.91,92
Витамин Е (α-токоферол)Жирорастворимый витамин Е концентрируется во внутренней гидрофобной части клеточной мембраны и является основной защитой от повреждения мембраны, вызванного оксидантами. Витамин Е отдает электрон пероксильному радикалу, который образуется при перекисном окислении липидов. Альфа-токоферол является наиболее активной формой витамина Е и основным мембраносвязанным антиоксидантом в клетке. Витамин Е запускает апоптоз раковых клеток и подавляет образование свободных радикалов.93
ГлутатионGSH широко распространен во всех клеточных компартментах и является основным растворимым антиоксидантом. Соотношение GSH/GSSG является основным фактором, определяющим окислительный стресс. GSH проявляет свое антиоксидантное действие несколькими способами.94 Он детоксицирует перекись водорода и перекиси липидов посредством действия GSH-Px. GSH отдает свой электрон H2O2, чтобы восстановить его до H 2O и O2. GSSG снова восстанавливается до GSH с помощью GSH-редуктазы, которая использует НАД(Ф)Н в качестве донора электронов. GSH-Px также важны для защиты клеточной мембраны от перекисного окисления липидов. Восстановленный глутатион передает протоны мембранным липидам и защищает их от окислительных атак.95
GSH является кофактором нескольких детоксифицирующих ферментов, таких как GSH-Px и трансфераза. Он играет роль в преобразовании витаминов С и Е обратно в их активные формы. GSH защищает клетки от апоптоза, взаимодействуя с проапоптотическими и антиапоптотическими сигнальными путями.94 Он также регулирует и активирует несколько факторов транскрипции, таких как AP-1, NF- κB и Sp-1.
Каротиноиды (β-каротин)Каротиноиды — это пигменты, содержащиеся в растениях. В первую очередь было обнаружено, что β-каротин реагирует с пероксилом (ROO•), гидроксилом (•OH) и супероксидом (O2-.2-.98 И каротиноиды, и ретиноевые кислоты (РК) способны регулировать факторы транскрипции.97 Каротиноиды проявляют свои антиоксидантные эффекты при низком парциальном давлении кислорода, но могут оказывать прооксидантное действие при более высоких концентрациях кислорода. .96) радикалы.99,100
ДЕЙСТВИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА: ГЕНЕТИЧЕСКИЕ, ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ
Окислительный стресс возникает, когда баланс между антиоксидантами и АФК нарушается либо из-за истощения антиоксидантов, либо из-за накопления АФК. Когда возникает окислительный стресс, клетки пытаются противодействовать окислительному эффекту и восстановить окислительно-восстановительный баланс путем активации или подавления генов, кодирующих защитные ферменты, факторы транскрипции и структурные белки.101,102 Соотношение между окисленным и восстановленным глутатионом (2GSH/GSSG) является одним из важных факторов, определяющих окислительный стресс в организме. Повышенное производство АФК в организме может изменить структуру ДНК, привести к модификации белков и липидов, активации нескольких стресс-индуцированных факторов транскрипции и выработке провоспалительных и противовоспалительных цитокинов.
Влияние окислительного стресса на ДНК
АФК могут приводить к модификациям ДНК несколькими способами, включая деградацию оснований, одно- или двухцепочечные разрывы ДНК, модификации, связанные с пуринами, пиримидинами или сахарами, мутации, делеции или транслокации, а также перекрестные сшивки с белками. Большинство этих модификаций ДНК (рисунок 1) имеют большое значение для канцерогенеза, старения, нейродегенеративных, сердечно-сосудистых и аутоиммунных заболеваний. Табачный дым, окислительно-восстановительные и неокислительно-восстановительные металлы, такие как железо, кадмий, хром и мышьяк, также участвуют в канцерогенезе и старении, образуя свободные радикалы или связываясь с тиоловыми группами. Образование 8-OH-G является наиболее известным повреждением ДНК, возникающим в результате окислительного стресса, и потенциальным биомаркером канцерогенеза.
Основными ферментативными антиоксидантами легких являются СОД (КФ 1.15.1.11), каталаза (КФ 1.11.1.6) и GSH-Px (КФ 1.11.1.9). Помимо этих основных ферментов, другие антиоксиданты, включая гемоксигеназу-1 (EC 1.14.99.3), и окислительно-восстановительные белки, такие как тиоредоксины (TRX, EC 1.8.4.10), пероксиредоксины (PRX, EC 1.11.1.15) и глутаредоксины. Также было обнаружено, что они играют решающую роль в антиоксидантной защите легких.
Поскольку супероксид является основной АФК, вырабатываемой из различных источников, его дисмутация с помощью СОД имеет первостепенное значение для каждой клетки. Все три формы СОД, а именно CuZn-СОД, Mn-СОД и ЭК-СОД, широко экспрессируются в легких человека. Mn-СОД локализован в матриксе митохондрий. EC-SOD преимущественно локализуется во внеклеточном матриксе, особенно в областях, содержащих большое количество волокон коллагена I типа, а также вокруг легочных и системных сосудов. Он также был обнаружен в бронхиальном эпителии, альвеолярном эпителии и альвеолярных макрофагах.66,67 В целом считается, что CuZn-SOD и Mn-SOD действовать как объемные поглотители супероксидных радикалов. Относительно высокий уровень EC-SOD в легких с его специфическим связыванием с компонентами внеклеточного матрикса может представлять собой фундаментальный компонент защиты матрикса легких.68
H2O2, который создается действие СОД или действие оксидаз, таких как ксантиноксидаза, восстанавливается до воды каталазой и GSH-Px. Каталаза существует в виде тетрамера, состоящего из 4 идентичных мономеров, каждый из которых содержит гемовую группу в активном центре. Деградация H2O2 осуществляется путем преобразования между двумя конформациями. каталазы-феррикаталазы (железо, координированное с водой) и соединения I (железо в комплексе с атомом кислорода). Каталаза также связывает НАДФН в качестве восстанавливающего эквивалента, предотвращая окислительную инактивацию фермента (образование соединения II) с помощью H2O2 поскольку он превращается в воду.69
Ферменты окислительно-восстановительного цикла, ответственные за восстановление H2O2 и гидроперекиси липидов (образующиеся в результате перекисного окисления липидов мембран) включают GSH-Px.70 GSH-Px представляют собой семейство тетрамерных ферментов, которые содержат уникальную аминокислоту селеноцистеин в активных центрах и используют низкомолекулярные тиолы, такие как GSH, для восстановления H2O 2 и перекиси липидов до соответствующих спиртов. Описаны четыре GSH-Px, кодируемые разными генами: GSH-Px-1 (клеточный GSH-Px) распространен повсеместно и снижает H2O< /span>73 GSH-Px-3 ( внеклеточный GSH-Px) является единственным членом семейства GSH-Px, который находится во внеклеточном компартменте и считается одним из наиболее важных внеклеточных антиоксидантных ферментов у млекопитающих. Из них внеклеточный GSH-Px наиболее широко исследуется в легких человека.72 Этерифицированные липиды восстанавливаются мембраносвязанным GSH-Px-4 (гидропероксидом фосфолипида GSH-Px), который может использовать несколько различных низкомолекулярных тиолов в качестве восстанавливающих эквивалентов. GSH-Px-2 (гастроинтестинальный GSH-Px) локализуется в эпителиальных клетках желудочно-кишечного тракта, где он служит для снижения содержания пищевых пероксидов.71 и пероксиды жирных кислот, но не этерифицированные пероксильные липиды.2
Кроме того, удаление H2O2 тесно связан с несколькими тиолсодержащими ферментами, а именно TRX (TRX1 и TRX2), тиоредоксинредуктазами (EC 1.8.1.9) (TRR), PRX (которые представляют собой тиоредоксинпероксидазы) и глутаредоксинами.74 В клетках человека охарактеризованы два TRX и TRR, существующие как в цитозоле, так и в митохондриях. В легких TRX и TRR экспрессируются в бронхиальном и альвеолярном эпителии и макрофагах. В клетках человека обнаружено шесть различных PRX, различающихся ультраструктурной компартментализацией. Экспериментальные исследования выявили важность PRX VI в защите альвеолярного эпителия. В легких человека экспрессируются все PRX в бронхиальном, альвеолярном эпителии и макрофагах.75 Недавно было обнаружено, что PRX V функционирует как пероксинитритредуктаза,77 что означает, что он может действовать как потенциальное защитное соединение при развитии АФК-опосредованного повреждения легких.76
Общим для этих антиоксидантов является потребность в НАДФН как восстанавливающем эквиваленте. НАДФН поддерживает каталазу в активной форме и используется в качестве кофактора TRX и GSH-редуктазы (EC 1.6.4.2), которая превращает GSSG в GSH, ко-субстрат для GSH-Pxs. Внутриклеточный НАДФН, в свою очередь, образуется за счет восстановления НАДФ+ глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой, первым и лимитирующим фермент пентозы. фосфатный путь, во время превращения глюкозо-6-фосфата в 6-фосфоглюконолактон. Генерируя НАДФН, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа является решающим фактором, определяющим буферную способность цитозольного GSH (GSH/GSSG) и, следовательно, может считаться важным регуляторным антиоксидантным ферментом.78,79
GST (EC 2.5.1.18), другое семейство антиоксидантных ферментов, инактивируют вторичные метаболиты, такие как ненасыщенные альдегиды, эпоксиды и гидропероксиды. Описаны три основных семейства GST: цитозольный GST, митохондриальный GST,80,81 и мембраносвязанный микросомальный GST, который играет роль в эйкозаноиде и GSH. метаболизм.82 У млекопитающих идентифицировано семь классов цитозольного GST, обозначенных Alpha, Mu, Pi, Sigma, Theta, Omega и Zeta.90 GSTP1 также физически взаимодействует с PRX VI и приводит к восстановлению активности фермента PRX посредством глутатионилирования окисленного белка.89 Было показано, что GSTP1 диссоциирует от JNK в ответ на окислительный стресс. 87–89 В нестрессовых условиях GST класса Mu и Pi взаимодействуют с киназами Ask1 и JNK соответственно и ингибируют эти киназы.83–86
Неферментативные антиоксиданты
Неферментативные антиоксиданты включают низкомолекулярные соединения, такие как витамины (витамины С и Е), β-каротин, мочевая кислота и трипептид GSH (l-глицин), которые содержат тиоловую (сульфгидрильную) группу.l-цистеинил-l-γ-глутамил-
Витамин С (аскорбиновая кислота)Водорастворимый витамин С (аскорбиновая кислота) обеспечивает внутриклеточную и внеклеточную антиоксидантную способность в водной фазе, главным образом, за счет удаления свободных радикалов кислорода. Он превращает свободные радикалы витамина Е обратно в витамин Е. Было показано, что его уровень в плазме снижается с возрастом.91,92
Витамин Е (α-токоферол)Жирорастворимый витамин Е концентрируется во внутренней гидрофобной части клеточной мембраны и является основной защитой от повреждения мембраны, вызванного оксидантами. Витамин Е отдает электрон пероксильному радикалу, который образуется при перекисном окислении липидов. Альфа-токоферол является наиболее активной формой витамина Е и основным мембраносвязанным антиоксидантом в клетке. Витамин Е запускает апоптоз раковых клеток и подавляет образование свободных радикалов.93
ГлутатионGSH широко распространен во всех клеточных компартментах и является основным растворимым антиоксидантом. Соотношение GSH/GSSG является основным фактором, определяющим окислительный стресс. GSH проявляет свое антиоксидантное действие несколькими способами.94 Он детоксицирует перекись водорода и перекиси липидов посредством действия GSH-Px. GSH отдает свой электрон H2O2, чтобы восстановить его до H 2O и O2. GSSG снова восстанавливается до GSH с помощью GSH-редуктазы, которая использует НАД(Ф)Н в качестве донора электронов. GSH-Px также важны для защиты клеточной мембраны от перекисного окисления липидов. Восстановленный глутатион передает протоны мембранным липидам и защищает их от окислительных атак.95
GSH является кофактором нескольких детоксифицирующих ферментов, таких как GSH-Px и трансфераза. Он играет роль в преобразовании витаминов С и Е обратно в их активные формы. GSH защищает клетки от апоптоза, взаимодействуя с проапоптотическими и антиапоптотическими сигнальными путями.94 Он также регулирует и активирует несколько факторов транскрипции, таких как AP-1, NF- κB и Sp-1.
Каротиноиды (β-каротин)Каротиноиды — это пигменты, содержащиеся в растениях. В первую очередь было обнаружено, что β-каротин реагирует с пероксилом (ROO•), гидроксилом (•OH) и супероксидом (O2-.2-.98 И каротиноиды, и ретиноевые кислоты (РК) способны регулировать факторы транскрипции.97 Каротиноиды проявляют свои антиоксидантные эффекты при низком парциальном давлении кислорода, но могут оказывать прооксидантное действие при более высоких концентрациях кислорода. .96) радикалы.99,100
ДЕЙСТВИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА: ГЕНЕТИЧЕСКИЕ, ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ
Окислительный стресс возникает, когда баланс между антиоксидантами и АФК нарушается либо из-за истощения антиоксидантов, либо из-за накопления АФК. Когда возникает окислительный стресс, клетки пытаются противодействовать окислительному эффекту и восстановить окислительно-восстановительный баланс путем активации или подавления генов, кодирующих защитные ферменты, факторы транскрипции и структурные белки.101,102 Соотношение между окисленным и восстановленным глутатионом (2GSH/GSSG) является одним из важных факторов, определяющих окислительный стресс в организме. Повышенное производство АФК в организме может изменить структуру ДНК, привести к модификации белков и липидов, активации нескольких стресс-индуцированных факторов транскрипции и выработке провоспалительных и противовоспалительных цитокинов.
Влияние окислительного стресса на ДНК
АФК могут приводить к модификациям ДНК несколькими способами, включая деградацию оснований, одно- или двухцепочечные разрывы ДНК, модификации, связанные с пуринами, пиримидинами или сахарами, мутации, делеции или транслокации, а также перекрестные сшивки с белками. Большинство этих модификаций ДНК (рисунок 1) имеют большое значение для канцерогенеза, старения, нейродегенеративных, сердечно-сосудистых и аутоиммунных заболеваний. Табачный дым, окислительно-восстановительные и неокислительно-восстановительные металлы, такие как железо, кадмий, хром и мышьяк, также участвуют в канцерогенезе и старении, образуя свободные радикалы или связываясь с тиоловыми группами. Образование 8-OH-G является наиболее известным повреждением ДНК, возникающим в результате окислительного стресса, и потенциальным биомаркером канцерогенеза.
Промоторные области генов содержат консенсусные последовательности факторов транскрипции. Эти сайты связывания транскрипционных факторов содержат GC-богатые последовательности, которые чувствительны к окислительным атакам. Образование ДНК 8-OH-G в сайтах связывания факторов транскрипции может модифицировать связывание факторов транскрипции и, таким образом, изменять экспрессию родственных генов, как было показано для целевых последовательностей AP-1 и Sp-1.103 Было показано, что помимо 8-OH-G, 8,5'-цикло-2'-дезоксиаденозин (цикло-dA) ингибирует транскрипцию репортерного гена в клеточной системе, если расположен в ТАТА-боксе.104 ТАТА-связывающий белок инициирует транскрипцию, изменяя изгиб ДНК. Связывание ТАТА-связывающего белка может быть нарушено из-за присутствия цикло-дА.
Окислительный стресс вызывает нестабильность микросателлитных (коротких тандемных повторов) областей. Ионы окислительно-восстановительных активных металлов и гидроксильные радикалы увеличивают нестабильность микросателлитов.105 Несмотря на то, что одноцепочечные разрывы ДНК, вызванные окислительным повреждением, легко переносятся клетками, двойные - разрывы цепей ДНК, вызванные ионизирующим излучением, могут представлять значительную угрозу для выживания клеток.106
Метилирование CpG-островков ДНК является важным эпигенетическим механизмом, который может приводить к молчанию генов. Окисление 5-MeCyt до 5-гидроксиметилурацила (5-OHMeUra) может происходить посредством реакций дезаминирования/окисления промежуточных продуктов тимина или 5-гидроксиметилцитозина.107 Помимо модуляции экспрессии генов, метилирование ДНК, по-видимому, также влияет на организацию хроматина.108 Аберрантные паттерны метилирования ДНК, вызванные окислительными атаками, также влияют на активность репарации ДНК.
Влияние окислительного стресса на липиды
АФК могут вызывать перекисное окисление липидов и нарушать структуру мембранных липидных бислоев, что может инактивировать мембраносвязанные рецепторы и ферменты и увеличивать проницаемость тканей.109 Продукты перекисного окисления липидов, такие как МДА и ненасыщенные альдегиды, способны инактивировать многие клеточные белки, образуя белковые поперечные связи.110–112 4-Гидрокси -2-ноненаль вызывает истощение внутриклеточного GSH и индуцирует выработку пероксида,113,114 активирует рецептор эпидермального фактора роста,115 и индуцирует выработку фибронектина.116 Продукты перекисного окисления липидов, такие как изопростаны и вещества, реагирующие с тиобарбитуровой кислотой, использовались в качестве косвенные биомаркеры окислительного стресса, а повышенные уровни были выявлены в конденсате выдыхаемого воздуха, жидкости бронхоальвеолярного лаважа или легких пациентов с хронической обструктивной болезнью легких или курильщиков.117–119
Влияние окислительного стресса на белки
АФК могут вызывать фрагментацию пептидной цепи, изменение электрического заряда белков, сшивание белков и окисление определенных аминокислот и, следовательно, приводить к повышенной восприимчивости к протеолизу за счет деградации специфическими протеазами.124,125 Ферменты, в активных центрах которых есть металлы или рядом с ними, называются особенно более чувствительны к окислению, катализируемому металлами. Было показано, что окислительная модификация ферментов ингибирует их активность.8,121–123 Окисление сульфгидрильные группы или метиониновые остатки белков вызывают конформационные изменения, разворачивание и деградацию белков.121 Остатки цистеина и метионина в белках особенно более подвержены окислению.120
В некоторых случаях может иметь место специфическое окисление белков. Например, метионин может быть окислен сульфоксидом метионина126, а фенилаланин - до о -тирозин127; сульфгидрильные группы могут окисляться с образованием дисульфидных связей;128 и карбонильные группы могут внедряться в боковые цепи белков. Гамма-лучи, катализируемое металлами окисление, HOCl и озон могут вызывать образование карбонильных групп.129
Влияние окислительного стресса на передачу сигнала
АФК могут индуцировать экспрессию нескольких генов, участвующих в передаче сигнала.1,130 Высокое соотношение GSH/GSSG важно для защиты клетки от окислительного повреждения. Нарушение этого соотношения вызывает активацию редокс-чувствительных факторов транскрипции, таких как NF-κB, AP-1, ядерный фактор активированных Т-клеток и индуцируемый гипоксией фактор 1, которые участвуют в воспалительной реакции. Активация факторов транскрипции посредством АФК достигается за счет каскадов сигнальной трансдукции, которые передают информацию снаружи внутрь клетки. Мишенью АФК являются тирозинкиназные рецепторы, большинство рецепторов факторов роста, таких как рецептор эпидермального фактора роста, рецептор фактора роста эндотелия сосудов и рецептор тромбоцитарного фактора роста, протеинтирозинфосфатазы и серин/треониновые киназы. Внеклеточные сигнально-регулируемые киназы, JNK и p38, которые являются членами семейства митоген-активируемых протеинкиназ и участвуют в нескольких процессах в клетке, включая пролиферацию, дифференцировка и апоптоз также могут регулироваться оксидантами.131–133
В условиях окислительного стресса остатки цистеина в ДНК-связывающем сайте c-Jun, некоторых субъединицах AP-1 и ингибирующей киназе κ-B подвергаются обратимому S-глутатиолированию. Сообщалось, что глутаредоксин и TRX играют важную роль в регуляции редокс-чувствительных сигнальных путей, таких как NF-κB и AP-1, митоген-активируемая протеинкиназа p38 и JNK.134 –137
NF-κB может активироваться в ответ на условия окислительного стресса, такие как АФК, свободные радикалы и УФ-облучение.138 Фосфорилирование IκB освобождает NF-κB и позволяет ему проникнуть в ядро для активации транскрипции гена.139 Сообщалось, что ряд киназ фосфорилируют IκB по сериновым остаткам. . Эти киназы являются мишенями окислительных сигналов для активации NF-κB.140 Восстанавливающие агенты усиливают связывание ДНК NF-κB, тогда как окислительные агенты ингибируют связывание ДНК НФ-кБ. TRX может оказывать два противоположных действия в регуляции NF-κB: в цитоплазме он блокирует деградацию IκB и ингибирует активацию NF-κB, но усиливает связывание ДНК NF-κB в ядре.141< /span> NF-κB также регулирует ангиогенез, пролиферацию и дифференцировку клеток.142,143 Активация NF-κB посредством связанной с окислением деградации IκB приводит к активации нескольких генов, связанных с антиоксидантной защитой. NF-κB регулирует экспрессию нескольких генов, которые участвуют в иммунном ответе, таких как IL-1β, IL-6, фактор некроза опухоли-α, IL-8 и несколько молекул адгезии.
AP-1 также регулируется окислительно-восстановительным состоянием. В присутствии H2O2 ионы некоторых металлов могут индуцировать активация AP-1. Увеличение соотношения GSH/GSSG усиливает связывание AP-1, тогда как GSSG ингибирует связывание ДНК AP-1.144 Связывание ДНК Fos/Jun гетеродимер увеличивается за счет восстановления одного консервативного цистеина в ДНК-связывающем домене каждого из белков,145, в то время как связывание ДНК AP-1 может ингибироваться GSSG во многих типах клеток, что позволяет предположить, что образование дисульфидной связи остатками цистеина ингибирует связывание ДНК AP-1.146,147 Обобщена передача сигнала посредством окислительного стресса. в фигура 2.
Окислительный стресс вызывает нестабильность микросателлитных (коротких тандемных повторов) областей. Ионы окислительно-восстановительных активных металлов и гидроксильные радикалы увеличивают нестабильность микросателлитов.105 Несмотря на то, что одноцепочечные разрывы ДНК, вызванные окислительным повреждением, легко переносятся клетками, двойные - разрывы цепей ДНК, вызванные ионизирующим излучением, могут представлять значительную угрозу для выживания клеток.106
Метилирование CpG-островков ДНК является важным эпигенетическим механизмом, который может приводить к молчанию генов. Окисление 5-MeCyt до 5-гидроксиметилурацила (5-OHMeUra) может происходить посредством реакций дезаминирования/окисления промежуточных продуктов тимина или 5-гидроксиметилцитозина.107 Помимо модуляции экспрессии генов, метилирование ДНК, по-видимому, также влияет на организацию хроматина.108 Аберрантные паттерны метилирования ДНК, вызванные окислительными атаками, также влияют на активность репарации ДНК.
Влияние окислительного стресса на липиды
АФК могут вызывать перекисное окисление липидов и нарушать структуру мембранных липидных бислоев, что может инактивировать мембраносвязанные рецепторы и ферменты и увеличивать проницаемость тканей.109 Продукты перекисного окисления липидов, такие как МДА и ненасыщенные альдегиды, способны инактивировать многие клеточные белки, образуя белковые поперечные связи.110–112 4-Гидрокси -2-ноненаль вызывает истощение внутриклеточного GSH и индуцирует выработку пероксида,113,114 активирует рецептор эпидермального фактора роста,115 и индуцирует выработку фибронектина.116 Продукты перекисного окисления липидов, такие как изопростаны и вещества, реагирующие с тиобарбитуровой кислотой, использовались в качестве косвенные биомаркеры окислительного стресса, а повышенные уровни были выявлены в конденсате выдыхаемого воздуха, жидкости бронхоальвеолярного лаважа или легких пациентов с хронической обструктивной болезнью легких или курильщиков.117–119
Влияние окислительного стресса на белки
АФК могут вызывать фрагментацию пептидной цепи, изменение электрического заряда белков, сшивание белков и окисление определенных аминокислот и, следовательно, приводить к повышенной восприимчивости к протеолизу за счет деградации специфическими протеазами.124,125 Ферменты, в активных центрах которых есть металлы или рядом с ними, называются особенно более чувствительны к окислению, катализируемому металлами. Было показано, что окислительная модификация ферментов ингибирует их активность.8,121–123 Окисление сульфгидрильные группы или метиониновые остатки белков вызывают конформационные изменения, разворачивание и деградацию белков.121 Остатки цистеина и метионина в белках особенно более подвержены окислению.120
В некоторых случаях может иметь место специфическое окисление белков. Например, метионин может быть окислен сульфоксидом метионина126, а фенилаланин - до о -тирозин127; сульфгидрильные группы могут окисляться с образованием дисульфидных связей;128 и карбонильные группы могут внедряться в боковые цепи белков. Гамма-лучи, катализируемое металлами окисление, HOCl и озон могут вызывать образование карбонильных групп.129
Влияние окислительного стресса на передачу сигнала
АФК могут индуцировать экспрессию нескольких генов, участвующих в передаче сигнала.1,130 Высокое соотношение GSH/GSSG важно для защиты клетки от окислительного повреждения. Нарушение этого соотношения вызывает активацию редокс-чувствительных факторов транскрипции, таких как NF-κB, AP-1, ядерный фактор активированных Т-клеток и индуцируемый гипоксией фактор 1, которые участвуют в воспалительной реакции. Активация факторов транскрипции посредством АФК достигается за счет каскадов сигнальной трансдукции, которые передают информацию снаружи внутрь клетки. Мишенью АФК являются тирозинкиназные рецепторы, большинство рецепторов факторов роста, таких как рецептор эпидермального фактора роста, рецептор фактора роста эндотелия сосудов и рецептор тромбоцитарного фактора роста, протеинтирозинфосфатазы и серин/треониновые киназы. Внеклеточные сигнально-регулируемые киназы, JNK и p38, которые являются членами семейства митоген-активируемых протеинкиназ и участвуют в нескольких процессах в клетке, включая пролиферацию, дифференцировка и апоптоз также могут регулироваться оксидантами.131–133
В условиях окислительного стресса остатки цистеина в ДНК-связывающем сайте c-Jun, некоторых субъединицах AP-1 и ингибирующей киназе κ-B подвергаются обратимому S-глутатиолированию. Сообщалось, что глутаредоксин и TRX играют важную роль в регуляции редокс-чувствительных сигнальных путей, таких как NF-κB и AP-1, митоген-активируемая протеинкиназа p38 и JNK.134 –137
NF-κB может активироваться в ответ на условия окислительного стресса, такие как АФК, свободные радикалы и УФ-облучение.138 Фосфорилирование IκB освобождает NF-κB и позволяет ему проникнуть в ядро для активации транскрипции гена.139 Сообщалось, что ряд киназ фосфорилируют IκB по сериновым остаткам. . Эти киназы являются мишенями окислительных сигналов для активации NF-κB.140 Восстанавливающие агенты усиливают связывание ДНК NF-κB, тогда как окислительные агенты ингибируют связывание ДНК НФ-кБ. TRX может оказывать два противоположных действия в регуляции NF-κB: в цитоплазме он блокирует деградацию IκB и ингибирует активацию NF-κB, но усиливает связывание ДНК NF-κB в ядре.141< /span> NF-κB также регулирует ангиогенез, пролиферацию и дифференцировку клеток.142,143 Активация NF-κB посредством связанной с окислением деградации IκB приводит к активации нескольких генов, связанных с антиоксидантной защитой. NF-κB регулирует экспрессию нескольких генов, которые участвуют в иммунном ответе, таких как IL-1β, IL-6, фактор некроза опухоли-α, IL-8 и несколько молекул адгезии.
AP-1 также регулируется окислительно-восстановительным состоянием. В присутствии H2O2 ионы некоторых металлов могут индуцировать активация AP-1. Увеличение соотношения GSH/GSSG усиливает связывание AP-1, тогда как GSSG ингибирует связывание ДНК AP-1.144 Связывание ДНК Fos/Jun гетеродимер увеличивается за счет восстановления одного консервативного цистеина в ДНК-связывающем домене каждого из белков,145, в то время как связывание ДНК AP-1 может ингибироваться GSSG во многих типах клеток, что позволяет предположить, что образование дисульфидной связи остатками цистеина ингибирует связывание ДНК AP-1.146,147 Обобщена передача сигнала посредством окислительного стресса. в фигура 2.
Промоторные области генов содержат консенсусные последовательности факторов транскрипции. Эти сайты связывания транскрипционных факторов содержат GC-богатые последовательности, которые чувствительны к окислительным атакам. Образование ДНК 8-OH-G в сайтах связывания факторов транскрипции может модифицировать связывание факторов транскрипции и, таким образом, изменять экспрессию родственных генов, как было показано для целевых последовательностей AP-1 и Sp-1.103 Было показано, что помимо 8-OH-G, 8,5'-цикло-2'-дезоксиаденозин (цикло-dA) ингибирует транскрипцию репортерного гена в клеточной системе, если расположен в ТАТА-боксе.104 ТАТА-связывающий белок инициирует транскрипцию, изменяя изгиб ДНК. Связывание ТАТА-связывающего белка может быть нарушено из-за присутствия цикло-дА.
Окислительный стресс вызывает нестабильность микросателлитных (коротких тандемных повторов) областей. Ионы окислительно-восстановительных активных металлов и гидроксильные радикалы увеличивают нестабильность микросателлитов.105 Несмотря на то, что одноцепочечные разрывы ДНК, вызванные окислительным повреждением, легко переносятся клетками, двойные - разрывы цепей ДНК, вызванные ионизирующим излучением, могут представлять значительную угрозу для выживания клеток.106
Метилирование CpG-островков ДНК является важным эпигенетическим механизмом, который может приводить к молчанию генов. Окисление 5-MeCyt до 5-гидроксиметилурацила (5-OHMeUra) может происходить посредством реакций дезаминирования/окисления промежуточных продуктов тимина или 5-гидроксиметилцитозина.107 Помимо модуляции экспрессии генов, метилирование ДНК, по-видимому, также влияет на организацию хроматина.108 Аберрантные паттерны метилирования ДНК, вызванные окислительными атаками, также влияют на активность репарации ДНК.
Влияние окислительного стресса на липиды
АФК могут вызывать перекисное окисление липидов и нарушать структуру мембранных липидных бислоев, что может инактивировать мембраносвязанные рецепторы и ферменты и увеличивать проницаемость тканей.109 Продукты перекисного окисления липидов, такие как МДА и ненасыщенные альдегиды, способны инактивировать многие клеточные белки, образуя белковые поперечные связи.110–112 4-Гидрокси -2-ноненаль вызывает истощение внутриклеточного GSH и индуцирует выработку пероксида,113,114 активирует рецептор эпидермального фактора роста,115 и индуцирует выработку фибронектина.116 Продукты перекисного окисления липидов, такие как изопростаны и вещества, реагирующие с тиобарбитуровой кислотой, использовались в качестве косвенные биомаркеры окислительного стресса, а повышенные уровни были выявлены в конденсате выдыхаемого воздуха, жидкости бронхоальвеолярного лаважа или легких пациентов с хронической обструктивной болезнью легких или курильщиков.117–119
Влияние окислительного стресса на белки
АФК могут вызывать фрагментацию пептидной цепи, изменение электрического заряда белков, сшивание белков и окисление определенных аминокислот и, следовательно, приводить к повышенной восприимчивости к протеолизу за счет деградации специфическими протеазами.124,125 Ферменты, в активных центрах которых есть металлы или рядом с ними, называются особенно более чувствительны к окислению, катализируемому металлами. Было показано, что окислительная модификация ферментов ингибирует их активность.8,121–123 Окисление сульфгидрильные группы или метиониновые остатки белков вызывают конформационные изменения, разворачивание и деградацию белков.121 Остатки цистеина и метионина в белках особенно более подвержены окислению.120
В некоторых случаях может иметь место специфическое окисление белков. Например, метионин может быть окислен сульфоксидом метионина126, а фенилаланин - до о -тирозин127; сульфгидрильные группы могут окисляться с образованием дисульфидных связей;128 и карбонильные группы могут внедряться в боковые цепи белков. Гамма-лучи, катализируемое металлами окисление, HOCl и озон могут вызывать образование карбонильных групп.129
Влияние окислительного стресса на передачу сигнала
АФК могут индуцировать экспрессию нескольких генов, участвующих в передаче сигнала.1,130 Высокое соотношение GSH/GSSG важно для защиты клетки от окислительного повреждения. Нарушение этого соотношения вызывает активацию редокс-чувствительных факторов транскрипции, таких как NF-κB, AP-1, ядерный фактор активированных Т-клеток и индуцируемый гипоксией фактор 1, которые участвуют в воспалительной реакции. Активация факторов транскрипции посредством АФК достигается за счет каскадов сигнальной трансдукции, которые передают информацию снаружи внутрь клетки. Мишенью АФК являются тирозинкиназные рецепторы, большинство рецепторов факторов роста, таких как рецептор эпидермального фактора роста, рецептор фактора роста эндотелия сосудов и рецептор тромбоцитарного фактора роста, протеинтирозинфосфатазы и серин/треониновые киназы. Внеклеточные сигнально-регулируемые киназы, JNK и p38, которые являются членами семейства митоген-активируемых протеинкиназ и участвуют в нескольких процессах в клетке, включая пролиферацию, дифференцировка и апоптоз также могут регулироваться оксидантами.131–133
В условиях окислительного стресса остатки цистеина в ДНК-связывающем сайте c-Jun, некоторых субъединицах AP-1 и ингибирующей киназе κ-B подвергаются обратимому S-глутатиолированию. Сообщалось, что глутаредоксин и TRX играют важную роль в регуляции редокс-чувствительных сигнальных путей, таких как NF-κB и AP-1, митоген-активируемая протеинкиназа p38 и JNK.134 –137
NF-κB может активироваться в ответ на условия окислительного стресса, такие как АФК, свободные радикалы и УФ-облучение.138 Фосфорилирование IκB освобождает NF-κB и позволяет ему проникнуть в ядро для активации транскрипции гена.139 Сообщалось, что ряд киназ фосфорилируют IκB по сериновым остаткам. . Эти киназы являются мишенями окислительных сигналов для активации NF-κB.140 Восстанавливающие агенты усиливают связывание ДНК NF-κB, тогда как окислительные агенты ингибируют связывание ДНК НФ-кБ. TRX может оказывать два противоположных действия в регуляции NF-κB: в цитоплазме он блокирует деградацию IκB и ингибирует активацию NF-κB, но усиливает связывание ДНК NF-κB в ядре.141< /span> NF-κB также регулирует ангиогенез, пролиферацию и дифференцировку клеток.142,143 Активация NF-κB посредством связанной с окислением деградации IκB приводит к активации нескольких генов, связанных с антиоксидантной защитой. NF-κB регулирует экспрессию нескольких генов, которые участвуют в иммунном ответе, таких как IL-1β, IL-6, фактор некроза опухоли-α, IL-8 и несколько молекул адгезии.
AP-1 также регулируется окислительно-восстановительным состоянием. В присутствии H2O2 ионы некоторых металлов могут индуцировать активация AP-1. Увеличение соотношения GSH/GSSG усиливает связывание AP-1, тогда как GSSG ингибирует связывание ДНК AP-1.144 Связывание ДНК Fos/Jun гетеродимер увеличивается за счет восстановления одного консервативного цистеина в ДНК-связывающем домене каждого из белков,145, в то время как связывание ДНК AP-1 может ингибироваться GSSG во многих типах клеток, что позволяет предположить, что образование дисульфидной связи остатками цистеина ингибирует связывание ДНК AP-1.146,147 Обобщена передача сигнала посредством окислительного стресса. в фигура 2.
Окислительный стресс вызывает нестабильность микросателлитных (коротких тандемных повторов) областей. Ионы окислительно-восстановительных активных металлов и гидроксильные радикалы увеличивают нестабильность микросателлитов.105 Несмотря на то, что одноцепочечные разрывы ДНК, вызванные окислительным повреждением, легко переносятся клетками, двойные - разрывы цепей ДНК, вызванные ионизирующим излучением, могут представлять значительную угрозу для выживания клеток.106
Метилирование CpG-островков ДНК является важным эпигенетическим механизмом, который может приводить к молчанию генов. Окисление 5-MeCyt до 5-гидроксиметилурацила (5-OHMeUra) может происходить посредством реакций дезаминирования/окисления промежуточных продуктов тимина или 5-гидроксиметилцитозина.107 Помимо модуляции экспрессии генов, метилирование ДНК, по-видимому, также влияет на организацию хроматина.108 Аберрантные паттерны метилирования ДНК, вызванные окислительными атаками, также влияют на активность репарации ДНК.
Влияние окислительного стресса на липиды
АФК могут вызывать перекисное окисление липидов и нарушать структуру мембранных липидных бислоев, что может инактивировать мембраносвязанные рецепторы и ферменты и увеличивать проницаемость тканей.109 Продукты перекисного окисления липидов, такие как МДА и ненасыщенные альдегиды, способны инактивировать многие клеточные белки, образуя белковые поперечные связи.110–112 4-Гидрокси -2-ноненаль вызывает истощение внутриклеточного GSH и индуцирует выработку пероксида,113,114 активирует рецептор эпидермального фактора роста,115 и индуцирует выработку фибронектина.116 Продукты перекисного окисления липидов, такие как изопростаны и вещества, реагирующие с тиобарбитуровой кислотой, использовались в качестве косвенные биомаркеры окислительного стресса, а повышенные уровни были выявлены в конденсате выдыхаемого воздуха, жидкости бронхоальвеолярного лаважа или легких пациентов с хронической обструктивной болезнью легких или курильщиков.117–119
Влияние окислительного стресса на белки
АФК могут вызывать фрагментацию пептидной цепи, изменение электрического заряда белков, сшивание белков и окисление определенных аминокислот и, следовательно, приводить к повышенной восприимчивости к протеолизу за счет деградации специфическими протеазами.124,125 Ферменты, в активных центрах которых есть металлы или рядом с ними, называются особенно более чувствительны к окислению, катализируемому металлами. Было показано, что окислительная модификация ферментов ингибирует их активность.8,121–123 Окисление сульфгидрильные группы или метиониновые остатки белков вызывают конформационные изменения, разворачивание и деградацию белков.121 Остатки цистеина и метионина в белках особенно более подвержены окислению.120
В некоторых случаях может иметь место специфическое окисление белков. Например, метионин может быть окислен сульфоксидом метионина126, а фенилаланин - до о -тирозин127; сульфгидрильные группы могут окисляться с образованием дисульфидных связей;128 и карбонильные группы могут внедряться в боковые цепи белков. Гамма-лучи, катализируемое металлами окисление, HOCl и озон могут вызывать образование карбонильных групп.129
Влияние окислительного стресса на передачу сигнала
АФК могут индуцировать экспрессию нескольких генов, участвующих в передаче сигнала.1,130 Высокое соотношение GSH/GSSG важно для защиты клетки от окислительного повреждения. Нарушение этого соотношения вызывает активацию редокс-чувствительных факторов транскрипции, таких как NF-κB, AP-1, ядерный фактор активированных Т-клеток и индуцируемый гипоксией фактор 1, которые участвуют в воспалительной реакции. Активация факторов транскрипции посредством АФК достигается за счет каскадов сигнальной трансдукции, которые передают информацию снаружи внутрь клетки. Мишенью АФК являются тирозинкиназные рецепторы, большинство рецепторов факторов роста, таких как рецептор эпидермального фактора роста, рецептор фактора роста эндотелия сосудов и рецептор тромбоцитарного фактора роста, протеинтирозинфосфатазы и серин/треониновые киназы. Внеклеточные сигнально-регулируемые киназы, JNK и p38, которые являются членами семейства митоген-активируемых протеинкиназ и участвуют в нескольких процессах в клетке, включая пролиферацию, дифференцировка и апоптоз также могут регулироваться оксидантами.131–133
В условиях окислительного стресса остатки цистеина в ДНК-связывающем сайте c-Jun, некоторых субъединицах AP-1 и ингибирующей киназе κ-B подвергаются обратимому S-глутатиолированию. Сообщалось, что глутаредоксин и TRX играют важную роль в регуляции редокс-чувствительных сигнальных путей, таких как NF-κB и AP-1, митоген-активируемая протеинкиназа p38 и JNK.134 –137
NF-κB может активироваться в ответ на условия окислительного стресса, такие как АФК, свободные радикалы и УФ-облучение.138 Фосфорилирование IκB освобождает NF-κB и позволяет ему проникнуть в ядро для активации транскрипции гена.139 Сообщалось, что ряд киназ фосфорилируют IκB по сериновым остаткам. . Эти киназы являются мишенями окислительных сигналов для активации NF-κB.140 Восстанавливающие агенты усиливают связывание ДНК NF-κB, тогда как окислительные агенты ингибируют связывание ДНК НФ-кБ. TRX может оказывать два противоположных действия в регуляции NF-κB: в цитоплазме он блокирует деградацию IκB и ингибирует активацию NF-κB, но усиливает связывание ДНК NF-κB в ядре.141< /span> NF-κB также регулирует ангиогенез, пролиферацию и дифференцировку клеток.142,143 Активация NF-κB посредством связанной с окислением деградации IκB приводит к активации нескольких генов, связанных с антиоксидантной защитой. NF-κB регулирует экспрессию нескольких генов, которые участвуют в иммунном ответе, таких как IL-1β, IL-6, фактор некроза опухоли-α, IL-8 и несколько молекул адгезии.
AP-1 также регулируется окислительно-восстановительным состоянием. В присутствии H2O2 ионы некоторых металлов могут индуцировать активация AP-1. Увеличение соотношения GSH/GSSG усиливает связывание AP-1, тогда как GSSG ингибирует связывание ДНК AP-1.144 Связывание ДНК Fos/Jun гетеродимер увеличивается за счет восстановления одного консервативного цистеина в ДНК-связывающем домене каждого из белков,145, в то время как связывание ДНК AP-1 может ингибироваться GSSG во многих типах клеток, что позволяет предположить, что образование дисульфидной связи остатками цистеина ингибирует связывание ДНК AP-1.146,147 Обобщена передача сигнала посредством окислительного стресса. в фигура 2.
Администрация сайта не несёт ответственности за информацию из сторонних источников. А предоставляет эту информацию для ознакомления пользователями сведениями из открытых источников для повышения знаний и расширения своего кругозора (эрудированности), с целью принятия своего личного решения принимать эти знания или нет.
