Нейропротеомика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Нейропротеомика

Введение

Протеомика -- наука, основным предметом изучения которой являются белки, их функции и взаимодействия в живых организмах, в том числе -- человеческом. Значительная часть белков нервной системы идентична белкам других органов и тканей в силу общности происхождения и общности ряда базовых процессов жизнедеятельности. Тем не менее среди них можно выделить множество нейроспецифических белков, многие из которых представляют собой глико- и липопротеины, тесно связанных с особенностями строения и функций нервной системы. Раздел протеомики -- нейропротеомика -- изучает строение, функции, взаимодействие с другими веществами организма и классификацию нейроспецифических белков в живом организме, в частности в человеке.

Специфичность белков для нервной ткани определяются критериями:

1. Наличие их преимущественно в нервной ткани. Содержание это белка в нервной ткани должно быть существенно выше, чем в остальных тканях живого организма. Это общепринятый критерий, хотя достаточно условный.

2. Участие этих белков в специфической деятельности нервной системы, например в процессах создания и проведения нервного импульса, установление межклеточных контактов в нервной ткани, регуляция проницаемости ионных каналов, участие в механизмах обучения и формирования памяти.

3. Тесная взаимосвязь между активностью нейроспецифических белков и функциональным состоянием нервной системы

Исследования в области нейропротеомики, изучение физико-химических свойств, локализации в отделах мозга, клетках и субклеточных структурах нервной ткани, особенностей метаболизма нейроспецифических белков или сроков появления их в процессе онтогенеза очень важны для понимания фундаментальных механизмов функционирования нервной системы в целом, а в особенности головного мозга.

Идентификация нейроспецифических белков может быть осуществлена различными способами:

1. Сравнением белкового спектра мозга с белковыми спектрами других органов, в том числе путем наложения электрофореграмм после двумерного электрофореза; при этом могут быть выявлены как новые белки, характерные только для нервной ткани, так и их изоэлектрические точки, молекулярные массы, субъединичный состав и даже примерное количество;

2. С использованием иммунохимических методов, позволяющих определить нейроспецифические антигенные детерминанты, в том числе методом моноклональных антител и с помощью истощенных антисывороток; обработанные таким образом антисыворотки содержат антитела только к нейроспецифическим антигенным детерминантам;

3. С помощью направленного поиска нейроспецифических белков в различных участках и отделах мозга, в клеточных популяциях и в субклеточных структурах;

4. С помощью направленного поиска нейроспецифических изоферментов путем выявления ферментативной активности уже известных ферментов у вновь выделенных нейроспецифических белков;

5. С использованием методов генной инженерии, когда в качестве исходного материала применяется м-РНК мозга, с которой транскрибируется характерный нейроспецифический белок;

6. Посредствам «дедуктивного» определения аминокислотных последовательностей белков нервной ткани - по нуклеотидным последовательностям генетической ДНК и м-РНК.

К настоящему времени различными методами идентифицировано более двух сотен нейроспецифических белков, однако информация о большинстве из них сводится в основном к сообщению об их выявлении и описанию ряда физико-химических и антигенных свойств. Мозг содержит чрезвычайно большое число регуляторных пептидов (нейропептидов); в настоящее время индетифицорованны уже сотни пептидов регуляторов. Для лучшего понимания особенностей белков нервной системы можно их рассмотреть в классификации по функциональным и химическим характеристикам, разделив на:

1. Неферментные нейроспецифические Ca²⁺-связывающие белки

2. Неферментные белки, ответственные за процессы адгезии и межклеточного узнавания

3. Нейроспецифические белки - ферменты

4. Секретируемые регуляторные и транспортные белки

5. Белки миелина

6. Белки глии

1.Неферментные нейроспецифические Ca²⁺-связывающие белки

белок фермент миелин

Очень многие белки ЦНС так или иначе взаимодействуют с ионами Са. Однако особо выделяют группу белков с очень высоким сродством к Са+, которые регулируют перемещения и концентрации Са²⁺ и, благодаря способности менять конформацию при связывании Са²⁺, участвуют в разнообразных специфических процессах. Многие из белков этой группы называют калбиндинами. По особенностям структуры различают аннексины, содержащие длинные консервативные последовательности аминокислот, преимущественно дикарбоновых, и белки, обладающих так называемой «EF-рукой - петлей из 12-14-и аминокислот, образующих как бы гнездо для Са+, фланкированные б-цепями.

Аннексины

К аннексинам относится первый открытый нейроспецифический белок - S-100. Белок S-100, точнее, как было установлено позже, - группа белков S-100, был открыт в 1965 г. Б. Муром и Мак-Грегором при сравнении белковых карт водорастворимых белков мозга и печени. После хроматографии и электрофореза был выявлен первый специфический белок нервной ткани, названный белком Мура или белком S-100.

Структура белков S-100

S-100 является гетерогенным кислым Са-связывающим белком. Он состоит из двух главных фракций: S-100 А и S-100 В, субъединичный состав которых соответственно бб и бв. Интересно, что аминокислотная последовательность в-субъединицы близка к таковой других Са-связывающих белков (кальмодулина, тропонина С).



Структура поверхности белка S-100B [5]

Аминокислотный состав белка S-100

Аминокислоты	Процентное содержание
Кислые, моноамидокарбоновые кислоты:	58%
	Остаток глутаминовой к-ты		36%
	Остаток аспарагиновой кислоты		22%
Алифатическое аминокислоты:	42%
	Цистеин		4%

Более половины аминокислотного состава белка приходится на моноаминодикарбоновые аминокислоты. Этим определяются кислые свойства и низкая изоэлектрическая точка белка S-100. Алифатические аминокислоты придают глобулам белка S-100 частично гидрофобный характер. Часть SH-гpyпп цистеина свободна и способна к взаимодействию с ионами Са²⁺. Такое взаимодействие приводит к значительному изменению конформации молекул белка S-100. Меняется пространственное расположение гидрофильных и гидрофобных участков. В конечном счете изменяется способность S-100 к миграции через мембраны клетки.

2. Функциональное значение белка S-100

Содержание белка S-100 в мозге повышается при обучении, тренировках и формировании условных рефлексов у животных. В период обучения происходит усиление биосинтеза белка S-100, что подтверждается более интенсивным включением в него меченых аминокислот. Известный нейрохимик Х. Хиден и его сотрудники обнаружили, что наиболее интенсивный биосинтез данного белка происходит в пирамидальных клетках гиппокампа. При интрацистернальном введении антисыворотки к белку S-100 процесс обучения у животных нарушается.

На сегодняшний день исследование содержания белка S-100B в крови используется для диагностики заболеваний, сопровождающихся повреждением мозговой ткани при нарушениях кровообращения мозга. Таким образом, этот белок является маркером повреждений мозга при травматических поражениях мозга, болезни Альцгеймера, в мониторинге злокачественной меланомы, других неопластических заболеваний, воспалительных заболеваниях.

3. Суперсемейство EF-hand белков

Кальмодулин

Структура поверхности белка кальмодулина [5]

Молекула белка кальмодулина состоит из двух глобулярных долей (доменов), разделенных центральным спиральным шарниром из 28 аминокислот. Каждая глобулярная доля содержит в себе по два мотива спираль-петля-спираль (EF-hand), которая имеет возможность связать по Са²⁺ иону. Молекулярный вес белка 17 кД, и он содержит 148 остатков аминокислот.

Функциональное значение

Кальмодулин является основным регулятором и посредником эффектов иона Са²⁺. Этот белок не проявляет ферментативной активности, но участвует в активации целого ряда ферментов: протеинказы, протеинфосфатазы, фосфодиэстеразы, ферментов мышечной подвижности. Таким образом кальмодулин играет важную роль в процессах жизнедеятельности организма, таких как: распад гликогена, передачи сигналов в клетках, переноса ионов, клеточной смерти.

Неферментные нейроспецифические белки, ответственные за процессы адгезии и межклеточного узнавания

В группу белков, участвующих в процессах адгезии и клеточного узнавания, входят преимущественно гликопротеины. Они представляют собой исключительно гетерогенную группу белков. Гликопротеины являются важнейшими участниками межклеточных контактов, обеспечивая взаимное узнавание и адгезию определенных нейронов, участвуют в синаптической передаче, рецепторных реакциях, формировании и хранении памяти. Они входят в состав сложных надмолекулярных образований синаптических мембран и других цитоструктурных образований.

Ввиду гетерогенности и большого разнообразия гликопротеинов до сих пор не разработан единый принцип их классификации. Но обычно глико протеины делят на две основные группы по количеству белков и углеводов в составе их молекул:

1. Первая группа содержит от 5 до 40% углеводов и их производных. Белковая часть сходна с альбуминами и глобулинами. Между пептидными и углеводными компонентами гликопротеинов существуют не только ковалентные, но и водородные, гидрофобные и вандерваальсовы связи.

2. Вторая группа гликопротеинов содержит большое количество углеводов - от 40 до 85%; в состав представителей этой группы иногда входят липидные компоненты. В последнем случае образуются более сложные комплексы - гликолипопротеины.

Особенности структуры нейроспецифических гликопротеинов

Углеводный компонент, в первую очередь N-ацетилнейраминовая кислота и N - ацетилгалактозамин, играет важную специфическую роль, определяя, по-видимому, своеобразие внешних участков пространственной структуры гликопротеинов. Обнаружено существенное различие в содержании N-ацетилнейраминовой кислоты как в отдельных гликопротеинах, так и в различных мембранных субклеточных структурах мозга. Пептидная же часть представляет собой стабильную основу молекулы, которая фиксирована непосредственно в мембране, в то время как углеводный компонент расположен на поверхности мембраны. Все это дает основания считать, что в значительной мере именно углеводный компонент в молекуле гликопротеинов определяет их специфичность и функциональную роль.



Общая структура гликолипидов

Конформационные изменения структуры гликопротеина [1]

4. Функциональное значение нейроспецифических гликопротеинов

Гетеротипическая Са²⁺-независимая адгезия между нейронами и глиальными клетками опосредована специфическим гликопротеином. По сравнению с гликопротеином N-CAM, влияющим на межнейрональные контакты, белок Ng-CAM содержит меньшее количество сиаловых кислот. Он локализован исключительно на поверхности плазматической мембраны нейронов и в ходе онтогенеза появляется на более поздних стадиях, чем гликопротеин N-CAM.

В постсинаптических уплотнениях и в участках синаптических соединений обнаружен целый ряд других гликопротеинов, которые могут служить субстратами для протеиназ и сиалидаз, под действием которых происходят локальные модификации структуры гликопротеинов в ответ на изменение функционального состояния синапса. Интересно, что аминокислотная последовательность гликопротеина Thy-1 обнаруживает гомологию с вариабельными доменами иммуноглобулина. Роль этого гликопротеина на поверхности нейронов остается невыясненной, хотя весьма важно учитывать эти данные в связи с гипотезой об иммунохимических основах нейрологической памяти.

Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о большой роли, которую играют гликопротеины в осуществлении специфических функций нервной ткани, особенно в формировании специфических контактов между различными нейронами.

5. Роль белков, участвующих в процессах адгезии и клеточного узнавания, в развитии болезней ЦНС

Из числа многих белков поверхности нейронов особое внимание в связи с участием в патогенезе тяжелой патологии мозга - болезни Альтцгеймера - привлекает в настоящее время так называемый белок в-АРР (в-amyloid precursor protein), являющийся предшественником пептида в-амилоида, появляющегося в изобилии на поверхности нейронов больного мозга. В здоровом организме в-АРР - белок, состоящий из 695 аминокислотных остатков, фиксирован в мембранах нейронов так, что его N-концевой фрагмент из 625-630 остатков расположен на поверхности клетки. Он участвует, по-видимому, в организации межнейрональных контактов, особенно в области нервных окончаний. Кроме того, выстоящая над поверхностью часть в-АРР в норме отщепляется специфическими протеинами и, как недавно установлено, стимулирует развитие отростков, участвуя в формировании памяти. При болезни Альцгеймера отщепляется несколько более короткий участок, так что на поверхности нейрона остается упомянутый выше небольшой в-амилоидный пептид.

6. Нейроспецифические белки - ферменты

Первым ферментным нейроспецифическим белком, открытым в 1968 г. Б. Муром и Р. Пересом в мозге крупного рогатого скота, оказался белок 14-3-2; название он получил по номерам хроматографических и электрофоретических фракций. 14-3-2 оказался ферментом -- енолазой. Встречается во всех тканях и органах животного и человека. Построена из двух типов субъединиц -- б и г, причем именно г-субъединица является нейроспецифической. В нервной ткани встречаются следубщие изоформы енолазы: бб - неспецифическая енолаза, идентичная енолазе печени; бг - гибридная форма, обозначаемая как белок 14-3-1 и гг - нейроспецифический изоэнзим енолазы, локализованный только в нейронах.

Молекулярная масса белка 14-3-2 близка к 80 кД. Как и белок S-100, он содержит относительно много дикарбоновых кислот. Интересно, что эта изоформа термостабильна до температуры 50°С, Значительно различаются и периоды полужизни изоферментов енолазы: для гг -димера он равен 320 мин, а для бб-димера - 15 мин.

Белок 14-3-2 широко распространен в ЦНС и ПНС млекопитающих и птиц. Его количество составляет около 1,5% от общих растворимых белков мозга. В отличие от белка S-100 он локализован главным образом в нейронах, а в клетках нейроглии его содержание незначительно.

Белок 14-3-2 сосредоточен в сером веществе больших полушарий. В других органах и тканях человека этот белок отсутствует или содержится в количествах, в 50-100 раз меньших. Иммуно-химическим методом показано, что в постнатальный период развития головного мозга крыс белок 14-3-2 наиболее интенсивно синтезируется в гиппокампе и синаптических мембранах. В опытах с дегенерацией зрительного нерва было обнаружено снижение содержания и интенсивности метаболизма белка 14-3-2.

В настоящее время идентифицирован целый ряд нейроспецифических изоферментов; среди них можно назвать мозговые формы альдолазы, арилсульфатазы, ВВ-изозим креатинкиназы и многие другие.

7. Секретируемые регуляторные и транспортные нейроспецифические белки

Особо необходимо остановиться на секретируемых белках, выполняющих функцию транспорта и защиты от разрушения пептидных регуляторов, вырабатываемых ЦНС. Из них наиболее изучены нейрофизины, локализованные преимущественно в задней доле гипофиза и гипоталамуса. Они представляют собой гетерогенную группу низкомолекулярных кислых белков. Нейрофизины головного мозга человека и ряда животных достаточно хорошо исследованы. Выделены три фракции этих нейроспецифических белков - НФI, НФII, НФIII, а также четыре минорные фракции. Суммарная фракция НФ имеет молекулярную массу около 10 кД. Содержание НФ в задней доле гипофиза относительно очень велико и составляет у крыс в среднем 0,15 нМ, а в гипоталамусе 0.01 нМ. В небольших количествах НФ обнаружены также в плазме крови.

Пептидная цепь НФ состоит из 91-95 а.о. Интересно, что 85-90% аминокислотных остатков в составе нейрофизинов идентичны у человека и исследованных видов животных. Иммуно-химическими методами установлено, что фракция НФI синтезируется в паравентрикулярных ядрах, а НФII - а супраоптическом ядре.

В интактном состоянии нейрофизины находятся в прочном комплексе с окситоцином или вазопрессином. Связь НФ с этими гипофизарными гормонами нековалентная и осуществляется фрагментом молекулы, находящимся в пределах 37-54-го аминокислотных остатков полипептидной цепи НФ. В нормальных условиях существует определенное молярное соотношение между НФ и гипофизарными гормонами. Так, в гипофизе это соотношение между НФ и окситоцином равно 1:10, а в гипоталамусе - 1:14.

Применение метода ЯМР позволило показать, что происходит очень быстрый обмен между комплексами НФ-окситоцин или НФ-вазопрессин и свободным гормоном.

В последнее пятилетие обнаружено, что нейрофизины отнюдь не являются единственными представителями белков-носителей пептидных регуляторов. Установлено существование разнообразных по структуре белков, которые находятся в тесной, но нековалентной связи с опиоидными пептидами, корти-колиберином, тафцином и др., защищая их от расщепления протеазами в жидкостях организма.

На примере гликопротеинов симпатических нейронов в культуре показана возможность их секретирования в среду после ряда модифлкаций как белковой, так и углеводной части молекул. Содержащие маннозу и несиалированные гликопротеины PI и РЗ после сиалирования и включения в плазматическую мембрану модифицируются в гликопротеины В1 и ВЗ, которые в ходе дальнейших модификаций превращаются, соответственно, в гликопротеины В2 и В4 а затем секретируются в форме растворимых производных S2 и S4. Процессы модификации гликопротеинов ускоряются при выбросе медиаторов. Производные гликопротеина В1 иммунологически идентичны большому поверхностному гликопротеину различных типов нейронов центральной и периферической нервной системы, увеличение концентрации которого индуцируется фактором роста нервов.

К секретируемым белкам относятся и некоторые из эпендименов - б,в,г. Нейроспецифичны только в и г. Они обнаружены в мозге рыб, амфибий, крыс. Под действием специфической протеазы эпендимин в превращается в эпендимин г и секретируется из нейронов. В опытах с золотыми рыбками показано, что этот процесс усиливается при адаптации рыб к новым условиям плавания, что позволило предположить участие эпендиминов в механизмах формирования долговременной памяти.

Приводя примеры регуляторных белков нервной ткани, следует особо остановиться на нейротрофинах. Нейротрофины определяются вообще как факторы, стимулирующие дифференциацию нейронов, поддерживающие их выживание, индуцирующие рост дендритов и аксонов в направлении клеток-мишеней. Перечисленные процессы управляются большим числом факторов различной природы. Однако среди них важную роль играют интенсивно изучаемые белковые соединения. Прежде всего - семейство белков - факторов роста и трофики нервов. Отнесение их к категории нейроспецифических белков не безоговорочно: их содержание велико, например, в слюнной железе самца мыши, ядах некоторых змей и в некоторых других периферических тканях. Тем не менее, их содержание и функции в нервной ткани настолько специфичны, что они требуют краткого рассмотрения.

К настоящему времени наиболее изучены три нейротрофина, близких друг другу по структуре: NGF, BDNF и NT-3. Они представляют собой относительно небольшие белки. В частности, минимальная по размеру активная форма NGF состоит из двух субъединиц по 13.25 кД. Различные нейротрофины имеют определенную специализацию: NGF - «опекает» нейроны периферических симпатических ганглиев, а также холинергические нейроны переднего мозга, BDNF - часть моторных и сенсорных нейронов, a NT-3 - нейроны гиппокампа. Трофическая функция и стимуляция роста аксонов нейротрофинами имеют особое значение в онтогенезе, при повреждениях ЦНС, а также в некоторых критических состояниях, например при эпилептических судорогах. В онтогенезе мозга достижение тем или иным аксоном клетки-мишени ведет к ретроградному сигналу, осуществляемому нейротрофином, который обеспечивает выживание соответствующего нейрона, Нейроны, аксоны которых не достигают мишени, погибают.

Нейросекреторные гранулы гипоталамуса продуцируют ряд гликопротеинов, выполняющих специфические регуляторные функции. А.А. Галояном и сотр. в 1971г. выделены и далее всесторонне исследованы гликопротеины, являющиеся коронаррасширяющими и коронарсуживающими гормоиоподобиыми факторами с молекулярным весом около 20-30 кД. Они не имеют строгой мозговой специфичности: в небольших количествах они обнаружены в сердце, скелетных мышцах, надпочечниках, печени.

В гипоталамусе вырабатывается и секретируется также ряд относительно низкомолекулярных пептидных регуляторов - так называемых рилизинг-гормонов. Нейропептиды имеют в качестве предшественников пептиды, которые по размерам следует относить к белкам, - так называемые протопептиды с Мг 20-50 кД. Многие из них гликозилированы.

Белок поверхности нейронов в-АРР также является источником белка-регулятора. Отщепляемая внешняя часть белка выходит в межклеточную жидкость и индуцирует образование новых отростков и нервных окончаний, участвуя в формировании памяти. При болезни Альцгеймера этот процесс искажается.

Белки миелина

Белковый состав миелина своеобразен, но существенно проще, чем в нейронах и глиальных клетках.

В миелине велика доля катионного белка - КБМ. Он представляет собой относительно небольшой полипептид. КБМ содержит значительную долю диаминокислот и в то же время около половины составляющих его аминокислот - неполярные. Это обеспечивает, с одной стороны, тесный контакт с гидрофобными компонентами липидов миелина, а с другой стороны, определяет его способность к образованию ионных связей с кислыми группировками липидов.

Необычайно высокой гидрофобностью характеризуются так называемые протеолипидные белки Фолча, составляющие большую часть остальных белков миелина. В свою очередь, главный из этих белков - липофилин, в котором 2/3 составляющих аминокислот - неполярные. Интересна определенная избирательность контактов липофилина с липидами, например, вытеснение холестерина из его окружения. Полагают, что это связано с особенностями вторичной структуры липофилина.

Довольна велика также доля так группы белков, названных белками Вольфграма - кислые протеолипиды, довольно богатые остатками дикарбоновых аминокислот, и, в то же время, содержащие около половины остатков неполярных аминокислот.

Наконец, из нескольких десятков других белков миелина отметим миелинассоциированный гликопротеин, расположенный на экстраделлюлярной поверхности мембран; он встречается, кроме того, в олигодендроцитах до миелинизации и в миелине периферической нервной системы. В ЦНС человека он представлен тремя полипептидными цепями с Мг=92, 107, 113 кД, а в периферической нервной системе - одним белком с Мг=107 кД. МАГ относится к гликопротеинам с относительно низким содержанием углеводных остатков - около 30% от массы молекулы, но содержит характерный для гликопротеинов набор углеводов: N-ацетилглюкозамин, N-ацетилнейраминовая кислота, фукоза, манноза и галактоза. Для белковой части молекулы характерно высокое содержание глутаминовой и асларагиновой кислот.

Функции белка Вольфграма и МАГ неизвестны, если не считать общих соображений об их участии в организации структуры миелиновых оболочек.

Важную роль в работе миелина играют так называемые основные белки, одним из которых является А1-белок, являющийся мембранным белком.



Модель мембраны миелина [3]

Первичная структура А1-белка [3]

8. Заболевания, связанные с белками миелина

Многие заболевания нервной системы связаны с нарушением работы белков миелина, причем часто причиной этого является неправильная работа механизма распознавания иммунной системой чужеродных организмов, т.е. аутоиммунные заболевания. Классическими примерами таких заболеваний являются миастения и рассеянный склероз.

Миастения -- это хроническое, прогрессирующее аутоиммунное заболевание поперечно полосатой мускулатуры, связанное с изменением нервно-мышечной передачи. Патогенез этого заболевания может быть различен, включая патологии вилочной железы и патологии ЦНС, особенно следует рассмотреть иммунные нарушения, при котором вырабатываются антитела к антигенам холинорецептора поперечно-полосатых мышц. Холинорецептор представляет собой гликопротеин, состоящий из 5 субъединиц, формирующих ионный канал. Образующиеся в организме больных миастенией антитела относятся в основном к иммуноглобулинам класса G. Антитела к Н-холинорецепторам нарушают функцию нервно-мышечного синапса вследствие увеличения скорости деградации этих рецепторов, опосредованной эндосомами и лизосомами. Таким образом холинорецепторы являются первой мишенью при миастении и их разрушение приводит к нарушению нервно-мышечной регуляции.

Причиной врождённой миастении являются мутации в генах различных белков миелина, отвечающих за построение и работу нервно-мышечных синапсов. Примером является фермент ацетилхолинэстераза, катализирующая реакцию дезактивации ацетилхолина.

Исследования также показали, что введение основного белка миелина А1 сенсибилизирует иммунную систему и приводит к экспериментальному аллергическому энцефаломиелиту в центральной нервной системе или экспериментальному аллергическому невриту периферических нервов.

9. Нейроспецифические белки глии

В 1967 г. из а2-глобулинов мозга был выделен нейроспеци-фический а2-гликопротеин с молекулярной массой 45 кД. В мозге человека он появляется на 16-й неделе эмбрионального развития. Углеводные компоненты его включают глюкозамин, маннозу, глюкозу, галактозу, галактозамин и N-ацетилнейраминовую кислоту. а2-гликопротеин локализован только в астроцитах, но отсутствует в нейронах, олигодендроцитах и в клетках эндотелия. Поэтому его можно рассматривать как один из специфических маркеров астроцитов.

Другой белок опять-таки характерен только для клеток глии. Он был выделен из богатых фиброзными астроцитами областей головного мозга человека, а впоследствии - в значительно больших количествах - из мозга больных множественным склерозом. Это вещество было названо глиальным фибриллярным кислым белком. Он специфичен только для ЦНС, а в ПНС он не обнаружен. Содержание его в белом веществе головного мозга превышает таковое в сером веществе. В онтогенезе мышей максимальное содержание GFA наблюдается между 10-м и 14-м днями постнатального развития, т.е. совпадает по времени с периодом миелинизации и пиком дифференцировки астроцитов. Молекулярная масса белка составляет 40-54 кД. Глиальная локализация этого белка также позволяет использовать его как «маркерный» белок для этих клеток.

Функции а2-гликопротеина и белка GFA неизвестны.

Что касается белков микроглии, то следует иметь в виду участие этих клеток в построении миелина. Многие из белков миелина, выявлены в микроглии.

В глии представлены также многие рецепторные и ферментные белки, участвующие в синтезе вторичных мессенджеров, предшественников нейромедиаторов и других регуляторных соединений, которые могут быть отнесены к нейроспецифическим.

10. Интенсивность метаболизма белков в различных отделах нервной системы

Современное представление о динамическом состоянии белков в нервной ткани было установлено благодаря применению изотопов А.В. Палладиным, Д. Рихтером, А. Лайтой и другими исследователями. Начиная с конца 50-х и в течение 60-х годов при изучении метаболизма белка использовались различные предшественники их биосинтеза, меченые С, Н, S. При этом было показано, что белки и аминокислоты в головном мозге взрослого животного метаболируют, в общем, более интенсивно, чем в других органах и тканях.

Например, в опытах in vivo при применении в качестве предшественника равномерно меченой С-1-6-глюкозы оказалось, что по интенсивности образования аминокислот за счет глюкозы ряд органов можно расположить в следующем порядке:

головной мозг > кровь > печень > селезенка и легкие > мышца.

Аналогичная картина наблюдалась при использовании и других меченых предшественников. Показано, что из С-ацетата в головном мозге интенсивно синтезируется углеродный скелет аминокислот, особенно моноаминодикарбоновых кислот и прежде всего глутамата; из моноаминомонокарбновых кислот достаточно интенсивно образуются глицин, аланин, серии и др. Следует отметить, что особое место в метаболизме аминокислот занимает глутамат. В опытах in vitro с использованием меченого глутамата показано, что если в реакционную среду гомогената мозга добавить только одну глутаминовую кислоту, то она может быть источником образования 90-95% аминокислот.

Были проведены многочисленные исследования по изучению различий в интенсивности метаболизма суммарных и индивидуальных белков с помощью меченых предшественников. В опытах in vivo при использовании С-глутамата было показано, что он включается в 4-7 раз интенсивнее в белки серого вещества, чем белого. Во всех случаях интенсивность обмена суммарных белков серого вещества больших полушарий мозга и мозжечка оказалась значительно выше, чем белого вещества тех же отделов мозга, какой бы предшественник ни применялся при исследовании. При этом различие интенсивности обмена суммарных белков серого вещества по сравнению с белками белого вещества имеет место не только в норме, но, как правило, и при различных функциональных состояниях организма.

Проводились также исследования по изучению различий в интенсивности включения меченых предшественников в суммарные белки центральной и периферической нервной систем. Оказалось, что несмотря на существенные различия в составе, метаболизме и функциональной деятельности различных отделов ЦНС и ПНС, а также на сложность и гетерогенность белков, входящих в их состав, суммарные белки ЦНС взрослых животных обновляются значительно интенсивнее, чем суммарные белки ПНС.

Много исследований посвящено метаболизму белков в различных отделах головного мозга. Например, при изучении распределения радиоактивности в головном мозге после введения С-глутамата оказалось, что на долю серого вещества больших полушарий приходится 67,5 радиоактивности, мозжечка - 16,4, продолговатого мозга - 4,4, на долю других отделов головного мозга - около 11,7. В опытах in vivo при введении взрослым животным различных предшественников, а именно С-глутамата, С-1-6-глюкозы, С-2-ацетата, оказалось, что по интенсивности включения метки в суммарные белки различные отделы нервной системы располагаются в такой последовательности: серое вещество больших полушарий и мозжечка > таламус > зрительный бугор > средний и промежуточный мозг > Варолиев мост > продолговатый мозг > белое вещество больших полушарий и мозжечка > спинной мозг > седалищный нерв > миелин.

Проводились также исследования, посвященные изучению интенсивности обмена белков в различных отделах ЦНС с использованием авторадиографического метода. Получена аналогичная картина: наиболее интенсивное включение метки имело место в белках серого вещества больших полушарий и мозжечка, медленное - в спинном мозге и еще более медленное - в белках седалищного нерва. Что же касается подкорковых образований, то интенсивность обмена их белков была средней между скоростью обновления белков серого и белого вещества больших полушарий и мозжечка. Между отдельными подкорковыми образованиями наблюдаются менее существенные различия, чем между метаболической активностью белого и серого вещества.

Исследовались также суммарные белки различных областей коры больших полушарий - лобной, височных, теменной и затылочной. По данным Вэлша и А.В. Палладина, более высокой обновляемостью обладают белки сенсорной области коры, а более низкой - белки височной доли коры больших полушарий. Эти же авторы показали, что более высокая обновляемость белков характерна для филогенетически более молодых и функционально более активных структурных образований мозга.

На фоне, в общем, высокой обновляемое белков мозга особого упоминания заслуживают немногие довольно инертные белки. К ним относятся гистоны нейронов неокортекса-катионные белки хроматина этих клеток. Во взрослом организме нейроны-неокортекса не размножаются. В соответствии с этим темп обновления гистонов очень незначителен. Среднестатистические сроки обновления половины молекул некоторых фракций гистонов измеряются десятками суток.

В головном мозге отсутствуют абсолютно инертные белки, а индивидуальные белки и белковые комплексы нейронов претерпевают непрерывную перестройку, связанную с их участием в функциональной деятельности нейронов и нейроглии. Помимо синтеза и распада целых белковых молекул происходят изменения в их структуре, происходящие, в частности, при аминировании и дезаминировании белков мозга. Их следует рассматривать как частичное обновление отдельных фрагментов белковой молекулы.

Заключение

1. В нервной ткани обнаружены характерные только для нее нейроспецифические белки. По химической природе они могут быть кислыми или основными, простыми или сложными, часто они представляют собой гликопротеины или фосфопротеины. Многие нейроспецифические белки имеют субъединичную структуру. Число открытых нейроспецифических белков уже превысило 200 и быстро возрастает.

2. Нейроспецифические белки прямо или косвенно участвуют в осуществлении всех функций нервной системы - генерации и проведении нервного импульса, процессах переработки и хранении информации, синаптической передаче, клеточном узнавании, рецепции и др.

3. По локализации в ткани нервной системы различают исключительно или преимущественно нейрональные и глиальные нейроспецифические белки. По субклеточной локализации они могут быть цитопяазматическими, ядерными или мембрано-связанными. Особое значение имеют нейроспецифические белки, локализованные в мембранах синаптических образований.

4. Многие кислые кальиий связывающие нейроспецифические белки участвуют в процессах транспорта ионов. Предполагается, что, в частности, они играют значительную роль в формировании памяти.

5. Особую группу нейроспецифических белков представляют сократительные белки нервной ткани, которые обеспечивают ориентацию и подвижность цитоструктурных образований, активный транспорт ряда компонентов нейрона и участвуют в нейромедиаторных процессах в синапсах.

6. К группе нейроспецифических белков, связанных с гуморальной регуляцией, осуществляемой головным мозгом, относятся некоторые гликопротеины гипоталамуса, а также нейрофизины и подобные им белки, являющиеся носителями пептидных регуляторов.

7. Разнообразные нейроспецифические гликопротеины участвуют в формировании миелина, в процессах клеточной адгезии, нейрорецепции и взаимном узнавании нейронов в онтогенезе и при регенерации.

8. Ряд нейроспецифических белков представляет собой мозговые изоэнзимы известных ферментов, например енолазы, альдолазы, креатинкиназы и др.

9. Многие нейроспецифические белки весьма активно метаболируют в головном мозге животных, причем интенсивность метаболизма различна в разных отделах мозга и зависит от функционального состояния нервной системы. В целом по интенсивности обновления белки мозга значительно превосходят белки других тканей и органов.

Список источников

1. Нейрохимия. Учебник для биологических и медицинских вузов под ред. акад. РАМН И.П. Ашмарина и проф. П.В. Стукалова. Москва: Инд. Института биомедицинской химии РАМН, 1996

2. Болдырев А.А. Нейрохимия: учебное пособие для вузов /А.А. Болдырев, Н.Д. Ещенко, В.А. Илюха, Е.И. Кяйвяряйнен/ Изд. Дрофа

3. Ф. Хухо. Нейрохимия. Основы и принципы./ Ф. Хухо. - М.: Мир, 1990.

4. Marchi N, Cavaglia M, Fazio V, Bhudia S, Hallene K, Janigro D (April 2004). "Peripheral markers of blood-brain barrier damage". Clinica Chimica Acta 342 (1-2): 1-12

5. Aarli J., Skeie G., Mygland A., Gilhus N. Muscle striation antibodies in myasthenia gravis. Diagnostic and functional significance // Ann. N.Y. Acad. Sci. -- 1998. -- V. 841. -- P. 505-515.

6. http://www.ebi.ac.uk/pdbe/

7. http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do

8. http://www.xumuk.ru/

Размещено на Allbest.ru

...