Гипоксия. Адаптация к гипоксии в понимании учёных 21 века

1.

1
Механизмы активации гипоксии.
Адаптация к гипоксии в
понимании учёных 21 века
Чупрунова Анастасия Константиновна

2. ПЛАН

2
ПОВТОРИМ И УЗНАЕМ :)
1. Как всё начиналось
2. Механизм клеточного ответа на
гипоксию
3. Гипоксия в медицинской
практике
1. Талассемии
2. Заболевание Гиппеля- Линдау
3. Убиквитин, убиквитинирование
4. Фактор роста эндотелия
сосудов (VEGF)
5. Белок p53

3. Как всё начиналось?

3
Как всё начиналось?
«за открытие
механизмов,
посредством которых
клетки воспринимают
доступность кислорода
и адаптируются к ней»
Уильям Кэлин
William Kaelin
Питер Рэтклифф
Peter Ratcliffe
Грегг Семенза
Gregg Semenza

4. Как всё начиналось?

4
Как всё начиналось?
В конце 80-х его
исследовательская работа
была связана с изучением
болезней почек, среди которых
некоторую долю составляют
патологии ишемической
этиологии. Как уже было
сказано, именно почки
вырабатывают эритропоэтин
в ответ на состояние гипоксии.
В 1990 году Рэтклифф основал
в Оксфорде лабораторию биологии
гипоксии, которую возглавлял более
20 лет, поставив перед собой цель
разобраться в механизмах
регуляции экспрессии гена
эритропоэтина.
Питер Рэтклифф
Peter Ratcliffe

5. Как всё начиналось?

5
Как всё начиналось?
Тематика работ до начала 90-х годов
касалась заболеваний, обусловленных
нарушениями эритропоэза, таких
как ТАЛАССЕМИЯ.
В 1992 году он выделил новый белок,
связывающийся с регуляторным
участком в гене эритропоэтина и
обеспечивающий стимуляцию
транскрипции данного гена при
недостатке кислорода.
Грегг Семенза
Gregg Semenza

6.

Повторим и узнаем
6
Талассемия (анемия Кули) - заболевание, наследуемое по рецессивному
типу, в основе которого лежит снижение синтеза полипептидных цепей,
входящих в структуру нормального гемоглобина.
В норме основным вариантом (97%) Hb взрослого человека является HbA (тетрамер,
состоящий из двух мономеров α-цепей и двух мономеров β-цепей.
Существуют два гена HBA1 и HBA2, кодирующих мономер альфа, и один HBB-ген,
кодирующий мономер бета. Наличие мутации в генах гемоглобина может привести к
нарушению синтеза цепей определённого вида.
В зависимости от того, синтез какого из мономеров нарушен, разделяют
альфа-, бета- и дельта-талассемию.

7. Как всё начиналось?

7
Как всё начиналось?
В 1988 году было установлено,
что причиной заболевания
являются мутации
в гене VHL (аббревиатура,
образованная от англоязычного
названия заболевания,
von Hippel — Lindau disease). И,
как выяснилось впоследствии,
белок, кодируемый этим геном,
является еще одним из ключевых
игроков в ответе клеток на
вариации в концентрации
кислорода в среде.
Специалист по опухолям,
занимавшийся в конце 80х — начале 90-х годов
проблемой
наследственного заболева
ния ГИППЕЛЯ-ЛИНДАУ.
Уильям Кэлин
William Kaelin

8.

Повторим и узнаем
8
Болезнь Гиппеля-Линдау- (цереброретинальный ангиоматоз, англ. Von Hippel–Lindau
disease — VHL) — факоматоз, характеризуется образованием доброкачественных и
злокачественных сосудистых опухолей и кист в различных органах (сетчатка, спинной
мозг, мозжечок, почки, поджелудочная железа, надпочечники)
Этот синдром с аутосомно-доминантным наследованием выражается в повышенном риске
возникновения рака (чаще всего образуются опухоли головного или спинного мозга, сетчатки,
почек).

9.

9

10. Механизм клеточного ответа на гипоксию

Но для начала разберёмся в общих понятиях:
1. Что такое гипоксия?
2. HIF?
3. VHL?
4. Убиквитин и убиквитинирование?
10

11. Механизм клеточного ответа на гипоксию

Что есть гипоксия?
Нормоксия — условие, при котором
концентрация (напряжение) кислорода
в окружающей организм/клетку среде
«нормальное атмосферное», т.е. близко
к 21%.
Гипоксия, соответственно, это все, что ниже.
Гипероксия — все, что выше указанной
цифры.
11

12. Механизм клеточного ответа на гипоксию

HIF-1
Hypoxia-inducible factor-1 — фактор, индуцируемый гипоксией.
Представлен 2 белками: HIF-1A, HIF-1B.
HIF-1A cчитается основным регулятором транскрипции генов,
развивающего ответ на гипоксию. Активно экспрессируется при наличии
гипоксии. Но всегда имеется в клетках в небольшом количестве.
HIF-1B конститутивно всегда присутствует в клетке.
12

13. Механизм клеточного ответа на гипоксию

VHL
Von Hippel–Lindau, также опухолевый супрессор VHL или pVHL —
белок-онкосупрессор (антионкобелок).
Мутация гена VHL связана с аутосомно-доминантным
заболеванием — болезнью Гиппеля—Линдау.
Способствует деградации HIF-1A при нормоксии.
13

14. Механизм клеточного ответа на гипоксию

Убиквитин и убиквитинирование
Убиквити́н (от англ. ubiquitous -«вездесущий») консервативный белок эукариот,
участвующий в 1. регуляции процессов внутриклеточной деградации других белков, а
также в 2. модификации их функций.
Убиквитинированиеэто посттрансляционное присоединение ферментами убиквитинлигазами одного или
нескольких мономеров убиквитина с помощью ковалентной связи к
боковым аминогруппам белка-мишени. Присоединение убиквитина может оказывать
различное воздействие на белки-мишени: оно влияет на внутриклеточную локализацию,
оказывает воздействие на их активность, способствует или препятствует белокбелковым взаимодействиям. Однако первой открытой функцией убиквитина
стала протеолитическая деградация белков, помеченных полиубиквитиновыми цепями с
помощью протеасомы.
14

15. Механизм клеточного ответа на гипоксию

EPO-эритропоэтин
15

16. Механизм клеточного ответа на гипоксию

HREэлемент гипоксииответа
EPO-эритропоэтин
16

17. Механизм клеточного ответа на гипоксию

HREэлемент гипоксииответа
HIF- фактор,
индуцируемый
гипоксией
ARNT=HIF-1b
(синонимы)
17

18. Механизм клеточного ответа на гипоксию

HREэлемент гипоксииответа
HIF- фактор,
индуцируемый
гипоксией
ARNT=HIF-1b
(синонимы)
18

19. Механизм клеточного ответа на гипоксию

HREэлемент гипоксииответа
HIF- фактор,
индуцируемый
гипоксией
ARNT=HIF-1b
(синонимы)
19

20. Механизм клеточного ответа на гипоксию

HREэлемент гипоксииответа
HIF- фактор,
индуцируемый
гипоксией
ARNT=HIF-1b
(синонимы)
VHL- белок
Von Hippel–Lindau
20

21. Механизм клеточного ответа на гипоксию

HREэлемент гипоксииответа
HIF- фактор,
индуцируемый
гипоксией
ARNT=HIF-1b
(синонимы)
VHL- белок
Von Hippel–Lindau
B,C,CUL-2- элонгины
убиквитинирующего
комплекса
B,С,CUL-2
B,С,CUL-2
B,С,CUL-2
21

22. Механизм клеточного ответа на гипоксию

HREэлемент гипоксииответа
HIF- фактор,
индуцируемый
гипоксией
ARNT=HIF-1b
(синонимы)
VHL- белок
Von Hippel–Lindau
B,C,CUL-2- элонгины
убиквитинирующего
комплекса
B,С,CUL-2
PHD
B,С,CUL-2
22
B,С,CUL-2
PHD-пролилгидроксилаза

23. Механизм клеточного ответа на гипоксию

HREэлемент гипоксииответа
HIF- фактор,
индуцируемый
гипоксией
B,C,CUL-2- элонгины
убиквитинирующего
комплекса
B,С,CUL-2
PHD
23
B,С,CUL-2
PHD-пролилгидроксилаза
B,С,CUL-2
ARNT=HIF-1b
(синонимы)
VHL- белок
Von Hippel–Lindau
P.S. Красный цветпри ситуации
появлении
нормоксии

24. Механизм клеточного ответа на гипоксию

HREэлемент гипоксииответа
24

25. Механизм клеточного ответа на гипоксию

25
Механизм клеточного ответа на гипоксию
Гипоксический ответ – это адаптация!
Рисунок из статьи I Groulx, S. Lee, 2002. Oxygen-Dependent Ubiquitination and
Degradation of Hypoxia-Inducible Factor Requires Nuclear-Cytoplasmic
Trafficking of the von Hippel-Lindau Tumor Suppressor Protein

26. Механизм клеточного ответа на гипоксию

26
Механизм клеточного ответа на гипоксию
Гипоксический ответ – это адаптация!
Рисунок из статьи I Groulx, S. Lee, 2002. Oxygen-Dependent Ubiquitination
and Degradation of Hypoxia-Inducible Factor Requires NuclearCytoplasmic Trafficking of the von Hippel-Lindau Tumor Suppressor Protein

27. Механизм клеточного ответа на гипоксию + Факторы HIFs и канонический кислород-зависимый путь регуляции их активности.

Механизм клеточного ответа на гипоксию
+
Факторы HIFs и канонический кислород-зависимый
путь регуляции их активности.
PHDsпролилгидроксилазы
FIH-1- фактор,
ингибирующий гипоксию
(гидроксилирует по
остаткам аспарагина
HIF-1a)
Р300/СВР- коактиваторы
генов-мишеней HIF-1a
27

28. Механизм клеточного ответа на гипоксию + Неканонические пути регуляции активности факторов HIFs или та самая негипоксическая

Механизм клеточного ответа на гипоксию
+
Неканонические пути регуляции активности
факторов HIFs или та самая негипоксическая
гипоксия
Сначала вспомним историю…Вспомнили? Тогда…
Co2+ выступает в качестве хелатора Fe2+ (содержащегося в активном
центре пролилгидроксилаз PHD), ингибирует их функцию и нарушает
кислород-зависимое разрушение α-субъединицы. Это приводит
к активации HIFs в условиях нормоксии. Так у любителей пива
происходила постоянная активация HIFs и HIF-зависимого гена
эритропоэтина — даже несмотря на то, что в их кровь была
пересыщена гемоглобином, и никакой реальной гипоксии,
разумеется, не наблюдалось.
28

29. Гипоксия в медицинской практике

29

30. ПОЗДРАВЛЯЮ!

30
ПОЗДРАВЛЯЮ!
МЫ ЗАКОНЧИЛИ ПЕРВУЮ ЧАСТЬ!
Да-да, только первую.
Осталось немного.
А пока-отдых!