Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Том 90, № 9 (2025)
Статьи
МЕМБРАННЫЕ ГУАНИЛАТЦИКЛАЗЫ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ МИШЕНИ ДЕЙСТВИЯ ГУАНИЛИНОВ
Аннотация
Гуанилины – это кишечные натрийуретические пептиды, осуществляющие регуляцию водно-солевого баланса на уровне кишечника и почки. Основным рецептором, через которые гуанилиновые пептиды влияют на электролитный баланс, является мембранная гуанилатциклаза С. Альтернативные функции, связанные с пищевым поведением и обонятельными предпочтениями, гуанилины реализуют через гуанилатциклазу D, экспрессируемую только в обонятельных нейронах. При этом существуют свидетельства о наличии альтернативных еще неопределенных рецепторов, активируемых гуанилиновыми пептидами при отсутствии гуанилатциклазы C и затрагивающих обмен натрия. Среди этих рецепторов имеются и те, которые запускают cGMP-зависимый сигнальный путь, характерный именно для гуанилатциклаз. В данном обзоре производится сравнительный анализ существующих данных относительно разных мембранных рецепторных гуанилатциклаз, включающий как ранние открытия, так и современные исследования, с акцентом на рассмотрение разных видов мембранных гуанилатциклаз в качестве потенциальных мишеней действия гуанилинов.
Биохимия. 2025;90(9):1247-1267
1247-1267
ХИМИЯ СОВМЕСТНЫХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И ЭВОЛЮЦИИ ЖИЗНИ, СМЕРТИ И СТАРЕНИЯ
Аннотация
Рассмотрение опубликованных представлений о взаимодействиях между малыми молекулами, которые могли принимать участие в возникновении жизни, приводит к выводу, что их химические свойства включают не только то, что делает их пригодными для включения в метаболизм. Некоторые из неотъемлемых «избыточных» химических потенций этих молекул делают их способными образовывать ковалентные связи с компонентами белков и нуклеиновых кислот. Накопление макромолекул, повреждённых таким путём, могло снижать жизнеспособность предшественников клеток (протоклеток) по мере увеличения их возраста. Таким образом, старение могло возникнуть одновременно с жизнью как её химическое наследие. Более того, экспоненциальный рост смертности при увеличении возраста (закон Гомперца) может быть результатом того, что кинетика распада молекул соответственно уравнению Аррениуса (скорость распада при постоянстве активационного барьера растёт экспоненциально с увеличением абсолютной температуры) была унаследована кинетикой вымирания протоклеток в их популяциях, когда роль независимой переменной перешла от температуры, которую по шкале Кельвина можно считать практически постоянной, к жизнеспособности. Совместное действие этих двух химических наследий жизни было достаточным для эффективной элиминации постаревших живых объектов и делало ненужным эволюционное возникновение какой-либо программы старения. Таким образом, старение было и остаётся не результатом, а независимым фактором эволюции жизни. Всё это было возможным без кислорода, который только модифицировал, а не создал первичную движущую силу старения. При этом энергетические преимущества аэробного метаболизма сделали возможными многоклеточные формы жизни, в частности, имеющие массивный внеклеточный матрикс и необновляемые клеточные популяции, в том числе входящие в состав головного мозга. Их полное обновление несовместимо с их функциями. Таким образом, роль кислорода в старении не ограничена его активными формами. Кислород обеспечил появление как накопителей эндогенных химических повреждений, так и возможности осознания последствией их накопления. Для природы не было проблемой сделать живые организмы стареющими на эволюционном пути к людям, для которых осознание их старения стало проблемой. Её удовлетворительное решение не может быть найдено в химии, физике и/или фармакологии, не может быть техническим. Оно может быть только ментальным.
Биохимия. 2025;90(9):1268-1296
1268-1296
IP3-РЕЦЕПТОРЫ ОПОСРЕДУЮТ КАЛЬЦИЕВУЮ И АНАБОЛИЧЕСКУЮ СИГНАЛИЗАЦИЮ, СВЯЗАННУЮ С АТРОФИЕЙ МЫШЦ ВО ВРЕМЯ ТРЁХДНЕВНОЙ РАЗГРУЗКИ ЗАДНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ У КРЫС
Аннотация
Разгрузка скелетных мышц приводит к мышечной атрофии, связанной с усилением экспрессии протеолитических генов и снижением синтеза белка, что часто сопровождается изменением кальциевой сигнализации. Мы использовали ингибитор рецепторов инозитол-1,4,5-трифосфата (IP3R) аминоэтоксидифенилборат (2-APB), чтобы проверить гипотезу об участии IP3R в данных изменениях. Крыс-самцов линии Вистар разделили на 4 группы (по 8 в каждой): (1) группа виварного контроля, (2) группа виварного контроля с ежедневными внутрибрюшинными инъекциями 2-APB (10 мг/кг массы тела), (3) группа, подвергавшаяся трёхдневному вывешиванию задних конечностей, (4) группа, подвергавшаяся трёхдневному вывешиванию задних конечностей и ежедневному введению 2-APB. После проведения эксперимента камбаловидную мышцу каждого животного анализировали методом Вестерн-блоттинга на кальций-связанные маркеры, анаболические и катаболические сигнальные маркеры. Трёхдневная разгрузка задних конечностей привела к снижению индекса массы мышц, усилению экспрессии анаболического супрессора фосфо-(Thr-56)-eEF2 и снижению показателей анаболической сигнализации mTOR и рРНК. Это сопровождалось повышением содержания ядерного фосфо-(Thr286)-CaMKII (p < 0,05) и цитозольного кальцинейрина A. Хотя 2-APB не влиял на анаболические и катаболические изменения, управляемые mTOR, он значительно ослаблял таковые в кальций-зависимых мишенях, таких как CaMKII, кальцинейрин и фосфо-eEF2. Напротив, протеолитическая сигнализация была в равной степени усилена у контрольных животных и животных, получавших 2-APB, после трёхдневной разгрузки задних конечностей (экспрессия мРНК MuRF-1, атрогина-1, Ulk-1 и убиквитина). Эти результаты предполагают, что IP3R участвуют в мышечной атрофии, вызванной разгрузкой, через контроль ядерного кальция, но не являются необходимыми для снижения активности mTOR.
Биохимия. 2025;90(9):1297-1310
1297-1310
ЭКСПРЕССИЯ ГЕНОВ ИОННЫХ ТРАНСПОРТЁРОВ В КИШЕЧНИКЕ И ЖАБРАХ САМОК И САМЦОВ ТРЁХИГЛОЙ КОЛЮШКИ Gasterosteus aculeatus L. ПРИ АДАПТАЦИИ К ПРЕСНОЙ ВОДЕ
Аннотация
Для эвригалинных видов рыб, к которым относится и трёхиглая колюшка, при пресноводной адаптации ключевой реакцией, направленной на поддержание водно-солевого гомеостаза, является увеличение захвата ионов из окружающей среды и уменьшение их потери. Центральный регулятор данного процесса – гормон пролактин – оказывает влияние в первую очередь на жабры и кишечник. Ранее нами было показано, что при пресноводной адаптации у колюшек экспрессия пролактина и чувствительность к нему осморегуляторных тканей меняются неодинаково у самок и самцов. В данной работе определены уровни экспрессии генов α1a- и α3a-субъединиц Na+/K+-ATPазы и транспортёров NKCC1a, NKCC2, NCC и NHE2 в тканях жабр и кишечника самок и самцов трёхиглой колюшки Gasterosteus aculeatus L. в условиях острой (24 ч) и хронической (72 ч) пресноводной адаптации по сравнению с контролем. В ходе пресноводной адаптации в кишечнике самок, но не самцов, повышается экспрессия генов nhe2, atp1a3 (а также отношение экспрессии генов atp1a3/atp1a1) и nkcc1a, снижается экспрессия гена nkcc2. У самцов, но не у самок, повышается экспрессия гена ncc в кишечнике. И у самок, и у самцов достоверно снижается экспрессия nkcc1a в жабрах при пресноводном переходе. Полученные данные подтверждают нашу гипотезу о зависимой от пола пластичности осморегуляторной функции у колюшек, более выраженной у самок, что дополнительно согласуется с более сильной активацией пролактиновой оси у самок в условиях пресноводной адаптации, как показано нами ранее.
Биохимия. 2025;90(9):1311-1324
1311-1324
ОПЫТ ГУМАНИЗАЦИИ МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ БЕЛКОВ У Saccharomyces cerevisiae НА ПРИМЕРЕ ЗАМЕНЫ ДРОЖЖЕВОГО МИТОХОНДРИАЛЬНОГО ФАКТОРА ТЕРМИНАЦИИ ТРАНСЛЯЦИИ MRF1 ЧЕЛОВЕЧЕСКИМИ ГОМОЛОГАМИ
Аннотация
Митохондриальная трансляция – это высокоспециализированный процесс биосинтеза закодированных в митохондриальном геноме белков, в основном – компонентов системы окислительного фосфорилирования, включающий четыре ключевые стадии: инициацию, элонгацию, терминацию и рециклинг митохондриальных рибосом. Каждая из этих стадий регулируется специфическим набором факторов трансляции, большинство из которых кодируются ядерным геномом и импортируются в митохондрии. Терминация митохондриальной трансляции у Saccharomyces cerevisiae осуществляется при участии ядерно-кодируемого фактора высвобождения MRF1, который критически важен для обеспечения точности синтеза белков внутри органеллы. Данный фактор осуществляет распознавание стоп-кодонов и катализирует высвобождение завершённой полипептидной цепи из рибосомы. Помимо своей основной функции, MRF1 также принимает участие в процессах, связанных с поддержанием стабильности митохондриального генома. Целью настоящего исследования являлась оценка способности человеческих гомологов – hMTRF1, hMTRF1A, а также факторов спасения миторибосом hMTRFR и hMRPL58 – компенсировать отсутствие дрожжевого митохондриального фактора терминации трансляции MRF1 в клетках S. cerevisiae. Полученные результаты свидетельствуют о том, что человеческие ортологи дрожжевого MRF1 (hMTRF1 и hMTRF1A) способны участвовать в поддержании целостности митохондриального генома дрожжей, однако не обеспечивают полноценной функциональной замены MRF1, в частности, не восстанавливают способность к дыханию у мутантных штаммов дрожжей.
Биохимия. 2025;90(9):1325-1337
1325-1337
ВЛИЯНИЕ НЕМЫШЕЧНЫХ ИЗОФОРМ ТРОПОМИОЗИНА, ПРОДУЦИРУЕМЫХ ГЕНОМ TPM1, НА АКТИВНОСТЬ КОФИЛИНА-1 В ОТНОШЕНИИ АКТИНОВЫХ ФИЛАМЕНТОВ
Аннотация
Активовый цитоскелет – это неотъемлемый участник огромного количества клеточных процессов, таких как транспорт органелл, подвижность, сократимость, экзоцитоз и эндоцитоз. В то же время он играет важную роль при патологических процессах, например, злокачественной инвазии раковых клеток. В ремоделировании активового цитоскелета принимают участие актин-связывающие белки, в частности белки семейства тропомиозинов (Tpm) и кофилины. Для исследования мы выбрали наименее изученные изоформы Tpm, продуцируемые геном TPM1: Tpm1.7, Tpm1.8 и Tpm1.9, а также более известные – Tpm1.1 и Tpm1.6. В работе изучено взаимное влияние данных изоформ Tpm и кофилина-1 (сof-1) на динамику активового филамента. При использовании метода соссаждения данных белков было показано, что изоформы Tpm1.7, Tpm1.8 и Tpm1.9 значительно препятствуют связыванию сof-1 с поверхностью F-актина. Для оценки деполимеризующего и разрезающего действия сof-1 на активовый филамент был выбран метод вискозиметрии. Изоформы Tpm1.1, Tpm1.8 и Tpm1.6 эффективно препятствовали деполимеризующему/разрезающему действию сof-1, а защитный эффект Tpm1.7 и Tpm1.9 был менее выражен. Для анализа конформационных изменений в F-актине под действием сof-1 был использован метод вытеснения родамин-фаллоидина. Все исследуемые изоформы Tpm эффективно предотвращали воздействие сof-1 на активовый филамент. В результате исследования было показано, что продукты гена TPM1, в целом, оказывают ингибирующее действие на активность сof-1 в отношении динамики полимеризации/деполимеризации активового филамента. Подобные свойства изоформ Tpm могут быть важны для формирования специфических внутриклеточных популяций активовых филаментов.
Биохимия. 2025;90(9):1338-1350
1338-1350
17β-ГИДРОКСИСТЕРОИДДЕГИДРОГЕНАЗА ИЗ ГРИБА Cochliobolus lunatus: БИОСИНТЕЗ В КЛЕТКАХ АКТИНОБАКТЕРИЙ Mycolicibacterium neoaurum И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Аннотация
17β-Гидроксистероиддегидрогеназа (17β-ГСД) – фермент, используемый в биотехнологии получения тестостерона из фитостерина. Гетерологичная 17β-ГСД из гриба Cochliobolus lunatus катализирует NADPH-зависимое восстановление 17-оксотруппы андростендиона/андростединендиона, образующихся в клетках миколицбактерий в результате присущего им полиферментного процесса окисления алифатической боковой цепи фитостерина, с образованием тестостерона/Δ1-дегидротестостерона соответственно. Объектом исследования являлась гетерологичная 17β-ГСД из гриба C. lunatus (17β-ГСДCl) с 6×His-меткой (6×His-17β-ГСДCl), синтезированная в клетках актинобактерий Mycolicibacterium neoaurum. Выделение и очистку рекомбинантного фермента проводили с помощью аффинной хроматографии. Наибольшую активность ферментный препарат 6×His-17β-ГСДCl проявлял по отношению к андростендиону. Активность 6×His-17β-ГСДCl зависела от NADPH и проявлялась в интервале pH от 6,0 до 9,0 с оптимумом при pH 7,0. Анализ кинетических характеристик показал, что свойства гетерологичного фермента 6×His-17β-ГСДCl, синтезированного в клетках M. neoaurum, сравнимы с таковыми, полученными для фермента 17β-ГСД, выделенного из гриба C. lunatus, а также для рекомбинантных ферментов 17β-ГСДCl, синтезированных в клетках Escherichia coli и Mycolicibacterium smegmatis. Результаты расширяют знания о микробных 17β-ГСД и свидетельствуют о перспективности применения рекомбинантных штаммов M. neoaurum, экспрессирующих кодон-оптимизированную последовательность кДНК, кодирующую 17β-ГСДCl из гриба C. lunatus, для получения тестостерона из фитостерина.
Биохимия. 2025;90(9):1351-1364
1351-1364
НОВЫЙ ГИБРИДНЫЙ БЕЛОК НА ОСНОВЕ DRS-СПЕЦИФИЧНОГО ВАРИАНТА TRAIL С УСИЛЕННЫМИ ПРОТИВООПУХОЛЕВЫМИ СВОЙСТВАМИ
Аннотация
Цитокин TRAIL отличается своей выдающейся способностью индуцировать апоптоз преимущественно в трансформированных, но не в нормальных клетках. Клинические испытания рекомбинантного внеклеточного домена TRAIL и других агонистов рецепторов смерти DR4 и DRS первого поколения показали очень ограниченную противопухолевую активность у пациентов. Для усиления противопухолевого эффекта в настоящей работе мы получили мультитаргетный рекомбинантный гибридный белок SRH–DRS-B–p48 на основе DRS-селективного варианта цитокина TRAIL-DRS-B, который оказывает одновременное воздействие на опухолевые клетки (DR5-B-опосредованный апоптоз) и на микроокружение опухоли, в частности, на подавление ангиогенеза. Для этого был смоделирован и получен рекомбинантный препарат гибридного белка SRH–DRS-B–p48 с синтетическими пептидами (SRH и p48), являющимися антагонистами к рецепторам VEGFR2 и FGFR1 соответственно. Анализ взаимодействия молекулярных траекторий в молекулярной динамике показал, что пептиды образуют неспецифические временные контакты с доменом DRS-B. С помощью метода иммуноферментного анализа мы показали, что SRH–DRS-B–p48 был аналогичен DRS-B по своему средству к рецептору смерти DRS, а также проявил высокую аффинность к VEGFR2 и FGFR1 с константой диссоциации в наномолярном диапазоне. SRH–DRS-B–p48 эффективнее, чем DRS-B, уничтожал опухолевые клетки различного происхождения и разрушал опухолеподобные структуры в 3D моделях клеток. Кроме того, гибридный белок ингибировал FGF2-опосредованную стимуляцию пролиферации фибробластов. Таким образом, белок SRH–DRS-B–p48 можно рассматривать в качестве перспективного средства для терапии солидных опухолей различного происхождения.
Биохимия. 2025;90(9):1365-1376
1365-1376
ПРОГРАММИРУЕМОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ ДНК АРГОНАВТАМИ ИЗ ЦИАНОБАКТЕРИЙ
Аннотация
Аргонавты – эволюционно консервативное семейство белков, которые способны узнавать и расщеплять определённые последовательности нуклеиновых кислот с помощью комплементарных гидовых молекул. Эукариотические Аргонавты играют основную роль в РНК-интерференции, используя короткие РНК различных классов для узнавания мРНК-мишеней. Прокариотические Аргонавты гораздо более разнообразны, причём большинство из них узнаёт ДНК-мишени. Поиск новых Аргонавтов, обладающих активностью в широком диапазоне условий, является важной задачей как для понимания всего спектра их функций, так и для создания новых эффективных инструментов для генетических технологий. Ограничением многих ранее исследованных Аргонавтов служит их низкая активность при пониженных и умеренных температурах. Для преодоления этого ограничения в данной работе мы выделили и исследовали Аргонавты психротолерантных цианобактерий Cyanobacterium stanieri и Calothrix sp. – СstAgo и CspAgo. Оба белка используют короткие ДНК-гиды для узнавания и расщепления ДНК-мишеней, при этом CstAgo не проявляет специфичности к структуре 5'-конца гида, а CspAgo имеет слабое предпочтение к 5'-концевому нуклеотиду. Белок CstAgo обладает большей активностью и способен расщеплять однонитевую ДНК при температурах от 10 до 50 °C. Белок CspAgo является более холодочувствительным, но способен расщеплять двунитевую плазмидную ДНК с использованием специфических гидов. Таким образом, исследованные белки потенциально могут быть использованы для манипуляций с ДНК в широком диапазоне условий.
Биохимия. 2025;90(9):1377-1390
1377-1390
СУММАРНОЕ УРАВНЕНИЕ ФОТОСИНТЕЗА И ИСТОЧНИК МОЛЕКУЛЯРНОГО КИСЛОРОДА: МЕТОДИЧЕСКИЙ РАЗБОР ФОРМАЛЬНОГО ПАРАДОКСА
Аннотация
В статье разбирается формальный парадокс, связанный с образованием молекулярного кислорода при фотосинтезе. После работ Ван Ниля в начале 1930-х гг. стало ясно, что в ходе оксигенного фотосинтеза молекулярный кислород образуется из атомов, входящих в состав воды, а не углекислого газа. В то же время из суммарного уравнения фотосинтеза, n CO2 + n H2O — Свет → (C H2O)n + n O2, видно, что количество атомов кислорода, образующегося в реакциях фотосинтеза, больше, чем его могло бы образоваться из входящих в реакции молекул воды. Данный парадокс может быть разрешён путём детального анализа световых и темновых реакций фотосинтеза, приводящих в итоге к включению углерода молекулы углекислого газа в состав молекулы углевода и образованию молекулярного кислорода. Тем не менее, несмотря на простоту решения, оно не очевидно при первой встрече с данным парадоксом. Среди причин этого, по-видимому, тот факт, что темновые реакции фотосинтеза, как правило – и в научной, и даже в учебной литературе – записываются схематично, без аккуратного указания всех входящих в реакции компонентов. Автор полагает, что анализ этого парадокса и стоящих за ним физико-химических принципов организации фотосинтеза может быть полезен для студентов, специализирующихся в области биохимии.
Биохимия. 2025;90(9):1391-1400
1391-1400