Шановні колеги, вітаю Вас! Науковий семінар Інституту біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України "Актуальні питання сучасної біохімії" продовжує свою роботу. Чергове засідання семінару відбудеться 15-го березня (вівторок) о 10-30 ранку в Актовій залі Інституту. Будемо слухати доповідь «Молекулярні основи розвитку оксидативно-нітративного стресу за умов цукрового діабету», доповідає – к.б.н., ст.н.сп. Дрель Віктор Ростиславович (кафедра біохімії, Львівський національний університету імені Івана Франка). Традиційно до цього листа додаю файл, що містить авторські тези доповіді. Будемо раді зустрітися з Вами та Вашими колегами на засіданні нашого семінару. З повагою - С.О.Костерін.
Молекулярні основи розвитку оксидативно-нітративного стресу за умов цукрового діабету
К.б.н., ст.н.сп. Дрель Віктор Ростиславович
Кафедра біохімії, Львівський національний університету імені Івана Франка
Згідно теорії виникнення та розвитку ускладнень цукрового діабету (ЦД) запропонованої Майклом Браунлі у 2004 р, незалежно від типу ЦД гіперглікемія призводить до надпродукції супероксид-аніону (O2–), який запускає каскад змін у регуляторних системах клітин. Зокрема у відповідь на ушкодження O2– ДНК активується ядерний ензим репараційного комплексу полі(ADP-рибозо) полімераза-1 (PARP-1), який використовуючи NAD як субстрат – полі-ADP-рибозилює низку протеїнів, в тому числі гліцеральдегід-фосфат-дегідрогеназу, що призводить до пригнічення активності останньої та до пригнічення гліколізу. Одночасно активуються сорбітоловий, гексозамінний метаболічні шляхи, накопичується метилгліоксаль (індуктор неензиматичного глікозилювання) та активується протеїнкіназа С (PKC)), які і є основною причиною розвитку діабет-індукованих патологічних змін. Експериментальні дані щодо активації NAD(P)H-оксидаз, iNOS, eNOS, NF-kB, TNF-? за умов гіперглікемії обумовили подальший прогрес у розумінні механізмів розвитку ускладнень за ЦД.
Метою даної роботи було дослідити біохімічні механізми залучення нітративного стресу, активації сорбітолового шляху та PARP-1 у виникнення та розвиток діабетичних ускладнень (нейропатій, нефропатій та ретинопатій) а також обґрунтувати шляхи їх корекції за умов цукрового діабету 1-го та 2-го типів.
Використовуючи похідні Fe(III)-порфіринів, які володіють здатністю розщеплювати пероксинітрит (ONOO–) до нітрат аніону, було встановлено, що даний оксидант накопичується в ендотелії дрібних та крупних судин, знижує пул вільного NO та викликає втрату їх вазодиляційної здатності у щурів з експериментальним ЦД 1 типу. Продемонстровано зростання вмісту нітротирозину в усіх досліджуваних клітинах (Шванівські, мезангіальні, ендотеліальні, подоцити) та тканинах (периферичних нервах, сітківці ока та нирках) за умов експериментального ЦД 1 типу та 2 типу (для периферичного нерва мишей).
Встановлено, що активація PARP-1 відбувається у відповідь на посилення нітративного стресу. PARP-1 крім здатності значно зменшувати вміст NAD, та, відповідно, і ATP у відповідь на однониткові ушкодження ДНК у клітині, активує ядерний фактор-?B (NF-?B), який у свою чергу індукує ряд цитокінів та ростових факторів, що посилюють оксидативний стрес.
Показано, що активація PARP-1 за умов експериментального ЦД на моделі щурів призводить до посилення утворення O2– та нітротирозину. Крім того, in vitro на моделі Шванівських клітин людини, культивованих у середовищі з високою (30 мМ) концентрацією глюкози виявлено, що активація PARP-1 призводить до збільшення рівня iNOS та, відповідно, й нітротирозину, який є продуктом модифікації протеїнів пероксинітритом. На моделі діабетичної нефропатії ЦД 1 типу у щурів, для якої є характерними яскраво-виражені запальні процеси виявлено, що активація PARP-1 може призводити до зростання ряду ростових прозапальних факторів, в тому числі TNF-? і ендотеліну-1. Як відомо, експресія даних двох факторів здійснюється через активацію NF-?B. У свою чергу TNF-? і ендотелін-1 залучені до активації NAD(P)H оксидаз, таким чином здійснюючи PARP-1 опосередковане посилення оксидативного стресу. Відповідно, при використанні ряду селективних інгібіторів PARP-1 різної хімічної природи (для усунення можливих побічних ефектів) відбувалась нормалізація вмісту O2– та нітротирозину у судинах, а також нітротирозину в тканинах периферичної нервової системи, сітківці ока та нирках за умов експериментального цукрового діабету у щурів та мишей.
Ще одним механізмом залученим у розвиток оксидативного стресу за умов ЦД, є активація сорбітолового шляху та посилення неензиматичного глікозилювання, в результаті чого відбувається накопичення кінцевих продуктів глікозилювання (AGEs). AGEs при взаємодії з рецептором до AGEs ь активують NAD(P)H оксидази, посилюючи утворення O2–. Використання селективних інгібіторів альдозоредуктази дозволили в наших експериментах продемонструвати функціональний взаємозв’язок між активацією сорбітолового шляху, нітративним стресом і активацією PARP-1. На моделі 2 типу ЦД (лептин-нокаутних мишей) та 1 типу ЦД у щурів було встановлено, що активація сорбітолового шляху посилює як утворення нітротирозину, так і активацію PARP-1.
Таким чином встановлено, що активація PARP-1, альдозоредуктази та посилення нітративного стресу за ЦД обумовлюють значне зростання швидкості утворення пероксинітриту, що є одним з ключових механізмів залучених в індукцію та розвиток діабетичних ускладнень. Інгібітори PARP-1, альдозоредуктази та сполуки здатні розщеплювати пероксинітрит, можуть бути перспективними засобами запобігання виникненню та гальмування розвитку діабетичних ускладнень.