Preview

Бюллетень сибирской медицины

Расширенный поиск

ГАЗОМЕДИАТОРЫ: ОТ ТОКСИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ К РЕГУЛЯЦИИ КЛЕТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ И ИСПОЛЬЗОВАНИЮ В КЛИНИКЕ

https://doi.org/10.20538/1682-0363-2014-6-185-200

Полный текст:

Аннотация

В течение многих десятилетий оксид азота (II) (NO), монооксид углерода (СО) и сероводород (H2S) описывались как токсичные газы, оказывающие повреждающие эффекты на организм человека. Недавно было обнаружено, что NO, CO и H2S эндогенно синтезируются и являются сигнальными молекулами, выполняющими как аутокринную, так и паракринную регуляцию во многих системах организма. В настоящей статье представлены данные о свойствах, ферментах синтеза и механизмах действия газообразных посредников в возбудимых системах. Кроме того, описываются результаты собственных исследований по выявлению эффектов и механизмов действия NO, СО и H2S в периферической нервной системе – в области нервно-мышечного синапса.

Ключевые слова


Об авторах

Г. Ф. Ситдикова
Казанский (Приволжский) федеральный университет, Институт фундаментальной медицины и биологии; Казань Казанский государственный медицинский университет, Казань
Россия
Ситдикова Гузель Фаритовна– доктор биологических наук, профессор, Казанский (Приволжский) федеральный университет, Институт фундаментальной медицины и биологии, кафедра физиологии человека и животных; кафедра нормальной физиологии Казанского медицинского государственного университета


А. В. Яковлев
Казанский (Приволжский) федеральный университет, Институт фундаментальной медицины и биологии; Казань Казанский государственный медицинский университет, Казань
Россия
Яковлев Алексей Валерьевич (*) – кандидат биологических наук, доцент, Казанский (Приволжский) федеральный университет, Институт фундаментальной медицины и биологии, кафедра физиологии человека и животных 


А. Л. Зефиров
Казанский (Приволжский) федеральный университет, Институт фундаментальной медицины и биологии; Казань Казанский государственный медицинский университет, Казань
Россия
Зефиров Андрей Львович– доктор медицинских наук, профессор, член- корреспондент РАМН, зав. кафедрой нормальной физиологии Казанского медицинского государственного университета 


Список литературы

1. Maines M.D. The heme oxygenase system: a regulator of second messenger gases // Ann. Rev. Pharmacol. Toxicol. 1997. V. 37. P. 517–554.

2. Зефиров А.Л., Уразаев А.Х. Функциональная роль оксида азота // Успехи физиол. наук. 1999. Т. 30, № 1. С. 547–572.

3. Wang R. Signal Transduction and the Gasotransmitters. NO, CO and H2S in Biology and Medicine. Totowa: Humana Press, 2004. 377 p.

4. Зефиров А.Л. Медиаторы, эволюция представлений // Вестник РАМН. 2005. Т. 1. С. 1–4.

5. Ситдикова Г.Ф., Зефиров А.Л. Газообразные посредники в нервной системе // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сече¬нова. 2006. Т. 92, № 7. С. 872–882.

6. Hermann A., Sitdikova G.F., Weiger T. Gase als zellulare Signalstoffe // Biol. Unserer Zeit. 2010. V. 40. P. 185–193.

7. Gadalla M.M., Snyder S.H. Hydrogen sulfide as a gasotransmitter // J. Neurochem. 2010. V. 113. P. 14–26.

8. Sitdikova G.F., Weiger T.M., Hermann A. Hydrogen sul-fide increases calcium-activated potassium 5 (BK) channel activity of rat pituitary tumor cells // Pflugers Arch. Eur. J. Physiol. 2010. V. 459. P. 389–397.

9. Ситдикова Г.Ф. Ретроградная модуляция нервно-мышечной передачи газообразными посредниками // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2004. Т. 90, № 8. С. 279–280.

10. Garthwaite J. Concepts of neural nitric oxide-mediated transmission // Eur. J. Neurosci. 2008. V. 27. P. 2783–2802.

11. Ignarro L.J. Endothelium-derived relaxing factor produced and released from artery and vein is nitric oxide // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1987. V. 84. P. 9265–9269.

12. Danson E.J., Choate J.K., Paterson D.J. Cardiac nitric ox-ide: Emerging role for nNOS in regulating physiological function // Pharmacol. Ther. 2005. V. 106. P. 57–74.

13. Kelly R.A., Balligand J.L., Smith T.W. Nitric oxide and car-diac function // Circulation. Res. 1996. V. 79. P. 363–380.

14. Mustafa A.K., Gadalla M.M., Snyder S.H. Signaling by Gasotransmitters // Sci. Signal. 2009. V. 2, № 68. P. 1–8.

15. Arnold W.P., Millal C.K., Katsuki S., Murad F. Nitric ox-ide activates guanylate cyclase and increases guanosine 3’, 5’-cyclic monophosphate levels in various tissue preparations // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1977. V. 74. P. 3203–3207.

16. Domek-Lopacinska K. Strosznajder J.B Cyclic GMP me-tabolism and its role in brain physiology // J. Physiol. Pharmacol. 2005. V. 56. P. 15–34.

17. Schuman E.M., Madison D.V. Nitric oxide and synaptic function // Ann. Rev. Neurosci. 1994. V. 17. P. 153–183.

18. Stampler J.S., Meissner G. Physiology of nitric oxide in skeletal muscle // Physiology Rev. 2001 V. 81, № 1 P. 209–237.

19. Реутов В.П., Сорокина Е.Г., Охотин В.Е., Косицин Н.С. Циклические превращения NO в организме млекопитающих. М.: Наука, 1998. 156 c.

20. Меньшиков Е.Б., Зенков Н.К., Реутов В.П. Оксид азота и NO-синтазы в организме млекопитающих при различных функциональных состояниях // Биохимия. 2000. Т. 65, № 4. С. 485–503.

21. Bishop A., Anderson J. E. NO signaling in the CNS: from the physiological to the pathological // Toxicology. 2005. V. 208. P. 193–205.

22. Meffert M.K., Premack B.A., Schulman H. Nitric oxide stimulates Ca2+-independent synaptic vesicle release // Neuron. 1994. V. 12, № 6. P. 1235–1244.

23. Wang G., Moniri N H., Ozawa K. Nitric oxide regulates endocytosis by S-nitrosylation of dynamin // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006. V. 103, № 5. P. 1295–1300.

24. Prast H., Philippu A. Nitric oxide as modulator of neuronal function // Progr. Neurobiol. 2001. V. 64. P. 51–68.

25. Esplugues J.V. NO as a signaling molecule in the nervous system // British. J. Pharmacol. 2002. V. 136. P. 1079–1095.

26. Hopper R.A., Garthwaite J. Tonic and Phasic Nitric Oxide Signals in Hippocampal Long-Term Potentiation // J. Neuroscience. 2006. V. 26, № 45. P. 11513–11521.

27. Zhuo M., Laitinen J.T., Li X., Hawkins R.D. On the respec-tive roles of nitric oxide and carbon monoxide in long-term potentiation in the hippocampus // Learn. Mem. 1999. V. 6, № 1.P. 63–76.

28. Зефиров А.Л., Халиуллина Р.Р., Анучин А.А. Эффекты экзогенного оксида азота на секрецию медиатора и ионные токи двигательного нервного окончания // БЭ-БиМ. 1999. Т. 128, № 8. С. 144–147.

29. Яковлев А.В., Ситдикова Г.Ф., Зефиров А.Л. Роль циклических нуклеотидов в реализации эффектов оксида азота (II) на секрецию медиатора и электрогенез двигательного нервного окончания // Доклады Академии наук. 2002. Т. 382, № 2. С. 1–4.

30. Яковлев А.В., Ситдикова Г.Ф., Зефиров А.Л. Внутриклеточные пресинаптические механизмы эффектов оксида азота (II) в нервно-мышечном соединении лягушки // Нейрохимия. 2005. Т. 22, № 1. С. 81–87.

31. Ситдикова Г.Ф., Яковлев А.В., Зефиров А.Л., Архипова О.В. Эффекты L-и D-стереоизомеров аргинина на секрецию медиатора и ионные токи двигательного нервного окончания // Доклады Академии Наук. 2003. Т. 393, № 5. С. 15–19.

32. Piantadosi C.A. Biological chemistry of carbon monoxide // Antioxid. Redox. Signal. 2002. V. 4. P. 259–270.

33. Wu L., Wang R. Carbon monoxide: endogenous produc-tion, physiological functions, and pharmacological applications // Pharmacol. Rev. 2005. V. 57. P. 585–630.

34. McCoubrey W.K. Jr., Huang T.J., Maines M.D. Isolation and characterization of a cDNA from the rat brain that encodes hemoprotein heme oxygenase-3 // Eur. J. Biochem. 1997. V. 247. P. 725–732.

35. Foresti R., Motterlini R. The heme oxygenase pathway and its interaction with nitric oxide in the control of cellular homeostasis // Free Radic. Res. 1999. V. 31. P. 459–475.

36. Raju V.S., Maines M.D. Coordinated expression and mechanisms of induction of HSP32 (heme oxygenase-1) mRNA by hyperthermia in rat organs // Biochem. Biophys. Acta. 1993. V. 1217. P. 273–280.

37. Ndisang J.F., Tabien H.E.N., Wang R. Carbon monoxide and hypertension // J. Hypertension. 2004. V. 22. P. 1057–1074.

38. Xue L., Farrugia G., Miller S.M. et al. Carbon monoxide and nitric oxide as coneurotransmitters in the enteric ner-vous system: evidence from genomic deletion of biosynthetic enzymes // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000. V. 97. P. 1851–1855.

39. Farrugia G., Lei S., Lin X. et al. A major role for carbon monoxide as an endogenous hyperpolarizing factor in the gastrointestinal tract // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003. V. 100. P. 8567–8570.

40. Ewing J.F., Maines M.D. In situ hybridization and immunohistochemical localization of heme oxygenase-2 mRNA and protein in normal rat brain: differential distribution of isozyme 1 and 2 // Mol. Cell. Neurosci. 1992. V. 3. P. 4559–4570.

41. Verma A., Hirsch D.J., Glatt C.E. et al. Carbon monoxide: a putative neural messenger // Science. 1993. V. 59. P. 381–84.

42. Boehning D., Sedaghat L., Sedlak T.W., Snyder S.H. Heme oxygenase-2 is activated by calcium-calmodulin // J. Biol. Chem. 2004. V. 279. P. 30927–30930.

43. Dore S., Takahashi M., Ferris C.D. et al. Bilirubin, formed by activation of heme oxygenase-2, protects neurons against oxidative stress injury // Proc. Nath. Acad. Sci. USA. 1999. V. 96. P. 2445–2450.

44. Boehning D., Moon C., Sharma S. et al. Carbon monoxide neurotransmission activated by CK2 phosphorylation of heme oxygenase-2 // Neuron. 2003. V. 40. P. 129–137.

45. Nathanson J.A., Scavone C., Scanlon C., McKee M. The cellular NaC pump as a site of action for carbon monoxide and glutamate: a mechanism for long-term modulation of cellular activity // Neuron. 1995. V. 14. P. 781–794.

46. Shinomura T., Nakao S-I., Mori K. Reduction of depolarization-induced glutamate released by heme oxygenase inhibitor: possible role of carbon monoxide in synaptic transmission // Neurosci. Lett. 1994. V. 166. P. 131–134.

47. Stevens C.F., Wang Y. Reversal of long-term potentiation by inhibitors of haem oxygenase // Nature. 1993. V. 364. P. 147–49.

48. Stone J.R., Marletta M.A. Soluble guanylate cyclase from bovine lung: Activation of nitric oxide and carbon monoxide and spectral characterization of the ferrous and ferric states // Biochemistry. 1994. V. 33. P. 5636–5640.

49. Farrugia G., Miller S.M., Rich A. et al. Distribution of heme oxygenase and effects of exogenous carbon monoxide in canine jejunum // Am. J. Physiol. 1998. V. 274. P. G350–G358.

50. Xi Q. Tcheranova D., Parfenova H. et al. Carbon monoxide activates KCa channels in newborn arteriole smooth muscle cells by increasing apparent Ca2+ sensitivity of α-subunits // Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. 2004. V. 286. P. 610–618.

51. Jaggar J., Leffler Ch., Cheranov S. et al. Carbon monoxide dilates cerebral arterioles by enhancing the coupling of Ca2+ sparks to Ca2+-activated K+ channels // Circ. Res. 2002. V. 91. P. 610–617.

52. Ситдикова Г.Ф., Гришин С.Н., Зефиров А.Л. Пресинап-тические эффекты монооксида углерода в нервно-мышечном синапсе лягушки // Доклады Академии Наук. 2005. Т. 403, № 1. С. 121–125.

53. Sitdikova G.F. et al. Modulation of neurotransmitter re-lease by carbon monoxide at the frog neuro-muscular junction // Curr Drug Metab. 2007. V. 8, № 2. P. 177–184.

54. Otterbein L.E., Bach F.H., Alam J., Soares M. et al. Carbonmonoxide has anti-inflammatory effects involving the mitogen-activated protein kinase pathway // Nature Med. 2000. V. 6. P. 422–428.

55. Foresti R., Bani-Hani M. G., Motterlini R. Use of carbon monoxide as a therapeutic agent: promises and challenges // Intensive Care Med. 2008. V. 34. P. 649–658.

56. Reiffenstein R.J., Hulbert W.C., Roth S.H. Toxicology of hydrogen sulfide // Ann. Rev. Pharmacol. Toxicol. 1992. V. 32. Р. 109–134.

57. Savage C., Gould D.H. Determination of sulfides in brain tissue and rumen fluid by ion-interaction reversed-phase high-performance liquid chromatography // J. Chromatogr. 1990. 526. P. 540–545.

58. Wang R. Gasotransmitters: growing pains and joys // Trends Biochem. Sci. 2014. 39 (5). P. 227–232.

59. Ситдикова Г.Ф., Зефиров А.Л. Газообразные посредники в нервной системе // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2006. Т. 97, № 7. C. 872–882.

60. Ситдикова Г.Ф., Зефиров А.Л. Сероводород: от канализаций Парижа к сигнальной молекуле // Природа. 2010. № 9. С. 29–37.

61. Ситдикова Г.Ф., Яковлев А.В., Одношивкина Ю.Г., Зе-фиров А.Л. Влияние сероводорода на процессы экзо- и эндоцитоза синаптических везикул в двигательном нервном окончании лягушки. // Нейрохимия. 2011. T. 28, № 4. С. 1–7.

62. Khaertdinov N.N., Ahmetshina D.R., Zefirov A.L., Sitdik-ova G.F. Hydrogen Sulfide in Regulation of Frog Myocardium Contractility // Biochemistry (Moscow). 2013. V. 7, № 1. P. 52–57.

63. Хаертдинов Н.Н., Герасимова Е.В., Ситдикова Г.Ф. АТФ-зависимые К+-каналы как мишень действия серо-водорода в миокарде лягушки // Естественные науки. 2012. T. 1, № 38. C. 210–213.

64. Шафигуллин М.У., Зефиров Р.А., Сабируллина Г.И., Зе-фиров А.Л., Ситдикова Г.Ф. Эффекты донора сероводорода на спонтанную сократительную активность желудка и тощей кишки крысы // БЭБИМ. 2014. T. 157, № 3. C. 275–279.

65. Яковлев А.В., Ситдикова Г.Ф., Зефиров А.Л. Внутриклеточные пресинаптические механизмы эффектов оксида азота (II) в нервно-мышечном соединении лягушки. // Нейрохимия. 2005. V. 22, № 1. P. 81–87.

66. Lowicka E, Beltowski J. Hydrogen sulfide (H2S) – the third gas of interest for pharmacologists // Pharmacol. Rep. 2007. V. 59, № 1. P. 4–24.

67. Enokido Y., Suzuki E., Iwasawa K. et al. Cystathionine beta-synthase, a key enzyme for homocysteine metabolism, is preferentially expressed in the radial glia/astrocyte lineage of developing mouse CNS // FASEB journal. 2005. V. 19, № 13. P. 1854–1856.

68. Nagahara N., Ito T., Kitamura H., Nishino T. Tissue and subcellular distribution of mercaptopyruvate sulfurtransferase in the rat: confocal laser fluorescence and immunoelectron microscopic studies combined with biochemical analysis // Histochem. and Cell Biology. 1998. V. 110, № 3. P. 243–250.

69. Shibuya N., Koike S., Tanaka M., et al. A novel pathway for the production of hydrogen sulfide from D-cysteine in mammalian cells // Nature Communications. 2013. V. 4. P. 13–66.

70. Kimura H. Hydrogen Sulfide: From Brain to Gut // Antiox. Redox Signal. 2010. V. 12, № 9. P. 1111–1123.

71. Kimura H. Physiological role of hydrogen sulfide and polysulfide in the central nervous system // Neurochem. International. 2013. V. 63, № 5. P. 492–497.

72. Wang R. Physiological implications of hydrogen sulfide: A Whiff exploration that blossomed. // Physiological reviews. 2012. V. 92, № 2. P. 791–896.

73. Abe K., Kimura H. The possible role of hydrogen sulfide as an endogenous neuromodulator // J. Neurosci. 1996. V. 16. P. 1066–1071.

74. Tan B.H., Wong P.T.-H., Bian J-S. Hydrogen sulfide: A novel signaling molecule in the central nervous system // Neurochem. Int. 2010. V. 56. P. 3–10.

75. Szabó C. Hydrogen sulphide and its therapeutic potential // Nature rev. Drug discovery. 2007. V. 6. P. 917–935.

76. Yang G. H2S as a physiologic vasorelaxant: Hypertension in mice with deletion of cystathionine γ-lyase // Science. 2008. V. 322. P. 587–590.

77. Elsey D.J., Fowkes R.C., Baxter G.F. Regulation of cardio-vascular cell function by hydrogen sulfide (H2S) // Cell biochemistry and function. Cell. Biochem. Funct. 2010. V. 28. P. 95–106.

78. Герасимова Е.В., Ситдикова Г.Ф., Зефиров А.Л. Сероводород как эндогенный модулятор освобождения медиатора в нервно-мышечном синапсе лягушки // Нейрохимия. 2008. Т. 25, № 1–2. С. 138–145.

79. Герасимова Е.В., Вологин С.Г., Мухачева Ю.А., Ситдикова Г.Ф. Эффекты сероводорода на освобождение медиатора и выявление экспрессии цистатионин гамма-лиазы в диафрагмальной мышце мыши // Ученые записки КГУ. Серия Естественные науки, кн 2. 2010. Т. 152. С. 41–50.

80. Герасимова Е.В., Ситдикова Г.Ф., Зефиров А.Л. Исследование блокаторов синтеза сероводорода на секрецию медиатора в нервно-мышечном синапсе лягушки // Неврологический вестник, Казань. 2007. Т. XXXIX, № 1. С. 83–84.

81. Ситдикова Г.Ф., Герасимова Е.В., Хаертдинов Н.Н., Зефиров А.Л. Роль циклических нуклеотидов в эффектах сероводорода на освобождение медиатора в нервно-мышечном синапсе лягушки // Нейрохимия. 2009. Т. 26, № 4. С. 1–7.

82. Wang R. Two's company, three's a crowd – Сan H2S the third endogenous gaseous transmitter? // FASEB. 2002. V. 16. P. 1792–1798.


Для цитирования:


Ситдикова Г.Ф., Яковлев А.В., Зефиров А.Л. ГАЗОМЕДИАТОРЫ: ОТ ТОКСИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ К РЕГУЛЯЦИИ КЛЕТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ И ИСПОЛЬЗОВАНИЮ В КЛИНИКЕ. Бюллетень сибирской медицины. 2014;13(6):185-200. https://doi.org/10.20538/1682-0363-2014-6-185-200

For citation:


Sitdikova G.F., Yakovlev A.V., Zefirov A.L. GASOTRANSMITTERS: FROM THE TOXIC EFFECTS TO THE REGULATION OF CELLULAR FUNCTION AND CLINICAL APPLICATION. Bulletin of Siberian Medicine. 2014;13(6):185-200. (In Russ.) https://doi.org/10.20538/1682-0363-2014-6-185-200

Просмотров: 306


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1682-0363 (Print)
ISSN 1819-3684 (Online)