Нейропротективное действие ключевых протеиназ гемостаза

Рис.14. Динамика изменения отношения ядерной/цитоплазматической фракции NF-kBp65 после инкубации гиппокампальных нейронов с глутаматом (100 мкМ, 30 мин), АРС (1нМ, 15 мин.) или АРС (1нМ, 15 мин.) с последующим действием глутамата (100 мкМ, 30 мин).

Данные получены с помощью иммунофлуоресцентного метода с использование в качестве первичных антител NF-kBp65 ((C22B4) rabbit mAb, 1:100). * - р<0.05 по отношению к контролю.

Предварительная инкубация нейронов с низкими концентрациями АРС (1нМ) полностью отменяла вызванную глутаматом активацию NF-kB и предотвращала транслокацию NF-kBр65 в ядро (рис.14). Установлено, что низкие концентрации протеиназ гемостаза (тромбина, ФХа и АРС) не оказывали влияния на уровень ядерной фракции NF-kBр65 в нейронах. Вместе с тем, высокие концентрации тромбина (50нМ) (которые, как отмечалось выше (рис. 9), оказывают токсическое действие на нейроны) вызывают активацию NF-kB и транслокацию NF-kBp65 в ядро. Предобработка гиппокампальных нейронов АРС блокирует активацию NF-kB, вызванную 50 нМ тромбином (рис.15).

Рис.15. Влияние глутамата, АРС и тромбина на уровень NF-kBp65 в ядерной фракции гиппокампальных нейронов (данные, полученные с помощью ELISA).

Нейроны инкубировали с глутаматом (100мкM, 30 мин), или с тромбином (50 нM, 45 мин), или прединкубировали с АРС (1 нM, 15 мин) перед последующей экспозицией клеток с 50 нМ тромбина (45 мин).

* - p < 0.05 по сравнению с контролем, данные представлены как среднее + ошибка среднего (3-4 независимых экспериментов).

Известно, что АРС обладает анти-воспалительным действием, способен ингибировать NF-kB в моноцитах (Yoke et al., 2002) и проявляет протекторное действие на клетки эндотелия при геморрагии, вызванной введением тканевого активатора плазминогена (tPA), при ишемии спинного и головного мозга в экспериментальных моделях на животных (Cheng et al., 2006; Yamauchi et al., 2006).

Для решения вопроса о том, через какие рецепторы АРС реализует нейропротекторное действие, мы изучили влияние специфических антител, блокирующих PAR1 и EPCR, на вызванную АРС блокаду транслокации NF-kBр65 в ядро при эксайтотоксичности.

Установлено, что действие АРС на вызванную глутаматом транслокацию NF-kBp65 в ядро нейронов отменяется при блокаде PAR1 и EPCR или обоих рецепторов специфическими антителами к этим рецепторам (рис.16). протеин выживаемость гиппокамп глутамат

Рис.16. Влияние блокады PAR1 и EPCR на транслокацию NF-kBp65 в ядро гиппокампальных нейронов на фоне инкубации клеток гиппокампа с АРС (0,1 нМ, 15 нМ) и глутаматом (100 мкМ, 30 мин).

Анализ осуществляли через 4 часа после воздействия с помощью иммунофлуоресцентного метода с использованием в качестве первичных антител NF-kBp65 ((C22B4) rabbit mAb, 1:100). блокирующие PAR1 и EPCR антитела: аPAR1 (20мкг/мл, 30 мин) аEPCR (10мкг/мл, 30 мин) (соответственно). сPAR1 и сEPCR антитела, использованные как негативный контроль. * - р<0.05 по отношению к контролю.

Эти данные свидетельствуют о том, что АРС модулирует активность NF-kB через расщепляемый PAR1 и собственный рецептор EPCR, поскольку блокирование этих рецепторов отменяет АРС-вызванную регуляцию уровня ядерной фракции NF-kBр65 при глутаматной эксайтотоксичности.

5. Влияние ингибитора белка теплового шока HSP90 на нейропротекцию, вызванную APC, тромбином и пептидом-агонистом PAR1.

Для выяснения роли HSP90 в нейропротекции, вызванной тромбином, пептид-агонистом PAR1 (TFLLRN) и APC, мы использовали гелданамицин (ГА) - специфический ингибитор HSP90, который связывает N-концевой домен HSP90, ингибирует ATPазную активность и предотвращает взаимодействие цитозольного HSP90 с клиентными белками (Roe et al., 1999; Pratt et al., 2003), среди которых - и рецептор тромбина PAR1 (Pai et al., 2001,2002).

Нами показано, что 2-х часовая предварительная инкубация клеточных культур нейронов с гелданамицином (200 нМ) отменяет нейропротекторное действие 10 нМ тромбина, 100 мкМ агониста PAR1 и 1 нМ APC при глутаматной эксайтотоксичности (рис. 17). Это подтверждает наше предположение о том, что анти-апоптотическое действие APC реализуется через PAR1, подобно действию тромбина и пептида-агониста PAR1, по механизму, зависимому от HSP90. Добавление гелданамицина в используемой концентрации не влияло на гибель нейронов при глутаматной эксайтотоксичности (рис. 17).

Рис.17. Влияние гелданамицина (ГА, 200нМ), глутамата (Глу, 100мкМ), АРС (1нМ), тромбина (10нМ) и PAR1-AP (100мкМ) на гибель гиппокампальных нейронов (данные получены МТТ-методом). * - р<0.05 по отношению к глутамату.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в защитном PAR1-опосредованном действии APC на поврежденные глутаматом нейроны участвует цитозольная форма HSP90.

6. Энтеропептидаза как эндогенный инактиватор рецептора тромбина - PAR1.

Влияние энтеропептидазы на вызванное тромбином изменение внутриклеточного кальция в культивируемых нейронах мозга крысы.

Результаты наших исследований указывают на повреждающее действие высоких концентраций тромбина на нейроны. Известно появление токсических концентраций тромбина в тканях мозга при нарушении гематоэнцефалического барьера, при травмах и повреждении сосудов мозга. Поиск новых эндогенных модуляторов тромбиновых рецепторов и ингибиторов токсического действия высоких концентраций тромбина на нейроны является весьма актуальным для терапии этих патологических состояний.

Известно, что тромбин и другие сериновые протеиназы регулируют активность клеток, расщепляя одну пептидную связь во внеклеточном домене PAR и открывая новый N-конец рецептора, так называемый "привязанный лиганд", который служит агонистом этого рецептора (Coughlin, 2000, 2002). Из 4-х известных на данный момент PARs, PAR1 является наиболее изученным рецептором семейства GPCR (рецепторов, сопряженных с G-белками). Внеклеточный N-конец PAR1 человека содержит сайт расщепления для тромбина (LDPR41S42FLLRN), а также последовательность заряженных остатков (D51KYEPF56) (рис. 18Б) (Vu et al., 1991). Заряженный домен взаимодействует с анион-связывающим сайтом тромбина, что способствует эффективному гидролизу рецептора.

Рис. 18. Катализируемая энтеропептидазой активация трипсиногена (A); протеолиз N-концевого пептида PAR1 человека, ведущий к активации рецептора (тромбин; трипсин; катепсин G (CG)) и к инактивации рецептора (трипсин, CG, протеиназа 3 (PR3), эластаза (HLE) и, гипотетически, энтеропептидаза (Б).

Ряд протеиназ расщепляет PAR по сайтам, отличным от сайтов активации, с образованием рецепторов, не способных к последующей протеолитической активации (рис.18). Так, катепсин G и трипсин могут расщеплять PAR-1 не только по сайту Arg41-Ser42, но и Phe43-Leu44, Phe55-Trp56, Tyr69-Arg70 в первом случае или Arg70- Leu71 и Lys82-Ser83 (Loew et al., 2000; Nakayama et al., 2004). При этом происходит удаление привязанного лиганда, что делает рецептор нечувствительным к тромбину. Такая инактивация может работать как механизм регуляции, посредством которой внеклеточные протеиназы и протеиназы клеточной поверхности терминируют активацию PAR (Nakayama et al., 2004) и служат их инактиваторами.

Энтеропептидаза - высокоспецифическая протеиназа пищеварительного тракта, природным субстратом которой является трипсиноген. Энтеропептидаза локализована в слизистой дуоденума и тонкого кишечника, однако при патологии ее обнаруживают в кровотоке (McCutcheon, 2000), ее экспрессия наряду с трипсином обнаружена в опухолевые клетках человека (рак желудка) (Miyata et al., 1999). В структуре трипсиногена энтеропептидаза катализирует гидролиз полипептидной цепи после N-концевой последовательности DDDDK, которая считалась консервативной и была обнаружена только в структуре активационных пептидов различных трипсиногенов (Guy et al., 1976).

Обнаружено, что активируемые тромбином рецепторы PAR1 также содержат аналогичную последовательность: -EDEEK- (PAR1 человека и обезьян), -DEEEEK-(PAR1 мыши), -DEEEK-(PAR1 хомяка и крысы). Этот специфический энтеропептидазный сайт в PAR1 человека (57-61) находится в составе N-концевого привязанного лиганда, активирующего PAR1 при протеолизе тромбином.

Гидролиз PAR1 энтеропептидазой должен, таким образом, инактивировать рецептор и приводить к отмене сигнала (рис. 18). В качестве модели для изучения действия энтеропептидазы на PAR1 мы выбрали культивируемые гиппокампальные нейроны мозга крыс.

Рис.19 Индуцированное тромбином изменение внутриклеточного кальция [Ca2+]i, нM в гиппокампальных нейронах: контроль (А); влияние предварительной инкубации клеток с энтеропептидазой (8 нM; Б) и с инактивированной энтеропептидазой (8 нM; В).

Данные представлены как среднее значение + стандартное отклонение ( n = 22).

Как показано нами ранее, активация гиппокампальных нейронов 10 нМ тромбином вызывала быстрое транзиторное увеличение [Ca2+]i, концентрация которого достигала максимума (250 нM) в течение 20-30 секунд (рис. 19). Не все гиппокампальные нейроны отвечали на тромбин изменением [Ca2+]i, количество ответивших нейронов составило в среднем 64% от общего числа исследованных нейронов.

Предварительная инкубация клеток с энтеропептидазой (1-8 нM) достоверно снижала вызванное тромбином увеличение внутриклеточного кальция (до 22 нM) без изменения количества ответивших на тромбин клеток (рис. 19Б). Инактивирование энтеропептидазы отменяло данный эффект и, как видно из рисунка 19В, амплитуда кальциевого ответа на тромбин в случае инкубации с энтеропептидазой (8 нM) инактивированной BPTI, практически не отличалась от контрольных значений (рис. 19А). Полученные результаты свидетельствуют о том, что энтеропептидаза не активирует рецепторы типа PAR1 нейронов. Oднако, энтеропептидазa может быть инактиватором PAR1 вследствие гидролиза фрагмента -EDEEК61-N- после остатка Lys61 в рецепторе. Таким образом, мы показали, что энтеропептидаза может служить новым регулятором функций тромбина, реализуемых через расщепление PAR1.

Заключение

Выявление эндогенных модуляторов выживаемости клеток при эксайтотоксичности и исследование механизмов их действия является актуальным и необходимым для оптимизации подходов к терапии неврологических заболеваний.

Увеличение проницаемости ГЭБ при критических состояниях приводит к появлению в нервной ткани сериновых протеиназ системы свертывания крови, у которых обнаружены свойства клеточных регуляторов или стимуляторов процессов воспаления, репарации тканей, в том числе нейрорепарации и нейродегенерации (Балезина и др., 2004; Струкова и др., 2005; Wang, Reiser, 2003; Suo et al., 2004; Ossovskaya, Bunnett, 2004; Riewald, Ruf, 2005; Hollenberg, 2005; Sheehan, Tsirka, 2005). Однако, данные о влиянии протеиназ гемостаза на нейроны - противоречивы и не многочисленны (Xi et al., 2003, Guo et al., 2004; Suo et al., 2004; Wang et al 2007), а вопрос о механизмах их действия на нейроны еще не решен.

В работе исследована роль антикоагулянта - активированного протеина С, и двух прокоагулянтов - тромбина и его предшественника в каскаде свёртывания, фактора Хa, вне системы гемостаза, в модели глутаматной эксайтотоксичности.

Полученные результаты показывают, что в низких концентрациях (до 10 нМ) протеиназы оказывают нейропротекторный эффект при токсическом действии глутамата. В высоких концентрациях (50-100 нM) протеазы вызывают гибель клеток. Минимальные нейропротекторные концентрации тромбина и АРС составляют 0,1 нМ, а FХa - на порядок выше (1 нМ). Разную специфичность ферментов в отношении субстратов - рецепторов PAR можно объяснить определенными различиями третичных структур этих родственных ферментов, а именно, наличием только в молекуле тромбина специфического анионсвязывающего экзосайта - ABE1, узнающего в структуре экзодомена PAR1 комплементарный этому экзосайту участок, подобный отрицательно заряженному С-концу гирудина, высокоспецифического ингибитора тромбина. Структурные особенности ферментов отвечают за различия в выборе субстратов и рецепторов.

Свое действие на клетки тромбин реализует как через PAR1, так и через PAR4 (Струкова, 2001; Striggow et al., 2001; Suo et al., 2003; Ossovskaya, Bunnett, 2004). Использование агониста и антагониста PAR1 позволило нам установить, что тромбин оказывает нейропротекторное действие на гиппокампальные нейроны через PAR1, поскольку антагонист PAR1 отменял защитное действие тромбина, а агонист PAR1 - имитировал его действие (рис. 6).

Таким образом, тромбин реализует свое нейропротекторное действие в узком диапазоне очень низких концентраций с участием PAR1-рецепторов. Тогда как в повреждающих эффектах тромбина, возможно, одновременно задействованы оба типа рецепторов тромбина PAR1 и PAR4.

До настоящего времени отсутствуют данные о рецепторном механизме действия ФХа на нейроны. Наши исследования показали, что предварительная инкубация клеток с пептидом-агонистом PAR2 не защищала клетки от гибели, вызванной глутаматом, а с антагонистами PAR1 и PAR2 не устраняла нейропротекторный эффект ФXa (рис.7). Однако инактивация ФХа с помощью PMSF отменяла нейропротекторный эффект фермента. Можно предположить вовлечение в нейропротекторный эффект ФХа других подтипов PAR.

Известно, что тромбин уже в низких концентрациях активирует образование антикоагулянта APC из протеина С крови, связывая высокоаффинный рецептор - тромбомодулин эндотелия (Egan et al., 1997; Esmon, 2003). Кроме регуляции образования тромбина и свертывания крови АРС проявляет цитопротекторную и антивоспалительную активности (Joyce, Grinnell, 2002; Riewald et al., 2002; Esmon, 2005; O'Brien et al., 2006; Griffin et al., 2006). Однако механизмы действия APC при эксайтотоксичности, индуцируемой высокими концентрациями глутамата - не выяснены.

Наши исследования впервые показали, что уже в концентрации 50 пM APC может защищать нейроны гиппокампа и коры от гибели при эксайтотоксичности. Эффективная концентрация АРС соответствует концентрации эндогенного фермента, образуемого при активации свертывания крови (0,04 нМ) (Griffin et al., 2006).Следует отметить обнаруженные нами различия в действии APC на кортикальные и на гиппокампальные нейроны. Устойчивость нейронов к гибели, вызываемой высокими концентрациями APC, различалась: на кортикальных нейронах токсическим действием обладали 100 нМ АРС, а на гиппокампальных - 50 нМ. При этом максимальная концентрация АРС, обладающая нейропротекторным действием, на кортикальных нейронах была на порядок выше, чем в гиппокампальных. Выявленные нами различия в действии АРС на нейроны разных структур мозга указывают на разную чувствительность гиппокампальных и кортикальных нейронов к APC.

В литературе имеются данные о действии APC на клетки не только через подтип PAR1, но и через другие подтипы - PAR2 и PAR3 (Riewald et al., 2003; Guo et al., 2004). Так, показано, что APC активирует экспрессию протекторных генов (включая MCP-1) через PAR1 и PAR2 эндотелиальных клеток человека по механизму, зависимому от рецептора EPCR (Riewald et al., 2003). На кортикальных нейронах показана реализация анти-апоптотического действия APC через PAR1 и PAR3 при стауроспорин-вызванном апоптозе (Guo et al., 2004).

Нами установлено, что регуляторное действие APC на нейроны зависит от его протеолитической активности, что подчеркивает участие расщепляемого рецептора, возможно PAR1, в нейропротекторном действии APC.

Мы исследовали участие PAR1, PAR3 и EPCR в цитопротекторном действии АРС с помощью пептида-антагониста PAR1- (Tyr1)-TRAP-7 и специфических антител, блокирующих PAR1, PAR3 и EPCR. Обнаружено, что блокада PAR1 и EPCR, но не PAR3 отменяла нейропротекторное действие APC на гиппокампальные (рис. 8,9) и кортикальные нейроны (данные не приведены). Кроме того, прединкубация клеток с APC в эффективной концентрации (1,8 нМ) существенно (в 9 раз) снижала гибель клеток, вызванную 10 нМ тромбина (рис.10), что также свидетельствует о PAR1-опосредованном действии APC.

Таким образом, антиапоптотическое действие APC на нейроны при эксайтотоксичности, вызванной глутаматом, реализуется через два рецептора - PAR1 и EPCR. Эти данные подтверждены изучением экспрессии рецепторов в исследуемых нами клеточных культурах. Так, мы впервые выявили экспрессию EPCR в гиппокампальных и кортикальных нейронах крысы. Кроме того, мы обнаружили экспрессию в нейронах всех 4-х типов PAR рецепторов, причем преобладала экспрессия подтипа PAR1. В отличие от данных Guo с соавторами (2004), которые исследовали гибель кортикальных нейронов, вызванную стауроспорином, мы не обнаружили участия PAR3 в нейропротекторном действии АРС. Возможно, это связано с особенностями использованной нами модели глутаматной эксайтотоксичности.

Поскольку глутамат в токсических концентрациях вызывает длительное и необратимое повышение [Ca2+]i, можно предположить, что уменьшение нейротоксического воздействия глутамата на клетки при инкубации с тромбином осуществляется через модуляцию [Ca2+]i.

Наши исследования влияния тромбина на кальциевый гомеостаз нейронов показали, что вызываемое тромбином транзиторное повышение [Ca2+]i, в основном, реализуется преимущественно через IP3 рецепторы эндоплазматичекого ретикулума. Только благодаря этому механизму изменение концентрации [Ca2+]i в ответ на действие тромбина реализуется в 50% всех нейронов. Вместе с тем, рианодиновые рецепторы, вероятно, вносят свой вклад в изменение [Ca2+]i в нейронах под влиянием тромбина, однако мы не наблюдали нейронов, где блокада этих рецепторов дантроленом полностью отменяла бы эффект тромбина. В литературе имеются единичные данные об изменении [Ca2+]i в гиппокампальных нейронах крысы под влиянием 100 нМ тромбина (Smith-Swintosky et al., 1995). В настоящей работе мы подтвердили полученные нами ранее данные (Киселева Е.B. c соавт., 2004), что кальциевый сигнал тромбина в гиппокампальных нейронах имитирует пептид агонист PAR1 и блокирует антагонист PAR1. Полученные нами результаты о ведущей роли IP3 рецепторов в реализации индуцируемого тромбином кальциевого сигнала согласуются с данными о том, что механизм PAR1-зависимого кальциевого ответа олигодендроцитов опосредуется также через IP3 рецепторы эндоплазматического ретикулума (Wang et al., 2004).

Поскольку в основе токсического эффекта глутамата на нейроны лежит перегрузка клеток кальцием и нарушение кальциевого гомеостаза клетки, мы исследовали влияние тромбина на вызываемое глутаматом увеличение [Ca2+]i в нейронах гиппокампа. Показано, что тромбин и ФXa улучшают восстановление кальциевого гомеостаза нейронов после действия глутамата (рис.13). Механизм такого эффекта неизвестен, однако можно предположить, что сериновые протеазы через активацию внутриклеточных факторов улучшают состояние систем транспорта кальция из клеток наружу (прежде всего Ca2+-АТФазы плазматической мембраны). Другой возможный механизм - кальций, выбрасываемый из ретикулума, тормозит вход Ca2+ по канал глутаматных рецепторов по принципу отрицательно обратной связи. Не исключена и возможность того, что протеиназы уменьшают [Ca2+]i сигнал, вызываемый активацией глутаматных рецепторов. Так, ранее обнаружено, что предварительная инкубация клеток с низкими концентрациями тромбина снижала внутриклеточный кальциевый сигнал в гиппокампальных нейронах при аппликации NMDA, агониста NMDA-глутаматных рецепторов (Киселева с соавт., 2004). По данным Blaabjerg с соавт. (2003), нейропротекция в нейронах гиппокампа может быть реализована через снижение ионных токов, опосредованных NMDA-рецепторами.

Полученные данные дают основания полагать, что тромбин защищает нейроны гиппокампа от токсического действия глутамата, модулируя вызванные глутаматом изменения [Ca2+]i (опосредованно через IP3 рецепторы эндоплазматического ретикулума) и улучшая восстановление кальциевого гомеостаза в постглутаматный период. Поскольку ФXa не вызывает кальциевого сигнала в нейронах, его нейропротекторный эффект связан с кальций-зависимым механизмом вызванной глутаматом гибели клеток, по-видимому, более сложным образом.

Таким образом, хотя тромбин может сам вызывать гибель части популяции нейронов гиппокампа, однако при сочетанном действии тромбина (в низкой концентрации) с глутаматом он способен защищать клетки от индуцированного глутаматом апоптоза, причем в отдаленный период после действия глутамата. Механизм нейропротекции неизвестен. Увеличение внутриклеточной концентрации Са2+, вызываемое активацией PAR, может влиять на ряд внутриклеточных факторов как в ядре, так и в цитоплазме (транскрипционный факторы - NF-kB, FosB/JunD AP-1 и др.) и запускать/тормозить экспрессию различных генов, в том числе тех белков (Bax/Bad семейства Bcl, AIF, MAP-киназы, каспазы), активность которых определяет развитие апоптоза при токсическом действии глутамата (Sanchez-Perez et al., 2005).

Мы предположили, что важный транскрипционный фактор - NF-kB может вовлекаться не только в кальций-зависимый протекторный механизм действия тромбина, но в механизм действия на нейроны другой протеиназы - АРС. Согласно данным литературы, антивоспалительное действие АРС связывают с блокадой индукции провоспалительных агонистов клетками эндотелия и моноцитами. Известно, что ишемия сопровождается воспалительным процессом. Мы обнаружили, что 30-минутное воздействие высокой концентрации глутамата вызывает в культивируемых нейронах транзиторную активацию NF-kB и транлокацию субъединицы NF-kBp65 в ядро с максимум через 2-4 часа после токсического воздействия глутамата. Действие глутамата на фоне низких концентраций АРС не сопровождалось значимым повышением уровня NF-kBp65 в ядерной фракции (по сравнению с контролем), что свидетельствует о защитном эффекте АРС при эксайтотоксичности.

Таким образом, механизм протекторного действия АРС на нейроны, подобно его антивоспалительному эффекту, реализуется, в частности, через модуляцию активации транскрипционного фактора NF-kB. Запуск этого процесса опосредуется PAR1 и EPCR, на что указывают эксперименты с использованием специфических антител к рецепторам. Блокада этих рецепторов полностью отменяет индуцируемое АРС снижение уровня NF-kBp65 в ядре после токсического действия глутамата и высоких концентраций тромбина на нейроны.

В механизме гибели клеток, индуцированной гиперактивацией глутаматных рецепторов, особую роль играют некоторые белки теплового шока, в частности HSP90, способные защищать клетки от гибели (Hooven et al., 2004; Dou et al., 2005; Ouyang et al., 2005; Lee et al., 2007). Ранее обнаружено, что HSP90 участвует в изменении формы астроцитов, вызванном тромбином через активацию PAR1 (Pai et al., 2002), и показано специфическое взаимодействие HSP90 с C-концом PAR1 в дрожжах (Pai et al., 2001).

Поскольку PAR1 может взаимодействовать с цитозольной формой HSP90 (Pai et al., 2002; Pratt et al., 2003), мы предположили, что ингибирование активности HSP90 гелданамицином (Grenert et al., 1997) может блокировать защитное действие АРС и других агонистов PAR1. Полученные нами результаты показали, что нейропротекторное действие APC, также как и низких концентраций тромбина и пептида-агониста PAR1, отменяется гелданамицином (рис. 16). Эти данные подтверждают PAR1-опосредованный характер нейропротекторного действия APC на культивируемые нейроны при глутаматной токсичности и предполагают возможность участия HSP90 в этом процессе.

Таким образом, можно предположить, что нейропротекторные функции тромбина и APC в культивируемых гиппокампальных и кортикальных нейронах реализуется через PAR1 при участии HSP90.

Полученные данные указывают на важную роль PAR1 в реализации эффектов как тромбина, так и АРС. Следовательно, регуляция функциональной активности этого рецептора позволит корректировать нейродегенеративные и нейропротективные функции протеиназ. Нами обнаружен новый эндогенный регулятор PAR1 - энтеропептидаза, которая, инактивируя рецептор, отменяет, в частности, кальциевый ответ нейронов на тромбин.

На основании полученных данных можно рассматривать тромбин, ФХа и APС как клеточные регуляторы, которые взаимодействуя со своими специфическими расщепляемыми рецепторами, а в случае АРС с расщепляемым рецептором - PAR1 и EPCR, способны модулировать выживаемость нейронов при токсических воздействиях.

На основании прямого протекторного действия на нейроны мозга протеиназ гемостаза - тромбина, ФХа и APС могут быть разработаны новые подходы к лечению травматических и ишемических повреждений нервной ткани с помощью агонистов и антагонистов рецепторов PAR и на их основе созданы препараты с анти-апоптотическими, анти-воспалительными и репаративными свойствами.

Выводы

1. В культивируемых гиппокампальных и кортикальных нейронах мозга крысы экспрессируется EPCR (эндотелиальный рецептор протеина С) и все четыре подтипа PAR (рецептор, активируемый протеиназой) - PAR1, PAR2, PAR3 и PAR4. Низкие концентрации тромбина стимулируют экспрессию PAR2 и PAR3 (через 4-12 часов) в культурах гиппокампальных и кортикальных нейронов.

2. Тромбин в диапазоне низких концентраций (0,1-10 нМ) через рецептор PAR1 оказывает нейропротекторное действие на культивируемые гиппокампальные и кортикальные нейроны мозга крысы при эксайтотоксичности, вызванной глутаматом. Высокие концентрации тромбина (100 нM) обладают повреждающим действием на нейроны, вызывая гибель клеток.

3. Фактор Ха (ФХа) в низких концентрациях (1-10 нМ) защищает культивируемые гиппокампальные нейроны от токсического действия высоких концентраций глутамата. Поскольку инактивация ФXa отменяет протекторное действие фермента, а блокада PAR1 и PAR2 - не отменяет нейропротекторного эффекта ФXa, эти данные могут свидетельствовать о вовлечении нового подтипа расщепляемого рецептора PAR в защитное действие ФXa на культивируемые нейроны мозга крысы.

4. В нейропротекторном действии тромбина и ФХа (но не активированного протеина С (АРС)) на культуры гиппокампальных нейронов при токсическом действии глутамата участвует Са2+-зависимый механизм.

5. Энтеропептидаза является эндогенным модулятором PAR1 и отменяет вызванное тромбином повышение внутриклеточного кальция в нейронах.

6. АРС в диапазоне низких концентраций (0,05-10 нМ) защищает культивируемые гиппокампальные и кортикальные нейроны от гибели при эксайтотоксичности, вызванной действием высоких концентраций глутамата или тромбина на нейроны.

7. Для нейропротекторного действия АРС на гиппокампальные и кортикальные нейроны при эксайтотоксичности необходимо присутствие двух рецепторов - EPCR и PAR1, поскольку их блокада специфическими антителами полностью отменяет защитное действие этой протеиназы.

8. Длительное воздействие 100 мкМ глутамата на культивируемые гиппокампальные и кортикальные нейроны вызывает активацию транскрипционного фактора NF-kB и транслокацию субъединицы NF-kBр65 в ядро. АРС оказывает нейропротекторное действие на культивируемые нейроны при глутаматной токсичности, блокируя активацию транскрипционного фактора NF-kB и транслокацию NF-kBр65 в ядро.

9. Специфический ингибитор белка теплового шока 90, гелданамицин, полностью отменяет PAR1-опосредованные протекторные эффекты АРС и тромбина при эксайтотоксичности, что свидетельствует об участии HSP90 в нейропротекторном действии АPС и тромбина на культивируемые гиппокампальные нейроны.

10. Ключевые протеиназы гемостаза - тромбин, ФХа и АРС являются регуляторами выживаемости нейронов в условиях глутаматного токсического воздействия на клетки мозга. Агонисты и антагонисты PAR1 могут быть использованы для разработки новых препаратов, направленных на коррекцию травматических, ишемических повреждений мозга.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Горбачева Л.Р., Сторожевых Т.П., Киселева Е.В., Пинелис В.Г., Струкова С.М. Рецепторы первого типа, активируемые протеиназами, участвуют в механизмах защиты нейронов гиппокампа крысы от токсического действия глутамата.// Бюлл.эксп.биол.мед., 2005, 139(9), C.265-268.

2. Storozhevykh T., Gorbacheva L., Kiseleva E., Pinelis V., Strukova S. PARs ( Protease Activated Receptors) Activation By Thrombin And Factor Xa Protects Hippocampal Neurons Against Glutamate-induced Apoptosis.// J Thromb Haemost., 2005, 3, P.2349.

3. Сторожевых Т.П., Киселева Е.В., Горбачева Л.Р., Пинелис В.Г., Струкова С.М. Тромбин защищает культивируемые нейроны гиппокампа крысы от апоптоза, вызванного глутаматом.// Сб. матер. конф. «Нейрохимия: фундаментальные и прикладные аспекты». Москва (14-16 марта), 2005, C. 200.

4. Горбачева Л.Р., Сторожевых Т.П., Киселева Е.В., Пинелис В.Г., Струкова С.М. Новые нейротропные функции протеиназ системы свёртывания крови: фактора Xa и тромбина.// Матер. Всеросс. конф. "Тромбозы,геморрагии,ДВС-синдром", Ярославль(12-14октября), 2005, C.27-29.

5. Русанова А.В., Умарова Б.А., Горбачева Л.Р., Сидорова Е.И., Васильева Т.В., Марквичева Е.А., Грандфис К., Струкова С.М. Протекторное действие пептида-агониста рецептора тромбина(PAR1-АР) в модели язвы желудка у крыс.// Матер. Всеросс. конф. «Тромбозы, геморрагии, ДВС-синдром". Ярославль(12-4октября), 2005, C.91-93.

6. Горбачева Л.Р., Сторожевых Т.П., Киселева Е.В., Пискунов А.К., Пинелис В.Г., Струкова С.М. Фактор Xa свертывания крови защищает гиппокампальные нейроны от глутаматной цитотоксичности.// Науч. труды I Съезда физиологов СНГ (Сочи, Дагомыс,19-23сент), 2005, Т.1, N 89, C.36.

7. Горбачева Л.Р., Сторожевых Т.П., Киселева Е.В., Пинелис В.Г., Струкова С.М. Рецепторы, активируемые протеиназами вносят вклад в выживаемость гиппокампальных нейронов.// Матер. междунар. симпозиума «Механизмы адаптивного поведения». Санкт-Петербург, Колтуши (7 -9 декабря), 2005,.C. 87-88.

8. Горбачева Л.Р., Сторожевых Т.П., Киселева Е.В., Пинелис В.Г., Струкова С.М. Сериновые протеиназы- фактор Xa и тромбин защищают нейроны гиппокампа от глутаматной цитотоксичности.// Матер. Междунар. конф. «Рецепция и внутриклеточная сигнализация». Пущино (6-9 июня), 2005, C.120- 122.

9. Русанова А.В., Умарова Б.А., Горбачева Л.Р., Васильева Т.В., Ланге М.А., Грандфис К.,. Марквичева Е.А., Струкова С.М. PAR1 - агонист пептид, биоинкапсулированный в микрочастицы, вызывает ускорение репарации тканей на модели язвы желудка у крыс.// Научные труды I Съезда физиологов СНГ. Сочи,Дагомыс (19-23сент), 2005, Т. 2, N 505, C.178.

10. Gorbacheva L., Storozhevykh T., Kiseleva E., Pinelis V., Smirnov M., Strukova S. Protease activated receptors (PARs) involved in protection of neurons from glutamate toxicity.// Abstracts of the 3rd Neuron Satellite Meeting, Neurons and Sensory System. Washington DC (Nov10-11), 2005, P.90.

11. Strukova S.M., Kiseleva E.V., Storozhevykh T.P., Gorbacheva L.R., Pinelis V.G. The connection between coagulation and inflammation:impact of protease and protease activated receptors.// Матер. II-ой всеросс. науч. конф. «Клиническая гемостазиология и гемореология в сердечно-сосудистой хирургии»( с международным участием). Москва(2-4 февраля), 2005, С. 318-319.

12. Strukova S., Gorbacheva L., Storozhevykh T., Pinelis V., Smirnov M. Factor Xa like to thrombin can protect hippocampal neurons from glutamate toxicity.// J.Thromb.Haemost., 2006, 4(6), Р. 1409-1410.

13. Горбачева Л.Р., Сторожевых Т.П., Пинелис В.Г., Ишивата С., Струкова С.М. Модуляция тромбином и фактором Xa выживаемости гиппокампальных нейронов.// Биохимия. 2006, 71(10), С. 1338-1346.

14. Русанова А.В., Макарова А.М., Марквичева Е.А., Горбачева Л.Р., Сташевская К.C., Васильева Т.В., Сидорова E.И., Беспалова Ж.Д., Грандфис К., Струкова С.М. Пептид - агонист рецептора тромбина, иммобилизованный в микросферы, ускоряет репаративные процессы в модели язвы желудка у крыс.// Бюлл.эксп.биол.мед., 2006, 142(7), С. 42-46.

15. Макарова А.М., Русанова А.В., Горбачева Л.Р., Умарова Б.А., Струкова С.М. Влияние активированного протеина С на секреторную активность перитонеальных тучных клеток крысы.// Бюлл.эксп.биол.мед., 2006, 142(10), С. 382-385.

16. Сташевская К.С., Марквичева Е.А., Русанова А.В., Макарова А.М, Горбачева Л.Р., Прудченко И. А., Зубов В.П., Грандфис К., Струкова С.М. Биодеградируемые микрочастицы с иммобилизованным пептидом для заживления ран.// Биомедицинская химия, 2006, 52(1), С. 83-94.

17. Горбачева Л.Р., Сторожевых Т.П., Киселева Е.В., Пинелис В.Г., Струкова С.М. Новые нейропротекторные эффекты протеиназ системы свертывания крови- тромбина и фактора Xa.// «Неврология длиною в жизнь» (под ред И.Д. Стулина), Изд-во МГМСУ, Москва, 2006, С. 176-179.

18. Струкова С.М., Горбачева Л.Р., Сторожевых Т.П., Пинелис В.Г. Нейропротективные свойства агонистов рецепторов, активируемых протеиназами.// Матер. Московской междунар. конф. «Биотехнология и медицина». Москва (14-17 марта), 2006, С. 205.

19. Gorbacheva L., Storozhevykh T., Pinelis V., Ishiwata S., Strukova S. Proteinase activated receptors impact to hippocampal neurons survival.// Abstracts of the 4th International Symposium "Neuroprotection and Neurorepair. Focus 2006: Cerebral Ischemia and Stroke", Magdeburg (May3-6), 2006, Р. 50.

20. Горбачева Л.Р., Сторожевых Т.П., Пинелис В.Г., Струкова С.М. Участие сериновых протеиназ системы свёртывания крови - тромбина и фактора Ха в регуляции кальциевого сигнала гиппокампальных нейронов.// Матер. XIV Междунар. конф. "Новые информ. технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии", Гурзуф, 2006, С. 86-88.

21. Горбачева Л.Р., Сторожевых Т.П., Пинелис В.Г., Струкова С.М. Рецепторы, активируемые протеиназами, защищают гиппокампальные нейроны от глутаматной цитотоксичности.// Матер. конф. «Нейроспецифические метаболиты и энзимологические основы деятельности ЦНС», Пенза (25 - 27 сентября), 2006, С. 43-44.

22. Rusanova A., Makarova A., Gorbacheva L., Vasileva T., Markvicheva E.,
Grandfils Ch., Bespalova Z., Umarova B., Strukova S. Thrombin receptor agonist peptide as a novel antiulcerogenic factor.// In: «New Aspects of Biotechnology and Medicine» Eds: A M. Egorov and GE. Zaikov. NY: Nova Biomedical Books, 2007, Chapter 11, Р. 142-147.

23. Strukova S., Gorbacheva L.R., Storozhevykh T.P., Pinelis V.G. Neuroprotective properties of agonists of protease activated receptors.// In: «New Aspects of Biotechnology and Medicine» Eds: A M. Egorov and GE. Zaikov. NY: Nova Biomedical Books, 2007, Chapter 13, Р.121-125.

24. Струкова С.М., Горбачева Л.Р., Сторожевых Т.П., Макарова А.М., Ишивата С. Нейропротекторные и противовоспалительные свойства агонистов рецепторов, активируемых протеиназами.// Матер. III-ей Всеросс. науч. конф. «Клиническая гемостазиология и гемореология в сердечно-сосудистой хирургии»( с международным участием), Москва(1-3 февраля), 2007, С. 231.

25. Макарова А.М., Горбачева Л.Р., Русанова А.В., Струкова С.М. Роль рецептора PAR1 тучных клеток в противовоспалительном действии активированного протеина С.// Матер. III-ей Всеросс. науч. конф. «Клиническая гемостазиология и гемореология в сердечно-сосудистой хирургии»(с международным участием), Москва(1-3 февраля), 2007, С. 132-133.

26. Русанова А.В., Макарова А.М., Горбачева Л.Р., Марквичева Е.А., Струкова С.М. Протекторное действие инкапсулированного пептида-агониста рецептора тромбина(PAR1) в модели язвы желудка крыс.// Матер. III-ей Всеросс. науч. конф. «Клиническая гемостазиология и гемореология в сердечно-сосудистой хирургии» (с международным участием), Москва(1-3 февраля), 2007, С. 209-210.

27. Горбачева Л.Р., Сторожевых Т.П., Пинелис В.Г., Струкова С.М. Активированный протеин С защищает нейроны мозга от глутаматной эксайтотоксичности.// Матер. III-ей Всеросс. науч. конф. «Клиническая гемостазиология и гемореология в сердечно-сосудистой хирургии»(с международным участием), Москва(1-3 февраля), 2007, С. 57-58.

28. Струкова С.М., Горбачева Л.Р., Макарова А.М., Сторожевых Т.П., Пинелис В.Г., Ишивата С. Нейропротекторные и противовоспалительные функции агонистов рецепторов, активируемых протеиназами.// Матер. IV-го симпозиума «Химия протеолитических ферментов», Москва (23-25 апреля), 2007, С. 46.

29. Горбачева Л.Р., Сторожевых Т.П., Пинелис В.Г., Струкова С.М. Активированный протеин С защищает гиппокампальные нейроны от гибели через рецепторы 1-го типа, активируемые протеиназами.// Матер. IV-го симпозиума «Химия протеолитических ферментов», Москва (23-25 апреля), 2007, С. 47.

30. Макарова А.М., Горбачева Л.Р., Замолодчикова Т.С., Румш Л.Д., Струкова С.М. Разнонаправленное действие сериновых протеиназ - активированного протеина С и дуаденазы на тучные клетки.// Матер. IV-го симпозиума «Химия протеолитических ферментов», Москва (23-25 апреля), 2007, С. 129.

31. Gorbacheva L., Storozhevykh T., Pinelis V., Strukova S. Neuroprotective effects of serine proteinases: thrombin, Factor Xa and activated protein C.// Abstracts of the 3rd Intern Congress ”Neuroscience for Medicine and Psychology” (Sudak, Crimea, Ukraine, June 12-20, 2007), 2007, Р. 84-85.

32. Makarova A.M., Gorbacheva L.R., Zamolodchikova T.S., Rumsh L.D., Smirnov M., Strukova S.M. The role of PAR1 in the protective action of activated protein C in the non-immune mast cell activation.// Biomed Khim., 2007, 53(4), Р. 412-26.

33. Strukova S.M., Gorbacheva L.R., Storojevykh T.P., Pinelis V.G. Anti-apoptotic effects of serine proteinases of hemostasis at glutamate-induced neurotoxicity.// Abs XXIst Congress of ISTH, Geneva (July 6-12), 2007, Abs P-M- 070.

34. Makarova A., Gorbacheva L., Zamolodchikova T., Rumsh L., Smirnov M., Strukova S. Direct protective effect of activated protein C on mast cells degranulation.// Abstracts of the XXIst Congress of ISTH. Geneva (July 6-12), 2007, Abs P-M-080.

35. румш л.д., лихарева в.в., михайлова а.г., горбачева л.р., струкова с.м. Пути реализации уникальной специфичности энтеропептидаы. Физиологическая роль энтеропептидазы.// Матер. Междунар. конф. «Протеолиз, механизмы его регуляции и роль в физиологии и патологии клетки», Минск (25-26 октября), 2007

36. Gorbacheva L.R., Storozhevykh T.P., Pinelis V.G., Strukova S. Protease-activated receptor (PAR)1-mediated anti-apoptotic effect of activated protein C on glutamate excitotoxicity in hippocampal neurons.// Thromb Haemost, 2007, 98(5), Р. 1150-1152.

37. Rumsh L.D., Likhareva V.V., Mikhailova A. G, Gorbacheva L.R., Strukova S.M. Ways of realization of high specifcity and effciency of enteropeptidase. Physiological role of enteropeptidase.// PNAS (Belarus), Ser Med Sci, 2008, N 1, Р. 31--37.

38. Горбачева Л.Р., Сторожевых Т.П., Пинелис В.Г., Струкова С.М. Активированный протеин С через рецептор PAR1 регулирует выживаемость нейронов при глутаматной эксайтотоксичности.// Биохимия, 2008, 73(6), С. 893 - 902.

39. Gorbacheva L., Strukova S., Pinelis V., Ishiwata Sh. and Reiser G. Activated protein C protects hippocampal neurons from thrombin-induced toxicity// Abstracts of the 5th International Symposium "Neuroprotection and Neurorepair. Focus 2008: Cerebral Ischemia and Stroke", Magdeburg, Germany, May 17-20, 2008, P.20.

40. Gorbacheva L., Storozhevykh T., Pinelis V., Strukova S. and Reiser G. Activated protein C can protect the rat cortical and hippocampal neurons from glutamate-induced death // J Thromb Haemost., 2008, 6, Suppl. 1, P.26.

Размещено на Allbest.ru