Д.Ф. Идрисова, 2 курс
Научный руководитель – к.б.н., доц. Л.В. Гирина
Кафедра биологической химии
Оренбургский государственный медицинский университет
RYBOSYMESASMEDICINES
D.F. Idrisova, 2 course
Supervisor – Candidate of Biological Sciences, Assistant Professor L.V. Girina Department of Biochemistry
The Orenburg State Medical University
В 1967 году Карл Вёзе, Френсис Крик и Лесли Оргель впервые выдвинули предположение, что РНК может быть катализатором. Это предположение основывалось на том, что РНК может образовывать сложную вторичную структуру. Каталитическая активность РНК впервые была обнаружена в 1980-е годы у пре-рРНК Томасом Чеком, изучавшим сплайсинг РНК у инфузории Tetrahymena thermophila, и Сидни Олтменом, работавшим с бактериальной рибонуклеазой P. Рибозимом оказался участок молекулы пре-рРНК Tetrahymena, кодируемый интроном внехромосомного гена рДНК; этот участок осуществлял аутосплайсинг. В 1989 году Чек и Альтман получили Нобелевскую премию по химии за «обнаружение каталитических свойств РНК».
Ключевые слова: рибозимы, РНК, рибонуклеаза, гены.
In 1967, Carl Vese, Francis Crick and Leslie Orgel first suggested that RNA could be a catalyst. This assumption was based on the fact that RNA can form a complex secondary structure. The catalytic activity of RNA was first discovered in the 1980s in pre-rRNA by Thomas Chek, who studied RNA splicing in Tetrahymena thermophile infusoria, and Sidney Oltman, who worked with bacterial ribonuclease P. Ribozyme was a portion of the Tetrahymena pre-rRNA molecule encoded by the intron of the non-chromosomal rDNA gene; this portion was autosplayed. In 1989, Chek and Altman received the Nobel prize in chemistry for"detecting the catalytic properties of RNA."
Key words: ribozymes, RNA, ribonuclease genes.
Первые опыты с рибозимами показали их определенную эффективность и специфичность, поэтому, на основании накопленных знаний о рибозимах складывалось мнение о принципиальной возможности использования рибозимов для регуляции активности конкретных генов человека, а также в качестве лекарственных средств. В настоящее время рассматривают лечение вирусных инфекций, онкологических заболеваний, для которых известны продукты онкогенов, а также патологических состояний организма, вызываемых сверхэкспрессией конкретных генов. Большие усилия предпринимаются для использования рибозимов в лечении СПИДа, вызываемого вирусами иммунодефицита человека (ВИЧ). Уже в 1990 г. Н. Сарвер и соавторы продемонстрировали возможность расщепления геномной ВИЧ-РНК с помощью рибозима, выведенного in vitro в бесклеточной системе. Основной сложностью, которую приходится преодолевать при конструировании рибозимов, расщепляющих геномную ВИЧ-РНК, является высокая мутабильность этих РНК. Из-за мутационных замен отдельных нуклеотидов в сайтах, по которым происходит расщепление РНК рибозимами, последние утрачивают свою активность по отношению к этим РНК и соответственно противовирусную активность. Новейшая стратегия в решении данной проблемы заключается в создании нескольких рибозимов, действие которых направлено против разных консервативных участков генома ВИЧ, где отдельные рибозимы должны входить в одну молекулу рекомбинантной РНК.
РНК онкогенов являются хорошей потенциальной мишенью для рибозимов. Одними из основных различий, обнаруживаемых между нормальными и раковыми клетками, являются генетические различия ряда генов, контролирующих пролиферацию. В геноме опухолевых клеток часто обнаруживают мутации в генах двух типов: онкогенах и генах-супрессорах опухолевого роста. Большинство онкогенов вначале было обнаружено именно в составе генома онкогенных вирусов, и они являются мутантными производными протоонкогенов. Активированные онкогены в опухолевых клетках, как правило, сверхэкспрессируются и кодируемая ими РНК по своей первичной структуре отличается от РНК протоонкогенов. Мутация в кодоне 12 гена H-ras, приводящая к замене последовательности нуклеотидов, создает сайт, по которому HH-рибозим может расщеплять мутантную мРНК. In vitro было продемонстрировано пятикратное различие в эффективности действия рибозима на мутантную H-ras-РНК и соответствующую РНК дикого типа. Получены H-ras-зависимые линии клеток, стабильно трансформированные экспрессирующим вектором, который направлял синтез HH-рибозима под контролем промотора. Для таких клеток характерна пониженная скорость пролиферации, сопряженная с уменьшением внутриклеточных уровней H-ras-РНК и белка р21, кодируемого этим геном. Далее рибозим экспрессировали в клетках линии EJ карциномы мочевого пузыря человека. Введение исходных клеток мышам сопровождалось их быстрой гибелью на фоне развития высокоинвазивных опухолей. В отличие от этого клоны EJ-клеток, экспрессирующих рибозим, в организме мышей обладали резко сниженным опухолевым фенотипом. Образующиеся опухоли были малоинвазивны, и наблюдалось приблизительно двукратное повышение уровня выживаемости мышей с трансплантатами. Гистологические исследования подтверждали слабую способность опухолей к метастазированию. Рибозимы в опухолях обнаруживались методом ПЦР (полимеразной цепной реакции) на протяжении 86–90 дней. Таким образом, эти и ряд других экспериментов показали способность рибозимов нормализовать экспрессию активированного H-ras как in vitro, так и in vivo.
Белковый продукт гена c-fos участвует в передаче сигнала эукариотическими клетками, вовлечен в синтез ДНК и может придавать клеткам устойчивость к противоопухолевым препаратам. Последние два свойства этого белка находят подтверждение, что при проведении лечения часто используемым противоопухолевым лекарством цисплатином происходит индукция гена c-fos вслед за генами dTMP-синтазы и ДНК-полимеразы. Рибозим, разрушающий c-fos-мРНК, снижает конечный уровень экспрессии гена c-fos, приводит к повышению чувствительности опухолевых клеток к химиотерапевтическим агентам (включая цисплатину).
Онкогены bcr/abl. Аберрантная филадельфийская хромосома образуется в результате транслокации в стволовых клетках костного мозга, что сопровождается слиянием генов bcr и abl с образованием химерного онкогена bcr/abl и развитием хронических миелоидных лейкозов (ХМЛ). Транскрипт химерного гена кодирует белок р210bcr/abl, который обладает повышенной активностью тирозинкиназы. Такие РНК и белок обнаруживаются почти у всех больных с синдромом ХМЛ, а также у 50% пациентов с острым лимфобластоидным лейкозом, у которых имеется филадельфийская хромосома. С помощью рибозимов, специфически расщепляющих последовательность химерной мРНК в месте стыковки последовательностей двух генов, удалось подавить экспрессию химерного гена bcr/abl в культивируемых клетках. Экспрессия рибозимов в культивируемых клетках вызывала снижение уровня bcr/abl-мРНК, полностью блокировала образование химерного белка р210bcr/abl и ингибировала рост клеток на 84%. Эти результаты были значительно лучше эффектов, вызываемых антисмысловыми олигонуклеотидами.
Таким образом, благодаря многочисленным опытам открывается возможность применения рибозимов в качестве лекарственных средств, механизм и действие которых будет направлен на молекулярно-генетический уровень.
PLANT ORIGIN ENZYMES IN ENZYMOTHERAPY
Isonda H. M., 2st year, Salum H. A., 2st year
Supervisor – Associate Prof MD PhD E. V. Popova
St. Joseph University in Tanzania,
St. Joseph College of Health Science Department of Biochemistry
Introduction.Enzymes are biological materials with catalytic properties, which alter the rate of chemical reactions in vivo, and in vitro systems remain unchanged at the end of reaction. Enzymes are protein in nature but not all proteins are enzymes. There are two types of enzyme in botany, which are exoenzymes (extracellular enzyme), and endoenzymes (intracellular enzymes).The exoenzymes are that enzyme whose activities and functions occur outside the cell, and they retain their ability even when they are removed from the cell while the endoenzymes are those enzymes that function inside the cell and lose their ability when they are extracted from the cell.
There are four groupsof plant enzyme exist:
I. Proteases-break long protein chains into smaller amino acids chain and eventually into single amino acids
II. Cellulases-digest specific carbohydrate bonds found in fiber
III. Amylases-reduce polysaccharides to disaccharides: maltose, lactose and sucrose
IV. Lipases- break triglycerides into fatty acid and glycerol
The use of natural products with therapeutic properties is as ancient as human civilization and, for a long time, mineral, plant and animal products were the main sources of drugs (see historical review by De Pasquale, 1984). The Industrial Revolution and the development of organic chemistry resulted in a preference for synthetic products for pharmacological treatment. The reasons for this were that pure compounds wereeasily obtained, structural modifications to produce potentially more active and safer drugs could be easily performed and the economic power of the pharmaceutical companies was increasing.
DIFFERENT FIELDS OF KNOWLEDGE ON ENZYME PLANT
The basic sciences involved are botany, chemistry and pharmacology, including toxicology. Any research into pharmacological active natural compounds depends on the integration of these sciences. The way they are integrated and the extent of integration depend on the objectives of the study. Other fields of knowledge may also be involved if the long path from plant to medicine is taken into account. Anthropology, agronomy, biotechnology and organic chemistry can play very important roles. Pharmaceutical technology is fundamental to the development of any drug, including drugs of plant origin. Plants can be used as therapeutic resources as in phytopharmaceutical preparations or herbal medicines. A phytopharmaceutical preparation or herbal medicine is any manufactured medicine obtained exclusively from plants (aerial and non-aerial parts, juices, resins and oil), either in the crude state or as a pharmaceutical formulation. A medicine is a product prepared according to legal and technical procedures that is used for the diagnosis, prevention and treatment of disease and has been scientifically characterized in terms of its efficacy, safety and quality. A drug is a pharmacologically active compound, which is a component of a medicine, irrespective of its natural, biotechnological or synthetic origin.
WAYS TO SELECT A PLANT
Plant can be selected, including traditional use, chemical content, toxicity, randomized selection or a combination of several criteria in several ways. The most common strategy is careful observation of the use of natural resources in folk medicine in different cultures; this is known as ethnobotany or ethno pharmacology. Information on how the plant is used by an ethnic group is extremely important.
PREPARATION OF THE PLANT MATERIAL AND ISOLATION OF THE ACTIVE COMPOUND
After a plant has been selected the next steps are extraction, fractionation and stabilization. Extraction is the treatment of the plant or animal tissues with solvent, where by the active medicinally active constituents are dissolved and most of the inert matter remained undissolved. Stabilization is the drying of the material at ambient temperature in a shady place or in oven with controlled air flow and temperature. Fractionation is the separation process in which a certain quantity of a mixture is divided during a phase transition into a number of smaller quantities in which the composition varies according to a gradient.
The solvent used for extraction is known as menstruum and the inert insoluble material remains after extraction is called marc. The principal methods of extraction are: maceration, percolation, infusion, decoction, continuous hot extraction, liquid-liquid extraction, solvent-solvent precipitation and distillation
SOME COMMON ENZYMES DERIVED FROM PLANTS
I. Papain. Source: mixture of proteolytic enzymes obtained from the latex of unripe fruit of tropical melon tree Carica papaya
II. Bromelain. Source: mixture of proteolytic enzymes obtained from the stem and ripen of pineapple plant Ananascomosus
III. Malt. Source: obtained from malt or malted barley, which is partially and artificially germinated grain of one or more variety of barley grain Hordeumvulgare
IV. Serratiopeptidase. Source: proteolytic enzyme obtained from bacteria belonging to genus Serrati present in the gut of the silk worm
V. Urokinase. Source: produced by kidney and obtained from human urine or kidney tissue cultures
VI. Streptokinase. Source: obtained from filtrates of beta hemolytic, streptococci group C
VII. Pepsin. Source: present in gastric juice of animals containing proteolytic enzyme
VIII. Lectins. Source: isolated from various source like seed, roots and bark
PLANT ENZYMES HELP TO FIGHT OVER 100 CONDITIONS
• Arthritis
• Gas
• Allergies
• Heartburn
• Cancer
• Inflammation
• Asthma
• Injuries
• Indigestion
• Allergies
• Circulatory diseases
• Weight problems
• Viral and bacterial infections
• Immuneandautoimmunediseases
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРЕПАРАТА «ВОБЭНЗИМ» В ГИНЕКОЛОГИИ ПРИ ВОСПАЛИТЕЛЬНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ ОРГАНОВ МАЛОГО ТАЗА
А.Ж. Кукебаева, 4 курс
Научный руководитель – асс. Е.А. Логинова
Кафедра акушерства и гинекологии
Оренбургский государственный медицинский университет
THEUSEOFTHEPREPARATION "VOBENZIM" INGYNECOLOGYINTHEINFLAMMATORYDISEASESOFTHEPULMASALSIGNALS
A . ZH . Kukebaeva , 4 course
Supervisor - а ss . E.A. Loginova
Department of Obstetrics and Gynecology
The Orenburg State Medical University
Аннотация. Несмотря на несомненные достижения науки и практики в борьбе с инфекцией, проблема лечения воспалительных заболеваний женских половых органов остается актуальной. Многообразие вариантов клиники, диагностики и тактики лечения позволяет отнести эти процессы к наиболее сложным заболеваниям
в гинекологии.
Ключевые слова: Вобэнзим, ферменты, воспалительные заболевания, инфекция, гинекология, органы малого таза, лечение, системная энзимотерапия.
Annotation. Despite the undoubted achievements of science and practice in the fight against infection, the problem of treating inflammatory diseases of the female genital organs remains relevant. The variety of clinical, diagnostic and treatment options allows to refer these processes to the most complex diseases in gynecology.
Key words: Wobenzym, enzymes, inflammatory diseases, infection, gynecology, pelvic organs, treatment, systemic enzyme therapy.
Воспалительные заболевания половых органов, составляющие по данным различным авторов 60-65% среди амбулаторных и до 30% среди стационарных больных, представляют собой одну из основных медицинских проблем и оказывают существенное влияние на здоровье миллионов женщин детородного возраста. За последние годы во всех странах мира отмечено увеличение числа воспалительных заболеваний гениталий на 13% в общей популяции женщин репродуктивного периода и на 25% у женщин с внутриматочной контрацепцией, причем в три раза увеличилась частота тубо-овариальных образований, и их доля в структуре всех форм воспаления гениталий составила 27%. За последние 50 лет, в результате анализа результатов многочисленных бактериологических исследований в гинекологии, выявлена резкая смена возбудителей.
Согласно статистическим данным, опубликованным в статье П.В. Буданова «Оптимизация лечения больных с воспалительными заболеваниями придатков матки» («Эффективная фармакотерапия. Акушерство и Гинекология» №5. 2007), при острых воспалительных заболеваниях придатков матки у 96,7% больных выявляются преимущественно полимикробные ассоциации, в которых доминирующая роль (73,3%) принадлежит условно-патогенным микроорганизмам (кишечная палочка, энтерококк, эпидермальный стафилококк) и анаэробам-бактероидам. Среди других микроорганизмов (26,7%) были выявлены хламидии (12,1%), микоплазмы (9,2%), уреаплазмы (11,6%), гарднереллы (19,3%), ВПГ (6%). Роль вирусов в гнойном воспалении органов малого таза до сих пор достаточно неизучена. Так как в последние годы выявлена тенденция широкого использования антибиотиков и средств внутриматочной контрацепции значительно возросла роль грибов в развитии гнойно-воспалительных заболеваний малого таза.
Таким образом, концепция этиологии и патогенеза воспалительных заболеваний в гинекологии включает:
· Гноеродную микрофлору любой генитальной локализации, которая носит преимущественно ассоциативный характер, при этом грамотрицательные и анаэробные микроорганизмы являются основными деструктивными факторами; в то же время гонококк как возбудитель гнойного процесса в трубах и реже в матке и яичнике не только не утратил своего значения, но и повысил степень своей агрессии за счет сопутствующей микрофлоры;
· Прогрессирование нагноения и последующей деструкции тканей на фоне активной антибактериальной терапии, поэтому при воспалительном процессе гениталий той или иной локализации степень и выраженность интоксикации, равно как и возможность развития септических осложнений, значительно возрастает ввиду повышающейся вирулентности и резистентности микрофлоры;
· Недостаточность иммунной системы у больных с гнойными заболеваниями органов малого таза, которая является следствием не только тяжелого воспалительного процесса и длительного лечения, но и во многих наблюдениях причиной новых рецидивов, обострений и более тяжелого течения послеоперационного периода.
Сочетание медикаментозного и оперативного лечения – основа эффективности борьбы с воспалительными заболеваниями малого таза. Выбор метода лечения всегда строго индивидуален. В настоящее время проблема поиска новых препаратов и схем лечения остается весьма актуальной. Рассмотрим одно из направлений медикаментозного лечения – системную энзимотерапию.
Системная энзимотерапия была внедрена в клиническую практику 40 лет назад. В последние годы она стала достаточно популярной в России. К энтеральным формам протеолитических ферментов относится, в частности, препарат Вобэнзим.
Вобэнзим – это комбинированный препарат, представляющий собой сочетание высокоактивных ферментов растительного и животного происхождения. Оказывает иммуномодулирующее, противовоспалительное, фибринолитическое, антиагрегантное и вторичное анальгезирующее действие.
Эффект от применения Вобэнзима достаточно широко освещен в статье, выполненной на основе клинических наблюдений, П.В. Буданова «Оптимизация лечения больных с воспалительными заболеваниями придатков матки» («Эффективная фармакотерапия. Акушерство и Гинекология» №5. 2007). Был проведен анализ клинических наблюдений за 80 больными воспалением придатков матки в возрасте от 32 до 52 лет, получавших амбулаторное лечение. Средний возраст обследованных женщин составил 40,06±5,86 лет. Необходимо отметить, что большинство из них – 47 (58,75%) находились в репродуктивном периоде, 33 (41,25%) – в пременопаузальном периоде. Большинство пациенток в прошлом перенесли различные экстрагенитальные заболевания как в детском, так и репродуктивном возрасте. Среди перенесенных гинекологических заболеваний наиболее часто встречались воспалительные процессы матки и ее придатков. При этом ранее сальпингоофорит диагностирован у 38 (47,5%) обследованных пациенток. Псевдоэрозия шейки матки в анамнезе отмечена у 14 (17,5%) пациенток. Хирургическое лечение в прошлом выполнено 15 (18,75%) пациенткам: в 7 (8,75%) наблюдениях по поводу опухолей и опухолеподобных образований яичников в объеме резекции яичников, в 8 (10%) – по поводу нарушенной трубной беременности (тубэктомия).
Таким образом, было выделено 2 группы пациенток: в первую группу вошли 36 женщин, получавших только антибактериальную и симптоматическую терапию; во вторую группу (44 больных) составили пациентки, принимавшие Вобэнзим одновременно с началом антибактериальной терапии. Длительность основного заболевания во всех исследуемых группах колебалась от нескольких часов до нескольких дней. Основными клиническими проявлениями воспаления придатков матки были боли различной интенсивности, локализованные в нижних отделах живота (100%), лихорадка фебрильного и гипертермического типов (60%), нарушения менструальной функции по типу метроррагии (32,5%), дизурические расстройства (26,25%). Острое начало заболевания отмечено у 53 (66,25%) больных. Всем пациенткам было проведено бактериологическое исследование. Среди этих больных в процессе обследования были обнаружены различные инфекции, передающиеся преимущественно половым путем. Почти в половине наблюдений имелись различные ассоциации микроорганизмов, максимально до четырех в одном посеве. Пациентки второй группы, кроме комплексного этиотропного лечения воспаления придатков матки, одновременно с началом медикаментозной терапии получали Вобэнзим по схеме: 7 драже 3 раза в день в течение 2-х месяцев, курсовая доза составила 1200 драже. Препарат хорошо переносился больными, побочных эффектов, потребовавших отмены препарата, не наблюдалось. Сравнительный анализ базировался на данных клинического, эхографического и бактериологического исследований с учетом результатов в течение 1 года.
В первой группе пациентов адекватный эффект применения антибиотиков в сочетании с нестероидными противовоспалительными средствами не был достигнут у двух пациенток (5,5%), что потребовало лечения в стационаре. Среди женщин, получавших в составе терапии Вобэнзим, клиническая эффективность составила 100%. Кроме того, на фоне применения Вобэнзима отмечено более быстрое купирование болевого синдрома, функциональных расстройств желудочно-кишечного тракта: в среднем, к 3-4 суткам лечения, тогда как традиционная терапия достигала субъективных результатов к 4-6 суткам лечения. Показатели микробиологической эффективности прямо коррелировали с клиническим эффектом. Назначение антибактериальной терапии приводило к развитию дисбактериоза кишечника у 44,4% больных первой группы. Использование энзимотерапии позволило в 6,5 раза уменьшить риск развития дисбактериоза кишечника.
Наблюдение за женщинами в течение одного года после проведенного лечения позволило установить, что сочетание традиционного лечения больных с назначением полиферментных препаратов позволяет снизить частоту рецидивирования воспалительных заболеваний почти в 5 раз. После применения энзимотерапии отмечено в 2,2 раза более частое наступление беременности, что позволяет предположить наличие процессов, приводящих к восстановлению анатомической и функциональной полноценности тканей.
Следовательно, отсутствие побочных реакций от применения Вобэнзима, более быстрое купирование субъективных симптомов придают энзимотерапии высокую комплаентность. Включение Вобэнзима в состав терапии воспалительных заболеваний половых органов у женщин повышает эффективность лечения и составляет важную часть противорецидивной терапии, позволяющей сохранить репродуктивную функцию. Профилактика развития дисбактериоза кишечника на фоне энзимотерапии составляет основу сохранения общей резистентности организма.
Таким образом, на основании изучения эффектов от воздействия препарата можно сделать вывод, что Вобэнзим оказывает положительное воздействие на ход воспалительного процесса, ограничивая патологические проявления аутоиммунных и иммунокомплексных процессов, положительно влияя на показатели иммунологической реактивности организма, повышая элиминацию белкового детрита и депозитов фибрина в зоне воспаления, способствуя улучшению рассасывания гематом и отеков, нормализуя проницаемость стенок сосудов, улучшая микроциркуляцию и реологические свойства крови, а также снабжение тканей кислородом ипитательными веществами. Также стоит отметить, что Вобэнзим повышает эффективность антибиотикотерапии, увеличивая концентрацию антибиотиков в плазме крови и очаге воспаления, а также уменьшает побочные эффекты антибиотиков. В настоящее время, в условиях нарастающей резистентности микроорганизмов к антибиотикам и частой смены возбудителейвоспалительных заболеваний, поиск и разработка новых лекарственных препаратов, таких как Вобэнзим, способствующих стиханию воспалительного процесса и благоприятному исходу воспалительных заболеваний, является приоритетной задачей фармакотерапии.
РОЛЬ ФЕРМЕНТОВ В ПАТОГЕНЕЗЕ И ТЕРАПИИ БОЛЕЗНИ АЛЬЦГЕЙМЕРА
Н. К. Михайлова, 2 курс
Научный руководитель -к. б. н., доц. Е . Н . Лебедева , к . филол . н ., ст . преп . О . В . Назина
Кафедра биологической химии
Кафедра иностранных языков
Оренбургский государственный медицинский университет
ENZYMES’ ROLE IN THE PATHOGENESIS AND THERAPY OF THE ALZHEIMER’S DISEASE
N. K. Mikhailova, 2nd year
Supervisor - Ph. D. in Biology, Assistant professor E. N. Lebedeva,
Ph. D.in Philology, Senior lecturer O. V. Nasina
Department of biological chemistry
Department of foreign languages
The Orenburg State Medical University
Аннотация. Болезнь Альцгеймера (БА, синоним – деменция альцгеймеровского типа) представляет собой наиболее распространенную форму первичных дегенеративных деменций позднего возраста, характеризующаяся нарушением высших корковых функций. В настоящее время ведутся разноплановые исследования, посвященные потенциальным путям терапии БА
Ключевые слова: болезнь Альцгеймера, ферменты, патогенез.
Alzheimer's disease (AD), also referred to simply as Alzheimer's, is a chronic neurodegenerative disease that usually starts slowly and gradually worsens over time. It is the cause of 60–70% of cases of dementia. The cause for most Alzheimer's cases is still mostly unknown except for 1% to 5% of cases where genetic differences have been identified. Several competing hypotheses exist trying to explain the cause of the disease.
The oldest, on which most currently available drug therapies are based, is the cholinergic hypothesis, which proposes that AD is caused by reduced synthesis of the neurotransmitter acetylcholine. The cholinergic hypothesis has not maintained widespread support, largely because medications intended to treat acetylcholine deficiency have not been very effective.
In 1991, the amyloid hypothesis postulated that extracellular amyloid beta (Aβ) deposits are the fundamental cause of the disease. Also, a specific isoform of apolipoprotein, APOE4, is a major genetic risk factor for AD. While apolipoproteins enhance the breakdown of beta amyloid, some isoforms are not very effective at this task (such as APOE4), leading to excess amyloid buildup in the brain. In 2009, this theory was updated, suggesting that a close relative of the beta-amyloid protein, and not necessarily the beta-amyloid itself, may be a major culprit in the disease. Aβ is a fragment from the larger amyloid precursor protein (APP). APP is a transmembrane protein that penetrates through the neuron's membrane. In Alzheimer's disease, gamma secretase and beta secretase act together in a proteolytic process which causes APP to be divided into smaller fragments. N-APP, a fragment of APP from the peptide's N-terminus, is adjacent to beta-amyloid and is cleaved from APP by these enzymes. N-APP triggers the self-destruct pathway by binding to a neuronal receptor called death receptor 6 (DR6, also known as TNFRSF21). DR6 is highly expressed in the human brain regions most affected by Alzheimer's, so it is possible that the N-APP/DR6 pathway might be hijacked in the ageing brain to cause damage. In this model, beta-amyloid plays a complementary role, by depressing synaptic function.
The tau hypothesis proposes that tau protein abnormalities initiate the disease cascade. In this model, hyperphosphorylated tau begins to pair with other threads of tau. Eventually, they form neurofibrillary tangles inside nerve cell bodies. When this occurs, the microtubules disintegrate, destroying the structure of the cell's cytoskeleton which collapses the neuron's transport system. This may result first in malfunctions in biochemical communication between neurons and later in the death of the cells.
The hypotheses about the role of enzymes in pathogenesis and treatment of the AD can be divided in two parts:
·Ones considering that the enzymes’ dysfunction may play a crucial role in the AD pathogenesis and that blocking of these enzymes can be used as a treatment
·Those that suggest using enzymes to revert protein misfolding
But both sides identify Alzheimer's disease as a protein misfolding disease (proteopathy).
The enzyme called Beta-secretase 1 (BACE1 stimulates producing of beta-amyloid peptide by cleaving amyloid precursor protein. An excessive accumulation of this peptide eventually leads to the formation beta-amyloid plaques. The researches claim that collected data show that BACE1 inhibitors have the potential to treat Alzheimer's disease patients without unwanted toxicity. But BACE1 also cleaves other proteins, thus regulating important processes in the brain. Therefore, completely inhibiting it may cause some impairments as a side effect. So currently the researchers are working on reducing BACE1 more gently and gradually, in the hope that this would yield better results with fewer side effects.
The histone deacetylase HDAC2, which negatively regulates synaptic gene expression and neuronal plasticity, is upregulated in Alzheimer’s disease (AD) patients and mouse models. The effect of HDAC is to condense chromatin, which, in turn, reduces the expression of some genes in the DNA. Compounds that inhibit HDAC2 have already been tested, but most of these have undesirable side effects. For example, they interfere with HDAC1, which is important for cell proliferation, especially in white and red blood cells. Further tests have revealed sp3, a "transcription factor" molecule that helps HDAC2 to alter chromatin and block the memory genes on the DNA. The research team also found a molecule that might serve as a basis for developing a drug that prevents sp3 from binding to HDAC2 to free up the memory genes. They showed that the molecule does not interfere with cell proliferation, as some other HDAC inhibitors do.
There is increasing evidence that deficient clearance of A-amyloid (AA) contributes to its accumulation in late-onset Alzheimer disease (AD). Several AA-degrading enzymes, including neprilysin (NEP), insulin-degrading enzyme, and endothelin-converting enzyme reduce AA levels and protect against cognitive impairment in mouse models of AD. Although it remains unproven that a decline in AA degrading enzyme activity contributes to the accumulation of AA in AD, it is clear that overexpression of AA-degrading enzymes, neprilysin in particular, can reduce amyloid deposition and ameliorate cognitive decline in AD animal models. These findings could be used as therapeutic strategies that might be suitable for use in humans. The potential ways of treatment include the administration of agents that upregulate AA degrading enzyme activity, various forms of gene therapy that increase the expression of AA-degrading enzymes in the periphery or within the brain, direct delivery of the enzymes into the brain, and, lastly, approaches based on the delivery of stem cells.
Insulin-degrading enzyme (IDE) is a protein that plays a key role in degrading Aβ monomer in vitro and in vivo. IDE is also a metalloprotease enzyme responsible for insulin degradation The results of research suggested that activators of specific signaling pathways effectively increased the expression level of IDE, decreased the accumulation of Aβ40 and Aβ42, and alleviated the spatial learning and recognition impairments in T2D and AD mice. Combine previous reporting and the present study, reasearchers found the potential role of IDE may as a target for AD with metabolic perturbations, especially when AD patients present with peripheral and central metabolic impairments.
Intrinsically disordered proteins, like tau, are enriched with proline residues that regulate both secondary structure and aggregation propensity. The orientation of proline residues is regulated by cis/trans peptidyl-prolyl isomerases (PPIases).PPIases can be considered as molecular chaperones, key enzymes that assist in folding proteins by stabilizing nascent polypeptide chains and by facilitating interactions that help stabilize a final structure. These chaperones also prevent the aggregation of newly formed proteins and can shunt misfolded proteins toward degradation pathways. In addition to interacting with newly synthesized proteins, chaperones also help to maintain cellular homeostasis by triaging toxic protein aggregates, which are responsible for causing neurodegenerative diseases. The recent research shows that cyclophilin 40 (CyP40), a PPIase, dissolves tau amyloids in vitro. Nuclear magnetic resonance (NMR) revealed that CyP40 interacts with tau at sites rich in proline residues. CyP40 was also able to interact with and disaggregate other aggregating proteins that contain prolines. Moreover, processes mediated by CyP40 are ATP-independent/ In addition to CyP40, there are currently 41 known human PPIases within the cyclophilin, FKBP, and parvulin families. Therefore, future screening may reveal additional PPIases with activities similar to CyP40, including ATP-independent disaggregation. Additionally, CyP40 and other PPIases should be further characterized for disaggregation activity against proline-containing amyloids, especially those associated with disease.
Since the enzyme activity is essential for living organisms, any malfunction (mutation, overproduction, underproduction or deletion) of a single critical enzyme can lead to a genetic disease. On the other hand, enzymes can be used as a fixing tool for previous malfunctions. These two principles are actively studied nowadays and can be applied to the new ways of AD’s treatment. Therefore, studies about blocking enzymes that play crucial role in AD’s pathogenesis or about enzymes that can reverse negative effects are very important and potentially they may be developed in the real methods of treatment.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ПРЕПАРАТЫ ИНГИБИТОРЫ КСАНТИНОКСИДАЗЫ
В.А. Мельникова 2 курс, М.М. Таралёва 2 курс
Научный руководитель – к.б.н., доц. Л . В . Амелина
Кафедра биологической химии
Оренбургский государственный медицинский университет
DRUGSXANTHINOXIDASEINHIBITORS
V.A. Melnikova, M.M. Taraleva 2 course
Supervisor –Candidate of Biological Sciences, Assistant Professor L.V. Ameline
Department of Biological Chemistry
The Orenburg State Medical University
В статье рассмотрен принцип работы фермента - ксантиноксидаза, реакции в которых данный фермент принимает участие, а также лекарственные препараты, ингибирующие данный фермент.
Ключевые слова: аллопуринол, ксантиноксидаза, фермент, ксантин, подагра, фебуксостат, гиперурикемия, гипоксантин.
The article describes the principle of the enzyme - xanthine oxidase, the reactions in which this enzyme is involved and drugs that inhibit this enzyme.
Key words: allopurinol, xanthine oxidase, enzyme, xanthine, gout, febuxostat, hyperuricemia, hypoxanthine.
Патологии, вызванные избыточным содержанием мочевой кислоты, широко распространены в мире: в странах Европы подагра встречается у 0,9–2,5% населения, в США – у 4%, в то время как гиперурикемией страдают 21%. Более низкая заболеваемость подагрой в Российской Федерации (0,3%).
Лечение гиперурикемии основано на ингибирующем действии фермента ксантиноксидазы с использованием лекарственных препаратов, содержащих аллопуринол и фебуксостат.
Ксантиноксидаза - анаэробный фермент, относящийся к I классу оксидоредуктаз, подклассу оксидаз. Флавопротеин, простетической группой которого является кофактор ФАД. В составе активного центра содержит такие металлы, как Fe (3+), Mo (3+). Данный фермент катализирует реакции окисления ксантина, гипоксантина, а также альдегидов с поглощением кислорода и образованием мочевой кислоты, а также супероксидных радикалов O22-.
Ксантиноксидаза обладает активностью практически во всех тканях животного организма, но наибольшая активность наблюдается в гепатоцитах печени, Купферовских клетках и энтероцитах кишечника. 75% мочевой кислоты образуется в печени, которая затем поступает в кровь. 25% приходится на слизистую оболочку тонкого кишечника, в почках и мозге работа фермента довольно низкая.
В норме содержание мочевой кислоты в крови составляет 0,15- 0,47 ммоль/л, с мочой экскретируется 1,6 -3,54 ммоль/сут.
При увеличении содержания мочевой кислоты выше нормы развиваются такие состояния как: гиперурикемия и гиперурикурия. Когда гиперурикемия принимает хронический характер, связанный с усилением скорости катаболизма пуринов, говорят о наличии подагры.
При лечении данных заболеваний необходимо ингибировать фермент ксантиноксидазу. Для этого существует несколько препаратов, главным из которых является аллопуринол (аллопуринол - ЭГИС, аллопуринол САНДОЗ). Аллопуринол представляет собой изомер гипоксантина и метаболизируется в оксипуринол, который ответственен за большинство эффектов, связанных с обменом мочевой кислоты и метаболизмом пуринов. Аллопуринол понижает концентрацию уратов в крови, моче и общую продукцию пуринов. Механизм его уратснижающего эффекта обусловлен уменьшением окисления гипоксантина до ксантина, а ксантина до мочевой кислоты.
Ксантиноксидаза окисляет аллопуринол в аллоксантин, он остается прочно связанным с ферментом и подавляет его активность. (рис.1)
Рис.1. Химизм действия ксантиноксидазы на аллопуринол.
Происходит, образно говоря, самоубийственное ингибирование. Как следствие, ксантин не превращается в мочевую кислоту, а гипоксантин и ксантин в 10 раз лучше растворимы в жидкостях организма и более легко выводятся с мочой. Это первый лекарственный препарат, официально зарегистрированный для лечения подагры.
В связи с новыми возможностями уратснижающей терапии, по рекомендациям EULAR (Европейской антиревматической лиги), при наличии противопоказаний или нечувствительности больного к аллопуринолу, может быть назначен фебуксостат (аденурик, азурикс) (рис.2.)
Рис.2. Строение фебуксостата.
Фебуксостат быстро и хорошо всасывается в желудочно-кишечном тракте и связывается с белками плазмы. Фебуксостат имеет двойной путь выведения: выводится преимущественно через печень и через почки, где препарат экскретируется в основном в конъюгированном виде. Благодаря этим особенностям, не требуется изменения дозы у пожилых пациентов, пациентов с умеренным нарушением функции печени и с умеренной почечной недостаточностью. Достоинством препарата является также отсутствие серьезных реакций взаимодействия с другими препаратами.
В настоящее время ведется много исследований по созданию новых лекарственных препаратов, направленных на ингибирование ксантиноксидазы, использование которых снизило бы риск развития побочных эффектов. Однако, на данный момент, аллопуринол остается «золотым стандартом» лечения подагры.
Дата: 2019-07-24, просмотров: 372.
