Митохондриальная синтаза оксида азота и ее роль в механизмах адаптации клетки к гипоксии

Обложка


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В механизмах регуляции процессов адаптации клетки к воздействию экстремальных факторов активное участие принимает митохондриальная синтаза оксида азота (mtNOS). Она тесно функционально взаимосвязана с другими регуляторными митохондриальными факторами и участвует в реализации реакций адаптации клетки на гипоксию, ишемию и другие патогенные воздействия. В обзорной статье представлен анализ роли mtNOS в функционировании клетки в условиях гипоксии, ее влияние на апоптоз. Рассматриваются комплексные механизмы адаптации клетки с участием митохондриального оксида азота (NO). Отмечается, что митохондриальный NO является модулятором клеточного дыхания, синтеза АТФ, активности митохондриальных АТФ-зависимых калиевых каналов, митохондриальной мегапоры и специфического белкового фактора адаптации к гипоксии. Обсуждается возможность фармакологической регуляции активности mtNOS. Такой подход представляется перспективным направлением поиска новых лекарственных средств для фармакотерапии заболеваний, в генезе которых имеют место состояния гипоксии и ишемии. Модулируя активность mtNOS и синтез митохондриального NO, можно регулировать гомеостаз клетки, например повышать резистентность к гипоксическому воздействию.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Василий Егорович Новиков

ГБОУ ВПО «Смоленский государственный медицинский университет» Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: nau@sgma.info
д-р мед. наук, профессор, заведующий кафедрой фармакологии

Ольга Сергеевна Левченкова

ГБОУ ВПО «Смоленский государственный медицинский университет» Минздрава России

Email: os.levchenkova@gmail.com
канд. мед. наук, доцент кафедры фармакологии

Елена Васильевна Пожилова

ГБОУ ВПО «Смоленский государственный медицинский университет» Минздрава России

Email: nau@sgma.info
соискатель кафедры фармакологии

Список литературы

  1. Беленичев И.Ф., Черний В.И., Колесник Ю.М., и др. Рациональная нейропротекция. - Донецк: Издатель Заславский А.Ю., 2009. - 262 с. [Belenichev IF, Cherniy VI, Kolesnik YM, et al. Rational neuroprotection. Donetsk: Publishing House Zaslavsky; 2009. 262 p. (In Russ).]
  2. Ивашкин В.Т., Драпкина О.М. Клиническое значение оксида азота и белков теплового шока. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011. - 376 с. [Ivashkin VT, Drapkina OM. The clinical significance of nitric oxide and heat shock proteins. Moscow: GEOTAR-Media; 2011. 376 p. (In Russ).]
  3. Левченкова О.С., Новиков В.Е. Индукторы регуляторного фактора адаптации к гипоксии // Российский медико-биологический вестник им. академика И.П. Павлова. - 2014. - № 2. - С. 134-144. [Levchenkova OS, Novikov VE. Inducers of regulatory factor of adaptation to hypoxia. Rossiiskii mediko-biologicheskii vestnik imeni I.P. Pavlova. 2014;2:134-144. (In Russ).].
  4. Левченкова О.С., Новиков В.Е. Возможности фармакологического прекондиционирования // Вестник РАМН. - 2016. - Т. 71. - № 1. - С. 16-24. [Levchenkova OS, Novikov VE. Possibilities of Pharmacological Preconditioning. Vestnik Rossiiskoi Academii Meditsinskikh Nauk. 2016;71(1):16-24. (In Russ).]. doi: 10.15690/vramn626.
  5. Левченкова О.С., Новиков В.Е., Ботулева Н.Н. Влияние фармакологического и гипоксического прекондиционирования на устойчивость организма к острой гипоксии // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2014. - № 11. - С. 452-455. [Levchenkova OS, Novikov VE, Botuleva NN. Influence of pharmacological and hypoxic preconditioning on organism tolerance to acute hypoxia. Mezhdunarodnyi zhurnal prikladnykh i fundamental’nykh issledovanii. 2014;(11):452-455. (In Russ).]
  6. Левченкова О.С., Новиков В.Е., Пожилова Е.В. Фармакодинамика и клиническое применение антигипоксантов // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. - 2012. - Т. 10. - № 3. - С. 3-12. [Levchenkova OS, Novikov VE, Pozhilova EV. Pharmacodynamics and clinical use of antihypoxants. Obzory po klinicheskoi farmacologii i lekarstvennoi terapii. 2012;10(3):3-12. (In Russ).]
  7. Левченкова О.С., Новиков В.Е., Пожилова Е.В. Митохондриальная пора как мишень фармакологического воздействия // Вестник Смоленской государственной медицинской академии. - 2014. - Т. 13. - № 4. - С. 24-33. [Levchenkova OS, Novikov VE, Pozhilova EV. Mitochondrial pore as a pharmacological target. Vestnik Smolenskoi gosudarstvennoi meditsinskoi akademii. 2014;13(4):24-33. (In Russ).]
  8. Малахов В.А., Завгородняя А.Н., Лычко В.С., и др. Проблема оксида азота в неврологии. - Харьков: СумДПУім. А.С. Макаренка, 2009. - 242 с. [Malakhov VA, Zavgorodnaya AN, Lychko VS, et al. The problem of nitrogen monoxide in neurology. Kharkov: SumDPU n.a. A.S. Makarenka; 2009. 242 p. (In Russ).]
  9. Манухина Е.Б., Дауни Х.Ф., Маклет Р.Т., Малышев И.Ю. Защитные и повреждающие эффекты периодической гипоксии: роль оксида азота // Вестник РАМН. - 2007. - № 2. - С. 25-34. [Manukhina EB, Downey HF, Mallet RT, Malyshev IYu. Protective and damaging effects of periodic cerebral hypoxia: the role of nitric oxide. Vestnik Rossiiskoi Academii Meditsinskikh Nauk. 2007;(2):25-34. (In Russ).]
  10. Миронова Г.Д. Использование модуляторов ионных каналов как возможный путь лечения сердечно-сосудистых заболеваний, окислительного стресса и нейродегенеративных нарушений // Патогенез. - 2011. - Т. 9. - № 3. - С. 47. [Mironova GD. Usage of ionic channels modulators as a possible way to treat cardiovascular diseases, oxidative stress and neurodegenerative disorders. Patogenez. 2011;9(3):47. (In Russ).]
  11. Новиков В.Е. Возможности фармакологической нейропротекции при черепно-мозговой травме // Психофармакология и биологическая наркология. - 2007. - Т. 7. - № 2. - С. 1500-1509. [Novikov VE. Possibilities of pharmacological neuroprotection in the brain trauma. Psychofarmakologiya i biologicheskaya narkologiya. 2007;7(2):1500-1509. (In Russ).]
  12. Новиков В.Е., Илюхин С.А., Пожилова Е.В. Влияние метапрота и гипоксена на развитие воспалительной реакции в эксперименте // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. - 2012. - Т. 10. - № 4. - С. 63-66. [Novikov VE, Ilyukhin SA, Pozhilova EV. Effect of metaprot and hypoxen on inflammation reaction development in the experiment. Obzory po klinicheskoi farmacologii i lekarstvennoi terapii. 2012;10(4):63-66. (In Russ).]
  13. Новиков В.Е., Климкина Е.И. Влияние гипоксена на морфофункциональное состояние печени при экзогенной интоксикации // Экспериментальная и клиническая фармакология. - 2009. - Т. 72. - № 5. - С. 43-45. [Novikov VE, Klimkina EI. Effect of hypoxen on morphofunctional state of the liver in exogenous intoxication. Eksperimentalnaya i klinicheskaya farmakologiya. 2009;72(5):43-45. (In Russ).]
  14. Новиков В.Е., Ковалева Л.А. Влияние веществ с ноотропной активностью на окислительное фосфорилирование в митохондриях мозга при острой черепно-мозговой травме // Экспериментальная и клиническая фармакология. - 1997. - Т. 60. - № 1. - С. 59-61. [Novikov VE, Kovaleva LA. Effect of drugs with nootropic activity on oxidative phosphorylation in the brain mitochondria after acute brain trauma. Eksperimentalnaya i klinicheskaya farmakologiya. 1997;60(1):59-61. (In Russ).]
  15. Новиков В.Е., Ковалева Л.А. Влияние ноотропов на функцию митохондрий мозга в динамике черепно-мозговой травмы в возрастном аспекте // Экспериментальная и клиническая фармакология. - 1998. - Т. 61. - № 2. - С. 65-68. [Novikov VE, Kovaleva LA. Effect of nootropics on the brain mitochondrial function in dynamics of cerebral trauma in aged aspect. Eksperimentalnaya i klinicheskaya farmakologiya. 1998;61(2):65-68 (In Russ).]
  16. Новиков В.Е., Левченкова О.С. Влияние амтизола на резистентность организма к острой гипоксии в поздний период прекондиционирования // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Медицина. Фармация. - 2012. - Т. 141. - № 20. - С. 130-134. [Novikov VE, Levchenkova OS. Effect of amtizol on the organism resistance to acute hypoxia in the late period of preconditioning. Nauchnye vedomosti Belgorodskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Meditsina. Farmatsiya. 2012;141(20):130-134. (In Russ).]
  17. Новиков В.Е., Левченкова О.С. Новые направления поиска лекарственных средств с антигипоксической активностью и мишени для их действия // Экспериментальная и клиническая фармакология. - 2013. - Т. 76. - № 5. - С. 37-47. [Novikov VE, Levchenkova OS. New directions of search of pharmacological drugs with antihypoxic activity and targets for its action. Eksperimentalnaya i klinicheskaya farmakologiya. 2013;76(5):37-47. (In Russ).]
  18. Новиков В.Е., Левченкова О.С. Гипоксией индуцированный фактор как мишень фармакологического воздействия // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. - 2013. - Т. 11. - № 2. - С. 8-16. [Novikov VE, Levchenkova OS. Hypoxia inducible factor as a target of pharmacological action. Obzory po klinicheskoi farmacologii i lekarstvennoi terapii. 2013;11(2):8-16. (In Russ).]
  19. Новиков В.Е., Левченкова О.С. Митохондриальные мишени для фармакологической регуляции адаптации клетки к воздействию гипоксии // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. - 2014. - Т. 12. - № 2. - С. 28-35. [Novikov VE, Levchenkova OS. Mitochondrial targets for pharmacological regulation of cell adaptation to hypoxia. Obzory po klinicheskoi farmacologii i lekarstvennoi terapii. 2014;12(2):28-35. (In Russ).]
  20. Новиков В.Е., Левченкова О.С. Перспективы применения индукторов фактора адаптации к гипоксии в терапии ишемических заболеваний // Вестник уральской медицинской академической науки. - 2014. - № 5 (51). - С. 132-138. [Novikov VE, Levchenkova OS. Perspectives of use of inducers of the hypoxia adaptation factor in therapy of ischemic diseases. Vestnik ural’skoi meditsinskoi akademicheskoi nauki. 2014;51(5):132-138. (In Russ).]
  21. Новиков В.Е., Левченкова О.С., Пожилова Е.В. Роль митохондриального АТФ-зависимого калиевого канала и его модуляторов в адаптации клетки к гипоксии // Вестник Смоленской государственной медицинской академии. - 2014. - Т. 13. - № 2. - С. 48-54. [Novikov VE, Levchenkova OS, Pozhilova EV. Role of mitochondrial ATP-dependent potassium channel and its modulators in cell adaptation to hypoxia. Vestnik Smolenskoi gosudarstvennoi meditsinskoi akademii. 2014;13(2):48-54. (In Russ).]
  22. Новиков В.Е., Левченкова О.С., Пожилова Е.В. Роль активных форм кислорода в физиологии и патологии клетки и их фармакологическая регуляция // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. - 2014. - Т. 12. - № 4. - С. 13-21. [Novikov VE, Levchenkova OS, Pozhilova EV. Role of reactive oxygen species in cell physiology and pathology and their pharmacological regulation. Obzory po klinicheskoi farmacologii i lekarstvennoi terapii. 2014;12(4):13-21. (In Russ).]
  23. Новиков В.Е., Пожилова Е.В., Маркова Е.О., Илюхин С.А. Влияние антигипоксантов на развитие формалин-индуцированного воспаления // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2014. - № 11. - С. 460-464. [Novikov VE, Pozhilova EV, Markova EO, Ilyukhin SA. Influence of antihypoxants on the development of phormalin-induced inflammation. Mezhdunarodnyi zhurnal prikladnykh i fundamental’nykh issledovanii. 2014;(11):460-464. (In Russ).]
  24. Новиков В.Е., Шаров А.Н. Влияние ГАМК-ергических средств на окислительное фосфорилирование в митохондриях мозга при его травматическом отеке // Экспериментальная и клиническая фармакология. - 1991. - Т. 54. - № 6. - С. 44-46. [Novikov VE, Sharov AN. Influence of GABAergic agents on oxidative phosphorylation in the mitochondria of the brain in traumatic brain injury. Eksperimentalnaya i klinicheskaya farmakologiya. 1991;54(6):44-46. (In Russ).]
  25. Плотникова Е.Д., Нуриева Е.В., Перегуд Д.И., и др. Молекулярное моделирование, рентгеноструктурный анализ и изучение iNOS-ингибирующей активности гидрохлорида 3-имино-2,4-диазобицикло[3.3.1]нонан-1-ола // Журнал органической химии. - 2013. - Т. 49. - № 8. - С. 1128-1131. [Plotnikova ED, Nurieva EV, Peregud DI, et al. Molecular modeling, X-ray diffraction analysis, and the study of iNOS inhibitor activity of 3-imino-2,4-diazabicyclo[3.3.1]nonan-1-ol hydrochloride. Zhurnal organicheskoi khimii. 2013;49(8):1128-1131. (In Russ).]
  26. Пожилова Е.В., Новиков В.Е. Синтаза оксида азота и эндогенный оксид азота в физиологии и патологии клетки // Вестник Смоленской государственной медицинской академии. - 2015. - Т. 14. - № 4. - С. 29-35. [Pozhilova EV, Novikov VE. Nitric oxide synthase and nitric oxide endogenous physiology and pathology cells. Vestnik Smolenskoi gosudarstvennoi meditsinskoi akademii. 2015;14(4):29-35. (In Russ).]
  27. Пожилова Е.В., Новиков В.Е., Левченкова О.С. Регуляторная роль митохондриальной поры и возможности ее фармакологической модуляции // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. - 2014. - Т. 12. - № 3. - С. 13-19. [Pozhilova EV, Novikov VE, Levchenkova OS. The regulatory role of mitochondrial pora and the possibility of its pharmacological modulation. Obzory po klinicheskoi farmacologii i lekarstvennoi terapii. 2014;12(3):13-19. (In Russ).]
  28. Пожилова Е.В., Новиков В.Е., Левченкова О.С. Активные формы кислорода в физиологии и патологии клетки // Вестник Смоленской государственной медицинской академии. - 2015. - Т. 14. - № 2. - С. 13-22. [Pozhilova EV, Novikov VE, Levchenkova OS. Reactive oxygen species in cell physiology and pathology. Vestnik Smolenskoi gosudarstvennoi meditsinskoi akademii. 2015;14(2):13-22. (In Russ).]
  29. Пожилова Е.В., Новиков В.Е., Левченкова О.С. Митохондриальный АТФ-зависимый калиевый канал и его фармакологические модуляторы // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. - 2016. - Т. 14. - № 1. - С. 29-36. [Pozhilova EV, Novikov VE, Levchenkova OS. The mitochondrial ATP-dependent potassium channel and its pharmacological modulators. Obzory po klinicheskoi farmacologii i lekarstvennoi terapii. 2016;14(1):29-36. (In Russ).]. doi: 10.17816/RCF14129-36.
  30. Пожилова Е.В., Новиков В.Е., Новикова А.В. Фармакодинамика и клиническое применение препаратов на основе гидроксипиридина // Вестник Смоленской государственной медицинской академии. - 2013. - Т. 12. - № 3. - С. 56-66. [Pozhilova EV, Novikov VE, Novikova AV. Pharmacodynamics and clinical applications of preparations based on hydroxypyridine. Vestnik Smolenskoi gosudarstvennoi meditsinskoi akademii. 2013;12(3):56-66. (In Russ).]
  31. Серая И.П., Нарциссов Я.Р. Современные представления о биологической роли оксида азота // Успехи современной биологии. - 2002. - Т. 122. - № 3. - С. 249-258. [Seraja IP, Narcissov JaR. Modern understanding of the biological role of nitric oxide. Uspehi sovremennoj biologii. 2002;122(3):249-258. (In Russ).]
  32. Судаков Н.П., Никифоров С.Б., Константинов Ю.М., и др. Механизмы участия митохондрий в развитии патологических процессов, сопровождающихся ишемией и реперфузией // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. - 2006. - Т. 51. - № 5. - С. 332-336. [Sudakov NP, Nikiforov SB, Konstantinov YM, et al. Mechanisms of mitochondria participation in development of pathological processes accompanied by ischemia and reperfusia. Byulleten VSNT SO RAMN. 2006;51(5):332-336. (In Russ).]
  33. Тургенева Л.Б., Новиков В.Е., Пожилова Е.В. Лечение воспалительных заболеваний пародонта мексидолом // Патогенез. - 2011. - Т. 9. - № 3. - С. 67. [Turgeneva LB, Novikov VE, Pozhilova EV. Treatment of inflammatory diseases of parodont by mexidol. Patogenez. 2011;9(3):67. (In Russ).]
  34. Филимонова М.В., Южаков В.В., Шевченко Л.И., и др. Экспериментальное исследование противоопухолевой активности нового ингибитора синтаз оксида азота Т1023 // Молекулярная медицина. - 2015. - № 1. - С. 61-64. [Filimonova MV, Yuzhakov VV, Shevchenko LI, et al. Experimental study of antitumor activity of new nitric oxide synthase inhibitor T1023. Molekuljarnaja medicina. 2015;1:61-64. (In Russ).]
  35. Шиманская Т.В., Добровольский Ф.В., Сагач В.Ф. Роль оксида азота в модуляции открытия митохондриальных пор при ишемии-реперфузии изолированного сердца // Актуальные проблемы транспортной медицины. - 2007. - № 3. - С. 121-126. [Shimanskaya TV, Dobrovolskiy FV, Sagach VF. The role of nitric oxide in the modulation of mitochondrial pore opening in ischemia-reperfusion of the isolated heart. Aktualnye problemy transportnoj mediciny. 2007;(3):121-126. (In Russ).]
  36. Шумаев К.Б., Свиряева И.В., Губкина С.А., и др. Образование динитрозильных комплексов железа в митохондриях сердца // Биофизика. - 2010. - Т. 55. - № 3. - С. 460-466. [Shumaev KB, Sviryaeva IV, Gubkina SA, et al. Formation of dinitrosyl iron complexes in cardiac mitochondria. Biofizika. 2010;55(3):460-466. (In Russ).]
  37. Alderton WK, Cooper CE, Knowles RG. Nitric oxide synthases: structure, function and inhibition. Biochem J. 2001; 357:593-615. doi: 10.1042/0264-6021:3570593.
  38. Bolaños JP, Heales SJR. Persistent mitochondrial damage by nitric oxide and its derivatives: neuropathological implications. Front Neuroenergetics. 2010;2:1-9. doi: 10.3389/neuro.14.001.2010.
  39. Brune B, Knethen A, Sandau KB. Nitric oxide and its role in apoptosis. Eur J Pharmacol. 1998;351(3):261-272. doi: 10.1016/S0014-2999(98)00274-X.
  40. Dedkova EN, Blatter LA. Trimetazidine effects on the mitochondrial metabolism during rabbit heart failure. J Physiology. 2009;587(4):851-872. doi: 10.1016/j.bpj.2008.12.1196.
  41. Finocchietto PV, Franco MC, Holod S, et al. Mitochondrial nitric oxide synthase: a masterpiece of metabolic adaptation, cell growth, transformation, and death. Exp Biol Med (Maywood). 2009;234:1020-1028. doi: 10.3181/0902-MR-81.
  42. Forstermann U, Sessa WS. Nitric oxide syntheses: regulation and function. Eur Heart J. 2012;33(7):829-837. doi: 10.1093/eurheartj/ehr304.
  43. Gualano B, Artioli GG, Poortmans JR, Lancha AH. Exploring the therapeutic role of creatine supplementation. Amino Acids. 2010;38:31-44. doi: 10.1007/s00726-009-0263-6.
  44. Guilivi C. Mitochondria as generators and targets of nitric oxide. Mitochondrial Biology: New Perspectives: Novartis Found Symp. 2007;287:92-100. doi: 10.1002/9780470725207.ch7.
  45. Kolodziejski PJ, Musial A, Koo JS, Eissa NT. Ubiquitination of inducible nitric oxide synthase is required for its degradation. Proc Nat Acad Sci USA. 2002;99(19):12315-12320. doi: 10.1073/pnas.192345199.
  46. Nagendran J, Michelakis ED. Mitochondrial NOS is upregulated in the hypoxic heart: implications for the function of the hypertrophied right ventricle. Am J Physiol. 2009;296 (6):1723-1726. doi: 10.1152/ajpheart.00380.2009.
  47. Nagle DG, Zhou Yu-Dong. Natural Product-Derived Small Molecule Activators of Hypoxia-Inducible Factor-1 (HIF-1). Cur Pharm Design. 2006;12(21):2673-2688. doi: 10.2174/138161206777698783.
  48. Omar SA, Webb AG. Nitrite reduction and cardiovascular protection. J Mol Cel Cardiol. 2014;73:57-69. doi: 10.1016/j.yjmcc.2014.01.012.
  49. O’Rourke B. Evidence for mitochondrial K+ channels and their role in cardioprotection. Circ Res. 2004;94:420-432. doi: 10.1161/01.RES.0000117583.66950.43.
  50. Parihar MS, Parihar A, Villamena FA, et al. Inactivation of mitochondrial respiratory chain complex I leads mitochondrial nitric oxide synthase to become pro-oxidative. Biochem Biophys Res Commun. 2008;367(4):761-767. doi: 10.1016/j.bbrc.2008.01.015.
  51. Qingdong K, Costa M. Hypoxia-Inducible Factor-1. Mol Pharmacol. 2006;70(5):1469-1480. doi: 10.1124/mol.106.027029.
  52. Riobo NA, Melani M, Sanjua N, et al. The Modulation of mitochondrial nitric-oxide synthase activity in rat brain development. J Biol Chem. 2002;277(45):42447-42455. doi: 10.1074/jbc.M204580200.
  53. Tang L, Wang H, Ziolo MT. Targeting NOS as a therapeutic approach for heart failure. Pharmacol Therapeutics. 2014;142(3):306-315. doi: 10.1016/j.pharmthera.2013.12.013.
  54. Taylor CT, Moncada S. Nitric oxide, cytochrome C oxidase, and the cellular response to hypoxia. Arteriosclerosis, Thrombosis, Vasc Biol. 2010;30(4):643-647. doi: 10.1161/ATVBAHA.108.181628.
  55. Villanueva C, Giulivi C. Subcellular and cellular locations of nitric-oxide synthase isoforms as determinants of health and disease. Free Rad Biol Med. 2010;49(3):307-316. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2010.04.004.

© Новиков В.Е., Левченкова О.С., Пожилова Е.В., 2016

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 65565 от 04.05.2016 г.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах