Газета «Новости медицины и фармации» 14(220) 2007
Вернуться к номеру
Від нуклеїнових кислот до препарату Нуклеїнат
Авторы: Л.В. Андріюк ,
Львівський національний медичний університет ім. Данила Галицького
Рубрики: Неврология
Разделы: Справочник специалиста
Версия для печати
В основі порушень функцій організму лежать структурні зміни, які, в свою чергу, обумовлені метаболічними розладами, насамперед — синтезу білка. Оскільки перенесення інформації реалізується від нуклеїнових кислот (ДНК і РНК) на білок, логічно представити, що розлади нуклеїнового гомеостазу можуть виявитися однією з причин індукції патологічних процесів взагалі. У даному випадку йдеться не про генетичні ефекти РНК, а про загальнобіологічну дію її фрагментів, на які вона розпадається під впливом ендонуклеаз. В організмі одночасно існують розлади нуклеїнового метаболізму і функцій різних органів і систем при розвитку патологічних станів. Більшість традиційних лікарських засобів, позитивно впливаючи на основні симптоми захворювання, реалізуючи лікувальний ефект, не нормалізують диснуклеотидоз, тобто не усувають важливих механізмів розвитку патології. З урахуванням цього до комплексної терапії захворювань обгрунтованим є включення нуклеїнових препаратів і засобів, що позитивно впливають на нуклеїновий гомеостаз. Подібні проби представляються доцільними також у зв’язку з обнадійливими результатами, які отримані в експериментальних і клінічних дослідженнях.
РНК має загальнобіологічне значення. Вона вивільняється при руйнуванні старіючих і хворих клітин, при загибелі бактерій, вірусів, найпростіших, які потрапили до організму, надходить у складі харчових продуктів рослинного й тваринного походження.
Сумарний ефект РНК складається з ефектів її компонентів, які можуть бути різноспрямованими. У природних умовах, коли відбувається постійне руйнування відмираючих, хворих і модифікованих клітин, звільняються ендогенні РНК, які розкладаються до низькомолекулярних фрагментів ендонуклеазами, що постійно присутні в тканинах і крові. Екзогенні нуклеїнові кислоти здатні викликати такі ж наслідки.
Різнобічна дія РНК і її компонентів на метаболізм клітин призводить до значних змін її функцій. Тому при введенні РНК і її компонентів до організму описано понад 10 різних феноменів. Це радіопротекторна дія, здатність стимулювати кровоутворення, індукування несприйнятливості до патогенних, умовно-патогенних бактерій і їх поєднань, детоксикаційна дія проти ендо- й екзотоксинів, посилення інтерфероноутворення, ад’ювантний ефект при введенні тимусзалежних і тимуснезалежних антигенів. При цьому посилюються первинна й вторинна імунні відповіді. Відомими є репаративний ефект РНК і її похідних, властивість стимулювати синтез нуклеїнових кислот та підтримувати нормальне функціонування ендогенних нуклеаз.
Препарат Нуклеїнат містить гетерогенні низькомолекулярні дріжджові РНК, що представлені набором нуклеотидів, об’єднаних у короткі ланцюги по 5–25 мономерів, і транспортною РНК. В основі лікувальної дії Нуклеїнату лежать механізми стимуляції процесів клітинного метаболізму й посилення біосинтезу ендогенних нуклеїнових кислот.
Нуклеїнові кислоти виконують важливу роль у процесах життєдіяльності організму. Їхня функція полягає передусім у збереженні й перенесенні генетичної інформації й виявляється в біосинтезі білків. За фізико-хімічними властивостями нуклеїнові кислоти неоднорідні. Їх розподіляють на два типи: рибонуклеїнові (РНК) і дезоксирибонуклеїнові (ДНК) кислоти [88].
Кодують поліпептидні ланцюги й різні РНК ділянки ДНК, що називаються генами. У клітинах вищих організмів існує три види ферментів, що синтезують РНК: РНК-полімераза типу І — рРНК, РНК-полімераза типу ІІІ — тРНК та РНК-полімераза типу ІІ — великі молекули РНК — попередники, з яких утворюються мРНК. Усі новоутворені РНК підлягають значній модифікації (процесингу) у ядрі, перш ніж переходять у цитоліз у вигляді рРНК, тРНК і мРНК. Регуляція синтезу білка може відбуватися на найрізноманітніших його етапах [4, 14, 19, 20, 92, 100, 104].
У нейронах — основних структурно-функціональних одиницях нервової тканини, — як і в клітинах глії, існують механізми синтезу нуклеїнових кислот і білків, властиві всім еукаріотичним клітинам [11, 83]. Однак у дозрілих нейронах на відміну від інших клітин заблокований реплікативний синтез ДНК, що зумовлює особливе значення ексцизійної репарації для підтримання функціональної цілісності генома нервової клітини [33, 34]. Характерною ознакою останнього є його висока здатність до синтезу РНК [114, 132].
Найактивніше синтезують РНК нервові клітини периферичних гангліїв, мотонейрони спинного мозку [61]. Крупні нейрони містять у 10 разів більше РНК, ніж гліальні клітини [78, 116, 118]. Але основний внесок у сумарний вміст нуклеїнових кислот у нервові тканини здійснюють клітини глії. Їх значно більше, а швидкість синтезу РНК у них у 2,5 раза вища, ніж у нейронах [50].
У різних відділах головного мозку вміст нуклеїнових кислот неоднаковий. Так, за даними Е.Б. Сквірської і Т.П. Силича [74], сіра речовина кори головного мозку і мозочка містить 56,6 і 63,6 мг% РНК відповідно, тоді як у білій речовині великих півкуль її набагато менше (у 2,0–2,5 раза). Пошарове вивчення рухової й зорової зон кори великих півкуль показало збільшення вмісту РНК із віддаленням від поверхні кори в глибину [73]. Кількість ДНК виявилася більшою в зрізах 5-го й 6-го шарів, які характеризуються вищим рівнем нейронів. Нейрони круглого ядра містять (у розрахунку на 1 клітину) більше РНК і білка, ніж нейрони супраоптичного ядра, тоді як регіональні відмінності в гліальних клітинах навколо відповідних нейронів не виявлялися [78].
Нуклеїнові кислоти є матеріальним субстратом збереження й передачі біологічної інформації в живій клітині. Генетична інформація закодована послідовністю нуклеотидів у ДНК і зберігається в ядрі, транскрибується в комплементарну послідовність нуклеотидів РНК, а потім у вигляді різних типів РНК переноситься в цитоплазму до місця синтезу білка — до рибосом, полісом, зернистої ендоплазматичної сітки. Відповідно до функції знову синтезованого білка генетична інформація реалізується [3, 9, 15].
Залежно від фізико-хімічних властивостей, структурних особливостей і виконуваної функції виділяють такі типи РНК: рибосомну (рРНК), інформаційну, або матричну (мРНК), і транспортну (тРНК). Усі молекули РНК синтезуються за участю ДНК-залежної РНК-полімерази відповідно до послідовності основ у кодувальному ланцюгу ДНК. Синтез рРНК відбувається в ядерці. В еукаріот попередником рибосомальних ДНК є високомолекулярна Н5S-рРНК, яка спочатку метилюється, а згодом ендонуклеазами розщеплюється до РНК потрібної довжини [100, 133].
Рибосомальні білки утворюються в цитоплазмі й переносяться в ядерце, де зазвичай об’єднуються з попередниками рРНК. Отриманий рибонуклеопротеїд після дії ендонуклеаз дає рибосомальні субодиниці. Зібрана в такий спосіб рибосомальна субодиниця знову повертається в цитоплазму [53, 83, 96, 101]. Рибосомальна РНК є переважно структурним компонентом, її роль у синтезі білка неспецифічна [31, 84].
Існує думка, що рибосоми й рибосомні субчастини накопичуються не вище відповідного рівня, необхідного для синтезу білка; нові рибосоми можуть утворюватися при підвищенні швидкості синтезу білка. Це пояснюється наявністю від’ємного оберненого зв’язку, який призводить до пригнічення синтезу рРНК у ядрі при надмірному збільшенні кількості вільних рибосом або рибосомальних субчастин у цитоплазмі [32].
Транспортна РНК синтезується за межами ядерця [18, 52, 105, 122, 125]. Вона з’являється в цитоплазмі клітин у вигляді макромолекулярного попередника (попередник тРНК) і вже під впливом ферментів тРНК — метилаз, які містяться в цитоплазмі, трансформується в активну [27]. Транспортна РНК зв’язує відповідні кислоти й за рахунок специфічного триплету основ через систему водневих зв’язків приєднується до мРНК [5, 53].
Матрична (інформаційна) РНК синтезується в ядрі на матриці ДНК у вигляді одноланцюгової РНК високої молекулярної маси. Я. Мусіл та співавт. [53] наводять прийняту на сьогодні схему синтезу мРНК. Спочатку синтезується так звана гетерогенна ядерна РНК, яка містить як нуклеотидні послідовності, необхідні для синтезу відповідного білка, так і деякі надлишкові нуклеотиди. У ядрі ядерна РНК, зв’язана зі специфічними глобулярними білками (інформатинами), утворює комплекс, який називається інформером. Дія на цей комплекс нуклеаз призводить до відщеплення надлишкових нуклеотидів і появи власне мРНК. У цитоплазмі мРНК зв’язується з білками, утворюючи рибонуклеопротеїдні (РНП) комплекси. РНП-комплекси седиментують у градієнті сахарози з тією ж швидкістю, що й рибосомні субчастини [31]. Однак поза цим РНП-частини мало подібні до рибосом. Їх щільність у градієнті щільності СdCl2 нижча, оскільки вони містять більше білка, ніж рибосоми [75]. При фракціонуванні клітин тканин були отримані інформосоми, які складаються з РНК і білка. Інформосомам приписується функція переносу мРНК із ядра в цитоплазму [21], крім того, вважають, що вони стабілізують вторинну структуру мРНК [31]. Структурна організація РНП типу інформосом, мабуть, представлена білковими глобулами з ланцюгом мРНК на поверхні [76, 129]. Рибосоми, які зв’язані за допомогою молекули мРНК, формують полірибосоми (полісоми). Вони й здійснюють безпосередній синтез білка. Тривалість життя мРНК у ссавців становить декілька днів [52].
У ядрах клітин мРНП-частини тісно взаємопозв’язані з іншими структурними компонентами — хроматином, ядерцем, ядерною оболонкою.
Ядерний хроматин нейронів — це скупчення тонких ниток, які спірально закручуються й утворюють нагромадження неправильної форми (хроматинові поля), частина з яких перебуває в тісному взаємозв’язку з ядерною оболонкою [23, 54, 58, 71, 72]. Хроматин виявляється у двох станах — конденсованому (гетерохроматин) і деконденсованому (еухроматин), співвідношення яких змінюється залежно від білоксинтезуючої активності клітин [84, 85, 97].
Синтез РНК у ядрах нейронів здійснюється зазвичай в еухроматині [125]. Функція ядра пов’язана, насамперед, із синтезом рРНК. У них виділяють фібрилярний і гранулярний компоненти, а також нуклеолонему [5, 6, 84, 85].
Фібрилярні і гранулярні РНП-структури ядерця безпосередньо відображають різні етапи синтезу рРНК. Фібрилярний РНП-компонент ядерця являє собою первинний продукт транскрипції рибосомальних генів — величезну молекулу — попередник 45S-рРНК у комплексі з білками, а гранулярні РНП містять 32S-рРНК, яка згодом перетворюється на 28S-рРНК, що входить до складу великої субодиниці рибосоми [28, 84, 128]. РНК-синтезуюча активність ядерець нейронів є найбільш високою, і мічений попередник РНК включається в них раніше, ніж в інших ділянках клітин [22, 25, 55, 126]. Ядерця нейронів працюють ритмічно. Синтез РНК у них відбувається в активно функціонуючих ділянках, які постійно змінюються, що доведено за допомогою методу електронно-мікроскопічної радіоавтографії [55, 67–70].
Головною загальною рисою у відповідь на різні ушкоджувальні дії є сегрегація ядерцевих компонентів, яка морфологічно виявляється в різкому стисненні ядерець з наступною редукцією гранул РНП, що відображає зміну інтенсивності синтезу РНК, її процесінгу й внутрішньоядерцевого транспорту [28, 85, 97].
Усі відомі на сьогодні дані щодо функції РНК переконливо свідчать про те, що синтез і транспорт її є основою ядерно-цитоплазматичних відношень. Транспорт РНК із ядра в цитоплазму клітин здійснюється крізь пори [41, 42]. Кількість і розмір пор збільшуються при функціональному навантаженні клітин, відображаючи інтенсифікацію ядерно-цитоплазматичного обміну макромолекулами [13, 98], і значно зменшуються при його пригніченні [94, 103].
До цитоплазматичних органел, які містять РНК, належать рибосоми. У нейронах вони репрезентовані частинками 15–20 нм, які містять близько 50 % РНК, зв’язаних з мембранами ендоплазматичної сітки. Часто вони вільно розташовуються в цитоплазматичному матриксі, формуючи полісоми [40, 75, 77, 83, 99, 113, 127].
Роль нуклеїнової кислоти в патогенезі ішемії мозку
Нервова тканина на відміну від інших тканин характеризується дуже високим вмістом РНК [115], причому він зазнає закономірних змін із віком. Вміст РНК у мозку новонароджених складає 0,042–0,046 % маси сірої речовини мозку [134], у мозку дорослих людей РНК становить 0,0027–0,0063 % маси сірої речовини мозку [130].
Концентрація РНК у нервових клітинах дорослої людини збільшується до 30–40 років, потім протягом 20 років залишається порівняно стабільною, а з 60 років починає зменшуватись [83]. В умовах фізіологічної норми інтенсивність метаболізму на певний момент часу, як правило, неоднакова як у різних нейронах, так і в інших клітинних елементах нервової тканини — астро-, олігодендро-, мікрогліоцитах [115, 117].
Різна інтенсивність синтезу РНК у поруч розташованих нейронах при фізіологічній нормі, яка обумовлена їх різним функціональним станом, була виявлена за допомогою авторадіографії [22, 45].
В.В. Дергачова, А.О. Тютяєва [24] методом електрофорезу в поліакриламідному гелі з використанням міченого попередника РНК виявили інтенсифікацію синтезу РНК у ядрах і цитоплазмі нервових клітин вищих відділів мозку мишей при виробленні рухово-оборонних навичок. Подібні результати отримані й при активізації функціональної діяльності нейронів гіпокампа [36, 37, 79].
Підвищення вмісту РНК у зв’язку з інтенсифікацією функціональної активності виявлене й для симпатичних нервових клітин периферичної нервової системи [91]. Тісний зв’язок метаболічних зсувів РНК із функціональною активністю нейронів доведений у працях, присвячених вивченню цитохімічних змін, що відбуваються в нервових клітинах сітківки у відповідь на адекватну їх стимуляцію. Накопичення РНК у мотонейронах доведене при збуджувальному синаптичному впливі [16].
Неадекватно тривале або надмірно високе функціональне навантаження на нейрони призводить до зниження вмісту РНК. Так, цитоспектрофотометричним методом було показано, що інтенсивна електростимуляція норадренергічних нейронів блакитної плями спричинює значне зменшення вмісту РНК у пірамідних нейронах кори великих півкуль і в клітинах кори мозочка [82]. На думку авторів, зменшення площі ядер і концентрації в них РНК свідчить про посилення її транспорту з ядра в цитоплазму, а також про переважання процесів розпаду над синтезом. W.F. Agnew et al. [93] також описують різке зниження вмісту РНК у нейронах кори у відповідь на тривалу електростимуляцію. Усі відомі дані про функції РНК переконливо свідчать про те, що синтез і транспорт її є основою ядерно-цитоплазматичних відношень. Однак механізм переносу РНК із ядра в цитоплазму до цього часу залишається предметом дискусії. Важлива роль у транспорті РНК із ядра в цитоплазму належить ядерній оболонці, яка містить порові комплекси. Дуже висока АТФазна активність ядерної оболонки підтверджує наявність у ній активного транспорту [29, 30]. Аналіз структури ядерних пор великої кількості еукаріот свідчить, що пори ядра мають загальні ознаки в різних типах клітин і складаються з 8 субодиниць [106].
Вважається, що на вільних рибосомах і полісомах синтезуються структурні білки, які входять до клітинних мембран, а на зв’язаній із мембранами ендоплазматичній сітці синтезуються протеїни, що транспортуються у відростки клітин [38, 54].
Кількість гліальних клітин у головному мозку людини значно більша, ніж кількість нейронів. Нервові клітини людини становлять 4 % об’єму, нейроглія — 8 % об’єму, аксони і дендрити — 75–80 % об’єму мозку. Кількість гліальних клітин складає близько 150–200 млрд, при високій кількості нервових клітин — 14–15 млрд [7, 8]. У деяких ділянках сірої речовини гліальний індекс (відношення кількості гліальних клітин до нервових) може сягати 97.
Відомо, що гліоцити виконують не тільки опорну й трофічну функції, але й беруть участь у здійсненні специфічних функцій нервової системи: проведенні нервових імпульсів через синапси; процесах гальмування в нервових клітинах; утворенні нових зв’язків і мієліну залежно від функціональної активності нейрона; розвитку повільних процесів в електричній активності мозку [62, 63, 83, 117].
Швидке реагування гліоцитів на зміни функціонального стану нейрона й особливе спрямування біохімічних зсувів, які відбуваються в них, дозволило висунути припущення про функціонально-біохімічну єдність комплексної системи «нейрон — глія» [43, 48, 56, 57, 121].
Гістохімічні дослідження нуклеїнових кислот у нервових і гліальних клітинах в умовах природної й штучної активації нейронів дозволили Ю.Я. Гейнісману і співавт. [17] дійти висновку, що в цих умовах відбувається викидання РНК із сателітної глії в активно функціонуючі нейрони. У наступних фазах РНК гліальних клітин поповнюється за рахунок посилення в них синтетичних процесів.
Аналізуючи отримані дані, А.А. Маніна [49] вважає, що при підвищеному функціональному стані можливий транспорт макромолекул РНК рибосомного типу в нейрони й синапси з сателітної олігодендроглії. Імовірний і двобічний обмін різними речовинами між глією й нейронами [39].
Щодо механізмів переносу РНК та інших макромолекул у системі «нейрон — нейроглія», то існує припущення, що він здійснюється шляхом піноцитозу [102, 115, 117], можливо, за участю мембранної АТФази й пластинчастого комплексу [51].
З’ясовано, що зміни білоксинтезуючої системи нейронів і гліоцитів відбуваються в перші хвилини розвитку ішемії, а ступінь їх вираження пропорційний тривалості ішемії. Найраніші зміни простежуються в ядрах клітин, де вже при ішемії тривалістю до 5 хв спостерігається конденсація хроматину й ущільнення ядерець [119, 120]. Деякі автори [12, 26, 81, 131] зазначають, що двадцятихвилинна ішемія призводить до вираженого набухання ядер і цитоплазми ендотеліоцитів, ущільнення ядерця, агрегації хроматину, зменшення кількості рибосом і цистерн ендоплазматичної сітки [1, 46, 111], що пов’язано з рівнем ацидозу, який розвивається в тканині кори головного мозку [119, 120].
На тканинному (органному) рівні важливим проявом ішемічної патології мозку є інфаркти мозку — вогнища повного некрозу нервової тканини, тобто некрозу всіх її складових (нейронів, глії, судин мікроциркуляторного русла). Інфаркт мозку не є єдиним морфологічним проявом ішемії мозку. Деякі варіанти дисциркуляторної енцефалопатії [10, 87, 89, 90] містять у якості провідного патоморфологічного компонента ішемічне пошкодження тканини, яке зазвичай виявляється у вигляді вогнищ неповних некрозів (тобто загибелі нейронів) при збереженні гліоцитів, або дифузних ішемічних змін нейронів [112].
L. Jenkins et al. [120] наводить класифікацію основних типів змін нейронів при повній церебральній ішемії протягом 5–15 хв. Отже, найбільша група клітин характеризується конденсацією хроматина в ядрах, ущільненням ядерця, фрагментацією й розширенням цистерн ендоплазматичної сітки, розпадом полісом. В інших нейронах переважають процеси зморщування різного ступеня вираженості. Кількість зморщених нейронів зростає пропорційно тривалості ішемії й може складати до 90 % пошкоджених клітин [35, 59, 66, 86, 123].
При ішемії тривалістю понад 2 години ядра нейронів розташовуються, як правило, ексцентрично, часто є сегментованими, ядерця зміщуються до периферії; значно зростає кількість конденсованого хроматину; полірибосоми руйнуються, але збільшується кількість вільних рибосом; цистерни ендоплазматичної сітки фрагментуються й вакуолізуються [107, 109, 110]. Одночасно спостерігається зниження рівня основних амінокислот у корі пів