Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Оксид азота как межклеточный посредник

Голосов: 1

Последние достижения в познании живой материи во многом связаны с расшифровкой механизмов межклеточной коммуникации и регуляции деятельности клетки. Распространенным межклеточным посредником является газ оксид азота, образующийся многими клетками и оказывающий многостороннее действие на жизнедеятельность клеток и органов.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
                                                                              БИОЛОГИЯ

                          ОКСИД АЗОТА КАК МЕЖКЛЕТОЧНЫЙ ПОСРЕДНИК

                                                                          А. А. СОСУНОВ
                                       Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева, Саранск



                                                                                                  ВВЕДЕНИЕ
                       NITRIC OXIDE                                                          Оксид азота (NO) – газ, хорошо известный химикам и
                       AS AN INTERCELLULAR MESSENGER                                         физикам, в последнее время привлек пристальное вни-
                                                                                             мание биологов и медиков. Интенсивное изучение био-
                       A. A. SOSUNOV                                                         логического влияния NO началось с 80-х годов, когда
                                                                                             Р. Фуршготт и Дж. Завадски показали, что расширение
                       Recent advances toward the understanding of                           кровеносных сосудов под влиянием ацетилхолина про-
                                                                                             исходит только при наличии эндотелия – эпителиопо-
                       cell life are linked to studies on intercellular                      добных клеток, выстилающих внутреннюю поверхность
                       communications and signal pathways in cell                            всех сосудов. Вещество, выделяющееся эндотелиальны-
                       regulation. NO is a widespread and important                          ми клетками в ответ не только на ацетилхолин, но и на
                       inter- and intracellular messenger which can be                       многие другие внешние воздействия, приводящее к рас-
                                                                                             ширению сосудов, получило название “сосудорасши-
                       produced by different cells and has versatile
                                                                                             ряющий эндотелиальный фактор”. Несколько позже
                       action on cells in normal conditions and                              было доказано, что это вещество является газом NO и в
                       pathology.                                                            клетках имеются особые ферментные системы, спо-
                                                                                             собные его синтезировать.
                       Последние достижения в познании живой
                       материи во многом связаны с расшифров-                                     NO-СИНТАЗА – ФЕРМЕНТ,
                                                                                                  СИНТЕЗИРУЮЩИЙ NO
                       кой механизмов межклеточной коммуника-
                       ции и регуляции деятельности клетки.                                  Оксид азота образуется в результате окисления ами-
                       Распространенным межклеточным посред-                                 нокислоты аргинина с одновременным синтезом дру-
                                                                                             гой аминокислоты цитруллина под влиянием фермен-
                       ником является газ оксид азота, образую-                              та NO-синтазы. Фермент был назван синтазой, а не
                       щийся многими клетками и оказывающий                                  синтетазой, поскольку для его работы не требуется
                       многостороннее действие на жизнедея-                                  энергия АТФ.
                       тельность клеток и органов.                                               NO-синтаза – это сложно устроенный фермент,
                                                                                             представляющий собой гомодимер, то есть он состоит
                                                                                             из двух одинаковых белковых субъединиц, к каждой из
                                                                                             которых присоединено несколько кофакторов, опреде-
                                                                                             ляющих каталитические свойства фермента (рис. 1).
                                                                                             Активность фермента проявляется только при объеди-
                                                                                             нении двух его субъединиц.
                                                                                                 Одним из важных кофакторов является внутрикле-
© Сосунов А.А., 2000




                                                                                             точный кальцийсвязывающий белок кальмодулин. При
                                                                                             повышении содержания ионов кальция в клетке он при-
                                                                                             соединяется к молекуле NO-синтазы, что приводит к
                                                                                             активации фермента и синтезу NO (рис. 2). Такое свой-
                                                                                             ство фермента имеет большое значение для клеток, по-
                                                  www.issep.rssi.ru                          скольку ферментативная активность, а значит, и син-
                                                                                             тез NO прямо зависят от функционального состояния



                                              С О С У Н О В А . А . О К С И Д А З О ТА К А К М Е Ж К Л Е Т О Ч Н Ы Й П О С Р Е Д Н И К               27


                                                                    БИОЛОГИЯ
                                                                                     клетки, определяющегося во многом внутриклеточным
     COOH          НАДФН                                                             уровнем ионов кальция – высокоактивных посредни-
                            ФАД
                                           ФМН                                       ков, влияющих на многие процессы в клетках. Среди
                                                                                     других регуляторных механизмов фермента следует от-
                                                                                     метить возможность фосфорилирования белковой час-
                                   Fe       BH4        CaM                           ти молекулы и влияние особых белков, участвующих в
                                                                                     связывании двух субъединиц фермента в единый функ-
                                                                                     ционально активный комплекс.
                           BH4     Fe                                                    NO-синтазы составляют семейство, то есть имеет-
                    CaM
                                                                                     ся группа ферментов, несколько различающихся по
                                                                                     аминокислотной последовательности белковой части
                           ФМН                                                       молекулы и механизмам, регулирующим их активность,
                                         ФАД           НАДФH            COOH         но тем не менее катализирующих одну и ту же реакцию
                                                                                     превращения аминокислот с образованием оксида азо-
                                                                                     та. В настоящее время хорошо изучена структура раз-
         Рис. 1. Схематическое представление строения                                ных изоформ NO-синтазы, известны механизмы, регу-
         NO-синтазы. Фермент является димером, состоя-                               лирующие их активность, и хромосомная локализация
         щим из двух одинаковых белковых молекул, каждая                             генов, ответственных за синтез ферментов, проведено
         из которых связана с необходимыми для работы
         фермента кофакторами: НАДФН – восстановлен-                                 клонирование (получение большого числа копий) этих
         ная форма никотинамидадениндинуклеотидфосфа-                                генов, получены генетически модифицированные мы-
         та, ФАД – флавинадениндинуклеотид, ФМН – фла-                               ши без генов разных изоформ фермента (так называе-
         винмононуклеотид, гемовая группа, содержащая                                мые нокаут мыши).
         железо (Fe), кальмодулин (СаМ) и тетрагидробиоп-
         терин (ВН4). Связь между белковыми субъединица-                                 Синтезировать и выделять NO способно большин-
         ми происходит в области их N-конца, где с ними свя-                         ство клеток организма человека и животных, однако
         заны гемовые группы. Стрелками показан перенос                              наиболее изучены три клеточные популяции: эндоте-
         электронов
                                                                                     лий кровеносных сосудов, клетки нервной ткани (ней-
                                                                                     роны) и макрофаги – клетки соединительной ткани,
                            Цит С        СаМ
                                                                                     обладающие высокой фагоцитарной активностью. В
                                                                                     связи с этим традиционно выделяют три основные изо-
                                                                                     формы NO-синтаз: нейрональную, макрофагальную и
                                                       L-ар                          эндотелиальную (обозначаются соответственно как
                                                             гин
                                                    ГЕМ         ин                   NO-синтаза I, II и III). Нейрональная и эндотелиаль-
                             Ф   МН          Окс
                                                 иге
               −        Д
                     ФА омен
                                                    наз
                                                        ный
                                                               ВН4                   ная изоформы фермента постоянно присутствуют в
             2e    Н      д                                   дом         NH
                 ДФ азный
              НА укт
                                                                   ен      2         клетках и называются конститутивными, а вторая изо-
      ОО
         С         Ред                    Са                                         форма (макрофагальная) является индуцибельной –
     Н
                                                                                     фермент синтезируется в ответ на определенное внеш-
                                                                                     нее воздействие на клетку.
             2e−                                   L-аргинин         NO                  Активность конститутивных изоформ фермента
                                         СаМ
     НООС     НАДФН ФАД ФМН                            ГЕМ         ВН4 NH2           прямо зависит от внутриклеточной концентрации ио-
               Редуктазный домен                Оксигеназный домен                   нов кальция или кальмодулина и, таким образом, по-
                                                                                     вышается под влиянием различных агентов, приводя-
         Рис. 2. Схематическое представление синтеза NO и                            щих к увеличению их уровня в клетке. Конститутивные
         регуляции работы NO-синтазы. Электроны, отдава-                             изоформы NO-синтазы имеют преимущественно фи-
         емые НАДФН, передаются через флавопротеины                                  зиологическое значение, поскольку количество обра-
         ФАД и ФМН гемовой группе, что приводит к образо-
         ванию цитруллина и NO из аргинина. Такой путь воз-                          зуемого NO относительно невелико.
         можен только при связывании кальмодулина (СаМ) с                                Индуцибельные изоформы NO-синтазы проявляют
         ферментом, что инициируется ионами кальция. Ес-                             активность через некоторое время (как правило, 6–8 ч –
         ли кальмодулин не связан с ферментом, электроны
         захватываются цитохромом С или другими акцепто-                             время, необходимое для активации генов и начала син-
         рами электронов. Роль тетрагидробиоптерина                                  теза фермента) после внешнего воздействия на клетки,
         (ВН4) окончательно не выяснена, при его отсутствии                          продуцируют огромные (в 100–1000 раз больше, чем
         NO-синтаза синтезирует Н2О2 , супероксид анион и                            конститутивные изоформы фермента) количества NO.
         NO. Супероксид анион также синтезируется при не-
         достатке субстрата – аргинина (модифицировано                               Поскольку высокие дозы NO токсичны для клеток, эта
         из: C. Iadecola, 1997)                                                      форма фермента считается патологической в отличие



28                                    С О Р О С О В С К И Й О Б РА З О В АТ Е Л Ь Н Ы Й Ж У Р Н А Л , Т О М 6 , № 1 2 , 2 0 0 0


                                                     БИОЛОГИЯ
от конститутивной. Активность индуцибельной NO-                         рибоза) синтетазы, что еще больше снижает уровень
синтазы не зависит от уровня кальция/кальмодулина,                      АТФ и может приводить к клеточной гибели. Повреж-
поскольку, как полагают, кальмодулин постоянно и                        дение ДНК под влиянием NO является одной из при-
прочно связан с ферментом. В настоящее время пока-                      чин развития апоптоза, особого вида клеточной смер-
зано, что не только макрофаги, но многие другие клет-                   ти, регулирующейся геномом клетки.
ки способны при определенных внешних воздействи-                             Следует отметить еще одно интересное наблюде-
ях, в основном в условиях патологии, синтезировать                      ние, связанное уже с нейронами, содержащими NO-
индуцибельную форму NO-синтазы. Нейрональная и                          синтазу, и не получившее пока полного объяснения.
макрофагальная формы фермента находятся в клетках                       Еще в 60-х годах Е. Томас и Э. Пирс использовали но-
преимущественно в растворенном состоянии – в цито-                      вый гистохимический метод выявления активности фер-
золе, а эндотелиальная NO-синтаза обычно связана с                      мента НАДФН-диафоразы (фермент, способный вос-
клеточными мембранами.                                                  станавливать окисленную форму НАДФ) для анализа
                                                                        нервной системы и показали, что в разных отделах го-
   МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ NO                                                 ловного мозга имеются единичные нейроны с интен-
Низкомолекулярный газ NO легко проникает через                          сивной положительной реакцией. Эти нейроны, кото-
клеточные мембраны и компоненты межклеточного                           рые получили название “одиночные активные клетки”,
вещества, однако время его полужизни (в среднем не                      остаются неповрежденными при разнообразной пато-
более 5 с) и расстояние возможной диффузии (неболь-                     логии нервной системы, в то время как большинство
шое, в среднем 30 мкм) ограничиваются высокой реак-                     других клеток погибает. Относительно недавно выяс-
ционной способностью молекулы и ее взаимодействием                      нилось, что НАДФН-диафоразная активность свойст-
со многими возможными субстратами. Среди послед-                        венна NO-синтазе (НАДФН-диафоразная активность
них следует отметить гемоглобин, к гемовой группе ко-                   широко используется в настоящее время для гистохими-
торого NO имеет очень высокое сродство.                                 ческой идентификации клеток, содержащих NO-синта-
                                                                        зу, хотя НАДФН-диафораза и NO-синтаза – разные
    Действие, оказываемое NO на клетки, во многом                       ферменты и их распределение в клетках мозга не всегда
зависит от количества газа. В небольших количествах,                    совпадает), и, таким образом, была установлена устой-
продуцирующихся обычно конститутивными формами                          чивость нейронов, содержащих NO-синтазу, к разнооб-
NO-синтазы, эффект NO в основном связан с влияни-                       разным патологическим воздействия. Механизмы та-
ем на гемовую группу растворимой (цитозольной) фор-                     кого необычного и имеющего большое биологическое
мы гуанилатциклазы. Активированный фермент син-                         значение свойства клеток окончательно не выяснены.
тезирует циклический гуанозин монофосфат (цГМФ) –
                                                                             Остается невыясненным и вопрос о том, почему
активный внутриклеточный посредник, регулирующий
                                                                        большие дозы синтезированного газа не оказывают
работу мембранных ионных каналов, процессы фос-
                                                                        токсического влияния на клетки, в которых они обра-
форилирования белков (через протеинкиназы), актив-
                                                                        зуются. Одним из возможных объяснений такого па-
ность фосфодиэстеразы, а также другие реакции.
                                                                        радокса может быть то, что в нейронах, содержащих
    В больших концентрациях, образующихся, как пра-                     NO-синтазу, определяется высокая активность фер-
вило, индуцибельной изоформой NO-синтазы, NO мо-                        мента супероксиддисмутазы, катализирующей распад
жет оказывать на клетки токсический эффект, связан-                     токсических радикалов и защищающей, таким обра-
ный как с прямым действием на железосодержащие                          зом, клетку от их губительного действия.
ферменты, так и с образованием сильного окислите-
ля, очень реакционного и токсичного свободноради-                            УЧАСТИЕ NO В ЗАЩИТНЫХ
кального соединения пероксинитрита. Пероксинитрит                            ИММУНОЛОГИЧЕСКИХ РЕАКЦИЯХ
(ONOO−) образуется при взаимодействии NO с ради-
                                                                        Участие нитропроизводных (производных нитритов
кальным супероксид анионом ( O − ):
                                 2
                                                                        ( NO − ) и нитратов ( NO − ) ) во многих патологических
                                                                             2                   3

                 NO + O − = ONOO −                                      процессах, в том числе и опухолевом росте, было из-
                        2
                                                                        вестно давно. Первоначально разрозненные и часто
    Токсический эффект NO проявляется прежде всего                      необъяснимые данные о связи противомикробного и
в ингибировании митохондриальных ферментов, что                         противоопухолевого действия макрофагов и нитропро-
приводит к снижению выработки АТФ, а также фер-                         изводных прояснились после открытия синтеза NO в
ментов, участвующих в репликации ДНК. Кроме того,                       эндотелиальных клетках. Действие макрофагов на чуже-
NO и пероксинитрит могут непосредственно повреж-                        родные агенты также стали связывать с NO, и многочис-
дать ДНК, это приводит к активации защитных меха-                       ленные эксперименты подтвердили, что макрофаги спо-
низмов, в частности стимуляции фермента поли(АДФ-                       собны синтезировать NO-синтазу и выделять большое



                         С О С У Н О В А . А . О К С И Д А З О ТА К А К М Е Ж К Л Е Т О Ч Н Ы Й П О С Р Е Д Н И К                 29


                                                          БИОЛОГИЯ
     количество газа. Уже отмечалось, что NO-синтаза мак-                    позволяет клеткам расслабляться, то есть принять пер-
     рофагов является индуцибельным ферментом. В нор-                        воначальную форму и размеры. Следует напомнить,
     мальных условиях клетки не содержат этот фермент и                      что расслабление мышечных клеток обусловлено не
     не продуцируют NO. Под влиянием липополисахари-                         внутриклеточными процессами, а связано с внешними
     дов микробного происхождения или цитокинов – вы-                        по отношению к клеткам механическим факторам, в
     сокоактивных межклеточных посредников, выделяю-                         частности для гладких мышц сосудов это упругость
     щихся, в частности, лимфоцитами при их контакте с                       эластических волокон, окружающих и оплетающих
     чужеродными агентами, в макрофагах начинается син-                      гладкомышечные клетки и растягивающих клетки по-
     тез индуцибельной изоформы NO-синтазы, образую-                         сле прекращения процесса сокращения и устранения
     щей большой объем NO, оказывающего, в свою оче-                         связи между миозином и актином.
     редь, цитостатическое и цитолитическое действие на                          Действует NO очень быстро – образование цГМФ
     бактериальные и чужеродные, в том числе и раковые,                      происходит через 5 с, а начало расслабления гладких
     клетки.                                                                 мышц – через 10 с после добавления NO в культуру
         Нейтрофилы также способны экспрессировать ин-                       изолированных кровеносных сосудов. Открытие сосу-
     дуцибельную форму NO-синтазы и синтезировать NO,                        дорасширяющего действия NO позволило прояснить
     однако данные о цитотоксическом действии этих кле-                      механизм действия самого распространенного и эф-
     ток, связанном с NO, неизвестны, и значение такой                       фективного лекарственного средства, применяемого
     способности нейтрофилов остается невыясненным.                          для лечения спазма коронарных артерий – нитрогли-
     Известно, что нейтрофилы и макрофаги способны ак-                       церина. При расщеплении препарата образуется NO,
     тивно образовывать свободные радикалы кислорода                         приводящий к расширению сосудов сердца и снимаю-
     (это имеет огромное значение в их защитном противо-                     щий в результате этого чувство боли.
     микробном действии), возможно, образование перок-                           Большое значение NO имеет в регуляции мозгово-
     синитрита в реакции NO со свободными радикалами                         го кровообращения. Известные более ста лет данные об
     может усиливать антимикробный эффект этих клеток.                       усилении кровотока в активно работающих областях
         Следует также отметить, что клетки многих, если                     мозга получили после открытия сосудорасширяющего
     не большинства, тканей и органов способны экспрес-                      действия NO более полную интерпретацию. Имеется
     сировать под влиянием тех же иммунологических фак-                      несколько источников NO для регуляции просвета
     торов (микробные липополисахариды, цитокины) ин-                        мозговых сосудов. Это эндотелий сосудов, нейроны,
     дуцибельный фермент в условиях патологии, что может                     содержащие NO-синтазу и оплетающие своими отро-
     иметь значение в защитных механизмах от чужеродных                      стками стенки сосудов и астроциты, образующие пери-
     агентов. Интересно, что глюкокортикоиды (гидрокор-                      васкулярные оболочки (рис. 3). Активация нейронов
     тизон, кортизол), известные своей противовоспалитель-                   какой-либо области мозга приводит к возбуждению
     ной активностью, ингибируют экспрессию NO-синтазы                       нейронов, содержащих NO-синтазу, и/или астроцитов,
     в клетках.                                                              в которых также может индуцироваться синтез NO, и
                                                                             выделяющийся из клеток газ приводит к локальному
                                                                             расширению сосудов в области возбуждения.
        NO И КРОВЕНОСНЫЕ СОСУДЫ
                                                                                 С NO связывают и развитие септического шока,
     Значение NO в кровообращении многогранно. Прежде                        когда большое количество микробов, циркулирующих
     всего NO – мощный сосудорасширяющий агент. Эндо-                        в крови, резко активирует синтез газа в эндотелии, что
     телий постоянно продуцирует небольшие количества                        приводит к длительному и сильному расширению мел-
     NO (так называемый базовый фон), а при различных                        ких кровеносных сосудов и как следствие – значитель-
     воздействиях – механических (например, при усилении                     ному снижению артериального давления, с трудом под-
     тока или пульсации крови), химических, бактериаль-                      дающемуся терапевтическому воздействию.
     ных и вирусных (опосредуемых микробными липопо-                             NO, образующийся в эндотелии, оказывает влия-
     лисахаридами и различными цитокинами, выделяющи-                        ние и на взаимодействие клеток крови с эндотелием.
     мися из лимфоцитов и кровяных пластинок) – синтез                       Газ препятствует прилипанию лейкоцитов и кровяных
     NO в эндотелиальных клетках значительно повышается.                     пластинок к эндотелию и также снижает агрегацию по-
         Расширение сосудов связано с диффузией NO из                        следних. Такое действие NO может иметь большое зна-
     эндотелия к соседним гладкомышечным клеткам стен-                       чение на ранних стадиях развития тромбов и в генезе
     ки сосуда, активацией в них гуанилатциклазы и обра-                     атеросклеротических повреждений стенки сосудов. Уча-
     зованием цГМФ. Повышение уровня цГМФ приводит                           стие NO в развитии атеросклероза может заключаться
     к снижению уровня ионов кальция в цитозоле клеток и                     и еще в одной стороне его действия. NO может высту-
     ослаблению связи между миозином и актином, что и                        пать в роли антиростового фактора, препятствующего



30                            С О Р О С О В С К И Й О Б РА З О В АТ Е Л Ь Н Ы Й Ж У Р Н А Л , Т О М 6 , № 1 2 , 2 0 0 0


                                                          БИОЛОГИЯ
                              Периваскулярное                                ют компактную популяцию клеток, в остальных отделах
                              нервное волокно                                это одиночные, редко расположенные нейроны (рис. 4).
           Астроцит
                                                                                 Обобщая имеющие данные о нейронах ЦНС, содер-
                                                                             жащих NО-синтазу, следует отметить, что преимущест-
                 NO            NO
                                                                             венная часть их относится к небольшим по размерам
    Клетка
   микроглии                                                                 клеткам, многие из которых не содержат дендритных
                                        NO
                                                                             шипиков и являются ассоциативными нейронами.
                          NO
         NO
                                                   Нейрон                    Крупные клетки, например пирамидные нейроны коры
                                                с NO-синтазой                больших полушарий или гиппокампа (исключением
           Кровеносный                                                       можно считать отдельные пирамидные нейроны поля
              сосуд
                              NO                                             CA1 гиппокампа), моторные нейроны передних рогов
                         Гл    Отросток нейрона                              спинного мозга, не содержат NO-синтазу. NO-синтаза
                                с NO-синтазой
        Нейрон                                                               сосуществует в нервных клетках с другими традицион-
                                                                             ными нейромедиаторами и нейропептидами, чаще фер-
                                                                             мент определяется в холинергических нейронах.
   Рис. 3. Участие NO в регуляции тонуса кровеносных
                                                                                 Большое внимание уделяется NO в реализации
   сосудов в головном мозге. Источниками NO могут
   являться эндотелий кровеносных сосудов, астроци-                          нервных воздействий на ткани внутренних органов.
   ты, клетки микроглии, периваскулярные нервные                             Нервы, содержащие NO-синтазу, показаны практичес-
   волокна, происходящие из внечерепных ганглиев, и                          ки во всех изученных внутренних органах преимущест-
   расположенные около сосудов нейроны, содержа-
   щие NO-синтазу. Синтез NO в отростках этих нейро-                         венно в стенке кровеносных сосудов, где они наряду с
   нов может активироваться при воздействии на них                           эндотелием могут оказывать сосудорасширяющий эф-
   глутамата (Гл)                                                            фект. NO признается одним из основных эффекторных
                                                                             агентов в так называемых неадренергических – нехоли-
пролиферации гладкомышечных клеток стенки сосу-                              нергических нервах. В периферических нервах подроб-
дов, важного звена в патогенезе болезни.                                     но изучено сосуществование NO-синтазы с нейропеп-
                                                                             тидами. Наиболее часто фермент определяется вместе с
   NO И НЕРВНАЯ СИСТЕМА                                                      вазоактивным кишечным нейропептидом (VIP) и ней-
                                                                             ропептидом Y.
В нервной системе NO имеет большое значение как в
нормальных физиологических условиях, так и при раз-                               Значение NO в ЦНС в нормальных условиях связы-
личной патологии. Источниками NO в центральной                               вают с тремя процессами (так называемая NO-гипоте-
нервной системе (ЦНС) являются нейроны, нейрогли-                            за): 1) участие в межнейронной связи в качестве своеоб-
альные клетки – астроциты и клетки микроглии (досто-                         разного нейромедиатора, причем основное значение,
верные данные о наличие NO-синтазы в других нейрог-                          как полагают, NO имеет в синаптической пластичнос-
лиальных клетках – олигодендроцитах и эпендимных                             ти, под которой понимают эффективность синаптиче-
отсутствуют) и эндотелий кровеносных сосудов.                                ской передачи, 2) регуляция церебрального кровотока

    Нейроны, содержащие NO-синтазу, находятся во
многих отделах ЦНС и большинстве изученных пери-
ферических ганглиев нервной системы. В коре больших
полушарий в среднем 2% процента нейронов содержат
NO-синтазу, в большинстве других отделов головного
мозга число таких нейронов также невелико. Однако
имеются и области с высоким их содержанием. Так,
максимальное количество нейронов, содержащих NO-
синтазу, находится в коре мозжечка, где большинство
клеток-зерен и корзинчатых нейронов содержат фер-
мент. Самые крупные нейроны коры мозжечка – клет-                                                                        50 мкм
ки Пуркинье не содержат NO-синтазу. Сравнительно
много нейронов, содержащих NO-синтазу, находится в
обонятельных луковицах, а также в некоторых отделах                               Рис. 4. Нейроны, содержащие NO-синтазу, в коре
                                                                                  больших полушарий белой крысы. Иммуногистохи-
гиппокампа и полосатого тела. Только, по-видимому, в                              мический метод выявления нейрональной изофор-
мозжечке нейроны, содержащие NO-синтазу, составля-                                мы фермента




                              С О С У Н О В А . А . О К С И Д А З О ТА К А К М Е Ж К Л Е Т О Ч Н Ы Й П О С Р Е Д Н И К                 31


                                                          БИОЛОГИЯ
     и 3) установление межнейронных синаптических взаи-
                                                                                   Отросток                                        Пресинаптический
     мосвязей во время развития нервной системы.                                   астроцита                                            аксон

        NO КАК НЕЙРОМЕДИАТОР
     Нейромедиаторная сущность NO заключается в том,                                                        ?
                                                                                   цГМФ                           ГЦ          цГМФ
     что он синтезируется при возбуждении нейрона (в ответ
     на поступление ионов кальция) и, диффундируя в со-                              ГЦ
     седние клетки, активизирует в них образование цГМФ,
     способного влиять на проводимость ионных каналов и,                                                                      Гл
     таким образом, изменять электрогенез нейронов. NO                         ?                          Ca2+                    Na+
     отличается от традиционных нейромедиаторов тем, что
                                                                                                                  N           A
     он оказывает воздействие на ионные каналы не через
     плазмалеммальные рецепторы, а изнутри, со стороны                                                                                        Дендрит
     цитоплазмы. Кроме того, действие NO не ограничива-




                                                                                                                          M
                                                                                                                       Ca
     ется только областью синаптических контактов, газ                                                                     NO
                                                                                                                          синт.         O2
     может влиять на ионные каналы на значительной пло-                                                    NO                                Аргинин
     щади плазматической мембраны нейрона.
                                                                                                  ?                   НАДФ НАДФН
         Участие NO в синаптической пластичности наибо-                                                   Цитруллин
     лее ярко проявляется в таких процессах, как длитель-
     ная синаптическая потенциация (повышение эффек-                                Рис. 5. Схема возбуждающего глутаматного синап-
     тивности проведения возбуждения через синапс для                               са ЦНС и возможное участие NO в его деятельности.
     каждого последующего импульса в их последователь-                              Выделяющийся из синаптических пузырьков воз-
                                                                                    буждающий нейромедиатор глутамат (Гл) влияет на
     ности), более детально проанализированная в гиппо-                             АМРА (А)-рецепторы, что приводит к деполяризации
     кампе, и длительная синаптическая депрессия (сни-                              плазматической мембраны и открытию NMDA (N)-
     жение эффективности проведения возбуждения через                               каналов (последнее связано с высвобождением
     синапс), лучше исследованная в коре мозжечка.                                  вследствие изменения потенциала мембраны из
                                                                                    ионного канала ионов магния, которые закрывали
         В первом случае возбуждение постсинаптического                             канал). Через NMDA-каналы в клетку поступает
     окончания приводит к повышению внутриклеточного                                большой объем ионов кальция, активирующих кон-
                                                                                    ститутивную изоформу NO-синтазы. Образующийся
     уровня Ca2+ /кальмодулина, активирующих NO-синта-                              NO, диффундируя в пресинаптический аксон, акти-
     зу и образование NO. NO, диффундируя в пресинапти-                             вирует в нем гуанилатциклазу (ГЦ) и синтез цГМФ,
     ческое окончание, вызывает образование цГМФ, что                               последний способствуют усилению выделения ней-
     приводит к усилению и увеличению длительности вы-                              ромедиатора глутамата, что повышает эффектив-
                                                                                    ность синаптической передачи (феномен длитель-
     деления из пресинапса нейромедиатора, который, в                               ной синаптической потенциации). NO может также
     свою очередь, оказывает возбуждающее действие на                               влиять на окружающие астроциты и активировать в
     постсинаптический нейрон и таким образом возникает                             них гуанилатциклазу.
     обратная положительная связь с постоянным усилени-                             Дополнительные обозначения: СаМ – кальмодулин;
                                                                                    ? – возможное влияние NO на другие не связанные с
     ем. Такому механизму особое внимание уделяется в                               гуанилатциклазой клеточные системы нейронов и
     синапсах с наиболее распространенным и сильным                                 астроцитов (модифицировано из: J. Garthwaite, 1991)
     возбуждающим нейромедиатором ЦНС глутаматом и
     особому глутаматному рецептору – NMDA-рецепто-                          чения у экспериментальных животных при введении
     ру, являющемуся трансмембранным каналом для ио-                         ингибиторов NO-синтазы, имеются и исследования с
     нов кальция (рис. 5).                                                   противоположными результатами. Неоднозначность по-
         С длительной синаптической потенциацией, преж-                      лучаемых результатов, возможно, связана с тем, что
     де всего в гиппокампе, связывают пластичность меж-                      вводимые в организм ингибиторы NO-синтазы оказы-
     нейронных связей, лежащих в основе памяти. Такое                        вали действие не только на всю нервную систему, но и
     предположение основывается на ставших уже класси-                       на все органы и ткани животных, что не позволяло до-
     ческими представлениях Д. Хэбба (1949 год) о повыше-                    стичь локального влияния на продукцию NO в мозге.
     нии эффективности синаптической передачи при воз-                           Интересно, что нахождение животных (крыс) в обо-
     бужденном состоянии постсинаптического нейрона.                         гащенной внешней среде (лабиринт, новая обстановка)
     Физиологические наблюдения об участии NO в про-                         приводит к увеличению числа нейронов, содержащих
     цессах памяти и обучения противоречивы. Наряду с ра-                    NO-синтазу во многих отделах головного мозга, причем
     ботами, в которых показано нарушение процессов обу-                     предварительное введение ингибиторов NO-синтазы и



32                            С О Р О С О В С К И Й О Б РА З О В АТ Е Л Ь Н Ы Й Ж У Р Н А Л , Т О М 6 , № 1 2 , 2 0 0 0


                                                      БИОЛОГИЯ
NMDA-рецепторов приводило как с снижению актив-                                    Аксон 1                       Аксон 2
ности NO-синтазы в нейронах, так и к нарушению
процессов обучения.
    В переживающих (живущих некоторое время в ус-
                                                                                                                                  A
ловиях культуры тканей) срезах головного мозга был                                      D
показан и другой механизм действия NO на преси-
                                                                                                                                 No
наптические окончания. NO способен инициировать
выделение нейромедиатора дофамина из нейронов не                                                        C
                                                                                                                          B
посредством экзоцитоза (обычный способ выделения
нейромедиаторов с участием синаптических пузырь-
ков), а путем трансмембранной диффузии при участии
особого мембранного переносчика дофамина, участву-
ющего в его захвате из межклеточной среды. В этом
процессе не участвует цГМФ и предполагается прямое                                              Дендрит 1            Дендрит 2
влияние NO на транспортные белки мембран.
    Длительную синаптическую депрессию, в частнос-                            Рис. 6. Влияние NO на межнейронные синаптичес-
ти в контактах между параллельными волокнами, яв-                             кие связи. Аксон 2 возбуждает синапс А на постси-
                                                                              наптическом дендрите 2, содержащем NO-синтазу,
ляющимися аксонами самых маленьких нейронов в                                 и приводит к синтезу NO. Предполагается, что NO
организме человека, так называемых клеток-зерен, и                            повышает эффективность синапсов А, В и С, по-
нейронами Пуркинье в коре мозжечке связывают с                                скольку аксон, их образующий, возбужден и снижает
                                                                              эффективность синаптической передачи в синапсе
десенсибилизацией другого класса глутаматных рецеп-                           D, поскольку аксон 1 не возбужден (модифицирова-
торов, так называемых AMPA-рецепторов. Выделяю-                               но из: J. Gally et al., 1990)
щийся из аксонов корзинчатых нейронов (особый тип
нейронов коры мозжечка) NO диффундирует к нейро-                         диционных нейронов, связанных друг с другом в ло-
нам Пуркинье и активирует в них синтез цГМФ, что                         кальных участках – синапсах.
приводит к инактивации AMPA-рецепторов и сниже-
                                                                             Основное внимание в процессах синаптической
нию эффективности работы синапсов между клетками
                                                                         пластичности уделяется, конечно, нейронам, однако
зернами и нейронами Пуркинье.
                                                                         нельзя не учитывать и роль глии. Известно, что астро-
    В основе первого положения NO-гипотезы лежит                         циты способны продуцировать NO, причем они обла-
возможность образования NO в постсинаптическом                           дают как конститутивной (в небольшом количестве),
окончании при его возбуждении и влияние газа на пре-                     так и индуцибельной NO-синтазой. Если принять во
синаптический аксон. Однако за счет диффузии к со-                       внимание, что число астроцитов в 10–100 раз превос-
седним нервным клеткам NO может оказывать влияние                        ходит (в зависимости от области мозга) количество
не только на пресинаптическое расширение аксона,                         нейронов, то их роль в продукции NO и влиянии на ме-
формирующего синапс на этом постсинаптическом                            ханизмы электрогенеза нейронов может является весь-
окончании, но и на близлежащие аксоны и дендриты,                        ма значимой.
модулируя их активность (рис. 6).
                                                                             Значение астроцитов как источника NO особенно
    Традиционная формулировка положения об учас-
                                                                         ярко проявляется при патологии ЦНС. При многих
тии NO в межнейронной коммуникации ограничива-
                                                                         нейродегенеративных заболеваниях, ишемии, травмах,
ется обычно возможностью синтеза и выделения NO
                                                                         опухолях головного мозга астроциты начинают экс-
из локальной области нейрона – постсинаптического
                                                                         прессировать NO-синтазу и продуцировать большой
окончания. Однако, как показывают результаты свето-
                                                                         объем NO. С этим связывают гибель нейронов и других
и электронно-микроскопических исследований, NO-
                                                                         макроглиальных клеток, в частности одигодендроцитов.
синтаза определяется во всем объеме тела нейронов – в
перикарионе, аксоне и дендритах. Поскольку при воз-
                                                                              ЗНАЧЕНИЕ NO
буждении нейрона по всей длине его отростков и в теле
                                                                              В РАЗВИТИИ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
уровень кальция циклически колеблется (образуются
своеобразные кальциевые волны), можно считать, что                       Целенаправленный рост и ветвление отростков нейро-
синтез и выделение NO могут инициироваться в любом                       нов, установление новых синаптических контактов в
участке тела и отростков нейронов. Таким образом, ней-                   процессе развития нервной системы во многом опре-
роны, содержащие NO-синтазу, способны создавать                          деляются возбуждением нервных клеток. Нейроны, со-
вокруг себя поле воздействия, то есть могут считаться                    держащие NO-синтазу, показаны еще в эмбриональ-
своеобразными полевыми нейронами в отличие от тра-                       ном периоде, и, как полагают, NO может инициировать



                          С О С У Н О В А . А . О К С И Д А З О ТА К А К М Е Ж К Л Е Т О Ч Н Ы Й П О С Р Е Д Н И К                    33


                                                              БИОЛОГИЯ
     разветвление растущих аксонных и дендритных веточек                         2. Зеленин К.Н. Оксид азота (II): Новые возможности давно
     и стимулировать образование синапсов. Эта область                           известной молекулы // Соросовский Образовательный Жур-
     нейробиологии остается еще малоисследованной.                               нал. 1997. № 10. С. 105–110.
                                                                                 3. Реутов В.П. Цикл окиси азота в организме млекопитающих
         ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                              // Успехи биол. химии. 1995. Т. 35. С. 189–228.

     Открытие высокоактивного межклеточного посредни-                            4. Garthwaite J. Neural Nitric Oxide Signalling // Trends Neurosci.
     ка – NO позволило прояснить многие неясные вопро-                           1995. Vol. 18. P. 51–56.
     сы жизни клеточного сообщества в организме человека                         5. Moncada S., Palmer R.M.J., Higgs E.A. Nitric Oxide: Physiology,
     и животных. В 1992 году NO в знак большого интереса                         Pathophysiology, and Pharmacology // Pharmacol. Rev. 1991.
     к ней исследователей был назван молекулой года. В                           Vol. 43. P. 109–141.
     1998 году Р. Фуршготт, Л. Игнарро и Ф. Мурад за рабо-
     ты по выяснению механизмов, связанных с участием                                            Рецензент статьи Л.И. Корочкин
     NO, получили высшую оценку мировой науки – Нобе-
     левскую премию. Однако, как это всегда бывает на пу-
     ти познания, новое порождает еще больше вопросов.                                                                 ***
     По-видимому, NO еще долго будет привлекать внима-                           Александр Алексеевич Сосунов, доктор медицинских
     ние исследователей, и можно надеяться, что будут по-                        наук, профессор, зав. кафедрой цитологии, гистоло-
     лучены новые интересные и значимые результаты.                              гии и эмбриологии Мордовского государственного
                                                                                 университета им. Н.П. Огарева. Область научных инте-
         РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА                                                ресов – нейроморфология и нейропатология. Автор
     1. Албертс А., Брей Д., Льюис Р. и др. Молекулярная биология                более 180 научных публикаций и трех коллективных
     клетки: В 3 т.: Пер. с англ. 2-е изд. М.: Мир, 1994.                        монографий.




34                                С О Р О С О В С К И Й О Б РА З О В АТ Е Л Ь Н Ы Й Ж У Р Н А Л , Т О М 6 , № 1 2 , 2 0 0 0



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика