2pc42

II Всероссийская конференция Химия и технология растительных веществ,
Казань, 24–27 июня 2002 г
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
ОБОСНОВАНИЕ ПОИСКА СТРЕСС-ПРОТЕКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ СРЕДИ
ОБЪЕКТОВ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ.
А.В.Рогов
Всесоюзный научно-исследовательский институт лекарственных и ароматических
растений, Москва, vilar-plant@mtu-net
В докладе обосновывается перспективность поиска новых веществ, обладающих стресс-протективным эффектом, среди белков и пептидов растительного происхождения.
Известно, что многие белки и пептиды могут обладать стресс-протективным действием. Так, стресспротекторные свойства найдены у протимозина-α и холецистокинина-октапептида, в клинической практике
успешно применяются некоторые пептидные препараты: каптоприл, деларгин, семакс. В лаборатории
фармакологии ВНИИЛАР под руководством В.А.Быкова, В.К.Колхира и М.Ф. Минеевой было проведено
изучение нейропсихотропной активности белково-пептидных препаратов, полученных из растительного
сырья. Стресс-протективное действие препаратов изучалось на моделях острого неожиданно возникшего
стресса с тестированием экстраполяционного поведения животных (тест Хендерсона в модификации
Н.А.Бондаренко), а также длительного психоэмоционального стресса: стресса «ожидания», создаваемого
путём многократной фиксации хвоста и стресса «выученной беспомощности», создаваемой посредством
многократного неизбегаемого электроболевого воздействия (НЭБВ) в течение трёх дней. Оценку стресспротективного действия проводили с использованием стандартных тестов оценки поведения животных, в
том числе, методики условного рефлекса активного избегания в челночной камере, «открытого поля»,
приподнятого крестообразного лабиринта, плавательного теста Порсолта. В результате проведённого
исследования впервые было установлено, что белково-пептидные препараты из растительного сырья при
парентеральном введении оказывают на животных нейропсихотропное действие, проявляющееся в положительном влиянии на обучение, снижении тревожности, выраженном стресс-протективном действии при остром и длительном стрессе, мобилизующем влиянии на когнитивные функции мозга в стресс-ситуации. Изучавшиеся белково-пептидные препараты из растений состояли в основном из кислоторастворимых (основных) белков и пептидов.
Как известно, большая часть основных белков клетки относится к классу гистонов, которые представляют собой небольшие глобулярные белки с молекулярной массой 10 – 50 кДа и очень высоким содержанием положительно заряженных аминокислот – лизина и аргинина. Значения изоточек для гистонов лежат в интервале рН от 10 до 11. Гистоны локализованы в ядрах преимущественно эукариотических клеток,
где они ассоциированы с дезоксирибонуклеиновыми кислотами (ДНК) и выполняют структурную и регуляторную функции. Структурная функция гистонов связана с формированием нуклеосом, которые имеют
большое значение для компактизации хроматина. Регуляторная функция заключается в обеспечении дифференциальной активности генов и реализуется по нескольким механизмам, наиболее важным из которых является механизм конформационных перестроек нуклеосомных гистонов при незначительных вариациях физиологических значений рН и ионной силы среды, а также имеющих место при ковалентных модификациях
гистонов.
Согласно современной классификации различают пять типов гистонов, соответствующих пяти фракциям, получаемым при электрофорезе в полиакриламидном геле: Н1 (богатый лизином), Н2А (умеренно
богатый аргинином), Н2В (умеренно богатый лизином), Н3 и Н4 (богатые аргинином). Однако при более детальном разделении из препарата общего гистона могут быть выделены свыше двадцати фракций, различающихся массой и зарядом. Гистоны Н2А, Н2В, Н3 и Н4 относятся к нуклеосомным гистонам, поскольку
отвечают за формирование комплекса с ДНК – нуклеосом, в то время как гистон Н1 обеспечивает укладку
нуклеосомной нити в составе хроматиновой фибриллы. Обнаруженный в эритроцитах рыб и птиц гистон
богатый серином – Н5, вероятно, следует рассматривать как гистон из семейства Н1. Следует отметить, что
несмотря на свою видо- и тканеспецифичность, гистоны относятся к числу наиболее консервативных
белков. Так, первичная структура гистона Н4 у коровы и гороха различаются всего лишь двумя заменами
аминокислотных остатков. Высокая степень эволюционной стабильности свидетельствует об исключительно ответственной роли этих белков в жизнедеятельности клетки и о том, что они наилучшим образом
приспособлены к выполнению своих функций. Гистоны обладают оригинальными свойствами, связанными
с наличием в их структуре последовательностей, идентичных некоторым иммуноактивным пептидам и нейропептидам. К таким свойствам относится их способность стимулировать фагоцитарную функцию как полиморфноядерных лейкоцитов, так и перитонеальных макрофагов, что, вероятно, связано с наличием тафциноподобных последовательностей Тре-Лиз-Про-Арг в составе некоторых фракций гистонов.
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
II Всероссийская конференция Химия и технология растительных веществ. Устный доклад
122
II Всероссийская конференция Химия и технология растительных веществ,
Казань, 24–27 июня 2002 г
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
У гистона Н4 наряду со способностью увеличивать тонус мышц повздошной кишки на фоне снижения амплитуды сокращений обнаружено наличие чёткого хронотропного действия на мышцу предсердий.
Это может быть связано с тем, что С-конец гистона Н4 представлен опиатоподобной последовательностью
Тир-Гли-Фен-Гли. Фрагмент А-В-Про/Вал-Про/Вал (где А – дикарбоновая кислота, В – основная кислота),
который содержится в гистонах Н4, Н2А и Н3, является общим для ряда пептидных гормонов и кининов.
Следует отметить, что глубокая ферментативная деградация гистонов влечёт за собой потерю их
биологической активности, в то время как ограниченный протеолиз гистонов не только не снижает, но в
ряде случаев увеличивает уровень их биологической активности. Этот факт ещё раз подтверждает существование в структуре гистонов регуляторных пептидных последовательностей.
В ряде исследований установлена способность гистонов богатых аргинином влиять на проницаемость биомембран, в том числе мембран митохондрий и лизосом. В зависимости от концентраций гистоны
способны оказывать на мембраны митохондрий как стабилизирующее действие (0,25 – 5,00 мкг/мл), так и
деструктивное (100 мкг/мл и выше) с полным высвобождением ферментов матрикса. При более высоких
концентрациях (200 – 400 мкг/мл) снижается потребление кислорода вплоть до полного подавления дыхания, происходит разобщение процессов окисления и фосфорилирования. Определённые фракции гистоновых белков являются фактором, усиливающим действие интерферона при их совместном введении, в то
время как введение одного гистона не только не оказывает такого действия, но и приводит к торможению
интерферонообразования в клетках. Интересным является свойство гистонов в концентрациях, обладающих
незначительным бактериостатическим действием снижать в несколько раз минимальную ингибирующую
концентрацию таких антибиотиков как рифампицин, изониазид, стрептомицин и актиномицин Д в отношении различных штаммов бактерий и вирусов. До сих пор не существует единого мнения относительно механизма действия гистонов в этом случае. Возможно, реализуется комплексное воздействие белка, которое
включает в себя изменение проницаемости мембран микробных клеток для антибиотиков, либо образование
комплекса с антибиотиком, обладающего более высокой проникающей способностью и, наконец, взаимодействие самого гистона с нуклеиновыми кислотами бактерий и вирусов, приводящее к блокированию синтеза матричной РНК. Интрацеребральное введение гистонов в токсичных дозах практически не оказывает
влияния на синтез РНК в клетках мозга. Этот факт может быть объяснён особенностью нервной ткани, а
именно, наличием в ней большого количества мембранных структур с высоким содержанием гангиозидов и
фосфопротеидов, с которыми гистоны легко образуют комплексы, не достигая хроматина. Уникальная
структура гистонов определяет широкий спектр их биологической активности. В силу своей способности
неспецифично связываться с нуклеиновыми кислотами, и следовательно, подавлять синтез клеточной РНК,
гистоны в определённых концентрациях проявляют высокий уровень антибактериальной, антивирусной и
противоопухолевой активности и характеризуются низкой токсичностью при парентеральном введении.
Являясь носителями высокого положительного заряда молекулы гистонов (кроме фракции Н1) образуют
комплекс с гепарином и тем самым блокируют неферментативную фибринолитическую активность плазмы
крови. С другой стороны гистоны обладают способностью агглютинировать эритроциты, не зависимо от
видовой принадлежности последних, в основе чего лежит электростатическое взаимодействие между отрицательными зарядами на поверхности эритроцитов и положительно заряженными группами молекул гистонов.
В большинстве случаев для изучения биологических свойств использовались гистоны, выделенные из
животных тканей. В связи с этим необходимо отметить отсутствие принципиальных различий в строении
между животными и растительными гистонами. Так гистоны зародышей пшеницы отличаются от гистонов
зобной железы телёнка более высоким содержанием аланина и лизина и пониженным содержанием аргинина. В целом, отличия гистонов из животных и растительных тканей затрагивают фракции Н1, Н2А, Н2В и
проявляются в их различной электрофоретической подвижности. Не только сами гистоны, но и образующиеся в результате их ограниченного протеолиза пептиды могут проявлять регуляторные свойства. Согласно
концепции В.Е.Клуши (Клуша, 1984) о саморегулирующейся системе продукты деградации пептидных и
белковых молекул играют роль эндогенных факторов, действие которых направлено на сохранение гомеостаза организма. Например, выявлена стресс-протективная активность фрагментов иммуноглобулина G –
тафцина и ригина. Отметим, что тафциноподобные последовательности были найдены и в гистонах. Короткие пептиды могут играть роль материальных носителей информации между нервной и иммунной системами. Следовательно, короткие фрагменты белков представляют интерес для научных исследований как новый источник стресс-протективных веществ – психонейроиммуномодуляторов.
Таким образом, кислоторастворимые белки, прежде всего гистоны, могут служить основой для
создания фармакологически активных веществ стресс-протективной направленности. Выделение гистонов
из растительного сырья является более предпочтительным с точки зрения технологичности и экономической
эффективности процесса, что является важным критерием для последующей возможности масштабного
производства препарата.
II Всероссийская конференция Химия и технология растительных веществ. Устный доклад
123