Содержание к диссертации
Введение
2. Основная часть 17–175
2.1. Глава 1. Обзор литературы 17–65
2.1.1. Липидомика. Новые подходы к классификации и номенклатуре липидов 17–37
2.1.1.1. Инструментальные методы липидомики: тандемная масс-спектрометрия (ТМС), время-пролетная лазерная десорбция и ионизация с помощью матрикса (MALDIOF), электроспрей ионизация-масс-спектрометрия (ESI-MS), жидкостная
хроматография-масс-спектрометрия (LC-MS-MS) 23–25
2.1.1.2. Количественный анализ липидома с использованием общих экстрактов клеток и тканей 25–26
2.1.1.3. Международные центры и проекты по липидомике 26–27
2.1.1.4. Медицинские задачи, решаемые методами липидомики 28–
2.1.2. Медико-биологическое значение перекисного окисления липидов 38–41
2.1.3. Антиоксидантная защита организма 42–50
2.1.4. Взаимосвязь дисбаланса макро- и микроэлементов 51–59
2.1.5. Мутагенез и антимутагенез. Основные механизмы действия антимутагенов 60–65
Глава 2. Материалы и методы исследования 66–90
2.2.1. Биомаркеры жирнокислотного состава общих липидов грамположительной Bacillus subtilis и грамотрицательной Pseudomonas aurantiaca бактерий в зависимости от температуры и фазы роста 66–68
2.2.2. Выделение, идентификация и анализ липидов, прочносвязанных с ДНК 69–72
2.2.3. Липидный и жирнокислотный составы фракций ДНК-связанных липидов Pseudomonas aurantiaca по данныммасс-спектрометрии 73
2.2.4. Компьютерные эксперименты по исследованию взаимодействия ДНК с жирными кислотами методом молекулярной динамики 74–75
2.2.5. Определение индикаторов перекисного окисления липидов 76–80
2.2.5.1. Гидроперекиси липидов в плазме крови 76–77
2.2.5.2. Диеновые конъюгаты ненасыщенных высших жирных кислот в гомогенатах органов крыс 77–78
2.2.5.3. Малоновый диальдегид (ТБК-активные соединения) в осадке липопротеидов плазмы крови 78–79
2.2.5.4. Малоновый диальдегид (ТБК-активные соединения) в тканях 79–80
2.2.6. Оценка состояния системы антиоксидантной защиты организма 81–86
2.2.6.1. Суммарная антиокислительная активность сыворотки крови 81–82
2.2.6.2. Активность каталазы в эритроцитах крови 82–83
2.2.6.3. Пероксидазная активность в эритроцитах крови 83–85
2.2.6.4. Церулоплазмин в сыворотке крови 85–
2.2.7. Содержание макро- и микроэлементов в органах крыс 87
2.2.8. Генетические эффекты модуляторов липидного обмена.. 88–90
2.2.8.1. Оценка мугагенных и антимутагенных эффектов
лекарственных препаратов в эритроцитах периферической крови
мышей путем регистрации микроядер 88–90
Глава 3. Результаты исследований и их обсуждение 91–175
2.3.1. Жирнокислотные маркеры общих липидов грамотри цательной и грамположительной бактерий в зависимости от температуры и фазы роста 93–102
2.3.1.1. Жирнокислотные маркеры общих липидов грамположительной бактерии Bacillus subtilis в зависимости от температуры и фазы роста 93–98
2.3.1.2. Жирнокислотные маркеры общих липидов грамотрицательной бактерии Pseudomonas aurantiaca в зависимости от температуры и фазы роста 99–102
2.3.2. Жирнокислотные и липидные профили фракций ДНК связанных липидов грамотрицательной бактерии Pseudomonas aurantiaca 103–115
2.3.2.1. Жирнокислотные профили фракций ДНК-связанных липидов Pseudomonas aurantiaca, выделенных детергентным методом. 103–105
2.3.2.2. Жирнокислотные профили фракций ДНК-связанных липидов Pseudomonas aurantiaca, выделенных фенольным методом 105–106
2.3.2.3. Жирнокислотный и фосфолипидный профили фракций липидов, прочносвязанных с ДНК грамотрицательной бактерии Pseudomonas aurantiaca 107–115
2.3.3. О регуляции экспрессии генов жирными кислотами: комплексообразование ДНК с жирными кислотами (in silico)... 116–139
2.3.3.1. Молекулярная динамика и свободная энергия связывания линолевой кислоты с ДНК в водном растворе 116–122
2.3.3.2. Особенности комплексообразования ДНК с олеиновой кислотой по данным молекулярной динамики и спектров ЯМР 122–126
2.3.3.3. Молекулярная динамика комплексов ДНК с фосфолипидом 127–135
2.3.3.4. К вопросу о взаимосвязи и проблематике исследований липид-нуклеиновых взаимодействий и комплексов про- и эукариот 136–139
2.3.4. Лабильность липидов под влиянием мутагена циклофосфамида: индикаторы перекисного окисления липидов в крови и органах крыс и система антиоксидантнойзащиты организма 140–146
2.3.4.1. Влияние циклофосфамида на индикаторы перекисного окисления липидов в крови и органах 141–143
2.3.4.2. Влияние циклофосфамида на систему антиоксидантной защиты организма: каталазу, пероксидазу, церулоплазмин, суммарную антиокислительную активность крови 144–146
2.3.5. Влияние лекарственного препарата с мутагенным эффектом циклофосфамида на содержание биоэлементов ворганах крыс 147–158
2.3.6. Мутагенные эффекты модуляторов липидного обмена 159–163
2.3.6.1. Мутагенные эффекты биологически активных веществ в эритроцитах периферической крови мышей (in vivo) 160–163
2.3.7. Антимутагенные эффекты модуляторов липидного обмена 164–175
2.3.7.1. Антимутагенные эффекты лекарственных препаратов в эритроцитах периферической крови мышей (in vivo) 164–175
3. Заключение 176–181
3.1. Глава 4. Обсуждение 176–181
3.2. Выводы 182–1 4.
Список используемых сокращений 185–186
Список литературы
- Международные центры и проекты по липидомике
- Липидный и жирнокислотный составы фракций ДНК-связанных липидов Pseudomonas aurantiaca по данныммасс-спектрометрии
- Жирнокислотные маркеры общих липидов грамположительной бактерии Bacillus subtilis в зависимости от температуры и фазы роста
- Влияние циклофосфамида на индикаторы перекисного окисления липидов в крови и органах
Международные центры и проекты по липидомике
В предварительных экспериментах были проведены сравнительные исследования нескольких препаратов. Наиболее подходящими для нас оказались два модификатора циклофосфамид и используемые в медицине лиганды адренорецепторов (Takahashi et al., 2014; Ward et al., 2014). Эти модификаторы позволили оценить значимость перекисного окисления липидов и адреналин-зависимый липогенез в генетической изменчивости, биоэлементном гомеостазе, а также некоторые другие параметры клетки. Циклофосфамид (ЦФ) противоопухолевое и иммунодепрессивное средство, широко известное и изученное лекарственное соединение (Kasamoto et al., 2014). Важным является его способность индуцировать перекисное окисление липидов (ПОЛ) составной части липидного обмена практически всех клеток эукариот (Jnaneshwari et al., 2013). Кроме того, ЦФ проявляет высокую алкилирующую активность, которая достаточно часто реализуется в метаболизме липидов. Учёт алкилирующего потенциала циклофосфамида может привести к обнаружению новых каналов влияния алкилирующих реакций, происходящих на уровне липидного обмена, на исследуемые нами физиологические параметры (генетическую изменчивость и др.). Необходимо также отметить неоднозначное (ингибирующее или стимулирующее) влияние лигандов адренорецепторов на липолиз (Lee et al., 2013; Tayel et al., 2012).
Предметом нашего изучения были такие параметры клетки, как генетический и биоэлементный гомеостаз клетки, в условиях модификации различных сторон метаболизма липидов. Состояние генетического гомеостаза клетки при нарушении антиоксидантно/прооксидантного равновесия мы оценивали по интенсификации в клетках процессов мутагенеза и антимутагенеза. Следует подчеркнуть, что, формируя протокол экспериментов, мы решали и другую задачу оценивали возможность использования анализа профилей жирных кислот ДНК-связанных липидов в качестве молекулярного индикатора нестабильности клеточного генома.
Изучение содержания биоэлементов в условиях повышенной пероксидации липидов позволило выявить существенные отклонения в содержании ряда элементов от физиологической нормы (Ибрагимова и др., 2013). С учётом этого был составлен прогноз повреждений в элемент зависимых звеньях системы липогенез липолиз, что в итоге может послужить подходом для формирования универсальной рабочей самоподдерживающей патогенетической цепочки, характерной для многих системных заболеваний. Актуальность исследования. В ряду биологически важных молекул липиды занимают особое место (Albi et al., 2013; Khandelia et al., 2014; Lazzarini et al., 2015). Это уникальный класс биомолекул с двойственной природой: в органических средах липиды представляют собой низкомолекулярные соединения, а в водных растворах биомакромолекулы, образующие организованные липидные поверхности. Липиды служат «каркасом» для всех клеточных мембран, выполняя барьерную функцию. Они важны для энергетики клетки при запасании энергии в форме триглицеридов. Многие липиды или их производные являются важнейшими участниками переноса регуляторных сигналов (Шмырина, 2005; Hannun, Obeid, 2008; Jimenez-Rojo et al., 2014; Zhang et al., 2014). Данные сигналы могут быть самыми разнообразными от программируемой гибели клеток (апоптоза) (Шмырина, 2005; Kagan et al., 2004) до активации клеточного деления и связывания с субстратом (Forrester et al., 2004). В последнее время липиды признаются исключительно важными молекулами, участвующими в процессе при передаче сигнала и эндомембранном транспорте, например при передаче сигнала сфинголипидами (церамидами) (Шмырина, 2005; Hannun, Obeid, 2008; Kamath-Loeb et al., 2014) или в сфингомиелиновых рафтах (Rajendran, Simons, 2005). Известны примеры регуляции активности генов жирными кислотами, а полиненасыщенные жирные кислоты, как установлено, являются ингибиторами пролиферации клеток (Kamath-Loeb et al., 2014). Предполагается, что нарушения в процессах метаболизма липидов могут лежать в основе таких «болезней века», как онкологические, сердечнососудистые заболевания (Christofaro et al., 2014; Jones et al., 2014; Lepore et al., 2014), атеросклероз, болезнь Альцгеймера и другие нейро-дегенеративные заболевания (Nguyen et al., 2014; Rocha et al., 2014).
Задачами липидомики являются определение всех находящихся в данный момент в клетке липидов, изучение их биологической роли в комплексе с белками, вовлеченными в метаболизм, а также исследование их функций, включая оценку пероксилипидома и его индикаторов (Шмырина, 2005; Flasinski, Hac-Wydro, 2014), и роли в метаболических путях и регуляции генов. Одним из первых был опубликован полный липидом дрозофилы (Carvalho et al., 2012). Однако в современных проектах липидомики (Lipid Maps; Eurolipidomics) мало изученной все еще остается большая группа липидов ядра (Albi, Magni, 2004; Alеsenko, Burlakova, 2002), специфически взаимодействующих с ДНК, ДНК-связанные липиды (Стручков, Стражевская, 1993; Zhdanov, Hianik, 2002; Zhdanov et al., 2006). В связи с этим большой интерес представляет проведение исследований по изучению любых взаимодействий геномной ДНК с липидами с помощью разных методов, как, например, различных типов взаимодействий и их специфичности (Schild et al., 2012), поскольку это может облегчить разработку новых методов диагностики заболеваний или создание новых типов лекарственных средств (Богданенко, Ибрагимова, 2009; Московцев и др., 2012).
В настоящей работе мы представили результаты по исследованию комплексов между липидами и ДНК в зависимости от влияния факторов внешнего воздействия: оценили мутагенез и антимутагенез посредством модуляторов липидного обмена – лигандов адренорецепторов, определили уровень индикаторов перекисного окисления липидов в крови и органах, активности антиокислительной системы и ферментов в крови, а также содержание биоэлементов в органах животных при действии мутагенов; исследовали жирнокислотный и липидный профили ДНК-связанных липидов прокариот и специфичность взаимодействия с ДНК компонентов липидома (жирные кислоты и фосфолипид).
Липидный и жирнокислотный составы фракций ДНК-связанных липидов Pseudomonas aurantiaca по данныммасс-спектрометрии
От элементного состава среды обитания организмов зависят их морфологическая и физиологическая изменчивость, размножение, рост и развитие. Поэтому нарушение баланса химических элементов в среде вызывает патологические изменения в организме человека и животного (Соловьев, Корчина, 2008). Химические элементы распространены в окружающей среде неравномерно. На поверхности Земли обнаруживаются области с повышенным или пониженным содержанием тех или иных химических элементов. Так, эндемический уролитиаз развивается в условиях повышенного поступления в организм кремния в сочетании с высоким содержанием в биосфере фтора, марганца, нитратов, сульфатов и хлоритов. В России описаны так называемые кремниевые биогеохимические провинции, где отмечено нарушение у млекопитающих фосфорно-кальциевого обмена, характеризующегося снижением реабсорбции фосфора в почках (Демидов, 2001; Ибрагимова и др., 2011в; Сусликов, 2000).
В цикле работ (Грабеклис, 2004; Демидов, Скальный, 2001; Скальная и др., 2004; Скальный и др., 2003) показано, что повышенное содержание макро- и микроэлементов в почве, воде, атмосферном воздухе согласуется с повышением уровня элементов в волосах, моче и крови детей, пуповинной крови, плаценте.
Многими эпидемиологическими исследованиями показана связь между содержанием ряда химических элементов в питьевой воде и развитием заболеваний. Пища может быть источником и носителем потенциально опасных для здоровья химических веществ, которые попадают в продукты питания по биологическим цепочкам, в процессе сельскохозяйственного производства, хранения и упаковки. Например, соли тяжелых металлов в абсолютном большинстве поступают в организм с продуктами питания и питьевой водой. Свинец и кадмий, действуя на развивающийся организм, вызывают формирование пороков развития конечностей, сердечнососудистой системы. Достоверно установлено эмбриотоксическое действие повышенных концентраций мышьяка, меди, ртути (Антонова и др., 2010; Ибрагимова и др., 2011в; Gyorfi et al., 2010; Loganathan et al., 2008; Lux et al., 2011a,b; Polak-Juszczak, 2008; 2010; Skibniewska et al., 2010; White, Brown, 2010).
Антропогенное загрязнение окружающей человека природной среды, во многом связанное с микроэлементами из группы тяжелых металлов и радиоактивными изотопами химических элементов, вызывает серьезную озабоченность своими негативными последствиями для здоровья населения. В настоящее время все большее значение приобретают техногенные микроэлементозы. Известно, что в непосредственной близости от многих промышленных предприятий образуются зоны с повышенным содержанием свинца, мышьяка, ртути, кадмия, никеля и других токсичных микроэлементов, в том числе радиоизотопов, представляющих угрозу для здоровья и даже жизни человека (Ибрагимова и др., 2009; 2011в; 2012б; Ревелль, Ревелль, 1995; Скальный и др., 2003).
В работе А.В. Скального и А.Т. Быкова (2003) на основе анализа волос по составу химических элементов было показано, что для РФ в целом характерно значительное распространение недостаточности эссенциальных макро- и микроэлементов, в первую очередь магния, цинка, меди; относительный дефицит марганца часто встречается в Москве, Санкт Петербурге, Саратове, Московской, Мурманской, Ивановской областях, пониженное содержание меди в Нижнем Новгороде, Новосибирске, Иркутске, Саратове и др. Из гиперэлементозов, типичных в основном для промышленных центров с преобладанием металлургической, горнодобывающей промышленности, расположенных на Урале и в Сибири, наибольшую опасность для здоровья населения в целом представляет избыточное накопление свинца, а также алюминия, железа, хрома, в меньшей степени марганца, мышьяка. Геохимически обусловленный дисбаланс антагонистов кальция соотношение магния и свинца является существенным фактором, усиливающим токсические эффекты свинца и влияющим отрицательно на заболеваемость населения, что подтверждается сравнением данных по г.г. Челябинск, Карабаш и Тула (Ибрагимова и др., 2011в; Скальный, Быков, 2003).
У лиц, проживающих в районах Крайнего Севера (п-ов Ямал, Саха-Якутия), часто выявляются избыточные количества таких элементов, как марганец, железо, мышьяк, что, вероятно, обусловлено геохимичесими факторами (в частности, составом питьевой воды) (Алексеев и др., 1996; Ибрагимова и др., 2011в). В свою очередь, эти изменения могут быть одним из факторов повышения дезадаптации и заболеваемости (неврологическая, гематологическая, иммунологическая патология) (Ибрагимова и др., 2011в).
А.А. Истоминым с соавт. (2002) на примере пациентов с редким эндемическим заболеванием Вилюйским энцефаломиелитом установлено, что степень клинической манифестации этого дегенеративного заболевания прямо пропорциональна степени нарушения гомеостаза таких химических элементов, как свинец, железо, хром, марганец, титан, алюминий, молибден, обладающих, как известно, выраженным нейротоксическим эффектом, а также магний и фосфор (Ибрагимова и др., 2011в; Истомин и др., 2002).
В зависимости от характера загрязнения среды у человека поражаются те или иные системы органов. Результаты исследования многих авторов свидетельствуют о том, что структура патологических процессов имеет как общие моменты, так и особенности, связанные с эколого-географической характеристикой региона (Демидов, 2001; Ибрагимова и др., 2011в; Сусликов, 2000).
Жирнокислотные маркеры общих липидов грамположительной бактерии Bacillus subtilis в зависимости от температуры и фазы роста
Содержание неразветвленных 14:0 и 16:0 жирных кислот в общих липидах грамположительной бактерии B. subtilis OSU-142 уменьшается при повышенных температурах 37 оС и 39 оС по сравнению с 24оС. Содержание разветвленных С16 и С18 жирных кислот 15:0 изо, 17:0 изо и 17:0 антеизо с температурой увеличивается, в то время как содержание 15:0 антеизо изомера практически не изменяется. Таким образом, в качестве биомаркера влияния температуры на ЖК профиль штамма OSU-142 B. subtilis в логарифмической фазе целесообразно использовать лишь один параметр, а именно соотношение 15:0 изо и 17:0 изо жирных кислот (табл. 3) (Ибрагимова и др., 2012а).
На рис. 4 представлены данные по ЖК-составу общих липидов этой же бактерии после 36 ч культивирования, что соответствует ранней стационарной фазе. Основные жирные кислоты (МЭЖК профиля) представлены преимущественно теми же кислотами, за исключением 14:0 ее нет ни при 24 оС и 28 оС, ни при 37 оС. В стационарной фазе содержание 15:0 изо кислоты практически не изменяется с температурой, уровень 15:0 антеизо уменьшается, а 16:0 кислота исчезает совсем при 37 оС. Содержание 17:0 изо и 17:0 антеизо кислот в стационарной фазе, так же как и в логарифмической фазе, увеличивается с температурой: от 24 оС к 37 оС, однако такой параметр, как их соотношение (табл. 3), не может быть использован в качестве маркера (Ибрагимова и др., 2012а).
Рис. 4. Влияние температуры на жирнокислотный состав общих липидов грамположительной бактерии Bacillus subtilis штамма OSU-142 при стационарной фазе (36 ч культивирования). По оси ординат – содержание жирной кислоты, %. По оси абсцисс – температура, оС, для следующих жирных кислот последовательно: 1 15:0 изо, 2 15:0 антеизо, 3 16:0, 4 17:0 изо, 5 17:0 антеизо.
Из приведенных данных (рис. 3 и 4) следует, что уровень 14:0 и 16:0 кислот очень чувствителен к изменению температуры как в логарифмической, так и в стационарной фазах. 14:0 кислота исчезает в логарифмической фазе при 34 оС (в стационарной фазе ее нет). Содержание 16:0 кислоты начинает уменьшаться в логарифмической фазе при 37 оС, а в стационарной фазе при 24 оС; при 37 оС она уже не определяется. Следует отметить, что при 48 ч культивирования (что соответствует поздней стационарной фазе или образованию спор) в ЖК-составе остаются лишь две кислоты 15:0 изо (46,8%) и 15:0 антеизо (53,2%) (данные не табулированы). Содержание 15:0 изо и 15:0 антеизо кислот изменяется незначительно при увеличении как температуры (в обеих фазах), так и времени культивирования, а также при переходе от поздней логарифмической фазы к поздней стационарной фазе. Соотношение этих кислот оказалось практически одинаковым при всех температурах и фазах роста и поэтому не может быть использовано в качестве маркера (табл. 3) (Ибрагимова и др., 2012а; Russel, Fukunaga, 1990; Van de Vossenberg, 1999).
Таким образом, в качестве биомаркеров фазы роста штамма B. subtilis OSU-142 можно использовать 14:0 кислоту, которая характеризует логарифмическую фазу, и 16:0 кислоту, характерную для стационарной фазы. Для обеих фаз роста содержание 17:0 изо и 17:0 антеизо кислот с температурой растет немонотонно (однако в поздней стационарной фазе роста бактерий они не определяются). Содержание 15:0 изо и 15:0 антеизо кислот почти постоянное в обеих фазах, резко увеличивается только в поздней стационарной фазе. В качестве биомаркера фазы роста при разных температурах для этой бактерии предлагается использовать отношение 15:0 антеизо/17:0 антеизо кислот (Ибрагимова и др., 2012а). 2.3.1.2. Жирнокислотные маркеры общих липидов грамотрицательной бактерии Pseudomonas aurantiaca в зависимости от температуры и фазы роста
В работе исследовали жирнокислотный профиль (МЭЖК) экстрактов общих липидов грамотрицательной бактерии Pseudomonas aurantiaca (рис. 56). Особое внимание обращено на изучение влияния температуры и фазы роста бактерии на биомаркерные жирные кислоты (табл. 4). Как известно (Piotrowska-Seget, Mrozik, 2003), биомаркерными МЭЖК для рода Pseudomonas являются пальмитиновая 16:0 и пальмитолеиновая 16:1 кислоты в равном соотношении, а также один из изомеров олеиновой кислоты: 18:17c/9t/12t. На рис. 5 представлены результаты определения МЭЖК общих липидов Pseudomonas aurantiaca В-1558 (логарифмическая фаза, 24 ч) при различных температурах: 24 оС, 28 оС, 34 оС и 37 оС. Приведены величины содержания (свыше 0,5%) жирных кислот: 10:0 3ОН, 12:0, 12:0 2ОН, 12:1 3ОН, 12:0 3ОН, 15:0 изо2ОН/16:17с, 16:0, 18:17c, которые составляют 100% ЖК-состава общих липидов данной бактерии. Пять из этих кислот – гидроксикислоты, характерные для поверхностных полисахаридов (гликолипидов) грамотрицательных бактерий (Жданов и др., 2012; Fouchard et al., 2005). Из рис. 5 видно, что меньше всего в ЖК-составе при 24 оС культивирования С12 кислот, особенно 12:0 и 12:1 3ОН кислот – последних менее чем по 2%. Содержание 10:0 3ОН кислоты существенно выше. Больше всего в ЖК-профиле P. aurantiaca при 24 оС культивирования содержится С16 кислот: смесь 15:0 изо2OH и 16:17c (35,44%) и 16:0 (27,43%). Содержание другого биомаркера рода Pseudomonas (Kunitsky et al., 2006), 18:17c, равно 17,25%. С увеличением температуры культивирования бактерии в МЭЖК-профиле растет лишь содержание С16 кислот: с 3035% при 2434 оС до 4555% при 37 оС. Если содержание 16:0 кислоты при 24 оС культивирования составляет менее 30%, то с увеличением температуры культивирования до 34 оС эта величина становится равной содержанию суммы двух кислот 15:0 изо 2OH и 16:17c и возрастает до 55% при 37 оС.
Уровень всех остальных кислот в МЭЖК составе этой бактерии с увеличением температуры культивирования уменьшается. Содержание изомера олеиновой кислоты 18:17с уменьшается при этом с 17,25% (при 24 оС культивирования) до 13% при 34 оС. Кислота 12:1 3ОН исчезает уже при 34 оС, а при температуре роста бактерии 37 оС в жирнокислотном профиле присутствуют только С16 кислоты (Жданов и др., 2012).
Влияние циклофосфамида на индикаторы перекисного окисления липидов в крови и органах
Стоит при этом отметить, что цинк способен повышать восприимчивость опухолевых клеток к действию цитотоксических агентов путем модуляции NF-kB-зависимых метаболических путей, включая регуляцию активности c-Jun NH2-терминальных киназ (Uzzo et al., 2002). Нарушение метаболизма цинка под влиянием ЦФ может являться следствием модуляции экспрессии цинк-транспортных белков (ZnT и Zip), что может быть связано с повышенной потребностью клеток в цинке в условиях мутагенного воздействия (Downey et al., 2016). В то же время именно активность цинк-переносящих белков и их изменение могут являться связующим звеном между биологическими эффектами цинка и онкогенезом. Так, было показано, что ингибирование клетками рака простаты Zip1 существенно снижает внутриклеточную аккумуляцию цинка, тем самым препятствуя реализации его антиканцерогенного эффекта (Franklin, Costello, 2007). Напротив, гиперэкспрессия Zip4 клетками аденокарциномы поджелудочной железы сопровождается интенсивной пролиферацией (Li et al., 2007).
Как и железо, медь, являющаяся эссенциальным металлом с переменной валентностью, может проявлять токсические свойства, что определяет ее связь с канцерогенезом. Установлено, что повышенное потребление меди связано с риском развития колоректального рака (Senesse et al., 2004). Более того, концентрация меди в периферической крови повышена у лиц с раком различной локализации (Zowczak et al., 2001), а также связана с повышенным риском смертности от онкологических заболеваний (Wu et al., 2004). Причем данная взаимосвязь особенно усиливалась на фоне снижения уровня цинка (Leone et al., 2006). В связи с этим было высказано предположении об использовании дефицита меди, индуцированного хелаторами, в качестве одной из стратегий при лечении онкологических заболеваний, что обусловлено торможением ангиогенеза в условиях дефицита данного металла (Goodman et al., 2004).
Однако, несмотря на факт повышения уровня меди в организме лиц с онкологией, повышение уровня меди в опухолевых тканях может рассматриваться в качестве одной из потенциальных мишеней противоопухолевой терапии (Gupte, Mumper, 2009). При этом повышенная экспрессия ATP7A – белка экспортера меди – сопровождается снижением чувствительности опухолевых клеток к платина-содержащим химиопрепаратам (цисплатин) (Samimi et al., 2004), а также другим группам противоопухолевых агентов (Owatari et al., 2007). В связи с этим препараты меди в настоящее время рассматриваются в качестве возможных химиотерапевтических препаратов со сложным механизмом действия (Ruiz-Azuara et al., 2010), включающим ингибирование протеасом и индукцию апоптоза (Daniel et al., 2004). В то же время стоит отметить, что медь является структурным компонентом Cu, Zn-супероксиддисмутазы – антиоксидантного фермента, гиперэкспрессия которого сопровождалась подавлением роста опухолевых клеток in vitro (Weydert et al., 2006).
Возможная взаимосвязь между уровнем марганца в организме и риском развития онкологических заболеваний обусловлена функционированием митохондриальной Mn- супероксиддисмутазы. Так, было продемонстрировано, что модуляция активности данного фермента может оказывать регулирующее влияние на развитие и прогрессию опухолей. Характер данного влияния может быть различным, что связано с различным базальным уровнем активности Mn-СОД в клетках опухолей (Dhar, Clair, 2012). Так, было продемонстрировано, что дефицит Mn-СОД повышает скорость перерождения клеток в модели рака кожи (Zhao et al., 2002).
Как и в случае Cu, Zn-супероксиддисмутазы, гиперэкспрессия митохондриальной Mn-содержащей формы фермента приводила к торможению роста и снижению жизнеспособности клеток рака поджелудочной железы (Weydert et al., 2003), простаты (Venkataraman et al., 2005), молочной железы (Weydert et al., 2006).
Наряду с влиянием непосредственно на редокс-среду клетки, возможным механизмом влияния Mn-СОД на канцерогенез может являться модуляция активности белка p53 (Pani et al., 2000). Более того, высказано предположение о более выраженной связи канцерогенеза с дефицитом марганца, чем с его избытком (Gerber et al., 2000). Так, пациенты с раком груди характеризовались сниженным уровнем марганца в волосах по сравнению с контролем (Kilic et al., 2004). Однако достоверной взаимосвязи между уровнем марганца в воздухе и питьевой воде и смертностью от рака выявлено не было (Spangler, Reid, 2010).
Молибден относится к эссенциальным элементам, однако его избыточное количество может вызывать симптомы интоксикации. Считается, что в организм молибден поступает в форме аниона MoO42- (Kruse, 2012). Известно, что молибденсодержащие ферменты участвуют в обмене азота, углерода и серы. В настоящее время изучено более 50-и ферментов, однако большая часть из них встречается в бактериях, грибах, растениях (Bittner, 2006). У человека встречаются три фермента в которых молибден представлен в виде молибдоптерина (Novotny, Turnlund, 2007). Дефицит молибдена у человека встречается нечасто и сопровождается нарушениями репродуктивной системы и задержкой роста (Anke, 2004), снижением мочевой кислоты в крови и моче, усилением экскреции ксантина и гипоксантина (Turniund et al., 1995). К молибденсодержащим ферментам относится митохондриальный амидоксим снижающий компонент (mARC). Считается, что данный компонент участвует в образовании NО и детоксикации лекарственных препаратов и других ксенобиотиков (Kotthaus, Wahl, 2011).
Кобальт также относится к эссенциальным элементам и накапливается у человека преимущественно в печени, почках, поджелудочной железе, сердечной мышце, а также в костях и скелетной мускулатуре. В системном кровотоке Co (2+) находится в комплексе с альбумином. В ионизированной, свободной форме может находится до 5–2% от общего количества циркулирующего в крови кобальта (Simonsen et al., 2012). Наибольшая часть находящегося в организме кобальта представлена в структуре витамина В12 (Zhang, Gladyshev, 2009).
По сравнению с другими элементами, такими как цинк, медь, селен, марганец, кобальт принимает участие в функционировании ограниченного числа ферментов. При дефиците кобальта нарушается как процесс метилирования ДНК, так и репликация и репарация ДНК (Fenech, 2012; Semmler et al., 2014, Wu et al., 2013).