CC BY
117
Теоретична медицина / Theoretical Medicine
УДК 616.2-018.7:577.158
йСН: 10.22141/2224-0551.5.73.2016.78321
АБАТУРОВ А.Е.1, ВОЛОСОВЕЦ А.П.2, БОРИСОВА Т.П.1
1ГУ «Днепропетровская медицинская академия Министерства здравоохранения Украины», г. Днепр, Украина
Национальным медицинский университет им. А.А. Богомольца, г. Киев, Украина
АНТИОКСИДАНТНАЯ СИСТЕМА РЕСПИРАТОРНОГО ТРАКТА Внутриклеточная антиоксидантная защита в респираторном тракте (часть 1)
Резюме. В обзоре литературы изложены современные данные о внутриклеточной антиоксидантной защите в респираторном тракте. Представлена индукция синтеза ферментов антиокислительной системы. Подробно рассмотрена характеристика внутриклеточных форм супероксиддисмутаз. Показаны индукция синтеза, каталитический цикл и физиологические функции супероксиддисмутаз. Ключевые слова: антиоксидантная система, респираторный тракт, внутриклеточная антиоксидантная защита.
Введение
В системе антиоксидатной защиты условно различают первую и вторую линии «обороны». Первая линия «обороны» представлена супероксиддисму-тазами, каталазой, тиоредоксиновой, глутаредок-синовой и пероксиредоксиновой системами. Инак-тиватором первичного биорадикала — супероксида аниона являются супероксиддисмутазы, которые передают эстафету каталазе. Однако функционирование ферментов первой линии «обороны» не гарантирует полной защиты от некоторых высокореактивных вторичных и третичных радикальных соединений — их инактивируют компоненты второй линии антиоксидантной «обороны» — фазы детоксикации. Вторая линия представлена такими ферментами детоксикации, как глутатионперокси-дазы, глутатионтрансферазы, альдокеторедуктазы, альдегиддегидрогеназы. Метаболиты, образуемые в результате функционирования этих ферментов детоксикации, элиминируются из клетки в межклеточную жидкость, как правило, в виде глутатионо-вых S-конъюгатов. Глутатион и глутатион-зависи-мые ферменты, которые участвуют в обеих линиях «обороны» от агрессивного действия активированных кислородсодержащих метаболитов (АКМ) и активированных азотсодержащих метаболитов, играют центральную роль в функционировании антиоксидантной системы [30].
Индукция синтеза ферментов антиокислительной системы
Основными индукторами экспрессии антиок-сидантных ферментов являются АКМ. Экспрессия генов антиоксидантных ферментов регулируется на уровне транскрипции через си-акгивную последовательность, которая известна как элемент антиоксидантого ответа (ARE). Ключевую роль в активации антиоксидантных генов, взаимодействуя с ARE, играет фактор транскрипции NRF2 (NFE2L2 — nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2). Протеин NRF2 принадлежит к семейству Cap-N-Collar-регуляторных белков, которое также включает NRF1, NRF3 и p45NFE2 (рис. 1). Фактор транскрипции NRF2 контролирует трансактивность ряда генов, кодирующих как антиоксидантные протеины, так и ферменты детоксикации, которые определяют выживаемость клетки [33].
При физиологическом состоянии клетки цито-плазматически расположенный фактор транскрип-
Адрес для переписки с авторами: Абатуров Александр Евгеньевич E-mail: [email protected]
© Абатуров А.Е., Волосовец А.П., Борисова Т.П., 2016 © «Здоровье ребенка», 2016 © Заславский А.Ю., 2016
ции NRF2 находится в тесной связи с протеином KEAP1 (kelch-like ECH-associated protein 1). Молекулярное строение протеина KEAP1 позволяет ему одновременно взаимодействовать с NRF2 и протеином куллин-3 (CUL3). Молекула KEAP1 состоит из следующих доменов: NTR (N-терминального региона), BTB (bric-a-brac, tramtrack, and broad complex), IVR (промежуточная область), DC-до-мена, содержащего шесть Kelch-повторов и CTR (С-терминального региона). NTR- и BTB-домены протеина KEAP1 участвуют в гомодимеризации и во взаимодействии с CUL3, DC-домен связывается с Neh2 регионом протеина NRF2 (рис. 2) [15, 35, 41].
Протеин KEAP1 в цитоплазме крепится к акти-новым нитям цитоскелета клетки. Он, физически взаимодействуя с NRF2, вступает в связь с CUL3 и, как адаптерная молекула, сближает протеин NRF2 с убиквитин-E3-лигазой, обусловливая его убикви-тинирование и последующую протеасомную деградацию. В цитоплазме с низкой концентрацией АКМ фактор транскрипции NRF2 быстро деградирует, демонстрируя короткий период полураспада от 13 до 21 минуты. Цистеин-богатый протеин KEAP1 является не только ингибитором NRF2, но и сенсором АКМ. При развитии оксидантного стресса у протеина KEAP1 резко снижается функциональная активность. Несколько цистеиновых остатков, содержащихся в аминокислотной последовательности молекулы KEAP1, представляют собой молекулярный сенсор внутриклеточного окислительно-восстановительного состояния. Повышение внутриклеточного уровня АКМ приводит к окислению данных цистеиновых остатков молекулы KEAP1, в результате которого протеин KEAP1 теряет способность содействовать передаче молекулы NRF2 протеасоме, обусловливая увеличение продолжительности периода полураспада NRF2 до 100 ~ 200 минут. Фактор транскрипции NRF2 перемещается
в ядро клетки, гетеродимеризуется и связывается с промоторами генов, содержащими элемент анти-оксидантного ответа (antioxidant response element — ARE: 5'-NTGAG/CNNNGC-3') (рис. 3). От воздействия АКМ до ядерного импорта NRF2 проходит не более 15 минут. При взаимодействии с ARE фактор транскрипции NRF2 может связываться с различными транскрипционными факторами, в том числе с AP-1, активирующими транскрипционными факторами (ATF-1, ATF-2, ATF-3 и ATF-4), sMaf, PMF-1; рецепторами эстрогенов а и р (ERa и ERp); рецептором у, активирующим пролиферацию пероксисом (PPARy). Посттрансляционное ацетилирование NRF2 и его транскрипционного коактиватора p300/CBP способствует связыванию NRF2 с промоторами конкретных генов. Также по-
Рисунок 2. Взаимодействие протеинов NRF2, KEAP1 и CUL3 [41]
Рисунок 1. Доменное строение молекул семейства Cap-N-Collar-регуляторных белков [28] Примечания: 1 — гидрофобный домен; 2 — домен активации транскрипции; 3 — CNC (Cap 'n 'Collar) домен; 4 — базовый домен, 5 — домен цинкового пальца.
следовательность ядерного экспорта (NES) молекулы NRF2 в 138-й позиции содержит цистеиновый остаток, который высокочувствителен к действию АКМ. Его окисление ингибирует ядерный экспорт NRF2, способствуя накоплению данного фактора транскрипции в ядре клетки [13, 26, 27, 29, 33, 36, 40, 42].
Фактор транскрипции NRF2 активирует экспрессию генов некоторых антиоксидантных ферментов и транскрипционных факторов, НАДФ, шаперонов, факторов роста, рецепторов. Под его положительным влиянием находится транскрипция генов, кодирующих протеины, участвующие в детоксикации ксенобиотиков, транспорте лекарственных веществ, репарации клетки (табл. 1). В то же время фактор транскрипции NRF2 ингибирует экспрессию циклооксигеназы-2, iNOS, продукцию провоспалительных цитокинов IL-1p, IL-6, TNF-a [7, 14, 21, 32, 39].
В регуляции продукции антиоксидантных ферментов принимает участие и NRF1, который регулирует активность протеасомной деградации протеинов и транскрипцию генов глобина. Так, фактор транскрипции NRF1 индуцирует транскрипцию GCLC, GCLM, GS и металлотионеины-1, -2, защищающие клетку от повреждения тяжелыми металлами [5].
Активация продукции SOD связана не только с активностью фактора транскрипции NRF2, она также зависит от возбуждения внутриклеточных сигнальных путей, ассоциированных с факторами транскрипции АР-1 и NF-kB (табл. 2).
Инактивация первичных радикалов
Инактивация супероксида анион-радикала обусловлена функционированием супероксиддисму-таз, в результате каталитической активности которых супероксид анион-радикал дисмутирует до перекиси водорода, а последняя под влиянием ката-лазы восстанавливается до воды.
Супероксиддисмутазы
Как отмечает Ник Лейн [18], открытие Joe M. Mccords и Irwin Fridovich в 1939 году супероксиддисмутазы, «...по мнению многих, является самым важным открытием современной биологии, которое достойно награждения Нобелевской премией».
Краткая характеристика супероксиддисмутаз
Супероксиддисмутаза (SOD) человека относится к семейству металлоферментов, катализирующих реакцию дисмутации супероксидных радикалов. Различают три основные изоформы супероксиддисмутазы: Cu/ZnSOD, SOD1, которая содержит ионы цинка и меди и локализуется в цитоплазме клетки; MnSOD, SOD2, которая содержит ионы железа и марганца и локализуется в митохондриях; ECSOD, SOD3, которая содержит ионы цинка и меди и обычно локализуется на внешней поверхности мембраны клетки и в экстрацеллюлярном пространстве (табл. 3). Изоформы SOD различаются по чувствительности к Н2О2 и цианату. MnSOD устойчива к действию перекиси водорода, а Cu/ZnSOD необратимо ингибируется Н2О2. И в этом случае Cu/ZnSOD проявляет пероксидазную и гидроксил-и супероксидгенерирующую активность [6, 17].
Вклад Cu/ZnSOD составляет до 80—90 % от всего результата внутриклеточной супероксиддисмутаз-ной активности. Данный энзим преимущественно располагается в цитоплазме клетки, но также присутствует в лизосомах, пероксисомах, ядре и межмембранном пространстве митохондрии. Супер-оксиддисмутаза MnSOD выполняет 10 % работы внутриклеточных SOD и экспрессируется в основном в матриксе митохондрий [8].
Первичная форма мономера Cu/ZnSOD представляет последовательность из 153 аминокислотных остатков. Протеин является гомодимером, который состоит из двух субъединиц (16 кДа), каждая из которых содержит по 8 антипараллельных цепей, образующих гладкий цилиндр и петли. В активном центре располагается ион меди, взаимодействующий с атомами азота имидазольных колец четырех остатков гистидина, и ион цинка, взаимодействующий с атомами азота имидазольных колец и карбоксильной группой аспарагина [11, 37].
Первичная форма мономера MnSOD представляет последовательность из 196 аминокислотных остатков. Протеин MnSOD является гомотетраме-ром [35]. Пространственная структура тетрамера устроена таким образом, что в каждой из четырех субъединиц N-терминальные спиральные шпильки
Рисунок 3. Активация фактора транскрипции NRF2 [35]
Таблица 1. Гены, активируемые фактором транскрипции NRF2 [12, 19] Антиоксидантные протеины
Гемоксигеназа-1 (HO-1) Глутатионпероксидаза 2 (GPX2) Глутатионредуктаза (GR)
Каталитическая субъединица глутаматцистеинлигазы (GCLC)
Модифицирующая субъединица глутаматцистеинлигазы (GCLM)
Микросомальные эпоксидные гидролазы (mEPHX)
Пероксиредоксин-1 (PRDX1)
Сульфиредоксин-1 (SRXN1)
Супероксиддисмутаза-1 (SOD1)
Тиоредоксинредуктаза-1 (TRXR1)
Тиоредоксины
Факторы транскрипции
Активирующий транскрипционный фактор 4 (ATF4)
Протеины, участвующие в транспорте ксенобиотиков и метаболитов
Протеин, ассоциированный с мультилекарственной резистентностью (MRP1) Скавенджерный рецептор класса В тип 1 (SCARB1/SR-B1)
Солютабный носитель семейства 7 (анионный аминокислотный транспортер легкой цепи, хс-системы), 11 (SLC7A11)
Протеины, участвующие в детоксикации ксенобиотиков
Глутатионтрансфераза (GST) Альдегидроксидаза семейства 3, A1 (ALDH3A1) Альдокеторедуктаза семейства 1, C1 (AKR1C1) Альдокеторедуктаза семейства 1, C2 (AKR1C2)
Альдокеторедуктаза семейства 7, А2/афлотоксинальдегидредуктаза (AKR7A2) Карбонилредуктаза-1 (CBR1) НАДН-дегидрогеназа, хинон-1 (NQO1)
УДФ глюкуронозилтрансфераза семейства 1, полипептид A6 (UGT1A6) Флавинсодержащая монооксигеназа (FMO) Эпоксидгидролаза (EPHX)
Факторы, участвующие в репарации и удалении поврежденных протеинов
FK506-связывающий протеин 5 (FKBP5) N1-ацетилтрансфераза-1 спермидина/спермина (SAT1)
Гомоцистеининдуцибельный, индуцибельный стрессом эндоплазматического ретикулума, убиквитинподобный представитель домена 1(HERPUD1)
Казеинолитическая пептидаза (CLPP)
Пептидилпролилизомераза (PPIB)
Секвестосома-1 (SQSTM1)
Трансальдолаза-1 (TALDO1)
Транскетолаза (TKT)
Фактор роста соединительной ткани (CCN2) Протеины, участвующие в убиквитинилировании белков Валозинсодержащий протеин (VCP) Протеасомная субъединица a тип 3 (PSMA3) Убиквитин B (UBB)
Убиквитин-специфическая пептидаза 14 (USP14) Убиквитин-конъюгирующий фермент E2K (E2KHIP2) Фолатгидролаза 1B (PSM)
и С-терминальные a/ß домены содействуют приближению лигандов к атому марганца каталитического сайта [31, 38].
Индукция синтеза супероксиддисмутаз, каталитический цикл и физиологические функции
Несмотря на то что промотор гена Cu/ZnSOD содержит регуляторные элементы транскрипционных факторов ядерного фактора 1 (NF-1), специфичного протеина-1 (SP-1), NF-kB, AP-1 и AP-2, а также глюкокортикоид-, шаперон- и ме-талл-регуляторные элементы, в респираторном тракте экспрессия мРНК Cu/ZnSOD не индуцируется цитокинами или АКМ. По всей вероятности, в органах дыхания основной функционирующей формой SOD является не Cu/ZnSOD, а митохон-дриальная MnSOD [16, 20].
Промотор ген MnSOD содержит регуляторные элементы транскрипционных факторов NF-kB, AP-1 и AP-2, Sp-1, в связи с чем индукторами экспрессии мРНК MnSOD в эпителиоцитах, альвеолярных макрофагах, фибробластах респираторного тракта являются: окислители, LPS, асбестовые волокна, TNF, IFN-y, IL-1ß, IL-6, VEGF. Начальная
экспрессия мРНК MnSOD отмечается уже через 2 часа и достигает максимума через 24—48 часов. В среднем индуцибельное увеличение концентрации MnSOD в респираторном тракте составляет 520 %. Острая гипоксия приводит к значительному (32 %) снижению активности MnSOD в тканях органов дыхания [16].
Основной поток электронов в электрон-транспортной цепи, восстанавливающий кислород до воды, в физиологических условиях клетки используется для генерации энергии, которая аккумулируется в АТФ, и только небольшая их часть используется для генерации O2-, который дисмутируется SOD. В цепи переноса электронов происходит передача электронов в направлении роста окислительно-восстановительного потенциала переносчиков. Следовательно, у последнего акцептора электронов — О2 — этот потенциал наибольший. В то же время молекула кислорода (в отличие от системы цитохромов) не фиксирована и может случайным образом контактировать с любым членом цепочки и окислять его. Но обеспечить четырехэлектронное восстановление кислорода до воды может только последний цитохром аа3, в то время как все предыдущие переносчики приводят к восстановлению кислорода до свободнорадикальных форм.
Таблица 2. Индукторы и регуляторы транскрипции генов SOD
Ферменты Индукторы Регуляторы
SOD
Cu/ZnSOD/SOD1 (КФ 1.15.1.1) Гипероксия Факторы транскрипции АР-1, NF-kB, NRF2, HNF1, специфический протеин 1 (specificity protein 1 — SP1), транскрипционный фактор протеинов теплового шока (heat shock transcription factor — HSF); глюкокортикоидный рецептор, металлы
MnSOD/SOD2 (КФ 1.15.1.1.) Активированные кислород- и азотсодержащие метаболиты, сигаретный дым, асбестовые волокна, озон, TNF-a, IFN-y, IL-1, IL-6, LPS, некоторые лекарственные вещества АР-1, NF-kB, SP1
ECSOD/SOD3 TNF-a, IFN-y, ксенобиотики Факторы транскрипции NF-kB, АР-1, ETS (erythroblastosis virus E26 oncogene homolog), ксенобиотики
Изофор-мы SOD Структура Мм (kDa) Хромосомная локализация гена Локализация Ион металла Протеин, доставляющий ион Экспрессиру-ющие клетки ткани респираторного тракта
Cu/ZnSOD Гомодимер 32 21q22 Цитоплазма, ядро, митохон-дриальная мембрана Си2+ (каталитически активный) Zn2+ (поддерживает стабильность фермента) CCS(шаперон меди) GSH (вторичный шаперон) Металлотионеин, ZnT (транспортер цинк) Бронхиальные эпителиоциты, альвеоло-циты II типа, альвеолярные макрофаги
MnSOD Гомотетра-мер 86-88 6q25 Митохон-дриальный матрикс Мп2+ (каталитически активный) Smf2p MTM1
Примечание: Мм — молекулярная масса.
Таблица 3. Краткая характеристика изоформ внутриклеточных форм SOD [23]
Как уже упоминалось выше, супероксид анион-радикал может быть сгенерирован и другими оксиредуктазами (например, протеинами Nox-семейства, ксантиноксидазами).
Процесс инактивации супероксидного анион-радикала протекает в два этапа. Первоначально основным антиоксидантным активным компонентом выступает SOD, которая дисмутирует O2- до H2O2. Дисмутация, как и большинство химических реакций в живых системах, характеризуется двух-электронным переносом, так как одноэлектронные переносы заряда могут привести к генерации ци-тотоксических свободных радикалов. Для нейтрализации супероксид анион-радикала необходим одномоментный перенос двух электронов, что и обеспечивает SOD [1]. В одноэлектронном переносе заряда принимают участие ионы металлов (Men): меди, марганца, железа, которые являются важнейшими составляющими активных центров многих ферментов, в том числе и SOD. На первом этапе O2- вступает в реакцию с металл-содержащим активным каталитическим центром SOD в качестве восстановителя. В связи с этим происходит редукция иона металла с выделением молекулы кисло -рода, а затем в качестве окислителя, обусловливая окисление иона металла с образованием H2O2 [6]. Этапы дисмутации O2- представлены следующими формулами [37]:
1) SOD-Men + O2- ^ SOD-Men1 + O2;
2) SOD-Men1 + O2- + 2H+ ^ SOD-Men + H2O2.
Однако MnSOD преимущественно функционирует как инактиватор супероксид анион-радикала. Показано, что каталитическая активность MnSOD сопряжена с накоплением перекиси водорода [2]. Основной внутриклеточной функцией MnSOD является защита митохондрий от повреждающего действия O2- [4, 24].
Особенности процесса дисмутации указывают, что MnSOD находится в точке бифуркации окислительно-восстановительных путей, обусловленных как одноэлектронным, так и двухэлектронным переносом заряда. С учетом того, что O2- преимущественно связывается с Fe-содержащими каталитическими центрами ферментов и белков, а H2O2 — с тиольными группами протеинов, по всей вероятности, данные формы АКМ являются элементами различных механизмов регуляции внутриклеточного метаболизма. Так, O2- регулирует внутриклеточный уровень содержания HIF-1a, который влияет на трансактивность множества генов, определяющих метаболизм, пролиферацию клеток, активность ангиогенеза. В то время как накопление H2O2 обусловливает увеличение внутриклеточного содержания окисленной формы глутатиона, обладающей цитотоксической активностью. В связи с этим биологической ролью MnSOD является не столько нейтрализация O2-, сколько контроль за балансом O2- и H2O2 во внутриклеточном пространстве клетки и в конечном счете — регуляция основных сигнальных путей жизнедеятельности [2, 6].
В частности, установлено, что мыши с нокаутом гена MnSOD погибают в эмбриональном периоде и гиперэкспрессия генов других форм SOD не предупреждает летальный исход [9]. У мышей с нокаутом гена MnSOD наблюдается ингибиция экспрессии генов P21, Myc, 14-3-3 zeta, циклина A, циклина Bt и GADD153, продукты которых участвуют в сигнальных каскадах, ответственных за выживаемость и защиту клетки от радиационно-индуцированного апоптоза [22]. MnSOD может блокировать высвобождение из митохондрий цитохрома С и белков Bcl-2 семейства в цитоплазму клетки, тем самым предотвращая развитие апоптоза [25].
Фермент MnSOD обладает выраженным противовоспалительным эффектом, который, вероятно, обусловлен снижением уровня образования пероксинитрита [24]. АКМ митохон-дриального происхождения участвуют в активации NLRP3-инфламмасомы, которая является макромолекулярным образованием, преобразующим пре-IL-ip в зрелую форму. Поэтому весьма вероятно, что инактивация O2- митохондриального происхождения при помощи MnSOD снижает активность инфламмасомы [3]. Также Kiichi Nakahira и соавт. [3] показали, что активация инфламмасо-мы связана с аутофагией. Удаление поврежденных митохондрий при помощи аутофагии препятствует активации инфламмасом. Подавление аутофагии при помощи химических ингибиторов приводит к увеличению митохондриального образования АКМ и соответствующему увеличению активации каспазы-1 и секреции IL-1p. Нокаут гена MnSOD в Т-клетках сопровождается развитием иммунодефицита и высокой восприимчивостью экспериментальных мышей к вирусу гриппа H1N1 [10].
Список литературы
1. Чупахин О.Н. Одноэлектронный перенос в органической химии// Соросовский образовательный журнал. — 2001. — Т. 7, № 10. — С. 33-37.
2. A new paradigm: manganese superoxide dismutase influences the production of H2O2 in cells and thereby their biological state / G.R.. Buettner, C.F. Ng, M. Wang et al. // Free Radic. Biol. Med. — 2006. — Vol. 41, № 8. — P. 1338-1350. PMID: 17015180.
3. Autophagy proteins regulate innate immune responses by inhibiting the release of mitochondrial DNA mediated by the NALP3 inflammasome / K. Nakahira, J.A. Haspel, V.A. Rathinam et al. // Nat. Immunol. — 2011. — Vol. 12, № 3. — P. 222-230. doi: 10.1038/ ni.1980.
4. Bayir H. Bench-to-bedside review: Mitochondrial injury, oxidative stress and apoptosis — there is nothing more practical than a good theory/H. Bayir, V.E. Kagan// Crit. Care. — 2008. — Vol. 12, № 1. — P. 206. doi: 10.1186/cc6779.
5. Biswas M. Role of Nrf1 in antioxidant response element-mediated gene expression and beyond / M. Biswas, J.Y. Chan // Toxicol. Appl. Pharmacol. — 2010. — Vol. 244, № 1. — P. 16-20. doi: 10.1016/j.taap.2009.07.034.
6. Buettner G.R. Superoxide dismutase in redox biology: the roles of superoxide and hydrogen peroxide // Anticancer Agents Med. Chem. — 2011. — Vol. 11, № 4. — P. 341-346. PMID: 21453242.
7. Cho H.Y. Nrf2 protects against airway disorders / H.Y. Cho, S.R. Kleeberger // Toxicol. Appl. Pharmacol. — 2010. — Vol. 244, № 1. — P. 43-56. doi: 10.1016/j.taap.2009.07.024.
8. Comhair S.A. Redox control of asthma: molecular mechanisms and therapeutic opportunities / S.A. Comhair, S.C. Erzurum // An-
tioxid. Redox Signal. - 2010. - Vol. 12, № 1. - P. 93-124. doi: 10.1089/ARS.2008.2425.
9. Copin J.C. Overexpression of copper/zinc superoxide dismutase does not prevent neonatal lethality in mutant mice that lack manganese superoxide dismutase / J.C. Copin, Y. Gasche, P.H. Chan // Free Rad. Biol. Med. - 2000. - Vol. 28, № 10. - P. 1571-1576. PMID: 10927183.
10. Elevated mitochondrial superoxide disrupts normal T-cell development, impairing adaptive immune responses to an influenza challenge/A.J. Case, J.L. McGill, L.T. Tygrett et al. //Free Radic. Biol. Med. - 2011. - Vol. 50, № 3. - P. 448-458. doi: 10.1016/ j.freeradbiomed.2010.11.025.
11. Folding of human superoxide dismutase: disulfide reduction prevents dimerization and produces marginally stable monomers / M.J. Lindberg, J. Normark, A. Holmgren, M. Oliveberg// Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 2004. - Vol. 101, № 45. - P. 15893-15898. doi: 10.1073/pnas.0403979101.
12. Gene expression profiling of NRF2-mediated protection against oxidative injury / H.Y. Cho, S.P. Reddy, A. Debiase et al. // Free Radic. Biol. Med. - 2005. - Vol. 38, № 3. - P. 325-343. PMID: 15629862.
13. Kaspar J.W. Nrf2: INrf2 (Keap1) signaling in oxidative stress/ J.W. Kaspar, S.K. Niture, A.K. Jaiswal//Free Radic. Biol. Med. - 2009. - Vol. 47, № 9. - P. 1304-1309. doi: 10.1016/j.fre-eradbiomed.2009.07.035.
14. Kensler T.W. Cell survival responses to environmental stresses via the Keap1-Nrf2-ARE pathway / T.W. Kensler, N. Wakabayashi, S. Biswal// Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. - 2007. - Vol. 47. -P. 89-116. doi: 10.1146/annurev.pharmtox.46.120604.141046.
15. Kensler T. W. Nrf2: friend or foe for chemoprevention ? / T.W. Kensler, N. Wakabayashi // Carcinogenesis. - 2010. -Vol. 31, № 1. - P. 90-99. doi: 10.1093/carcin/bgp231.
16. Kinnula V.L. Superoxide dismutases in the lung and human lung diseases/ V.L. Kinnula, J.D. Crapo// Am. J. Respir. Crit. Care Med. - 2003. - Vol. 167, № 12. - P. 1600-1619. doi: 10.1164/ rccm.200212-1479S0.
17. Landis G.N., Tower J. Superoxide dismutase evolution and life span regulation / G.N. Landis, J. Tower // Mech. Ageing. Dev. - 2005. - Vol. 126, № 3. - P. 365-379. doi: 10.1016/ j.mad.2004.08.012.
18. Lane N. Oxygen: The Molecule that Made the World. - Oxford University Press; USA, 2003. - 384p.
19. Leonardo C.C. Dietary flavonoids are neuroprotective through Nrf2-coordinated induction of endogenous cytoprotective proteins / C.C. Leonardo, S. Doré // Nutr. Neurosci. - 2011. - Vol. 14, № 5. - P. 226-236. doi: 10.1179/1476830511Y.0000000013.
20. Li C., Zhou H.M. The role of manganese superoxide dismutase in inflammation defense/ C. Li, H.M. Zhou//Enzyme Res. -2011. - Vol. 2011. - P. 387176. doi: 10.4061/2011/387176.
21. Maher J. The rise of antioxidant signaling - the evolution and hormetic actions of Nrf2 / J. Maher, M. Yamamoto // Toxicol. Appl. Pharmacol. - 2010. - Vol. 244, № 1. - P. 4-15. doi: 10.1016/ j.taap.2010.01.011.
22. Manganese superoxide dismutase-mediated gene expression in radiation-induced adaptive responses/ G. Guo, Y. Yan-Sanders, B.D. Lyn-Cook et al. //Mol. Cell. Biol. - 2003. - Vol. 23, № 7. -P. 2362-2378. PMID: 12640121.
23. Miao L. Regulation of superoxide dismutase genes: implications in disease / L. Miao, D.K. St Clair // Free Radic., Biol., Med. - 2009. - Vol. 47, № 4. - P. 344-356. doi: 10.1016/j.freerad-biomed.2009.05.018.
24. Miriyala S. Mitochondrial superoxide dismutase - signals of distinction / S. Miriyala, A.K. Holley, D.K. St Clair // Anticancer. Agents Med. Chem. - 2011. - Vol. 11, № 2. - P. 181-190. PMID: 21355846.
25. Mitochondria protection of baicalein against oxidative damage via induction of manganese superoxide dismutase / I.K. Lee, K.A. Kang, R. Zhang et al.//Environ. Toxicol. Pharmacol. - 2011. -Vol. 31, № 1. - P. 233-241. doit 10.1016/j.etap.2010.11.002.
26. Miyata T. Hypoxia. Intracellular sensors for oxygen and oxidative stress: novel therapeutic targets / T. Miyata, S. Takiza-
wa, C. van Ypersele de Strihou // Am. J. Physiol. Cell. Physiol. — 2011. — Vol. 300, № 2. — P. C226-C231. doi: 10.1152/ajp-cell.00430.2010.
27. Nguyen T. The Nrf2-antioxidant response element signaling pathway and its activation by oxidative stress / T. Nguyen, P. Nioi, C.B. Pickett // J. Biol. Chem. — 2009. — Vol. 284, № 20. — P. 13291-13295. doi: 10.1074/jbc.R900010200.
28. Nrf2 signaling and cell survival / S.K. Niture, J. W. Kaspar, J. Shen, A.K. Jaiswal // Toxicol. Appl. Pharmacol. — 2010. — Vol. 244, № 1. — P. 37-42. doi: 10.1016/j.taap.2009.06.009.
29. Oxidative stress, inflammation, and cancer: how are they linked?/S. Reuter, S.C. Gupta, M.M. Chaturvedi, B.B. Aggarwal// Free Radic. Biol. Med. — 2010. — Vol. 49, № 11. — P. 1603-1616. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2010.09.006.
30. Polifenoli e difese antiossidanti endogene: effettisulglutatione e sugli enzimi ad esso correlati/C. Giovannini, C. Filesi, M. D'Archivio et al. //Ann. 1st. Super Sanita. — 2006. — Vol. 42, № 3. — P. 336347. PMID: 17124358.
31. Purification, crystallization and X-ray structures of the two manganese superoxide dismutases from Caenorhabditis elegans / C.H. Trinh, T. Hunter, E.E. Stewart et al. // Acta Crystallogr. Sect.
F. Struct. Biol. Cryst. Commun. — 2008. — Vol. 64, Pt. 12. — P. 11101114. doi: 10.1107/S1744309108037056.
32. Surh Y.J. Nrf2 as a master redox switch in turning on the cellular signaling involved in the induction of cytoprotective genes by some chemopreventive phytochemicals / Y.J. Surh, J.K. Kundu, H.K. Na // Planta Med. — 2008. — Vol. 74, № 13. — P. 1526-1539. doi: 10.1055/s-0028-1088302.
33. Sykiotis G.P. Stress-activated cap'n'collar transcription factors in aging and human disease / G.P. Sykiotis, D. Bohmann // Sci. Signal. — 2010. — Vol. 3, № 112. — P. re3. doi: 10.1126/ scisignal.3112re3.
34. Taguchi K. Molecular mechanisms of the Keap1—Nrf2 pathway in stress response and cancer evolution / K. Taguchi, H. Moto-hashi, M. Yamamoto // Genes Cells. — 2011. — Vol. 16, № 2. — P. 123-140. doi: 10.1111/j.1365-2443.2010.01473.x.
35. The primary structure of human liver manganese superoxide dismutase / D. Barra, M.E. Schinina, M. Simmaco et al. // J. Biol. Chem. — 1984. — Vol. 259, № 20. — P. 12595-12601. PMID: 6386798.
36. The role of the antioxidant and longevity-promoting Nrf2 pathway in metabolic regulation / G.P. Sykiotis, I.G. Habeos, A.V. Samuelson, D. Bohmann // Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care. — 2011. — Vol. 14, № 1. — P. 41-48. doi: 10.1097/ MCO.0b013e32834136f2.
37. The structural biochemistry of the superoxide dismutases / J.J. Perry, D.S. Shin, E.D. Getzoff, J.A. Tainer// Biochim. Biophys. Acta. — 2010. — Vol. 1804, № 2. — P. 245-262. doi: 10.1016/j.bba-pap.2009.11.004.
38. The structure of human mitochondrial manganese superoxide dismutase reveals a novel tetrameric interface of two 4-helix bundles /
G.E. Borgstahl, H.E. Parge, M.J. Hickey et al. // Cell. — 1992. — Vol. 71, № 1. — P. 107-118. PMID: 1394426.
39. Transcriptional regulation of the AP-1 and Nrf2 target gene sulfiredoxin / F.X. Soriano, P. Baxter, L.M. Murray et al. // Mol. Cells. — 2009. — Vol. 27, № 3. — P. 279-282. doi: 10.1007/s10059-009-0050-y.
40. Uruno A. The Keap1-Nrf2 system as an in vivo sensor for electrophiles /A. Uruno, H. Motohashi // Nitric Oxide. — 2011. — Vol. 25, № 2. — P. 153-160. doi: 10.1016/j.niox.2011.02.007.
41. Villeneuve N.F. Regulation of the Nrf2-Keap1 antioxidant response by the ubiquitin proteasome system: an insight into cullin-ring ubiquitin ligases / N.F. Villeneuve, A. Lau, D.D. Zhang// Antioxid. Redox Signal. — 2010. — Vol. 13, № 11. — P. 1699-1712. doi: 10.1089/ars.2010.3211.
42. Wu K.C. Nrf2 Protects Against Diquat-Induced Liver and Lung Injury / K.C. Wu, Y. Zhang, C.D. Klaassen // Free Radic. Res. — 2012. — 46 (10). — P. 1220-1229. doi: 10.3109/10715762.2012.700709.
Получено 15.07.16 ■
Абатуров О.С.1, Волосовець О.П.2, Борисова Т.П.1
1ДЗ «Дн!пропетровсы<а медична академ1я М1н1стерства охорониздоров'я Украни», м. Днпро, Украина 2Нацюнальний медичний ун!верситет 1м. О.О. Богомольця, м. Ки!в, Украина
АНТИОКСИДАНТНА СИСТЕМА РЕСШРАТОРНОГО ТРАКТУ Внутр1шньоклггинний антиоксидантний захист у рестраторному тракт (частина 1)
Резюме. В оглядi лиератури наведеш сучаснi данi щодо внутрiшньоклiтинного антиоксидантного за-хисту в рестраторному траки. Представлена iндукцiя синтезу ферменпв антиоксидантно'1 системи. Доклад-но розглянута характеристика внутртньоклиинних
форм супероксиддисмутаз. Показана iндукцiя синтезу, каталiтичний цикл i фiзiологiчнi функцii супероксид-дисмутаз.
Ключовi слова: антиоксидантна система, респiраторний тракт, внутршньоклгтинний антиоксидантний захист.
AbaturovA.Ye.1, VolosovetsA.P.2, Borysova T.P.1
1SI «Dnipropetrovsk Medical Academy of Ministry of Health of Ukraine», Dnipro, Ukraine
2Bogomolets National Medical University, Kyiv, Ukraine
THE ANTIOXIDANT SYSTEM IN THE RESPIRATORY TRACT The Intracellular Antioxidant Protection in the Respiratory Tract (Part 1)
Summary. The literature review presents modern data on thesis, catalytic loop and physiological function of superoxide the intracellular antioxidant protection in the respiratory tract. dismutases are presented.
The induction of the enzyme synthesis of antioxidant system is Key words: antioxidant system, respiratory tract, intracellular described. The article details the characteristics of the intracel- antioxidant protection. lular forms of superoxide dismutases. The induction of the syn-
