Селеносодержащие белки и беременность

Аннотация

В обзоре представлены современные сведения о селеносодержащих белках. Рассмотрено поведение селенопротеинов из семейства глутатион пероксидаз при беременности и ее осложнениях.

Полный текст

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.