Биологические механизмы возникновения лейкемии

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. ЦИЛИАРНЫЙ НЕЙРОТРОФИЧЕСКИЙ ФАКТОР

лейкемия нейротрофический ингибирующий полипептид

Структура. Общая характеристика. CNTF - белок с МВ 22,8 кДа. Структурно подобен Ингибирующему фактору лейкемии (LIF), интерлейкинам-6 и -11 и онкостатину М (OSM). Впервые выделен из седалищного нерва крысы. Представляет собой димер, с непараллельным расположением субъединиц, составленных последовательностью из 200 аминокислот; такая структура не повторяется в других цитокинах. CNTF человека, крысы, кролика, мыши гомологичны на 81-83 % и сохраняют кросс-реактивную биоактивность.

Действие CNTF, как и других факторов подсемейства, реализуется при связывании с рецепторным комплексом, который включает лиганд-фиксирующую альфа-субъединицу (CNTF R*) и две сигнальные трансдукторные бета-субъединицы (LIF R<beta>gp 130). Особенностью рецепторного комплекса является отсутствие трансмембранного домена; будучи соединен с клеточной поверхностью гликозил-фосфатидилинозитольной связью, рецептор может функционировать в растворимой форме. Изменения уровня растворимой формы CNTF R* после экспериментального повреждения седалищного нерва связывают с недостаточной активностью самого фактора (Acheson et al. 1994).

CNTF идентифицирован как фактор, способствующий выживанию нейронов цилиарного ганглия эмбриона цыпленка. Большинство его эффектов связано с поддержанием клеток центральной и периферической нервной системы, включая нейроны гиппокампа и срединной перегородки, симпатические ганглии, мотонейроны, сенсорные нейроны. В первичной культуре кортикальных астроцитов 1 типа и в глиоме крысы CNTF обнаружен в нуклеарной фракции. CNTF предотвращает дегенерацию моторных аксонов после их перерезки и способствует дифференцировке астроцитов и созреванию олигодендроцитов. CNTF влияет на состояние стволовых эмбриональных клеток.

Биологические и медицинские аспекты CNTF.

· Экспрессия гена опиоидного пептида ноцицептина/орфанина (N/OFP) зависит от CNTF: в нейронах стриатума и коры мозга уровень мРНК орфанина/ноцицептина увеличивается в 5-9 раз под влиянием CNTF (Buzas et al. 1999). CNTF активирует JAK тирозиновую протеинкиназу и STAT- сигнальные молекулы, индуцирующие транскрипцию N/OFP. В ядерных экстрактах стриатума, обработанных CNTF, увеличено связывание белков STAT с ДНК (Fantuzzi et al. 1995).

· Icv инъекции 200 нг рекомбинантного CNTF в неокортекс взрослых крыс приводит к увеличению объема ядра и сомы протоплазматических и фиброзных астроцитов; эффект сохраняется в течение 48 часов. Добавление CNTF к культуре глиальных клеток ведет к увеличению размера астроцитов обоего типа. Активируя астроциты и способствуя гипертрофии глиальных клеток, CNTF ответственен за изменения клеток мозга, характерные для неврологических заболеваний (Hudgins et al. 1998).

· CNTF способствует регенерации миофибрилл поврежденных скелетных мышц мышей. Инъекция CNTF с помощью осмотического насоса в мышцу приводит на 4-7- дни к увеличению числа регенерирующих миофибрилл (Margues et al. 1997).

· CNTF, наряду с лептином, участвует в регуляции пищевого поведения (анорексии) на уровне среднего аркуатного ядра гипоталамуса (Anderson et al. 2003), что подтверждается также исследованиями полиморфизма гена CNTFR, сопоставляемого с массой тела у человека (Roth et al. 2003).

· Волокна, включающие иммунореактивность CNTFR*, идентифицированы в латеральных пучках переднего мозга, мезенцефальном и фронтальном отделах, в вестибулярном нерве цыпленка (Fuhrmann et al. 2003). CNTF обладает нейропротективной активностью в отношении клеток кохлеарных волосков и ганглия улитки внутреннего уха при их повреждении интенсивным звуковым воздействием (Zhou et al. 1999).

2. ИНГИБИРУЮЩИЙ ФАКТОР ЛЕЙКЕМИИ

Структура. Общая характеристика. Плеотропный гликопротеин; включает моноструктуру из 180 аминокислот с несколькими дисульфидными мостиками. LIF исходно описан как фактор, который тормозит пролиферацию и дифференцировку миелоидных лейкемических клеток мыши. Рассматривается как цитокин, который влияет на активность различных типов клеток; рецепторы LIF экспрессируются в нейронах, мегакариоцитах, макрофагах, адипозных клетках, гепатоцитах, остеобластах, миобластах, почечном и легочном эпителии, плаценте, эмбриональных стволовых клетках, а также в некоторых линиях опухолей. В соответствии с исследуемыми функциями приобретал другие наименования: DIF, D-factor, DIA, DRF, HILDA, HSF-III, CDF/LIF.

LIF человека реализует активность, взаимодействуя с рецептором, содержащим лиганд- связывающую альфа-цепь, размером 190 кДа, и сигнал-трансдукторную бета-цепь (gp130), которая связывает такие лиганды как CNTF, OSM, IL-6, IL-11. Внутриклеточный сигнал, запускаемый LIF, регулирует активацию Cа++/калмодулин-зависимой протеинкиназы IY, протеинкиназы С-дельта и тринскрипторного фактора ID1 (Florholmer et al. 2004).

Совместно с Фактором, стимулирующим (рост) колонии (CSF-1) LIF влияет на ранней стадии на дифференцировку миелоидных клеток (Aperlo et al. 1998). В культуре симпатических нейронов LIF непосредственно регулирует трансформацию норадренергического фенотипа в холинергический и экспрессирует синтез нейропептидов в этих клетках. В спинальных нейронах LIF стимулирует синтез ацетилхолина, вследствие чего в ранних публикациях LIF именовался как “cholinergic differentiation factor” (CDF).

Важным аспектом явилась способность LIF позитивно влиять на поврежденные нервные структуры, вследствие чего обсуждается вопрос о терапевтическом использовании рекомбинантного препарата LIF (АМ 424), прошедшего предклинические испытания (Kurek, 2000).

Биологические и медицинские аспекты LIF.

· Генетически модифицированные фибробласты, продуцирующие LIF, увеличивали рост кортикоспинальных аксонов при повреждении спинного мозга крыс. Одновременно регистрировалась сверхэкспрессия нейротрофина-3 (Blesch et al. 1999).

· LIF регулирует активность ряда нейропептидов и пептидных гормонов. В поврежденных аксотомией симпатических нейронах выявлена коэкспрессия LIF и VIP (Sun et al. 1994). Экспрессия LIF в клетках гипофиза регулирует синтез и секрецию АКТГ (Akita et al. 1995); вызываемая LIF индукция проопиомеланокортина (РОМС), предшественника опиоидных пептидов, способствует дифференцировке, развитию и созреванию клеток гипофиза (Yano et al. 1998). Исследования на трансгенных мышах со сверхэкспрессированным LIF в клетках гипофиза выявили ряд других модуляторов синтеза РОМС, связанных с активностью Фактора (Abbud et al. 2004).

· Установлен ретроградный транспорт LIF в сенсорных и моторных (но не в симпатических) нейронах. Этот транспорт увеличивается в 3-10 раз при аксональном повреждении нейронов (Curtis et al. 1994; Thompson et al.1997).

· . Вводимый локально в поврежденный нерв LIF доставляется антероградным способом от места транссекции к денервированной мышце (Bennett et al. 1999). Установлены синергические отношения NGF и LIF при аксотомическом повреждении нерва: снижение уровня NGF, характерное для повреждения, влечет экспрессию LIF и далее индукцию активности нейропептидов - галанина, VIP, NPY в сенсорных ганглиях (Verge et al. 1995; Zigmond et al. 1996; Shadiack et al. 1998).

· LIF участвует в регенерации микротрубочек после острого нарушения работы почек. Блокада эндогенного LIF специфическими антителами снижала число клеток и синтез ДНК в восстановительный период у крыс (Yoshino et al. 2003).

· У мышей установлено восстановление нарушенных локомоторных функций через 2,8 и

24 часов после введения LIF. Дополнительное исследование выявило большее число миелинизированных аксонов у таких животных (Zang, Cheema, 2003).

3. ДРУГИЕ НЕЙРОТРОФИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

МИДКИН (Midkine, MK)

Представитель семейства нейротрофических и гепарин-связывающих факторов. Полипептид с МВ 13 кДа, включающий два домена, связанных дисульфидными мостиками; основная биологическая активность мидкина зависит от С-концевого домена. Активная форма MK составлена двумя димерами (Iwasaki еа, 1997; см. также обзор Muramatsu 2002). По структуре и биологическим свойствам сходен с плеотрофином: промотируя рост, миграцию, и переживание различных типов клеток. По-видимому, играет немаловажную роль в нейрогенезе и органогенезе.

Как и для плеотрофина рецептором для МК служит протеин- тирозинфосфатаза-зета (PTPzeta). Экспрессия МК служит маркером различных опухолей человека; при ишемическом повреждении мозга также отмечается увеличенный уровень фактора. Мидкин, как новый представитель нейротрофинов, представляет интерес с точки зрения терапии нейродегенеративных заболеваний. За последние пять лет мидкину посвящено около 150 публикаций.

У пациентов с ишемическими повреждениями мозга выявлено повышенная иммунореактивность МК в астроцитах в ранний период патологии на фоне развивающегося отека. На более поздней стадии в гипертрофированных и фибриллярных астроцитах это увеличение отсутствовало.

По-видимому, МК играет определенную роль в репаративных процессах ишемизированного мозга (Wada et al. 2002). При кратковременной ишемии переднего мозга крыс отмечена экспрессия МК в нейронах коры и гиппокампа; максимальная активность фактора выявлена на 4-е сутки повреждения. Клетки, экспрессирующие МК, были сосредоточены в затронутых ишемией СА1 пирамидных клетках.

Молекулярный механизм биологической активности мидкина связан с подавлением апоптоза в нейрональных клетках Р12. МК активирует экстрацеллюлярные сигнал- регулируемые киназы (ERK 1 и ERK 2). Ингибитор МАРК киназы (PD98059), блокируя активацию ERK's, предотвращает трофическую нейропротективную активность мидкина (Owada et al. 1999).

Экспрессия мидкина, ассоциируемая с фетальным и постнатальным развитием легких, модулируется глюкокортикоидами и ретиноидами. Эти данные были получены на нокаутных мышах с дефицитом гормонов (Kaplan et al. 2003; Matsuura et al. 2002). Экспрессия мидкина в тубулярном эпителии почек связана с ишемической реперфузионной патологией почек; данные указывают на возможную роль МК как хемотаксического фактора, индуцирующего активность лейкоцитов, хемоаттрактантного белка-1 моноцитов (МСР-1) и провоспалительного белка макрофагов (MIP-2) (Sato et al.2002).

4. ФАКТОР РОСТА ФИБРОБЛАСТОВ

К этой группе относится большое семейство мультифункциональных полипептидов со свойствами митогенов; исходно полученное неверное наименование («Fibroblast Growth Factor”) традиционно закрепилось за всей группой. Основная функция состоит в стимулировании пролиферации и дифференцировки клеток эмбриональной мезодермальной и нейроэктодермальной природы. FGFs играют важную роль в процессах эмбрионального развития клеток, репарации, выживания нейронов, при сердечно-сосудистых патологиях, онкогенезе. К этому семейству относится также Фактор роста кератоцитов (KGF). Благодаря высокой степени связывания с гепарином семейство FGFs именуется также как Heparin-binding Cell Growth Factor family.

Структура. Общая характеристика. Первыми были выделены из гипофиза быка (Gospodarowicz, 1984) и идентифицированы как основной (basic FGF) и кислый (acid FGF) факторы. Они структурированы в комбинации по две полипептидные цепи, включающие 146 (basic FGF) и 140 (acid FGF) аминокислотных остатков; имеют 55% гомологию и МВ, соответственно, 16-24 и 15-18 кДа.

В настоящее время известно, по меньшей мере, 23 представителя семейства FGFs, из которых около 10 экспрессируются в структурах развивающегося мозга; при этом basic FGF (FGF-2) и FGF-15 «рассеяны», тогда как FGF-8 и FGF-17 экспрессируются в специфических зонах эмбрионального мозга.

Кислый Фактор (aFGF, FGF-1) обнаруживается преимущественно в нервной ткани, сетчатке, а также в костной ткани и остеосаркоме. Основной Фактор (bFGF, FGF-2), исследованный значительно больше, выполняет функции в нейрональных структурах (гипоталамус, сетчатка глаз и др.), в секретирующих органах (гипофиз, тимус, кора надпочечников), а также в почках, сердце, печени, клетках крови, многих видах опухолей. Оба фактора обладают хемотаксической активностью и стимулируют рост новых капилляров in vivo и in vitro. FGF-2 стимулирует заживление ран и используется в соответствующей терапии; ему приписывается важная роль в репарации нервных клеток после травмы мозга. На РИС. 3 представлено соотношение лигандов Эпидермального ростового фактора и соответствующих им типов рецепторов, а также их экспрессия в различных типах клеток и тканях взрослых животных и эмбрионов.

Рецепторы FGFs (5 изотипов) идентифицированы во многих тканях, включая раковые клетки молочной железы и карциному почек. Установлено, что генетические мутации трех из четырех FGFRs причастны к наследственным заболеваниям, связанным с развитием скелета. Рецепторы аFGF представляют новый тип тирозинкиназы, и их активация модулируется двухвалентными катионами или пирофосфатом.

Характеристика других представителей семейства FGFs.

FGF-4. Белок с МВ 22 кДа; идентифицирован в опухолевых клетках желудка, толстого кишечника, гепатоцеллюлярной карциноме, саркоме Капози. Имеет 42% гомологии и общие рецепторы с bFGF. В здоровых тканях взрослого организма не экспрессируется, однако, играет роль в регуляции эмбриогенеза; выполняет функцию митогенетического фактора для фибробластов и эндотелиальных клеток, промотируя ангиогенез.

FGF-5. Белок с МВ 27 кДа; имеет 45% гомологии с bFGF; экспрессируется в мозге зародышей и некоторых линиях опухолевых клеток.

FGF-7, или KGF (Фактор роста кератоцитов). Впервые получен из кератиноцитов. Структура на 39 % гомологична bFGF. МВ 22 кДа. Экспрессируется в фибробластах стромы, отсутствует в нормальных глиальных и эпителиальных клетках. Стимулирует пролиферацию и дифференцировку кератиноцитов и других клеток эпителия.

FGF-9. Именуется также как Glial activating Factor (GAF); выделен из культуры клеток глиомы человека, митоген для фибробластов и олигодендроцитов. МВ 23 кДа.

FGF-10. Получен впервые из эмбриона крысы. Экспрессируется преимущественно в эмбриональных и взрослых клетках легочной ткани; служит митогеном для эпителиальных и эпидермальных клеток (но не для фибробластов). Играет важную роль в мозге, в развитии легких, заживлении ран.

FGF-17. Гепарин-связывающий фактор; преимущественно экспрессируется в мозге эмбрионов. МВ 22,6 кДа.

Новая информация о биологических и медицинских аспектах FGFs.

· Как и большинство ростовых факторов, FGFs обнаруживают функциональную связь с другими нейрорегуляторами; установлено, что про - или антиапоптическая роль Фактора некроза опухоли (TNF-б) модулируется FGF-2 (Eves et al. 2001).

· На модели инфаркта мозга, вызываемого окклюзией средней церебральной артерии, исследовалось влияние icv введения bFGF на размеры пораженной зоны и пролиферацию клеток. Basic FGF не влиял на размеры инфаркта мозга, но значительно увеличивал число пролиферирующих клеток (окраска бромдеоксиуридином) (Wada et al. 2003). На модели травматического повреждения мозга у мышей с дефицитом и, наоборот, сверхэкспрессией bFGF установлено, что на отдаленных сроках Фактор стимулировал нейрогенез и защищал нейроны в поврежденной зоне гиппокампа (Yoshimura et al. 2003). FGF-1 (aFGF) положительно влиял на регенерацию дорзальных корешков спинного мозга после их перерезки (Lee et al. 2004).

· Активация допаминергических D2 рецепторов префронтальной коры и гиппокампа влияла на экспрессию гена FGF-2; данные оцениваются с точки зрения возможной роли Фактора в терапии нейродегенеративных заболеваний типа болезни Паркинсона (Fumagalli et al. 2003). На первичной культуре нейронов установлено, что наряду с IGF, FGF-2 тормозил нейротоксичность амилоидного бета-белка, связанную с активацией JNK, NADH-оксидазы и каспаз-9/3. Этот протективный механизм ассоциируется с возможной ролью FGF-2 в терапии болезни Альцгеймера (Tsukamoto et al. 2003).

· В экспериментах на минисвиньях подтверждена возможная роль FGF-2 для улучшения перфузии миокарда в условиях длительного стеноза art. circumflex. Позитивное влияние FGF-2 было документировано в течение 3-месячного применения; эти результаты могут иметь значение для терапии ишемической болезни сердца (Biswas et al. 2004). Эти данные ассоциируются с механизмом ”инженерной” реконструкции васкулярной ткани, в которой FGF-2 способствует пролиферации и синтезу коллагена в обновляемых структурах культуры клеток аорты человека (Fu et al. 2004).

· FGF-2 стимулирует развитие капилляров, а также морфогенез эндотелиальных клеток, опосредованный активацией рецепторов VEGFR1 и включением с-Akt-модулин/калмодулин- зависимого сигнала (Kanda et al. 2004).

Размещено на Allbest.ru