1. Химический состав живых организмов
Скачать 0.91 Mb.
|
МЕХАНИЗМЫ МНОЖЕСТВЕННОЙ ЛЕКАРСТВЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ Введение По статистике в мире ежегодно выявляют более 6 млн. случаев заболеваний раком шести основных органов: легких, желудка, молочной железы, прямой кишки, шейки матки и простаты. Около половины заболевших погибают. В конечном счете каждый пятый житель развитых стран умирает от онкологических заболеваний. Это само по себе говорит об исключительной важности онкологических исследований , даже чисто в прикладных целях. На данный момент разработано огромное количество методов лечения, одним из наиболее популярных методов является химиотерапия, однако она не всегда дает ожидаемый результат… Множественная лекарственная устойчивость (МЛУ) − это невосприимчивость популяции клеток опухоли одновременно к целому ряду химиотерапевтических препаратов разного химического строения и с разным механизмом действия на клетку. Исследования последних лет показали, что молекулярные механизмы МЛУ многочисленны и лекарственная устойчивость клетки может определяться включением различных механизмов, характеризующих разные этапы осуществления токсического действия химиопрепарата на клетку − от ограничения накопления лекарства внутри клетки до отмены программы гибели клетки, индуцируемой лекарственным препаратом. Наиболее изученными механизмами, чья клиническая значимость при некоторых формах новообразования выявлена, являются активация трансмембранных транспортных белков (Р-гликопротеина), изменения генов и белков, контролирующих апоптоз и выживаемость клетки (р53 и Bcl-2), и некоторые другие. Эти механизмы мы и рассмотрим ниже. Генетические изменения устойчивых к лекарствам клеток При сравнении чувствительных и устойчивых к лекарствам опухолевых клеток были обнаружены генетические изменения, происходящие в генетическом аппарате резистентных клеток. При исследовании кариотипа в этих клетках нашли хромосому, которая заметно отличалась от нормальной хромосомы этой клетки. Ее отличительная способность заключается в том, что она содержит длинный гомогенно окрашенный участок (т. е. не наблюдалось типичной поперечной исчерченности), благодаря чему хромосома заметно удлинилась. Таким образом резистентные клетки содержат значительное количество дополнительного генетического материала: определенный участок генома резистентной клетки амплифицирован, с этим связано еще одно свойство этих клеток − нестабильность генома. Дальнейшие исследования в данной области показали, что амплифицированный участок содержит несколько генов, среди которых неизменно присутствуют гены семейства mdr (multidrug resistance). Это семейство содержит два гена человека MDR1 и MDR2 и три гена грызунов: mdr1, mdr2, mdr3. Соответственно, как амплификация, так и активация этих генов приводит к нарастанию количества белка, продукта гена МЛУ. Кроме того, здесь стоит также отметить, что введение в чувствительные клетки гена MDR1 или mdr1 (для грызунов) делает клетки резистентными, а введение MDR2 − нет. Множественная лекарственная устойчивость, обусловленная Р-гликопротеином Далее исследовали продукт гена МЛУ, потому что по его структуре мы можем узнать, какие функции в организме он выполняет. Его структура была изучена и изображена на рис. 1. Этот белок состоит из двух симметричных половин, каждая из которых включает два домена: трансмембранный (пронизывающий наружную мембрану шесть раз) и цитоплазматический, содержащий последовательность аминокислотных остатков, характерных для АТР-связывающих белков (ATP-binding cassette, ABC). Этот белок получил название Р-гликопротеин или Рgp. На сегодняшний день уже известно достаточно о функциях этого белка.  Рис. 1. Структура Р-гликопротеина Так, при одной и той же клеточной концентрации лекарственных препаратов в резистентных клетках, экспрессирующих Рgp, накапливается меньше вещества, чем в чувствительных. Большинство веществ, к которым возникает резистентность, определяемая Рgp, поступают в клетку путем простой диффузии, они растворяются в липидах клеточной мембраны. В опытах было обнаружено, что из резистентных клеток вещества выходят быстрее, чем из чувствительных. Этот выброс вещества из клеток требует энергии, высвобождающейся в результате гидролиза АТР. Таким образом, Рgp выполняет функции насоса, выводящего из клетки разнообразные вещества и использующего для этого процесса энергию гидролиза пирофосфатной связи. Здесь также стоит отметить, что этот белок является исключительным и потому, что он не проявляет никакой специфичности к субстратам. Единственное, что их объединяет, − это лишь то, что все эти вещества липофильны, имеют небольшие размеры, в химической структуре содержат ароматические кольца и несут положительный заряд. Анализ молекулы маленького белка бактерии BmrR показал возможную схему, объясняющую связывание вещества транспортным белком, распознающим множество субстратов. Естественно возник другой вопрос: зачем этот белок в нормальных клетках? Окраска разных нормальных тканей антителами к данному белку, а также сама локализация данного белка позволяет думать, что он и в нормальных тканях выводит вредные вещества, выкачивает из клеток гормоны и участвует в работе барьера, охраняющего от вредных воздействий мозг. Но этот белок является лишь первой ступенью защиты, позволяющей клетке не допускать вредное вещество вовнутрь. Кроме данного белка, известны, по крайней мере, еще два: MRР (multidrug-resistance-associated protein) и LRP (lung-resistance-related-protein). MRP, белок молекулярной массой ~ 190 кДа, обеспечивает резистентность опухолевых клеток примерно к тому же кругу противораковых препаратов, что и Рgp, является также энергозависимым насосом, выкачивающим из клетки токсические вещества, и относится к семейству АВС-транспортеров. Функционирование этого белка отличается от механизма действия Рgp использованием глутатиона клетки. Этот факт свидетельствует о том, что MRP является одним из транспортеров конъюгатов глутатиона (насосы GS-X). LRP располагается в цитоплазме. Его экспрессируют клетки нормального эпителия и те, которые подверглись токсическим воздействиям. Полагают, что он участвует в транспорте субстратов из ядра в цитоплазму. В клетке он нередко ассоциирован с везикулами и лизосомами, что позволяет связывать его функцию с транспортом лекарств. Лекарственная устойчивость, связанная с обезвреживанием препарата в клетке и изменением мишеней препаратов или с их повышенной репарацией Одной из важнейших систем в клетке, позволяющей ей обезвреживать цитостатики, является система глутатиона (GSН). Глутатион − глутамилцистеинилглицин, взаимодействие сульфгидрильной группы которого с реакционно способной группой лекарственного препарата определяет образование конъюгатов препарата с глутатионом (рис. 2).  Рис. 2. Реакция связывания алкилирующего соединения (хлорамбуцила) с молекулой глутатиона и образования конъюгата (моноаддукта) (GSTα и GSTπ ─ глутатион-S-трансферазы) Эти конъюгаты менее активны, более растворимы, выбрасываются из клетки с помощью белковых транспортеров GS-X, в том числе MRP. Ряд препаратов, применяемых при лечении злокачественных новообразований, являются ингибиторами топоизомераз. В их круг входят препараты, стабилизирующие комплекс топоизомераза − ДНК. К препаратам, к которым возникает этот тип резистентности, принадлежат адриамицин, рубомицин, микоксантрон и др. Еще одним возможным путем изменения мишени препарата является увеличение количества белка-мишени в клетке. Свою роль также играет и повышенная эффективность репарации поврежденной ДНК, что обуславливает резистентность к некоторым препаратам. Ключевые гены, контролирующие апоптоз в опухолевых клетках, устойчивых к лекарствам р53. Активация данного гена происходит в ответ на различные типы стресса, включая повреждения ДНК химическими и физическими агентами, нарушения регуляции сборки-разборки микротрубочек, активацию онкогенов, гипоксию, гипертермию и др. Активация приводит либо к остановке клеточного цикла в одной из его «сверочных точек», либо к индукции апоптоза, что зависит от стресс-сигнала. Активация преимущественно регулируется на пост-трансляционном уровне. В ответ на стресс происходит стабилизация белка, что, по крайней мере, частично регулируется фосфорилированием р53 несколькими клеточными протеинкиназами. Индукция р53 в ответ на активацию доминантными онкогенами происходит по иному механизму, включающему его взаимодействие с рядом регуляторных белков. Стабилизация р53 ведет к его накоплению в ядре, где он связывается со специфическими последовательностями ДНК, модулируя транскрипцию (усиливает или ослабляет) ряда р53-регулируемых генов. На данный момент известно, что этот ген играет важную роль в определении чувствительности опухолевых клеток к цитостатикам, однако характер влияния на лекарственную устойчивость опухолевых клеток может значительно меняться в зависимости от механизма действия лекарственного препарата, видовой, тканевой принадлежности клеток, а также, очевидно, от тех генетических изменений, которые возникли в опухолевой клетке в ходе канцерогенеза. Антионкоген РТЕN. Это опухолевый супрессор, имеющий гомологию с тирозинфосфатазами и тензином, белком, ассоциированным с актиновым цитоскелетом в фокальных контактах клетки. Этот белок способен дефосфорилировать субстраты как по остатку тирозина, так и по остатку треонина. Очевидно, он выполняет свою роль опухолевого супрессора, являясь негативным регулятором фосфатидилинозитол-3-киназного сигнального пути (рис. 3). Онкоген BCL-2 и CD95-L/CD95. BCL-2 − онкоген, участвующий в процессе возникновения злокачественных новообразований в связи с тем, что он подавляет апоптоз. Вторая система лиганд-рецептор также играет важную роль в апоптозе некоторых клеток. Лиганд CD95-L − интегральный белок мембраны, который может выходить во внеклеточную среду и действовать как растворимый цитокин.  Рис. 3. Сигнальный путь PTEN В заключении хотелось бы сказать, что это только небольшая часть механизмов МЛУ, которые очень тонко связаны и переплетены между собой. В настоящее время выявляется много других факторов. Все это необходимо изучать и учитывать при этом тонкости работы организма. Использованная литература 1. http: // www. humbio.ru 2. Kishimoto H., Hamada K., Saunders M., Backman S., Sasaki T., Nakano T., Mak T. W., Suzuki A. Physiological functions of Pten in mouse tissues // Cell Struct. Funct. 2003. V. 28. P. 11─21. 3. http://moikompas.ru 4. http://medbiol.ru Учебно-методическое обеспечение дисциплины: при подготовке к лекциям и при написании реферата студенты могут использовать рекомендованные преподавателем литературные источники и Интернет-ресурсы, а также любую доступную справочную литературу, программное обеспечение и базы данных. Список основной рекомендуемой литературы 1. Кнорре Д. Г., Мызина С. Д. Биологическая химия. М.: Высшая школа, 2012. 2. Биохимия / Под ред. Е. С. Северина. М.: Гэотар-Мед, 2007. 3. Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэл В. Биохимия человека. М.: Мир, 2004. Т. 12. 4. Эллиот В., Эллиот Д. Биохимия и молекулярная биология. М.: МАИК «Наука / Интерпериодика», 2002. 5. Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К., Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки. М.: Мир, 1994. Т. 15. 6. Мецлер Д. Биохимия. М.: Мир, 1980. Т. 13. 7. Овчинников Ю. А. Биоорганическая химия. М.: Просвещение, 1987. 8. Страйер Л. Биохимия. М.: Мир, 1984. Т. 13. 9. Stryer L. Biochemistry. 4-th ed. New York. 2000. 10. Ленинджер А. Молекулярные основы структуры и функции клетки. Мир, 1976. 11. Ленинджер А. Основы биохимии. Т.1-3 М.: Мир, 2005. 8. Оценочные средства текущего контроля успеваемости (примеры вопросов на коллоквиумах, контрольных работах и экзаменах). Образцы вопросов для подготовки к коллоквиуму. 8.1. Коллоквиум № 1. 1. Классификация элементов периодической системы в отношении живых организмов. 2. Кислород и его активные формы. 3. Системы защиты организма от активных форм кислорода. 4. Азот и его производные в живых организмах. 5. Кальций в составе живых организмов. 6. Магний в живых организмах. 7. Галоиды и живые организмы. 8. Переходные металлы, биологическая роль и функции. 9. Железо в живых организмах. 10. Ферритин и трансферрин. 11. Регуляция количества железа в клетке. 12. Многофункциональный белок церулоплазмин. 13. Медь в живых организмах. 14. Биологические функции цинка. 15. Йод в живых организмах. 16. Введение селена в состав соединений, функционирующих в живых организмах. 17. Селен и ферменты, участвующие в защите организма от активных форм кислорода. 18. Эссенциальные жирные кислоты. 19. Синтез арахидоновой кислоты в организме. 20. Эйкозаноиды. Синтез и функции. 21. Синтез условно заменимых аминокислот. 22. Метаболизм тирозина. 23. Биосинтез и распад в организме гистидина. 24. Синтез аргинина в цикле мочевины. 25. Витамины-предшественники коферментов, участвующих в оксидоредуктазных реакциях. 26. Витамины-предшественники коферментов, участвующих в реакциях декарбоксилирования. 27. Витамины-предшественники коферментов, участвующих в реакциях карбоксилирования. 28. Витамины-предшественники коферментов, участвующих в реакциях переноса ацильных групп. 29. Витамины-предшественники коферментов, участвующих в переносе одноуглеродных фрагментов. 30. Тиаминпирофосфат − кофермент оксидоредуктаз, лиаз и трансфераз. 31. Пиридоксальфосфат в трансферазных, лиазных и изомеразных реакциях. 32. Кобальт и кобамидные коферменты. 33. Витамины-антиоксиданты. 34. Каротиноиды и витамин А. 35. Витамин А в зрительном акте. 36. Витамин Е. 37. Цикл витамина К. 38. Витамин Д: синтез и биологические функции. 39. Ретиноевые кислоты. 40. Биосинтез адреналина. 41. Биосинтез кортикостероидов. 42. Реакции гидроксилирования в процессе биосинтеза катехолминов. 43. Реакции гидроксилирования при синтезе кортикостероидов. 44. Клеточные рецепторы сигнальных веществ. 45. G-белки. 46. Передача сигнала в клетки через мембранные рецепторы. 47. Протеинкиназы. 48. Инозитолфосфатный путь передачи сигнала. 49. Вторичные посредники в передаче сигнала. 50. Аденилатциклаза. 51. Мембранная гуанилатциклаза. 52. Цитоплазматическая гуанилатциклаза. 53. Оксид азота: синтез и биологические функции. 54. NO-синтаза: структура и механизм действия. 55. Рецепторы с тирозинкиназной активностью. 56. Сигнальный путь Ras. 57. Митоген-активируемый протеинкиназный каскад (МАПК). 58. Стресс-активируемый протеинкиназный каскад (SAPK). 59. Передача сигнала через рецепторы ретиноевых кислот и витамина Д. 60. Рецепторы, сопряженные с ионными каналами. 61. Переваривание белков. 62. Роль соляной кислоты в пищеварении и механизм ее секреции париетальными клетками эпителия желудка. 63. Механизм действия сериновых пептидаз. 64. Механизм действия металлопептидаз. 65. Механизм действия цистеиновых пептидаз. 66. Механизм действия аспартатных пептидаз. 67. Транспорт аминокислот в клетки. 68. γ-Глутамильный цикл. 69. Катепсины: внутриклеточный протеолиз. 70. Гормональная регуляция секреции протеолитических пищеварительных ферментов 71. Расщепление поли-, олигосахаридов и дисахаридов. 72. Инсулин: строение, синтез и механизмы функционирования. 73. ГЛЮТ. 74. Транспорт глюкозы в мышечные клетки. 75. Механизм действия протеинкиназы В. 76. Регуляция метаболизма гликогена в мышцах и в печени. 77. Неферментативное гликозилирование белков (гликирование). 78. Переваривание пищевых липидов. 79. Желчные кислоты: строение, синтез и механизм действия. 80. Ресинтез триглицеридов, фосфолипидов и эфиров холестерина в тонком кишечнике. 81. Липопротеины. 82. Транспорт холестерина липопротеинами крови. 83. Гормональная регуляция процесса переваривания пищевых липидов. |
Похожие:
 | Лабораторная работа «Химический состав клетки» Многообразие живых организмов. Основные свойства живых организмов: клеточное строение, сходный химический состав, обмен веществ и... | | Конспект №1 «Химический состав клетки» В состав живых организмов входит большая часть химических элементов Периодической системы Д. И. Менделеева. Для 24 известны функции,... |
 | 1. Химический состав живых организмов Учебно-методический комплекс предназначен для студентов III курса факультета естественных наук, направление подготовки 020400 "Биология"... | | 1. Химический состав живых организмов Учебно-методический комплекс предназначен для студентов III курса факультета естественных наук, направление подготовки 06. 03. 01... |
| 1. Химический состав живых организмов Учебно-методический комплекс предназначен для студентов III курса факультета естественных наук, направление подготовки 020201 "Биология"... | | Химический состав клетки «Генетика – наука о наследственности и изменчивости организмов» или Презентация на тему |
| Разнообразие растений ... | | Тематическое планирование по биологии. Составлено с учетом программы и учебника ... |
| Лекции Название лекции Круг вопросов Период: октябрь-январь 1 Входной тест 2 Биология как наука. Свойства живых организмов. Методы исследования живых организмов. Уровни жизни | | Признаки живых организмов. Основные отличия живых организмов и неживой природы Решить эту задачу можно на основе преемственного развития ведущих биологических законов, теорий, идей, обеспечивающих фундамент для... |
| Уважаемые коллеги! Информируем, что к III общероссийскому семинару... Биология как наука. Свойства живых организмов. Методы исследования живых организмов. Уровни жизни | | Тематическое планирование по биологии, 6 класс Многообразие живых организмов, основные признаки. Отличие живого от неживого Основные признаки живых организмов |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... В курс биологии 7-го класса включен материал по сравнительной характеристике основных групп живых организмов. Это позволяет школьникам... | | Рабочая программа По предмету «Биология. Многообразие живых организмов»... Программа предназначена на изучение предмета «Биология. Многообразие живых организмов» в образовательных учреждениях |
| Окб астрон Приемник (3) электромагнитных сигналов имеет устройство для извлечения частотных составляющих, характерных для живых организмов,... | | Рабочая программа по курсу «Биология. Многообразие живых организмов» Н. И. Сонин, В. Б. Захаров, Е. Т. Захарова «Биология. Многообразие живых организмов». Программа является продолжением линии Н. И.... |
