Proteins including selen and pregnancy

Abstract

In this view, the up-to-date information on proteins including selen is presented. Here is considered the conduct of selen proteins of glutationperoxidases family during pregnancy and its complications.

Full Text

Селеносодержащие белки, играющие немаловажную роль в организме млекопитающих, исследуются около 30 лет. В настоящее время выявлено 13 селенопротеинов [4], из которых 11 идентифицированы: клеточная (классическая) глутатионпероксидаза (ГП), внеклеточная (плазменная) ГП, фосфолипидгидропероксидглутатионпероксидаза (PHGP_x), желудочнокишечная ГП, селенопротеин Р, йодтирониндейодиназа 1, 2 и 3 типов, селеноротеин W, тиоредоксинредуктаза и селенофосфатаза [8]. Все селенопротеины содержат в активном центре молекулы уникальную аминокислоту — селеноцистеин. Синтез данной аминокислоты закодирован в нуклеотидной последовательности УГА м-РНК и осуществляется в клетке из неорганического селена и серина. Специфические последовательности м-РНК опознаются уникальной т-РНК [20]. Общий механизм каталитического действия селенопротеинов включает редокс — потенциал селеноцистеинового остатка активного центра белка, где происходит образование водород-водородных связей между селеноцистеином и остатками триптофана и/или глутаминовой кислоты [6].

Изученные селеносодержащие белки могут бытъ подразделены на два основных типа: семейство ГП и семейство диодиназ. Семейство ГП включает 4 селенопротеина. ГП выполняют в организме важную роль, являясь мощными антиоксидантными ферментами, которые защищают клетку и целый организм от разрушительного действия активных метаболитов кислорода. Наряду с общей функцией ГN=азы отличаются друг от друга по локализации в ткани, субстратной специфичности, регуляции, чувствительности к дефициту селена и ряду специфических функций.

Клеточная и плазменная ГN= азы кодируются разными генами, однако не менее 44% аминокислотных последовательностей в молекуле этих белков идентично. Подобная картина отмечается и у других белков семейства. Индукция внеклеточной и клеточной ГП происходит в разных тканях при контакте с физиологической жидкостью фетоплацентарного барьера, ресничного тела и почек [2].

Большой интерес представляют данные, полученные Sies Н. с соавторами [25], которые демонстрируют новую защитную функцию ГП в отношении белков в лизатах фибробластов человека. Как известно, генерация пероксинитрита приводит к его взаимодействию с тирозином белков и образованию 3-нитротирозина. Введение ГП в среду приводит к уменьшению содержания пероксинитрита, причем действие фермента более эффективно, чем влияние хорошо зарекомендовавшего себя эбселена (2-фенил-1, 2- бензиселенозола). Карбоксиметилирование селеноцистеина в активном центре ГП приводит к потере «классической» глутатионпероксид азной активности, но сохраняет действие фермента в отношении пероксинитрита. Полученные сведения указывают на иную функцию ГП, которая , подобно селенометионину, защищает белки от окисления пероксинитритом.

Желудочнокишечная ГП экспрессируется исключительно в желудочно-кишечном тракте и служит барьером на пути гидроперекисей, образующихся при питании и метаболизме ксенобиотиков. Данный изофермент ГП обладает наивысшей стабильностью при дефиците селена в организме [1].

Четвертым селенопротеином семейства ГП является PHGP, основная функция которой состоит в защите липидов мембранных структур клетки от активных метаболитов кислорода. Следует отметить, что специфическая активность PHGPχ коррелирует со степенью созревания сперматозоидов у млекопитающих [15, 16], более того, белок изменяет свои физические характеристики и биологические функции в процессе созревания спермы. Показано, что PHGPв разрушенных сперматозоидах присутствует в виде растворимой пероксидазы. Созревшие сперматозоиды содержат фермент в энзиматически неактивной форме в виде нерастворенного белка, связанного с кислородом [27]. В зрелом сперматозоиде на долю PHGP_x белка приходится, по крайней мере, 50% материала, что позволяет рассматривать PHGP_x как главный структурный белок митохондриальной капсулы спермы. Локализован белок в спиральной оболочке, окружающей жгутик [9]. При дефиците селена наблюдается механическая неустойчивость митохондриального участка, где роль структурного белка выполняет PHGH_χ что, в конечном итоге, может сопровождаться мужским бесплодием.

Семейство диодиназ насчитывает три фермента, из которых антиоксидантным эффектом обладает только тиоредоксинредуктаза. Тиоредоксинредуктаза человека близка к глутатионредуктазе, но отличается от последней наличием последовательности цистеин-Sе-цистеин. Антиоксидантное действие фермента связано с уменьшением количества сульфгидрильных групп либо непосредственно в остатках цистеина, либо при белок-белковых и/или белок-ДНК  взаимодействиях с участием тиреодоксина в качестве кофактора [26]. Наиболее подробно тиоредоксинредуктаза изучена Gromer с соавт. [7]. Белок был выделен из плаценты со специфической активностью 42 Е/мг белка и содержанием селена 0,94±0,03 моль/моль субъединицы. Фермент работает по механизму «пинг-понг», его активность зависит от внутриклеточного содержания селена. Примечательно, что на уровень активности фермента не оказывает влияния уровень экзогенного селена. Два других фермента семейства диодиназ: тиреоидная диодиназа и селенофосфат синтетаза не играют роли в контроле над процессами липидной пероксидации. Функция тироидной диодиназы заключается в образовании и регуляции активного тиреоидного гормона, а селенофосфат синтетаза включает селеноцистеин в селенопротеины [10].

Селенопротеин Р, который не входит в два выше описанных семейства, представляет гликопротеин, содержащий 10 остатков селеноцистеина в полипептидной цепи, что составляет более 50% от содержания селена в плазме человека и животных. Функции данного селенопротеина полностью не выяснены, однако в опытах in vitro показано, что введение селенопротеина Р приводит к уменьшению содержания пероксинитрита и фосфолипидгидропероксида в плазме человека. В исследованиях in vivo продемонстрирована его взаимосвязь с эндотелием стенок сосудов, являющегося главной мишенью для пероксинитрита. Экспрессия м-РНК селенопротеина Р происходит преимущественно в интерстициальных клетках Лейдига [12]. Регуляция транскрипции селенопротеина Р у человека осуществляется медиаторами воспалительных процессов [18]. Рядом авторов содержание селенопротеина Р в сыворотке крови рассматривается как биохимический маркер статуса селена [21]. Уровень содержания селенопротеина Р в сыворотке крови людей значительно колеблется в зависимости от региона проживания. Наиболее высокий уровень селенопротеина Р отмечается в крови жителей Бельгии [ 14].

Наименее изученным из известных селенопротеинов является селенопротеин W, который представляет внутриклеточный белок, содержащий один остаток селеноцистеина [3].

На современном этапе о содержании селенопротеинов в организме в клинической практике судят по статусу селена, который определяется либо как соотношение содержания селена в сыворотке и моче [10], либо как соотношение активностей ГП в эритроцитах и плазме [8].

Известно, что повышение уровня активных метаболитов кислорода рассматривается как фактор, способствующий развитию и/или поддержанию осложнений беременности. Селенопротеины из семейства ГП, которые являются важным звеном в перехвате свободных радикалов и системы детоксикации, могут играть существенную роль в контроле за течением осложнений беременности. Вместе с тем литературные данные о поведении ГП как при неосложненой беременности, так и при патологии беременности крайне малочисленны и неоднозначны.

У беременных женщин наблюдается резкое падение уровня активности селено зависимой ГП в крови в первом триместре беременности. Низкий уровень активности фермента сохраняется на протяжении всей беременности по сравнению с активностью ГП крови небеременных женщин репродуктивного возраста (19-35 лет). В плазме крови беременных женщин наблюдается значительное падение активности ГП во втором триместре. Активности фермента в крови матери и в крови плода не отличаются на протяжении беременности, а в амниотической жидкости активность ГП либо не выявляется, либо присутствует в следовых количествах. Выявлена корреляционная зависимость между уровнем активности ГП в цельной крови и содержанием конечного продукта липидной пероксидации малонового диацетальдегида в плазме беременных женщин [17]. В плаценте женщин с физиологически протекающей беременностью активность селенозависимой ГП практически не меняется [24].

Литературные данные об изменении активности ГП в плаценте при осложненной гестозом беременности противоречивы. Кпареп с соавт. отмечают увеличение активности ГП в тканях плаценты и децидуальной оболочке у женщин с гестозом. Активность фермента в децидуальной оболочке выше, чем в плаценте как у женщин с физиологически протекающей беременностью, так и у женщин с гестозом [11]. Роrапеп А. К. с соавт. не выявили достоверных различий в уровне активности ГП в плаценте женщин с физиологически протекающей беременностью и в плаценте женщин с гестозом [22]. Третья группа исследователей обнаружила снижение уровня активности ГП [30] и уровня экспрессии м-РНК [29] в плаценте женщин с гестозом, при этом Walsch S. W. и Wang Y. выявили у женцин с гестозом увеличение содержания тромбоксана и гидроперекисей липидов [28]. Авторы высказали гипотезу, согласно которой в плаценте при физиологически протекающей беременности ГП лимитирует активность простагландин-Н-синтетазы путем связывания гидроперекисей липидов. Недостаток активности ГП в плаценте женщин с гестозом способствует увеличению гидроперекисей липидов, что, в свою очередь, стимулирует активность простагландин-Н-синтетазы и увеличивает образование тромбоксана и гидроперекисей.

Несмотря на противоречивость полученных данных, авторы публикаций единодушны во мнении, что существенную роль при патологическом течении беременности играет дисбаланс между интенсивностью процесов пероксидации и уровнем антиоксидантной защиты [13]. В связи с этим для коррекции глутатионзависимой системы антиоксидантной защиты у беременных женщин сроком 7~9 недель был использован мелатонин, который принимался орально в дозе 6 мг один раз в сутки в 12 часов. Максимальное увеличение активности фермента наблюдали в образцах хориона через 3 часа после приема мелатонина. Изменений в активности супероксиддисмутазы в этот период авторы не отмечали. Полученные результаты указывают на то, что экзогенный мелатонин способен косвенно защитить хорион от повреждений, наблюдаемых при интенсификации процессов свободнорадикального окисления [19]. Перфузия плаценты женщин с гестозом растворами витамина С и/или витамином Е in vitro способствовала снижению уровня липидной пероксидации в плаценте и нормализации активности ферментов антиоксидантной защиты, в частности ГП [23].

Анализ литературных данных позволяет считать, что поведение селенопротеинов при беременности и ее осложнениях изучено недостаточно, в связи с чем отсутствует ясное понимание места и роли селенозависимой ГП в механизме патогенеза беременности.