1
7605

Защита белков от карбонилирования-шаг в борьбе со старением

Карбонилирование белков представляет собой необратимое окислительное повреждение, часто приводящее к потере их функции. Аккумуляция КБ наблюдается при старении организма, а также играет роль в этиологии и/или прогрессировании некоторых заболеваний человека: сердечно-сосудистых, нейродегенеративных, диабета и др. Данный компас представляет учёных, чьи исследования в той или иной степени посвящены поиску способов восстановления таких белков или предотвращения процесса карбонилирования.

на сайте с 4 октября 2009

Алан Хипкисс установил, что дипептид карнозин взаимодействует с карбонилированными белками

Алан Хипкисс (Dr. Alan R. Hipkiss)

Место работы:
Школа клинической и экспериментальной медицины при Университете Бирмингема, Соединенное Королевство
(School of Clinical and Experimental Medicine, College of Medical and Dental Sciences, The University of Birmingham, Edgbaston, Birmingham, United Kingdom).

Цель исследований: изучить механизм взаимодействия дипептида карнозина с карбонилированными белками, его анти-возрастное действие на организм.

Интерес Алана Хипкисса к исследованию карнозина был спровоцирован экспериментами Р. Холлидея и Дж.А. МакФарленда, работавших в Сиднее (CSIRO Division of Biomolecular Engineering, Sydney Laboratory, NSW, Australia). Исследователи установили, что рост культуры фибробластов человека при добавлении карнозина в высоких концентрациях (20-50 mM) замедляет наступление клеточного старения, а добавление карнозина в среду к стареющим клеткам приводит к омолаживающему эффекту. Помимо этих работ были и другие, демонстрирующие влияние карнозина на продолжительность жизни клеток в культуре.

Карнозин – это дипептид бета-аланил-гистидин (beta-alanyl-L-histidine), открытый в 1900г. и
названный русским ученым В.С. Гулевичем. Это был фактически первый из длинного ряда известных ныне нейропептидов – регуляторов поведенческих реакций, способствующих обучению и повышающих адаптацию (устойчивость) клеток и тканей к неблагоприятным условиям среды.   В настоящее время установлено, что дипептид карнозин проявляет антивозрастное действие как на клеточном, так и на организменном уровнях. Это связано с его способностью удалять активные формы кислорода и азота, хелатировать ионы цинка и меди, проявлять антигликирующее действие и действие против возникновения перекрестных сшивок. Значительный вклад в исследование биологической роли карнозина, его антивозрастного действия сделан британским исследователем А. Хипкиссом.

Результаты исследований: Аланом Хипкиссом и его коллегами было установлено, что карнозин способен защищать белки от неэнзиматического гликозилирования (гликирования) и его последствия – поперечных сшивок белков. Было показано, что карнозин способен реагировать с низкомолекулярными альдегидами и кетонами, такими как  малоновый диальдегид, метилглиоксаль (пировиноградный альдегид), 4-гидрокси-2-ноненаль, ацетальдегид и т.д. Поэтому учёные предположили, а затем привели доказательства того, что карнозин может взаимодействовать со схожими группами, находящимися в полипептидной цепи (т.е. карбонильными группами белков).

Исследователи обрабатывали овальбумин метилглиоксалем (пировиноградным альдегидом) для индукции формирования  карбонильных групп в молекулах белка. Затем определяли эффект инкубации модифицированного протеина с карнозином на реакционную способность  карбонильных групп. Результаты экспериментом позволили сделать вывод о том, что, что амино-группа карнозина взаимодействует с карбонильной группой белка с образованием протеин-карбонил-карнозинового аддукта. Исследователи предложили термин «карнозинилирование» («carnosinylation») для обозначения прикрепления карнозина к карбонильной группе белка. Карнозин не только реагирует с карбонильными группами протеина, но также регулирует их химическую активность – ингибирует формирование поперечных сшивок между молекулами белка: обработанным метилглиоксалем и нормальным немодифицированным полипептидом (альфа-кристаллином).

Судьба  карнозинилированных белков может быть различной. Одна из возможностей заключается в том, что аддукты карнозина образуют липофусцин (старческий пигмент, пигмент старения). Другая возможная судьба карнозинилированного белка – это протеолиз. Более того, карнозилированные белки могут восстанавливаться при взаимодействии со второй молекулой карнозина. Эти реакции могут представлять собой новый путь регуляции длительности существования клеточных белков. Таким образом, карнозин является плюрипотентным защитным пептидом, он может подавлять модификации белков и ДНК альдегидами и кетонами, а также может изменять активность альдегид-модифицированных белков карнозинилированием.

В настоящее время научные интересы А. Хипкисса также связаны с исследованием возможного терапевтического действия карнозина в отношении нейродегенеративных заболеваний, диабета и рака.


Публикации по теме:

Карнозин, диабет и болезнь Альцгеймера.
Carnosine, diabetes and Alzheimer's disease.
Hipkiss A.R. Expert Rev Neurother. 2009 May;9(5):583-5.

О тайне анти-возрастного действия карнозина.
On the enigma of carnosine's anti-ageing actions.
Hipkiss A.R. Exp Gerontol. 2009 Apr;44(4):237-42.

Карнозин взаимодействует с карбонильными группами белков: еще одна возможная роль анти-возрастного пептида?
Carnosine reacts with protein carbonyl groups: another possible role for the anti-ageing peptide?
Hipkiss A.R, Brownson C. Biogerontology. 2000;1(3):217-23.

Карнозин и карбонильные группы белков: возможные взаимоотношения
Carnosine and protein carbonyl groups: a possible relationship.
Hipkiss A.R. Biochemistry (Mosc). 2000 Jul;65(7):771-8.

Карнозин защищает белки от модификаций метилглиоксалем.
Carnosine protects proteins against methylglyoxal-mediated modifications.
Hipkiss A.R, Chana H. Biochem Biophys Res Commun. 1998 Jul 9;248(1):28-32.


Контакты:

School of Clinical and Experimental Medicine, College of Medical and Dental Sciences,
The University of Birmingham, Edgbaston, Birmingham, B15 2TT, UK.

Email: alanandjill@lineone.net
Web: http://www.medsciences.bham.ac.uk/
http://www.about.bham.ac.uk/colleges/mds/clinicalexperimental.shtml

Джейкоб Московитц исследует связь метионин-сульфоксид-редуктазы А с количеством карбонилированных протеинов в клетках

Джейкоб Московитц (Jackob Moskovitz),
Assistant Professor

Место работы:
Кафедра фармакологии и  токсикологии, Факультет фармацевтики, Университет Канзаса, США
(Department of Pharmacology and Toxicology, School of Pharmacy, University of Kansas, United States).

Цель исследований: определить механизм действия метионин-сульфоксид-редуктазной  системы на функционирование и экспрессию других белков, оценить  роль окисления метионина в развитии окислительного стресса и возрастных заболеваний.

Образование и накопление карбонилированных белков, которое имеет место при воздействии на них активных форм кислорода,  может являться маркером окислительного стресса, старения и возрастных заболеваний. Каким образом происходит ферментативное восстановление карбонилированных производных протеинов в организме пока еще не выяснено. Однако механизм восстановления метионин-сульфоксидных модификаций белков уже известен. Он осуществляется благодаря функционированию метионин-сульфоксид-редуктазной системы (Mrs). Её главным компонентом является фермент метионин-сульфоксид-редуктаза А (MsrA). 



Результаты исследований: Джейкобом Московитцем и его коллегами было предположено, что метионин-сульфоксидные модификации белков могут предшествовать формированию протеин-карбониловых аддуктов. Это возможно благодаря происходящим с ними структурным изменениям, которые увеличивают восприимчивость аминокислотных остатков к карбонилированию.

С целью выяснения биологической роли MsrA в метаболизме исследователями были изучены нокаутированные по данному гену линии дрожжей и мышей. В клетках дрожжей  с нокаутом гена msrA количество карбонилированных протеинов было одинаково, как в молодых, так и в старых культурах. Тогда как клетки контрольных культур имели значительно более высокое содержание карбонил-производных белков в старых культурах по сравнению с молодыми. Активность фермента снижалась с возрастом культуры, что, очевидно, и приводило к накоплению карбонилированных белков.

При исследовании функций MsrA у мышей были получены аналогичные результаты. По сравнению с мышами дикого типа, мутанты были более чувствительными к окислительному стрессу, имели меньшую продолжительность жизни, а также накапливали большее количество карбонилированных белков при окислительном стрессе. Кроме того, у нуль-мутантных мышей наблюдались неврологические нарушения в виде атаксии. Снижение активности MsrA  наблюдается также в мозге у людей, страдающих болезнью Альцгеймера, и это также приводит к накоплению карбонилированных протеинов.

Таким образом, метионин-сульфоксид-редуктаза А, вероятно, играет важную роль в процессе старения и неврологических нарушениях у человека. Дальнейшее исследование этой ферментной системы может быть перспективным для поиска путей воздействия на  процесс карбонилирования белков.


Публикации по теме:

Карбонилированные белки и метионин-сульфоксид-редуктазная система.
Protein carbonyl and the methionine sulfoxide reductase system.
Moskovitz J., Oien D.B.
Antioxid Redox Signal. 2009 Aug 17. [Epub ahead of print]

Накопление карбонилированных белков при нерепликативном старении у линий дрожжей, нокаутированных по гену метионин-сульфоксид-редуктазы А.

Protein-carbonyl accumulation in the non-replicative senescence of
the methionine sulfoxide reductase A (msrA) knockout yeast strain.

Oien D., Moskovitz J.
Amino Acids. 2007;32(4):603-6.

Роль метионин-сульфоксид-редуктаз в антиоксидантной защите, регуляции белков и выживаемости.

Roles of methionine suldfoxide reductases in antioxidant defense, protein regulation and survival.
Moskovitz J.
Curr Pharm Des. 2005;11(11):1451-7.

Метионин-сульфоксид-редуктаза А - регулятор антиоксидантной защиты и продолжительности жизни у млекопитающих.
Methionine sulfoxide reductase (MsrA) is a regulator of antioxidant defense and lifespan in mammals.
Moskovitz J., Bar-Noy S., Williams W.M., Requena J., Berlett B.S., Stadtman E.R.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2001 Nov 6;98(23):12920-5.


Контакты:

Department of Pharmacology and Toxicology, School of Pharmacy,
University of Kansas, 1251 Wescoe Hall Drive, 5064 Malott Hall,
Lawrence, KS, 66045, USA.

Phone: (785) 864-3536
E-mail: moskovij@ku.edu
Web-site: http://www.pharmtox.pharm.ku.edu/index.php?page=content:faculty_moskovitz
http://www.pharmtox.pharm.ku.edu/index.php?page=content:moskovitz_lab

Питер Дж. О`Брайен изучает механизмы цитопротекторного действия фармсредств, витаминов группы В и БАВ

Питер Дж. О`Брайен (Peter J. O'Brien),
Professor, Ph.D.

Место работы: Кафедра фармацевтических наук, Факультет фармацевтики, Университет Торонто, Канада
(Department of Pharmaceutical Sciences, Faculty of Pharmacy, University of Toronto, Toronto, Canada).

Цель исследований: оценить цитопротекторное действие некоторых фармакологических препаратов, витаминов группы В и биологически активных веществ при карбонильном и окислительном стрессах, имеющих место при диабете.

Диабет является одним из заболеваний, которое связано с накоплением карбонилированных белков в тканях. Считается, что при диабете дикарбонилы образуются при аутоокислении белков редуцирующими сахарами.

Результаты исследований: Предполагается, что препараты, содержащие тиоловые или амино-функциональные группы способны к  удалению карбонильных групп и, благодаря этому, они оказывают терапевтическое действие при диабете. Они предотвращают карбонилирование белков путем захвата дикарбонилов глиоксаля и метилглиоксаля с образованием нетоксичных соединений. Одно из направлений исследований Питера Дж. О`Брайена – поиск  механизма, благодаря которому карбонил-удаляющие препараты препятствуют токсичности глиоксаля.

В результате проведенных экспериментов при помощи бесклеточной системы и изолированных гепатоцитов крысы исследователи определили относительную цитопротекторную способность ряда веществ. Тиол-содержащие препараты в зависимости от их эффективности в отношении захвата глиоксаля  были расположены  в следующем порядке: пеницилламин > цистеин > N-ацетил-цистеин, а амино-содержащие препараты в последовательности: аминогуанидин >> пиридоксамин > метформин. Показано, что аминогуанидин, пеницилламин и цистеин, в концентрациях, эквимолярных концентрации глиоксаля,предотвращают карбонилирование белков.

                


В исследованиях с применением животных диабетических моделей было показано, что количество конечных продуктов усиленного гликозилирования в тканях и связанные с ними патологии уменьшаются благодаря применению витаминов B(1)/B(6). С целью исследования молекулярных механизмов их цитопротекторных свойств сравнивали действие витамеров B(1)/B(6) против цитотоксичности карбонильных соединений (глиоксаль, акролеин), и цитотоксичности, индуцированной окислительным стрессом (гидроперекись) или митохондриальными токсинами (цианид, медь). Установлено, что тиамин лучше предотвращает гибель клеток, вызванную карбонильным стрессом и митохондриальными токсинами, тогда как витамер В(6) более эффективен в отношении окислительного стресса и перекисного окисления липидов. В более ранних работах, выполненных на крысах, было продемонстрировано, что дефицит тиамина приводит к увеличению карбонильных соединений, например, глиоксаля и соответственно, увеличивает содержание карбонилированных белков. Авторы делают вывод о целесообразности применения витаминных коктейлей с терапевтической целью для предотвращения негативных последствий карбонильного стресса, наблюдаемого при диабете.


                              



Также Питером Дж. О`Брайеном с коллегами проведено исследование оценки цитопротекторных свойств экстрактов грецкого и лесного орехов, а также и биологически активных веществ (катехинов) на клеточных моделях карбонильного (глиоксального) и окислительного (гидроперекисного) стрессов. Известно, что орехи являются источником биоактивных веществ и антиоксидантов.  Для приготовления натуральных экстрактов использовали метанол, этил-ацетат и воду. Тестирование проводили на свежевыделенных гепатоцитах крысы.

Полученные экстракты по выраженности защитных свойств от гидроперекиси, вызывающей гибель клеток, исследователи расположили в следующем порядке: метаноловый экстракт грецкого ореха > водный экстракт грецкого ореха > липофильный экстракт грецкого ореха > водный экстракт лесного ореха > метаноловый экстракт лесного ореха. Для липофильного экстракта лесного ореха цитопротекторные свойства не выявлены.

Помимо этого были исследованы защитные свойства  катехина, эпикатехина и галлата эпигаллокатехина от карбонильного стресса и карбонилирования белков в гепатоцитах. Показано, что катехин защищает клетки от гибели, вызванной глиоксалем, и от карбонилирования белков. Причем защитное действие наблюдается даже при добавлении его к гепатоцитам через 30 мин. после введения глиоксаля. Эпикатехин еще более эффективен против карбонильного стресса и карбонилирования белков, чем катехин. Оба вещества оказывают более выраженное цитопротекторное действие, если их перед добавлением к гепатоцитам предварительно смешать с глиоксалем. Исследователями было высказано предположение, что катехиновые соединения при физиологических условиях эффективны в предотвращении глиоксальной цитотоксичности путем захватывания глиоксаля или ревертирования ранних стадий карбонилирования.  

              



Публикации по теме:

Цитопротекторные механизмы действия препаратов, удаляющих карбонильные группы, в изолированных гепатоцитах крысы.

Cytoprotective mechanisms of carbonyl scavenging drugs in isolated rat hepatocytes.
Mehta R., Wong L., O'Brien P.J.
Chem Biol Interact. 2009 Mar 16;178(1-3):317-23.

Цитотоксичность в гепатоцитах, индуцированная гидропероксидом (модель окислительного стресса) и глиоксалем (модель карбонилирования): защита с помощью биоактивных экстрактов орехов или катехинов.

Hepatocyte cytotoxicity induced by hydroperoxide (oxidative stress model) or glyoxal (carbonylation model): prevention by bioactive nut extracts or catechins.
Banach M.S., Dong Q., O'Brien P.J.
Chem Biol Interact. 2009 Mar 16;178(1-3):324-31.

Предотвращение гибели клеток, индуцированной карбонильным стрессом, окислительным стрессом и митохондриальными токсинами с помощью витамина В - анти-КПГ препарата.

Preventing cell death induced by carbonyl stress, oxidative stress or mitochondrial toxins with vitamin B anti-AGE agents.
Mehta R., Shangari N., O'Brien P.J.
Mol Nutr Food Res. 2008 Mar;52(3):379-85.

Источники альдегидов, метаболизм, механизмы молекулярной токсичности и возможное действие на здоровье человека.
Aldehyde sources, metabolism, molecular toxicity mechanisms, and possible effects on human health.
O'Brien P.J., Siraki A.G., Shangari N.
Crit Rev Toxicol. 2005 Aug;35(7):609-62.


Контакты:

Contact Address: Leslie Dan Faculty of Pharmacy University of Toronto 144 College Street Toronto, Ontario M5S 3M2.

Phone: [416]978-2716
FAX: [416]978-8511
Email:peter.obrien@utoronto.ca
Web-site: http://www.pharmacy.utoronto.ca/graduate/faculty/obrien.jsp

Саймон Пайк выявил, что гидралазин взаимодействует с акролеиновыми аддуктами белков

Саймон Пайк (Dr. Simon Pyke),
Associate Professor

Место работы: Кафедра химии, Университет Аделаиды, Австралия
(Department of Chemistry, University of Adelaide, Australia).

Цель исследования:
Выявить цитопротекторное действие гидралазина от высокотоксичного альдегида акролеина.

Акролеин – высокотоксичный альдегид, имеющий связь с большим количеством заболеваний и  токсичностью лекарств. Его выраженная токсичность связана со способностью образовывать аддукты с белками и ДНК. Являясь бифункциональным электрофилом, акролеин алкилирует нуклеофильные центры  макромолекул клетки. Первичные реакции между акролеином и белком приводят к формированию аддукта, содержащего электрофильные карбонильные группы. Эти группы  затем участвует во второй реакции, приводящей к образованию поперечных сшивок.

Результаты работы:  Саймон Пайк и его коллеги высказали предположение о том, что  образующиеся реакционноспособные белковые аддукты можно инактивировать при помощи нуклеофильных препаратов, и таким образом нейтрализовать токсичное действие акролеина. Ранее были сделаны наблюдения, что гипотензивный препарат 1-гидразинофталазин (гидралазин) в значительной степени ослабляет токсичность предшественника акролеина – аллилового спирта. 

В связи с этим учеными была исследована возможность реакции гидралазина с акролеиновыми аддуктами белков сначала в изолированных гепатоцитах мыши, а затем с аллиловым спиртом in vivo. При работе с гепатоцитами было показано, что гидралазин высоко реакционноспособен по отношению к акролеин-модифицированным белкам. При реакции образуются гидразоны. Реакция зависит от концентрации гидралазина. Таким образом, гидралазин в значительной степени подавляет токсичность, связанную с акролеином, в изолированных гепатоцитах мыши.

Дальнейшие эксперименты были посвящены определению действия гидралазина на предшественник акролеина (аллиловый спирт) in vivo (мышь). Во время эксперимента мыши получали либо исключительно аллиловый спирт, либо аллиловый спирт совместно с разными дозами гидралазина. Через 4 часа их умерщвляли для определения маркерных ферментов печени в плазме, с целью выявления степени повреждения печени. Кроме этого  определяли количество глутатиона и гидралазин-стабилизированных белковых аддуктов в клетках печени. Было установлено, что гидралазин оказывает сильное, зависящее от дозы защитное действие против увеличения маркерных ферментов в плазме, но не оказывает действие на процесс истощения глутатиона в печени, вызываемое аллиловым спиртом.  Было доказано, что гидралазин действительно инактивирует активные карбонилированные белковые аддукты, формируемые акролеином, и таким образом предотвращает вторичные реакции, приводящие к гибели клеток.


 



Публикации по теме:

Препараты, удаляющие карбонилы, и защита клеток от повреждения, вызванного карбонильным стрессом

Carbonyl-scavenging drugs & protection against carbonyl stress-associated cell injury.
Burcham P.C., Kaminskas L.M., Tan D., Pyke S.M.
Mini Rev Med Chem. 2008 Apr;8(4):319-30.


Реакция Михаэля между акролеином и лизиновым и N-терминальным остатками модельного пептида: мишень для цитопротекторных гидразиновых препаратов.
Michael addition of acrolein to lysinyl and N-terminal residues of a model peptide: targets for cytoprotective hydrazino drugs.
Kaminskas L.M., Pyke S.M., Burcham P.C.
Rapid Commun Mass Spectrom. 2007;21(7):1155-64.

Гидралазин ингибирует быструю олигомеризацию, индуцированную акролеином: роль удаления альдегидов и перехвата аддуктов в блокировании поперечных сшивок и цитопротекции.

Hydralazine inhibits rapid acrolein-induced protein oligomerization: role of aldehyde scavenging and adduct trapping in cross-link blocking and cytoprotection.
Burcham P.C., Pyke S.M.
Mol Pharmacol. 2006 Mar;69(3):1056-65.

Перехват белковых аддуктов гидразинофталазиновыми препаратами: механизмы цитопротекции против токсичности, вызванной акролеином.

Protein adduct-trapping by hydrazinophthalazine drugs: mechanisms of cytoprotection against acrolein-mediated toxicity.
Burcham P.C., Fontaine F.R., Kaminskas L.M., Petersen D.R., Pyke S.M.
Mol Pharmacol. 2004 Mar;65(3):655-64.

Препараты, блокирующие альдегиды: инструменты для изучения повреждения белков продуктами перекисного окисления липидов.
Aldehyde-sequestering drugs: tools for studying protein damage by lipid peroxidation products.
Burcham P.C., Kaminskas L.M., Fontaine F.R., Petersen D.R., Pyke S.M.
Toxicology. 2002 Dec 27;181-182:229-36.


Контакты:

Department of Chemistry,The University of Adelaide, Adelaide, South Australia 5005, Australia.

Phone: +61 8 8303 5358
FAX: +61 8 8303 4348
Email: simon.pyke@adelaide.edu.au
Web-site: http://www.adelaide.edu.au/directory/simon.pyke

Джанкарло Алдини установил, что эдаварон защищает белки от 4-гидрокси-транс-2-ноненаля

Джанкарло Алдини (Giancarlo Aldini),
Associate Professor

Место работы:  Университет Милана, Италия
(Dipartimento di Scienze Farmaceutiche "P Pratesi", University of Milan, Milan, Italy).

Цель исследования:  оценить способность хорошо известного радикал-удаляющего соединения эдаварона (3-метил-1-фенил-2-пиразолин-5-он) захватывать активные карбонильные продукты, возникающие при перекисном окислении липидов, а также его способность предотвращать карбонилирование белков.

Результаты работы: В качестве in vitro модели Джанкарло Алдини и его коллеги использовали  гемоглобин, модифицированный 4-гидрокси-транс-2-ноненалем. При помощи   высокоэффективной жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии исследователи подтвердили способность эдаварона удалять  предшественников как конечных продуктов гликозилирования, так и перекисного окисления липидов, таких как глиоксаль. И продемонстрировали,  что эдаварон также мощный гаситель альфа- и бета-ненасыщенных альдегидов. Он является значительно более активным, чем ряд хорошо известных блокирующих активные карбонильные соединения препаратов. В экспериментах по обработке гемоглобина 4-гидрокси-транс-2-ноненалем разных концентраций было установлено, что эдаварон дозо-зависимо ингибирует карбонилирование данного протеина. Однако он не проявляет селективность в отношении активных карбонилов, а также способен к взаимодействию с физиологически важными альдегидами, например такими, как пиридоксаль.


Публикации по теме:

Эдаварон ингибирует карбонилирование белков посредством механизма прямого захвата карбонилов: акцент на реакционную способность, селективность и механизмы реакции.
Edaravone inhibits protein carbonylation by a direct carbonyl scavenging mechanism: focus on reactivity, selectivity and reaction mechanisms.
Aldini G., Vistoli G., Regazzoni L., Benfatto M.C., Bettinelli I., Carini M.
Antioxid Redox Signal. 2009 Sep 1.

Стратегии вмешательства с целью ингибирования карбонилирования реакционноспособными карбонилами, возникшими при перекисном окислении липидов.

Intervention strategies to inhibit protein carbonylation by lipoxidation-derived reactive carbonyls.
Aldini G., Dalle-Donne I., Facino R.M., Milzani A., Carini M.
Med Res Rev. 2007 Nov;27(6):817-68.

Карбонилирование белков, нарушение функций клеток  и развитие заболеваний.
Protein carbonylation, cellular dysfunction, and disease progression.
Dalle-Donne I., Aldini G., Carini M., Colombo R., Rossi R., Milzani A.
J Cell Mol Med. 2006 Apr-Jun;10(2):389-406.


Контакты:

Drug Design Laboratory, University of Milan, Dipartimento di Scienze Farmaceutiche "P Pratesi", Milan, Italy.

Phone: +39 02 503 19296
FAX: +39 02 503 19359
Email: giancarlo.aldini@unimi.it
Web-site: http://159.149.163.21/cms/index.php?People

Эдмунд Мазер исследует карбонил-редуктазы человека и животных

Эдмунд Мазер (Edmund Maser),
Professor

Место работы: Институт токсикологии и фармакологии, Германия
(Institute of Toxicology and Pharmacology for Natural Scientists, Germany).

Цель исследования: Изучение карбонил-редуктаз и их роли в метаболизме различных эндогенных соединений и ксенобиотиков.

Результаты исследования: Уменьшение количества карбонильных групп играет важную роль на начальных этапах метаболизма многих эндогенных соединений (биогенные альдегиды, стероиды, простагландины, продукты перекисного окисления липидов и
др.), а также ксенобиотиков (фармакологические препараты, канцерогены, токсиканты и др.). Этот процесс связан с активностью определенных ферментов в клетках. Карбонил-редуцирующие энзимы делят на два больших субсемейства: альдо-кето-редуктазы и коротко-цепочечные дегидрогеназы/редуктазы. Эдмунд Мазер и его коллеги занимаются исследованием карбонил-редуктаз  различных организмов: бактерий, млекопитающих (мышь, крыса, кролик), а также  человека.

Так, например, одна из работ Э. Мазера посвящена изучению активности карбонил-редуктазы (CR) человека в отношении    4-оксонон-2-еналя  (4-Oxonon-2-enal (4ONE)). Он является продуктом перекисного окисления липидов и высоко реакционноспособен в отношении белков и ДНК. С этой целью КР была клонирована из библиотеки кДНК печени человека, экспрессирована в Escherichia coli и очищена. Было выявлено, что 4ONE является субстратом карбонил-редуктазы, при этом образуется три продукта: 4-гидроксинон-2-еналь (4-hydroxynon-2-enal (4HNE)), 1-гидроксинон-2ен-4-он (1-hydroxynon-2-en-4-one (1HNO)) и  4-оксононаналь (4-oxononanal (4ONA)).



В другой публикации исследователи обсуждают возможную нейропротекторную роль карбонил-редуктаз. Некоторые заболевания нервной системы (например, болезнь Альцгеймера) связаны с процессом накопления аномальных белковых аддуктов с альдегидами. Это приводит к ингибированию роста клеток и индукции апоптоза. Предполагается, что карбонил-редуктаза может иметь потенциальную физиологическую роль для защиты нейронов у человека от карбонильного стресса. Подобные исследования проводились на дрозофиле профессором Стефаном Шньюли и его коллегами (Stephan Schneuwly).


Публикации по теме:

Энзимология и молекулярная биология метаболизма карбонильных соединений. Введение.
Enzymology and molecular biology of carbonyl metabolism. Introduction.
Weiner H., Duester G., Maser E., Plapp B.
Chem Biol Interact. 2009 Mar 16;178(1-3):1.

Карбонил-редуктаза 1 - главная редуктаза доксорубицина в печени человека.
Carbonyl reductase 1 is a predominant doxorubicin reductase in the human liver.
Kassner N., Huse K., Martin H.J., Gödtel-Armbrust U., Metzger A., Meineke I., Brockmöller J., Klein K., Zanger U.M., Maser E., Wojnowski L.
Drug Metab Dispos. 2008 Oct;36(10):2113-20.

Карбонил-редуктазы и плюрипотентные гидроксистероидные дегидрогеназы из суперсемейства короткоцепочечных дегидрогеназ/резуктаз.
Carbonyl reductases and pluripotent hydroxysteroid dehydrogenases of the short-chain dehydrogenase/reductase superfamily.
Hoffmann F., Maser E.
Drug Metab Rev. 2007;39(1):87-144.

Возможна ли нейропротекторная роль карбонил редуктаз?
Neuroprotective role for carbonyl reductase?
Maser E.
Biochem Biophys Res Commun. 2006 Feb 24;340(4):1019-22.


Контакты:

Institute of Toxicology and Pharmacology for Natural Scientists,
Christian-Albrechts-University, Brunswiker Str. 10, 24105, Kiel, Germany.

Phone: 0431 597-3540
Email: maser@toxi.uni-kiel.de
Web-site: http://www.uni-kiel.de/ps/cgi-bin/exp.php?eid=82

Йоришиге Имамура изучает структурно-функциональные особенности и регуляцию активности карбонил-редуктаз у млекопитающих

Йоришиге Имамура (Yorishige Imamura),
Associate professor

Место работы: Кафедра биофармацевтики, Университет Кумамото, Япония
(Department of Biopharmaceutics, Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Kumamoto University, Kumamoto City, Japan).

Цель исследования: изучение карбонил-редуктаз в различных органах млекопитающих.

Результаты исследования:
Йоришиге Имамура и его коллеги занимаются изучением ферментов карбонил-редуктаз, функционирующих в различных органах (печень, почки, сердце) у млекопитающих (кролик, крыса, свинья). Ими произведены исследования особенностей структурной организации и функционирования данных энзимов. Большое внимание учёные уделяют анализу соединений, оказывающих воздействия на активность карбонил-редуктаз. Активно исследуются ингибиторы данных ферментов. Ими являются флавоноиды (кемпферол, мирицетин, морин, кверцетин, кверцитрин и др.), сульгидрильные соединения, тяжелые металлы, кумарины и другие соединения. Исследован механизм ингибирования карбонил-редуктазы из почек кролика фенилбутазоном: он подавляет процесс связывания коэнзима NADPH с апоферментом. Ингибирующее действие показано для нестероидного противовоспалительного препарата  капрофена. Предполагается, что его энантиомеры присоединяются к коэнзим- связывающему домену и конкурируют с кофактором NADPH, вызывая стереоизбирательное подавление активности фермента.

Исследователями установлена зависимость активности карбонил-редуктазы в почках крыс от линии и пола животного.

Интересным направлением данной работы является изучение особенностей гормональной регуляции активности карбонил-редуктаз у крыс. Учёными было показано, что у самцов крыс активность микросомальной карбонил-редуктазы (CR) в печени, сниженная при удалении семенников, восстанавливается до контрольного уровня при введении им тестостерон пропионата. Несмотря на это, если активность фермента низка вследствие удаления гипофиза, она не увеличивается воздействием тестостерон пропионата. С другой стороны,  падение активность почечной микросомальной карбонил-редуктазы, связанная с удалением семенников или гипофиза, заметно увеличивается при обработке тестостерон пропионатом.

Обработка тестостерон пропионатом не оказывает действия на активность карбонил-редуктазы в печени самок крыс с удаленными яичниками или гипофизом. Тогда как активность данного фермента в  их почках значительно увеличивалась при введении гормона.

Таким образом, механизм регуляции активности карбонил-редуктазы различается как у особей разных полов, так и в тканях разных органов (печень, почки).


Публикации по теме:

Ингибирование активности карбонил-редуктазы в сердце свиньи алкил-фенил-кетонами.
Inhibition of carbonyl reductase activity in pig heart by alkyl phenyl ketones.
Imamura Y., Narumi R., Shimada H.
J Enzyme Inhib Med Chem. 2007 Feb;22(1):105-9.

Различия в активности карбонил-редуктазы в  микросомах и цитозоле почек крыс в зависимости от линии и пола.
Strain- and sex-related differences of carbonyl reductase activities in kidney microsomes and cytosol of rats.
Imamura Y., Shimada H.
J Appl Toxicol. 2004 Nov-Dec;24(6):437-41.

Различия в гормональной регуляции активности карбонил-редуктазы в микросомах печени и почек крыс.
Differential hormonal regulation of carbonyl reductase activities in liver and kidney microsomes of rat.
Imamura Y., Takada H., Kamizono R., Otagiri M.
Xenobiotica. 2002 Sep;32(9):729-37.

Защитное действие супрофена и его метилового эфира от инактивации карбонил-редуктазы почек кролика фенилглиоксалем.
Protective effects of suprofen and its methyl ester against inactivation of rabbit kidney carbonyl reductase by phenylglyoxal.
Imamura Y., Higuchi T., Otagiri M.
J Enzyme Inhib. 2001 Nov;16(5):451-5.


Контакты:

Department of Biopharmaceutics, Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Kumamoto University, Kumamoto City, Japan.
39-1,Kurokami 2-chome, Kumamoto, 860-8555.

Email: yorishig@gpo.kumamoto-u.ac.jp
Web-site: http://www.pharm.kumamoto-u.ac.jp/phagrad/en/course/30.html

Комментарии

Оставить комментарий

Поделиться с друзьями

Share on Twitter