6. Выполните тестовое задание.
1. Установить соответствие:
2) пантотеновая кислота
Участие в обмене
e) тиамин пирофосфат
2. Установить соответствие:
витамин Участие в обмене
1) тиамин а) углеводов и липидов
2) биотин Ь) углеводов и аминокислот
3) пиридоксин с) нуклеиновых кислот
4) фолиевая кислота d) углеводов
3. Механизм биологического действия биотина связан с его участием в реакциях:
2) карбоксилирования ацетил-КоА
3) карбоксилирования пирувата
4) переноса ацетильных групп
5) декарбоксилирования аминокислот
4. При авитаминозе B1 нарушается функционирование следующих ферментов:
5. Составной частью ацетил-коэнзима А является:
1) n-аминобензойная кислота
4) оротовая кислота
5) пантотеновая кислота
6. Витамин В12 входит в состав следующих ферментов:
7. Коферментом декарбоксилаз аминокислот является:
1) тиамин пирофосфат
2) пиридоксальфосфат 3)ФАД
8. Установить соответствие:
3) витаминоподобные вещества
a) действуют как антикоферменты
b) частично синтезируются в организме
c) превращаются в организме в коферменты
9. Витамин В6 входит в состав следующих ферментов обмена амино-кислот:
10. На проницаемость капилляров влияет:
5) пангамовая кислота
Ответы на тестовое задание к теме «Водорастворимые вита-мины».
Вопрос 2. 1) — d, 2) — а, 3) — ь, 4) — с.
Вопрос 8. — 1) — с, 2) — а, 3) — Ь.
6.Выполните тестовое задание
1. Указать соответствующие витаминам функции:
6) витамин F А. подавление свободнорадикального окисле-ния;
Б. усиление синтеза сократительных белков;
В. образование Са2+- связывающих участков в белках свертывающей системы крови и мине-рализованных тканей;
Г. мобилизация кальция из костей- деминерали-зация кости;
Е. усиление синтеза хондроитинсульфатов;
Ж. стимуляция иммуноглобулинов;
3. усиление синтеза органической матрицы кост-ной ткани — минерализация
И. стимуляция метаболизма холестерола, обра-зование простагландинов, тромбоксанов, про-стациклина, леикотриенов
2. Гиповитаминозам соответствуют симптомы:
1. гиповитаминоз А
2. гиповитаминоз Д
3. гиповитаминоз Е
4. гиповитаминоз К
5. гиповитаминоз F
A. поражение кожи по типу экземы, псо-риаза. Фолликулярный гиперкератоз.
Б. нарушение свертываемости крови.
B. миодистрофия, прерывание бере-менности.
Г. остеопороз, остеомаляция, рахит.
Д. нарушение темновой адаптации (кури-ная слепота).
Е. усиленное ороговение эпителия — су-хость кожи, роговицы и слизистых.
Ж. торможение роста.
3. Гипервитаминозам соответствуют симптомы:
1. гиповитаминоз А
2. гиповитаминоз Д
3. гиповитаминоз Е
4. гиповитаминоз К
5. гиповитаминоз F
A. незаращение неба и губ, боли в костях, острое отравление.
Б. тромбоз сосудов.
B.гиперкальциемия, гиперкальци-урия, кальциноз сосудов и внутренних органов (нефро-кальциноз).
4. В качестве структурных элементов изопреноидные фрагменты со-держат витамины:
5) аскорбиновую кислоту
5. Производными стеролов являются:
6. Витамин К в своей структуре содержит:
1) кольцо пиримидина и тиазола
3) производное хинона, имеющее гидроксильные группы и оста-ток ацетата
4) производное бензопирана
7. Одним из наиболее эффективных природных антиоксидантов яв-ляется:
8. Для нормального световосприятия необходим:
9. Антигеморрагическим действием обладает:
5) аскорбиновая кислота
10. Ксерофтальмию вызывает дефицит в организме:
1) аскорбиновой кислоты
Ответы на тестовое задание «Жирорастворимые витамины»
Источник
Система изопреноидов: роль в противовирусном иммунитете
Введение.
Изучение взаимодействия различных систем организма формирует комплексный подход к исследованию биологических объектов. Так, изучение нервной, иммунной и эндокринной систем способствует лучшему пониманию функционирования организма человека и животных при инфекционных и неинфекционных заболеваниях. Более тонкий подход связан, например, с изучением таких систем как интерфероновая и цитокиновая и выяснением их влияния на организм. Стоит отметить, что если нервная, эндокринная и иммунная системы представлены специализированными образованиями (органы и ткани), то интерфероновая и цитокиновая не имеют таких образований и размещены в каждой клетке живого организма [6; 7]. В настоящее время можно считать доказанным существование еще одной системы – системы изопреноидов, которая также представлена в каждой клетке, однако эта система значительно менее изучена, чем система интерферонов. Ее считают одной из самых филогенетически древних систем, присущих всем живым клеткам от бактерий до человека [1; 14; 15; 60; 76]. Малочисленны данные о взаимодействии иммунной системы, системы интерферонов и системы изопреноидов в организме человека и животных. Однако все эти системы активируются при внедрении инфекционных агентов и, в частности, вирусов, при различных неинфекционных заболеваниях, при злокачественной трансформации, стрессах и др. Недостаточность системы изопреноидов или дефектность ее метаболических путей может приводить к заболеваниям различного генеза, преждевременному старению и смерти.
Система изопреноидов включает изопреноиды с различным числом звеньев, часто представленных в виде суммы олигомергомологов, а также изопреноидные хиноны и оксихиноны, убихиноны, витамины Е и К, витамин А и его производные, фосфорилированные полипренолы и другие производные полипренолов (долихолы, их фосфаты и другие производные), а также целый спектр ферментов (пренилсинтазы и пренилтрансферазы и др.) и метаболических путей (путь мевалоновой кислоты, метилэритритолфосфатный путь, путь биосинтеза убихинона, сульфидный метаболизм и др.) клетки. Известно, что изопреноиды биосинтезируются из 5-и углеродных предшественников изопентенилпирофосфата и диметилаллилдифосфата, которые продуцируются в основном через путь мевалоновой кислоты [48]. У некоторых бактерий (E.coli) и растений изопреноидные предшественники образуются в метилэритритолфосфатном пути [30; 65; 66;]. Витамин А и его производные представляют собой С20 изопреноиды. Напомним, что изопреноиды класса каротиноидов функционируют как антиоксиданты и как предшественники витамина А [24]. Другой биологически важный класс молекул представлен хинонами и оксихинонами, которые содержат олигоизопреноидный фрагмент, присоединенный к хиноновому ядру. К подобным соединениям относятся витамины Е и К [64; 50], а также убихиноны [51] (см. табл. 1).
Классификация преноллипидов (изопреноидов) [PR] (приведено по [31]).
Наименование класса
Наименование подкласса
Номер по классификации
Изопреноиды
С10 изопреноиды (монотерпены)
С15 изопреноиды (сесквитерпены)
С20 изопреноиды (дитерпены)
С25 изопреноиды (сестертерпены)
С30 изопреноиды (тритерпены)
С40 изопреноиды (тетратерпены)
Хиноны и гидрохиноны
Полипренолы
Другие
Характеристика фосфатов полипренолов и долихолов. Дифосфаты короткоцепных терпенолов служат предшественниками в биосинтезе различных классов физиологически активных веществ: линейных и циклических терпеноидов, каратиноидов, ретиноидов, стероидов, гопаноидов, поликетидов, некоторых алкалоидов, фитоалексинов, хлорофиллов, S-пренилированных белков и др. Дифосфаты полипренолов являются донорами алкильных радикалов при биосинтезе убихинонов и менахинонов [14]. В свою очередь, монофосфаты полипренолов, образующиеся из соответствующих дифосфатов путем ферментативного дефосфорилирования, теряют способность к алкилированию. При этом они приобретают совершенно новое свойство — служат промежуточными донорами или акцепторами гликозильного или гликозилфосфатного остатка в процессе сборки углеводных цепей биополимеров. Аналогичным свойством обладают монофосфаты 2,3-дигидропренолов (долихолов) [15]. Как установлено в настоящее время, эти соединения являются незаменимыми кофакторами мембранно-связанных ферментов, ответственных за биосинтез, например, N- и O-связанных гликановых фрагментов гликопротеинов и гликолипидного фрагмента липогликопротеинов эукариот, бактерий и некоторых вирусов. Кроме того, установлено, что полипренильный остаток, промежуточно образующихся полипренилмоно- и дифосфатсахаров, выполняет не только роль якоря, удерживающего углеводный фрагмент вблизи активного центра мембранных ферментных комплексов, но и структурного компонента мембраны, обеспечивающего необходимое для эффективного функционирования этих комплексов микроокружение и способствующего трансмембранному переносу продуктов ферментативных реакций [15; 74].
Характеристика полипренолов и долихолов. Длинноцепочечные изопреноидные спирты являются общим строительным материалом для биологических мембран (клеточные и ядерные мембраны, эндоплазматический ретикулум, митохондриальные и лизосомальные мембраны и др.) [37]. Долихолы (α-насыщенные изопреноидные спирты) найдены во всех животных клетках и тканях [15]. Полипренолы (α-ненасыщенные изопреноидные спирты) встречаются в листьях многих растений и у бактерий [14, 21]. Исследования изопреноидных спиртов из различных источников показало, что в природных объектах они всегда представлены смесью («семейством») соединений, различающихся по числу изопреновых единиц в молекулах, то есть в виде смеси олигомергомологов. Такие смеси полипренолов и/или долихолов в настоящее время рассматриваются как хемотаксономический критерий. Долихолы -16, 18, и 19 (число изопреновых звеньев) были найдены у дрожжей, крыс и человека, соответственно [47]. Напротив, растительные полипренолы представлены в большом разнообразии и значительно различаются по длине цепи [71]. В зеленой ткани некоторых растений семейство полипренолов содержит 4 или 5 олигомергомолога (Rhus typhina, доминирующий пренол – 11), в то же время, напротив, у Lumnitzera racemosa смесь полипренолов представлена от пренола-14 до пренола-110 [70]. Существует много растений, накапливающих полипренолы с длиной цепи более 120 изопреноидных звеньев, которые можно рассматривать как каучукоподобные полимеры. Терпенолы с 160 изопреноидными звеньями найдены у некоторых видов растений и грибов [73]. Образование таких комплексных смесей до сих пор не объяснено.
Биосинтез изопреноидов. Основные пути синтеза изопреноидов в клетках хорошо изучены. Один из них — путь мевалоновой кислоты (MVA). Синтез начинается с мевалоната, который в свою очередь является продуктом взаимодействия ацетилКоА и ОМГКоА редуктазы (3-окси-3-метилглутарил КоА редуктаза). На рис. 2 представлена схема биогенеза изопреноидных соединений в тканях млекопитающих по [14]. Синтез мевалоната представляет обязательную ступень при образовании холестерина и изопреноидов (прениллипидов). Мевалонат превращается в 5-углеродную субъединицу изопентенилпирофосфата. Конденсация трех таких субъединиц приводит к образованию фарнезилпирофосфата (FPP). Добавление четвертой субъединицы дает геранилгераниолпирофосфат (GGPP). Последующее добавление 5-углеродных субъединиц изопентенилпирофосфата и/или конденсация уже готовых FPP и/или GGPP, возможно, приводит к образованию полипренолов и долихолов как моно-, так и дифосфатов, а также убихинонов, витамина Е и К и других. Механизмы такой конденсации до сих пор не ясны.
Другой путь биосинтеза изопреноидов – метилэритритолфосфатный путь (2-С-метил-D-эритритол 4-фосфат (MEP), также обозначается как не-MVA, DOXP или 1-деокси-D-ксилулозо-5-фосфатный путь. Ряд бактерий, включая Escherichia coli, фотосинтетические цианобактерии и растительные пластиды обладают метилэритритолфосфатным путем биосинтеза изопреноидов [30].
Тем не менее, считается [14], что принципы биосинтеза изопреноидов одинаковы для всех живых организмов, а структурные особенности полипренолов, стереохимия присоединяемых звеньев определяется свойствами ферментной системы, осуществляющей образование «С-С» связи.
Пренилтрансферазы. Ферменты, ответственные за синтез линейных изопренилпирофосфатов, классифицированы как цис- и транс-изопренилпирофосфатсинтазы. На рис. 3 представлены возможные пути синтеза линейных изопренилпирофосфатов, осуществляемые с помощью специфических пренилтрансфераз.
В настоящее время большинство ферментов, ответственных за синтез изопренилпирофосфатов, уже классифицировано. Выделяют три основных класса пренилтрансфераз: 1) изопренилпирофосфатсинтазы (IPPSs), которые катализируют удлинение цепи субстратов аллильных пирофосфатов последовательной конденсацией с изопентенилпирофосфатом (IPP) для образования линейных полимеров различной длины цепи; 2) протеинпренилтрансферазы, которые катализируют перенос изопренилпирофосфата на белок или пептид; 3) пренилтрансферазы, которые катализируют циклизацию изопренилпирофосфатов [60; 62].
В последнее десятилетие были выделены многие транс-изопренилпирофосфатсинтазы и клонированы их гены [53; 77]. Установлены аминокислотные последовательности ряда транс-пренилтрансфераз, а именно FPPS из E.coli, GGPPS из дрожжей, FGPPS из E.coli, HexPPS из дрожжей, HepPPS из B.subtilis, OPPS из E.coli, SPPS из M.luteus и DPPS от человека. Частично очищена и охарактеризована цис-пренилтрансфераза (UPPS) из L.plantarum. Клонирован ген для первой бактериальной цис-пренилтрансферазы из Micrococcus luteus [69]. Фарнезилпирофосфатсинтаза (FPPS) и геранилгераниолпирофосфатсинтаза (GGPPS), наиболее хорошо изученные представители семейства пренилтрансфераз. Они катализируют метаболизм изопреноидов и приводят к интенсификации синтеза FPP и GGPP, соответственно. Такие соединения являются предшественниками синтеза различных веществ, таких как холестерин, каротиноиды и пренилированные белки, которые участвуют в поддержании основных клеточных функций (структура мембран, синтез стероидных гормонов, внутриклеточный транспорт) [34; 35]. С другой стороны, цис- и транс-пренилтрансферазы катализируют цис- или транс- присоединение изопентенилпирофосфата к транс-FPP, в результате чего образуются полипренилпирофосфаты, являющиеся предшественниками долихолов и убихинонов, вовлекаемых в синтез гликопротеинов и транспорт электронов, соответственно [21; 57].
Изопреноиды и их производные определяют значительное число важных биологических функций в природе. Имеющаяся в литературе информация по их структуре и действию может обеспечить только начальную ступень для понимания функций многих пренилтрансфераз и основу для дизайна агонистов и антагонистов ферментов, которые могут быть использованы для лечения различных заболеваний. Однако, структура и даже функции многих изопреноид-синтетических ферментов, так же как и белки, подверженные катализу и пренилированию, до сих пор не известны.
Метаболизм полипренолов и их производных. Предполагается существование связанных с клеточным циклом двух типов метаболизма производных полипренолов [14]. Первый тип осуществляется в фазе активного роста и деления клеток и выражается в формировании первичного метаболического пула, представленного, в основном, фосфорилированными производными полипренолов и их гликозидами. Второй тип метаболизма происходит в стационарной фазе клеточного цикла и связан с накоплением метаболически неактивных свободных полипренолов и их жирнокислотных эфиров. В количественном отношении первичный пул значительно меньше вторичного. Уровень полипренил(долихил)фосфатов сохраняется приблизительно постоянным на всех стадиях жизненного цикла клеток[14; 15] По-видимому, это имеет важное значение для поддержания нормального гомеостаза организма. Монофосфаты полипренолов и долихолов являются незаменимыми кофакторами ряда реакций ферментативного гликозилирования [41; 78]. Эти реакции осуществляются мембраносвязанными ферментными комплексами (гликозилтрансферазами). В биологических объектах осуществляется два основных принципа переноса гликозильных остатков на их конечный акцептор с промежуточным переносом на фосфорилированные пренолы/долихолы: 1) образование полипренилмонофосфатмоносахаридов и перенос мономерной единицы; 2) образование полипренилдифосфатолиго- или полисахарида и перенос олигомерного или полимерного блока [14]. В качестве конечного акцептора может выступать содержащий остаток серина или треонина белок, углеводный остаток гликозилированного биополимера, полипренилдифосфатолигосахарид или фосфатидилинозит [55].
При биосинтезе полипренилдифосфатсахаров соответствующий фермент катализирует на первой стадии реакцию, отличную от реакции образования полипренилмонофосфатсахаров, — перенос на полипренилфосфат остатка гликозилфосфата от нуклеозиддифосфатсахара. В большинстве природных объектов полипренилдифосфатмоносахариды представлены производными тех же моносахаридов, что и полипренилмонофосфатные производные. По-видимому, число типов моносахаридов, способных служить донорными или акцепторными гликозильными остатками в составе полипренилфосфопроизводных, ограничено и однотипно у всех исследованных организмов. Биологический смысл этого явления на сегодня еще не ясен.
Пренилирование белков. Пренилирование является посттрансляционной модификацией белков и происходит путем ковалентного связывания фарнезильного или геранилгеранильного остатков с консервативным остаткам цистеина в или около-С-концевой области белков [81]. Эти реакции катализируются с помощью фарнезилтрансферазы (FTase) и геранилгераниолтрансферазы (GGTase), I или II типа. Узнавание последовательности FTase и GGTase I происходит в так называемом ‘CXXX box’, где C является цистеином и Х – одной из последних трех аминокислот в модифицируемом С-конце белка. Второй класс геранилгераниолтрансфераз, GGTase II типа, характеризуется более комплексным субстратом узнавания и катализирует перенос геранилгеранильного фрагмента к остаткам цистеина, содержащихся в последовательности СС или СХС С-конца белка [59]. Происходит ли пренилирование белков с участием полипренолов или долихолов (или их моно- и пирофосфатов), до настоящего времени не установлено. Тем не менее, такой механизм вполне возможен и именно он, по-видимому, может определять высокую биологическую активность фосфорилированных полипренолов и долихолов, поскольку показано, что эффект пренилирования связан с усилением мембранной ассоциации модифицированного белка и играет важную роль в белок-белковых взаимодействиях [20].
Роль полиизопреноидов в жизненном цикле вирусов. Хотя пренилирование впервые было описано для различных клеточных белков, в настоящее время стало очевидным, что вирусы могут также использовать посттрансляционную модификацию, обеспечиваемую ресурсами клетки-хозяина. Лишая вирусы доступа к пренилированию можно тем самым эффективно воздействовать на жизненный цикл вируса [27]. Получены данные, указывающие на роль изопреноидных соединений в жизненном цикле вирусов. Показано, что пренилирование большого антигена вируса гепатита δ (HDV) необходимо для образования и выделения вирусных частиц [33]. Выявлено, что фармакологическое ингибирование пренилирования с использованием ингибиторов пренилирования FTI (farnesyltransferase inhibitor)-277 и FTI-2153 предотвращает образование HDV вирионов in vivo [17]. Эти результаты оказались первым доклиническим подтверждением эффективности ингибиции пренилирования in vivo, и, по-видимому, могут привести к новому направлению антивирусной терапии с возможным применением к широкому спектру вирусов. При исследовании репликации РНК вируса гепатита С было показано, что для сборки вирусного репликативного комплекса необходим процесс пренилирования – геранилгераниолирования одного или более белков, но уже клеток хозяина, а не вирусных белков [79]. Другие исследования с вирусом лейкоза мышей (MuLV) на клетках мышиного эритролейкоза Френда обосновали существование взаимосвязи между изопреноидным биосинтезом, внутриклеточным транспортом и процессингом вирусных оболочечных белков [58]. В этой работе также было установлено, что пренилирование клеточного белка Rab необходимо для включения вирусных оболочечных предшественников в вирионы. Не так давно описан ген пренилтрансферазы (ORF B318L) вируса африканской свиной лихорадки (ASFV) [16]. Кодируемый этим геном ASFV-белок идентифицирован как транс-пренилтрансфераза. Авторы отмечают, что свойства ASFV пренилтранферазы четко отличаются от клеточных FPP синтазы или GGPP синтазы. По-видимому, вирусные пренилтрансферазы могут использоваться вирусами для подмены клеточных пренилтрансфераз для обеспечения своего жизненного цикла. Отмечено, что ген ASFV B318L является исключительно пренилтрансферазным геном вирусного происхождения. Его присутствие в ASFV, по мнению [16], поднимает ряд важных вопросов о значении этого фермента в жизненном цикле вирусов. Так как FPP и GGPP образуются в реакции, катализируемой вирусным ферментом, то можно утверждать, что эти продукты могут быть использованы как доноры пренильных фрагментов при фарнезилировании или геранилгеранилировании клеточных или вирусных белков. Такие модификации в свою очередь требуются для сборки и выделения вирусных частиц, что описано и для других вирусов [33; 40; 58]. Однако, следует отметить, что свойства ASFV пренилтрансферазы четко отличаются от свойств, описанных для FPPS или GGPPS, вовлекаемых в синтез доноров пренолов при пренилировании белков. Так, эти ферменты продуцируют FPP (C15) или GGPP (C20) как основной продукт и неспособны утилизировать GGPP как субстрат [39; 67], в то время как вирусный фермент может формировать более длинные продукты и эффективно использует GGPP. Более того, клеточные ферменты, синтезирующие предшественники для пренилирования белков, являются цитозольными белками [28], в то время как белок ASFV B318L, как предполагают, может быть мембрано-связанным. Следует отметить, что все-транс-пренилтрансферазы, такие как октапренилдифосфатсинтаза [32] и соланезилдифосфатсинтаза [54], катализируют последовательную конденсацию IPP до FPP для производства длинно-цепочечных полипренилдифосфатов, которые являются предшественниками боковых цепей хинона. Белок ASFV B318L может играть сходную роль. Возможно, что приобретение ASFV пренилтрансферазного гена для синтеза пренильной цепи убихинона (коэнзима Q) может быть связано с усилением функции митохондрий, что, по-видимому, обеспечивает дополнительной энергией вирусные процессы, такие как макромолекулярные синтезы и морфогенез. В этой связи стоит упомянуть, что синтез митохондриальных ДНК возрастает при инфекции клеток Vero вирусом простого герпеса 1-го типа [49] и что аденовирусная инфекция клеток человека стимулирует митохондриальную активность [75].
Известно [80], что макрофаги и моноциты, являющиеся клетками-мишенями при ASFV инфекции, образуют реактивные формы кислорода, который может вызывать повреждение вирусной ДНК и мембран. Реактивные формы кислорода могут также инициировать и/или опосредовать апоптоз [26], контроль которого является важным для развития продуктивной вирусной инфекции. Коэнзим Q выполняет роль переносчика электронов в митохондриях и, как установлено, присутствует в ядре, плазматической мембране, комплексе Гольджи и лизосомах [43; 45]. По-видимому, коэнзим Q может функционировать и вне митохондрий при антиокислительных процессах [25;29]. По предположению Alejo et al. [16], ASFV-пренилтрансфераза вовлекается в синтез олигоизопреновой цепи убихинона, что, по-видимому, защищает вирусные мембраны и/или ДНК от окисления и предотвращает апоптоз инфицированных клеток.
Как отмечалось выше, полипренолы и их производные образуются в клетках из 3,3-диметилаллилпирофосфата и изопентенилпирофосфата путем последовательного наращивания цепи с использованием пренилтрансфераз. Поскольку это универсальный путь биосинтеза всех терпеноидов, стероидов и некоторых алкалоидов, то существует тесная регуляция по типу обратной связи между скоростями биосинтеза этих соединений и их количественным соотношением в клетке [14]. Первоначально образующийся пирофосфат полипренола превращается в монофосфат и далее может дефосфорилироваться до функционально неактивного свободного пренола. При вирусной инфекции в клетке добавление фосфатов полипренолов может сдвигать реакции биосинтеза терпеноидов по типу обратной связи между скоростями биосинтеза этих соединений и их количественным соотношением в клетке в сторону коротко-цепочечных полипренилдифосфатов и диметилаллилпирофосфата и изопентенилпирофосфата и, таким образом, фосфаты полипренолов, по-видимому, могут выступать своеобразными ингибиторами пренилтрансфераз. При избыточном содержании в клетке полипренилфосфатов и долихилфосфатов, по-видимому, может происходить конкурентное вытеснение короткоцепных пренолов, в том числе FPP и GGPP, и сбою в функционировании вирусных пренилтрасфераз, приводящего к пренилированию вирусных белков с участием полипренилфосфатов, в результате чего возможны нарушения в сборке вирионов и остановка жизненного цикла вируса.
Высказанные выше предположения нашли свое косвенное подтверждение при изучении противовирусной активности динатриевой соли фосфата полипренолов. На основе продуктов, получаемых при фосфорилировании высокоочищенных полипренолов хвои сосны, пихты или ели учеными ГУ НИИЭМ им. Н.Ф.Гамалеи РАМН, ГУ НИИ полимиелита и вирусных энцефалитов им. М.П.Чумакова РАМН и ИОХ им. Н.Д.Зелинского РАН разработан противовирусный препарат широкого спектра действия. В настоящее время такой препараты под коммерческими названиями «фоспренил» и «гамапрен»® и разрешены Департаментом ветеринарии Министерства сельского хозяйства РФ для использования в качестве противовирусного средства при профилактике и лечении чумы плотоядных, гепатитов и энтеритов у собак, а также ринотрахеита, панлейкопении и вирусного перитонита у кошек. «фоспренил»® и «Гамапрен» повышают устойчивость организма к заболеваниям, вызванным парамиксовирусами, ортомиксовирусами, тогавирусами, поксвирусами, герпесвирусами, коронавирусами, аденовирусами, парвовирусами и калицивирусами. Лекарственный препарат на основе динатриевой соли фосфата полипренолов под коммерческим названием «фортепрен»® в настоящее время проходит клинические испытания в нескольких базовых учреждениях Минздравсоцразвития РФ в качестве средства для профилактики и лечения генитальной герпесвирусной инфекции.
Экспериментально показана активность полипренилфосфатов в отношении вирусов гриппа, кори, свинки, гепатита А, западного энцефаломиелита лошадей, герпеса простого I и II типа, бешенства, иммунодефицита человека, клещевого энцефалита, желтой лихорадки и др. [5; 11; 12; 23; 52; 68]. Полученные данные позволяют заключить, что полипренилфосфаты в дозе 200 мкг/мл ингибируют в культуре клеток репликацию вируса кори, вируса эпидемического паротита, и на 90-100% блокируют репликацию вирусов иммунодефицита человека и гепатита А. В условиях in vivo полипренилфосфаты после перорального и парентерального введения защищают до 60% мышей от летальной инфекции, вызванной вирусами гепатита мышей (коронавирусная инфекция), гриппа, западного энцефаломиелита лошадей (альфа-вирусная инфекция), герпеса простого I и II типа, бешенства, более чем в 2 раза продлевают жизнь хомячкам, зараженным летальной дозой вируса клещевого энцефалита. Полученные данные свидетельствуют о широком спектре антивирусного действия таких препаратов (противовирусная активность полипренилфосфатов запатентована) [2; 3; 13; 22]. Одним из механизмов действия фосфорилированных полипренолов, по-видимому, является нарушение сборки вирусных частиц у группы вирусов c внешней липидной оболочкой, имеющих при созревании стадию почкования на плазматической мембране клеток [4; 9]. Кроме того, фосфорилированные полипренолы подавляют образование ранних вирусных белков и индуцируют продукцию альфа-интерферонов и других цитокинов [8]. В частности, полипренилфосфаты служат индуктором фактора некроза опухолей альфа, оказывают в условиях in vivo модулирующее действие на продукцию интерлейкина-1 [10; 63].
При этом, кроме прямого противовирусного эффекта, препараты полипренилфосфатов оказывают в физиологических пределах иммуномодулирующее воздействие — усиливают бактерицидную активность макрофагов и снижают проницаемость лизосомальных и клеточных мембран. Эти свойства могут быть использованы при иммунотерапии некоторых инфекционных заболеваний, патогенез которых связан с недостаточной бактерицидной активностью фагоцитирующих клеток, и с лабилизирующим воздействием токсинов бактерий (например, эндотоксинов грамотрицательных бактерий, стрептолизина О и др.). Показано также увеличение активности естественных киллеров [63]. Важным общим свойством соединений данного класса является также выраженная гепато- и панкреапротекторная активность, что дополнительно повышает эффективность препарата при лечении инфекционных гепатитов и панкреатитов.
Все перечисленное позволяет рассматривать фосфорилированные полипренолы в качестве перспективных противовирусных препаратов не только в ветеринарии, но и в медицинской практике. Проведенный комплекс доклинических испытаний показал, что препараты на основе динатриевой соли фосфата полипренолов, выделенных из хвойных растений, практически не токсичны (относятся к классу малотоксичных средств), не тератогенны, не аллергенны, не обладают эмбриотоксичностью, мутагенностью, канцерогенностью, более того, проявляют антиметастатический эффект.
Биологическая роль полипренолов и долихолов. Изучение биологической роли долихолов в тканях млекопитающих (печень, мозг, почки) и полипренолов в тканях растений показало, что только часть этих изопреноидов, аккумулированных в форме моно/дифосфатов, активны в клетках и выступают в роли кофакторов биосинтеза гликопротеинов [18; 46]. Фосфорилированные и, иногда также, гликозилированные формы долихолов предпочтительно встречаются в делящихся клетках [14; 42]. Предполагается их возможная роль в пренилировании белков [72]. Часть полипренолов и долихолов в клетках, найденных в форме свободных спиртов или эфиров карбоновых кислот, в настоящее время рассматриваются как структурные компоненты мембран. Такие соединения, как было найдено, повышают текучесть и проницаемость мембран, возможно, в конечном счете, приводя к слиянию мембран [21]. Было установлено, что содержание полипренолов и долихолов в клетках прогрессивно увеличивается с возрастом. В тканях органов человека содержание долихолов значительно различалось: так, отмечено семикратное увеличение долихолов в легких и 150-кратное увеличение в поджелудочной железе. В то же время отмечен интересный факт, что содержание долихолов в тканях новорожденных и людей старше 81 года было практически одинаковым [44]. Однако, содержание фосфорилированных производных долихолов с возрастом увеличивалось всего от 2 до 6 раз. В тканях крыс содержание долихолов увеличивалось с возрастом в 20-30 раз, в то же время содержание долихилфосфатов практически не изменялось. Обнаружено, что при различных патологических изменениях (таких как карциногенез, стимуляция эндоплазматического ретикулума или пероксисом различными индукторами, нахождение животных на специфических диетах) содержание долихолов и долихилэфиров и соотношение их олигомергомологов значительно изменяются, в то же время не отмечено достоверных изменений в содержании долихилфосфатов [21]. Например, содержание долихолов и относительное количество полиизопреноидных спиртов увеличивается в пренеопластических клетках печени крыс [56]. С другой стороны, отмечено снижение уровня долихолов при гепатокарциноме крыс [19].
Суммируя имеющиеся данные, можно говорить о важной роли системы изопреноидов в организме млекопитающих и человека. Мы сделали попытку схематически представить место этой довольно большой группы соединений в жизненно важных функциях клеток и организмов и выявить их взаимосвязь с другими системами (рис. 4). Как видно из рисунка пренолы и полиизопреноиды (в частности, долихолы, долихилмонофосфаты и долихилпирофосфаты) принимают активное участие в ряде жизненно-важных клеточных функций — в синтезе углеводсодержащих биополимеров, стабилизации мембран, тем самым осуществляя строительную функцию клетки; поддерживают электрохимический градиент клеточных мембран, участвуют в процессах окислительного метаболизма, тем самым осуществляя энергетичекую функцию клетки; принимают участие в процессинге большинства клеточных белков, осуществляя их пренилирование и гликозилирование и, тем самым, способствуя белковому транспорту. Кроме того, с непосредственным участием пренолов и полиизопреноидов происходит индукция и формирование широкого спектра биологических эффектов (антивирусный, иммуномодулирующий, цитокин-индуцирующий и др.), благодаря которым может осуществляться поддержание клеточного гомеостаза и взаимосвязь с другими системами организма (иммунной, нервной, эндокринной, интерфероновой, цитокиновой).
Хотя человеческий геном содержит всего лишь около 25000 генов, но существование множественных посттрансляционных модификаций приводит к образованию миллионов различных белков. Конечными продуктами генетической и белковой экспрессии являются наборы метаболитов внутри клеток или организма. Эти метаболиты отражают большинство нижележащих эффектов генной и белковой регуляции и таким образом обеспечивают информацию относительно биологического состояния системы [36; 38]. В свою очередь система изопреноидов может являться характеристической единицей всех пренолов, полипренолов (долихолов), существующих в каждом отдельном типе клеток. Она, таким образом, может отражать их влияние на биологическую систему в отношении клеточных сигналов, архитектуры мембран, модуляции транскрипции и трансляции, взаимодействий клетка-клетка и клетка-белок, и ответа на изменения окружающих условий. Несомненно участие полиизопреноидов в формировании углеводсодержащих биополимеров и поддержании энергетической функции клеток, кроме того они играют значительную роль в отправлении физиологических функций клетки и организма, включая передачу клеточных сигналов, белковую модификацию, и участие в мембранном прикреплении (заякоривании). Исследование и понимание процессов, которые определяет система изопреноидов, поможет пониманию патологических процессов, приводящих к ряду серьезных заболеваний человека, включая вирусные и аллергические заболевания, иммунодефициты, атеросклероз, панкреонекроз, диабеты, рассеянный склероз, болезнь Альцгеймера и др.
Источник