Гликирование белков это: Гликирование белков — причина старения, борьба с процессом гликации

Pediatrician (St. Petersburg)Pediatrician (St. Petersburg)2079-78502587-6252Eco-vector1916010.17816/PED10579-86Original ArticleGlycated proteinsDanilovaLubov A.<p>MD, PhD, Dr Med Sci, Professor, Head, Department of Biochemistry</p>[email protected]. Petersburg State Pediatric Medical University, Ministry of Healthcare of the Russian Federation2812201910579862801202028012020Copyright © 2020, Danilova L.A.2020<p>Glycation is a biological reaction that occurs in all proteins. Thisreaction proceeds more slowly in healthy subjects and more rapidly in patients suffering from a hyperglycemia. Glycated proteins cannot fulfill their functions that could lead to metabolic disorders. The process of glycation leads to building of advanced glycation end-products (AGEs). Thestructureof AGEs has not been fully researched yet. Glycated proteins have diagnostic meaning in different health conditions and not only in patients with diabetes mellitus. Determination of glycated proteins level (hemoglobin and plasma proteins) in diagnostics of diabetes mellitus and the effectiveness of its treatment; measurements of glycated proteins could be used as a predictor of different illnesses and their complications.

Glycated hemoglobin was researched in children with diabetes mellitus of different severity. It has been shown that the level of glycated proteins does not always correlate with blood sugar level. Results of glycated proteins measurements in patients with thyroid disorders shows that the glycation takes place not only in patients with diabetes mellitus, but also with other illnesses without hyperglycemia. Our research in patients with diabetes mellitus has shown that the measured level of glycated proteins and plasma proteins could be more significant in the course of disease than the level of blood sugar. Compensation of diabetes mellitus in children in regard of the blood sugar level does not always correlate with the level of glycated proteins. This assumption could lead to the conclusion that only the combination of measurements like blood sugar, glycated hemoglobin and glycated proteins could give a full picture of disease compensation.</p>Glycated hemoglobinglycated plasma proteinsdiabeteshyperglycemiaAGEгликированный гемоглобингликированные белки плазмы кровисахарный диабетгипергликемияконечные продукты гликирования1.

Ахметов А.С. Уровень гликированного гемоглобина как значимый маркер полноценного гликемического контроля и предиктор поздних сосудистых осложнений сахарного диабета 2-го типа // Российский медицинский журнал. – 2011. – Т. 19. – № 13. – С. 832–837. [Akhmetov AS. Uroven’ glikirovannogo gemoglobina kak znachimyy marker polnotsennogo glikemicheskogo kontrolya i prediktor pozdnikh sosudistykh oslozhneniy sakharnogo diabeta 2-go tipa. Rossiyskiy meditsinskiy zhurnal. 2011;19(13):832-837. (In Russ.)]2.Бирюкова Е.В. Роль гликированного гемоглобина в диагностике и улучшении прогноза сахарного диабета // Медицинский совет. – 2017. – № 3. – С. 48–55. [Biryukova EV. The role of glycated hemoglobin in the diagnosis and improved prognosis of diabetes mellitus. Meditsinskiy sovet. 2017;(3):48-55. (In Russ.)]3.Вальков В.В. Гликозилированные гемоглобины в диагностике диабета и в оценке рисков его осложнений. – Пущино: ЗАО «Диакон», 2008. [Val’kov V.V. Glikozilirovannye gemoglobiny v diagnostike diabeta i v otsenke riskov ego oslozhneniy.

– Pushchino: ZAO “Diakon”; 2008. (In Russ.)]4.Галенок В.А., Ромашкин С.В. Гликированные гемоглобины. – Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1989. – 258 с. [Galenok VA, Romashkin SV. Glikirovannye gemoglobiny. Novosibirsk: Nauka, Sibirskoe otdelenie; 1989. 258 p. (In Russ.)]5.Данилова Л.А. Система гемоглобина при некоторых (соматических, эндокринных) заболеваниях у детей. – Л., 1988. – 233 с. [Danilova LA. Sistema gemoglobina pri nekotorykh (somaticheskikh, endokrinnykh) zabolevaniyakh u detey. Leningrad; 1988. 233 p. (In Russ.)]6.Егшатян Л.В., Бирюкова Е.В. Влияние железодефицитной анемии на значение гликированных гемоглобинов // Лечение и профилактика. – 2015. – № 2. – C. 60–64. [Egshatyan LV, Biryukova EV. Vliyanie zhelezo-defitsitnoy anemii na znachenie glikirovannykh gemoglobinov. Lechenie i profilaktika. 2015;(2):60-64. (In Russ.)]7.Космачевская О.В. Вездесущая реакция Майара // Химия и жизнь. – 2012. – № 2. – С. 23–27. [Kosmachevskaya OV. Vezdesushchaya reaktsiya Mayara. Khimiya i zhizn’.

2012;(2):23-27. (In Russ.)]8.Содирхаджаева А.А., Турсунова О.А., Шарипова З.У. Влияние О2-транспортной системы крови на тканевую гипоксию у детей с сахарным диабетом 1 // Молодой ученый. – 2018. – № 8. – С. 48–51. [Sodirkhadzhaeva AA, Tursunova OA, Sharipova ZU. Vliyanie O2-transportnoy sistemy krovi na tkanevuyu gipoksiyu u detey s sakharnym diabetom 1. Molodoy uchenyy. 2018;(8):48-51. (In Russ.)]9.Спасаев А.А., Ращенко А.И. Терапевтический потенциал поперечных сшивок гликированных белков // Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. – 2016. – № 1. – С. 12–15. [Spasaev AA, Rashchenko AI. Terapevticheskiy potentsial poperechnykh sshivok glikirovannykh belkov. Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo meditsinskogo universiteta. 2016;(1):12-15. (In Russ.)]10.Титов В.Н., Хохлова Н.В., Ширяева Ю.К. Глюкоза, гликотоксины и продукты гликировния протеинов: роль в патогенезе // Клиническая медицина. 2013. – Т. 91. – № 3. – С. 16–24. [Titov VN, Khokhlova NV, Shiryaeva YK.

Glucose, glycotoxins, and protein glycation products: the role in pathogensis. Klin Med (Mosk). 2013;91(3):16-24. (In Russ.)]11.Ahmed N, Babaei-Jadidi R, Howell SK, et al. Degradation products of proteins damaged by glycation, oxidation and nitration in clinical type 1 diabetes. Diabetologia. 2005;48(8):1590-1603. https://doi.org/10.1007/s00125-005-1810-7.12.Kunkel H, Wallenius G. New hemoglobins in normal adult blood. Science. 1955;(122):288.

Содержание

Фруктозамин

Фруктозамин – продукт гликозилирования белков плазмы крови (соединение глюкозы с белками). Уровень фруктозамина в крови является хорошим показателем для ретроспективного наблюдения за содержанием глюкозы в крови у больных сахарным диабетом.

Синонимы русские

Гликозилированный белок.

Синонимы английские

Glycated Serum Protein, Glycated Albumin.

Единицы измерения

Мкмоль/л (микромоль на литр).

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Венозную кровь.

Общая информация об исследовании

Определение фруктозамина основано на измерении гликозилированного белка. Если уровень глюкозы на протяжении определенного времени остается повышенным, молекулы глюкозы связываются с белками крови в ходе процесса, получившего название гликозилирование (гликирование). Чем выше уровень глюкозы в крови, тем больше количество образовывающегося гликированного белка и гемоглобина. Такие комбинированные молекулы остаются в составе белка на протяжении его жизненного цикла и отражают средний уровень глюкозы в крови в течение определенного периода.

Так как эритроциты живут 120 дней, гликированный гемоглобин отражает средний уровень глюкозы на протяжении этого времени. Белки плазмы крови имеют более короткий жизненный цикл, примерно 14-21 день. Таким образом, уровень гликированных белков, определяемый по содержанию фруктозамина, отражает средний уровень глюкозы в крови пациента на протяжении более короткого периода длительностью в 2-3 недели.

Поддержание уровня глюкозы в крови максимально близким к нормальному помогает пациентам, страдающим от диабета, избежать многих осложнений. Необходимый контроль достигается тестированием на уровень глюкозы, а также мониторингом эффективности применяемой терапии с помощью анализа на фруктозамин или гликированный гемоглобин.

Голодать перед анализом фруктозамина не требуется, поскольку определяется количество гликозилированного белка и глюкозы за предыдущие 2-3 недели, так что пища, которую пациент употребил на протяжении дня, не влияет на результаты.

Для чего используется исследование?

Оба анализа – и на фруктозамин, и на гликированный гемоглобин – нужны в первую очередь для того, чтобы осуществлять мониторинг уровня сахара в крови больных диабетом. Хотя анализ на гликированный гемоглобин является более распространенным, в ряде случаев, когда проведение его затруднено, анализ на фруктозамин может использоваться весьма успешно.

Так, применение анализа на фруктозамин, а не на гликированный гемоглобин является более эффективным в ниже приведенных случаях.

При внесении резких изменений в план лечения сахарного диабета фруктозамин позволяет оценить эффективность применяемой коррекции лечения за несколько недель вместо нескольких месяцев.
В период беременности больных диабетом, когда в организме матери происходят значительные изменения, контроль уровня глюкозы приобретает особенно важное значение. Анализ на фруктозамин можно проводить одновременно с анализами на глюкозу, чтобы отслеживать уровень последней и правильно подбирать дозу инсулина.
При потере эритроцитов тест на гликированный гемоглобин не будет достаточно точным, когда у пациента гемолитическая анемия или кровопотеря. Присутствие некоторых форм гемоглобина также может оказывать влияние на применяемые методы его измерения. В таких случаях фруктозамин является единственным показателем, адекватно отражающим уровень глюкозы в крови.

Когда назначается исследование?

Когда необходимо наблюдать за изменениями уровня глюкозы в крови пациента за период в 2-3 недели.
При необходимости провести коррекцию применяемой терапии у больных сахарным диабетом, а также подобрать правильную диету и набор лекарственных препаратов.
Если больная диабетом беременна.
Когда больной страдает заболеванием, которое может привести к изменению уровней инсулина и глюкозы в крови.

Что означают результаты?

Референсные значения: 205.00 – 285.00 мкмоль/л.

Повышение уровня фруктозамина

Чем выше концентрация фруктозамина, тем выше средний уровень глюкозы в крови. Больший интерес представляют не сами значения величин, а их тенденции к изменению. При переходе значений фруктозамина от нормальных к повышенным можно сделать вывод: стратегия лечения выбрана неправильно. Это может означать, что в крови пациента слишком много сахара, а инсулина, наоборот, слишком мало, а также то, что применяемые методы лечения перестали быть достаточно эффективными.

Уровень фруктозамина в норме

У пациента нет сахарного диабета, применяемая система мониторинга и лечения заболевания является эффективной.

Понижение уровня фруктозамина

Иногда уровень фруктозамина понижен вследствие снижения содержания белка в крови из-за нарушения его синтеза или потери белка организмом в результате различного рода заболеваний. В таком случае расхождения в значениях данных по фруктозамину и уровню глюкозы могут быть существенными.

Что может влиять на результат?

Высокий уровень витамина С (аскорбиновой кислоты), гипертиреоз.

В чем разница между гликированием и гликозилированием — Разница Между

главное отличие между гликированием и гликозилированием является то, что гликирование представляет собой ковалентное присоединение свободных сахаров к белкам в кровотоке, в то время как гликозилирова

главное отличие между гликированием и гликозилированием является то, что гликирование представляет собой ковалентное присоединение свободных сахаров к белкам в кровотоке, в то время как гликозилирование представляет собой посттрансляционную модификацию белков, в которой определенный углевод добавляется к заранее определенной области белка. Кроме того, гликирование влияет как на функцию, так и на стабильность белков, в то время как гликозилирование продуцирует зрелый белок, который является функциональным.

Гликация и гликозилирование являются двумя механизмами, которые добавляют углеводы к белкам. Более того,

неферментативное гликозилирование другое название для гликирования, в то время как гликозилирование является ферментативным процессом.

Ключевые области покрыты

1. Что такое гликация
— определение, местоположение, процесс, влияние на белки
2. Что такое гликозилирование
— определение, местоположение, процесс, влияние на белки
3. Каковы сходства между гликированием и гликозилированием
— Краткое описание общих черт
4. В чем разница между гликированием и гликозилированием
— Сравнение основных различий

Основные условия

Углеводы, гликирование, гликозилирование, посттрансляционные модификации, созревание белка

Что такое гликация

Гликации — это неферментативный процесс, который происходит в кровотоке. Это ковалентно добавляет свободные сахара к белкам. Поскольку гликирование не является ферментативным процессом, это спонтанный процесс, который не контролируется. Кроме того, из-за необратимого добавления сахаров или продуктов распада сахара к белкам гликирование является типом повреждения белка. Это означает, что гликирование снижает как стабильность, так и функциональность белков.

Рисунок 1: Гликация

Кроме того, Glycation — это химический каскад, первым этапом которого является конденсация. Этот шаг является неферментативным, а также обратимым. Это происходит между карбонильной группой восстанавливающего сахара и аминогруппой белка или пептида. Этот тип реакции известен как реакция основания Шиффа. Этот шаг занимает много времени. Здесь конечным продуктом является нестабильная основа Шиффа или альдимин. Затем этот альдимин самопроизвольно перестраивает более стабильный кетоамин, также известный как продукт Amadori. Кроме того, он может подвергаться дальнейшей деградации посредством различных процессов, образуя фурфуролы, редуктоны и продукты фрагментации.

Наконец, полиморфные соединения, образованные гликированием, все вместе известны как конечные продукты продвинутого гликирования (AGE).

К сожалению, некоторые ВОЗРАСТЫ доброкачественные, в то время как другие более реактивны, чем исходные сахара. Следовательно, они связаны со многими возрастными хроническими заболеваниями, включая сердечно-сосудистые заболевания, болезнь Альцгеймера, периферическую невропатию и рак.

Что такое гликозилирование

Гликозилирование является важным биологическим процессом, который происходит как в эндоплазматической сети, так и в аппарате Гольджи. Это в основном тип посттрансляционной модификации, которая отвечает за выработку функционального белка из незрелого белка. Следовательно, гликозилирование способствует правильному сворачиванию белка; следовательно, это увеличивает стабильность белка. Например, гликозилирование является фермент-опосредованным процессом. Следовательно, определенный углевод добавляется в заданную область белка. Также процесс гликозилирования можно регулировать, регулируя действие фермента.

Фигура 2: N-Связанное гликозилирование

Во время гликозилирования карбонильная группа сахара (гликозильный донор) реагирует с гидроксильной или аминной группой белка (гликозильный акцептор). Несколько типов гликозилирования происходят в клетке, в том числе

Nгликозилирование — гликаны, присоединенные к азоту боковых цепей аспарагина или аргинина
Огликозилирование — гликаны, присоединенные к гидроксильному кислороду боковых цепей серина, тирозина, треонина, гидроксилизина или гидроксипролина или к кислородам на липидах, таких как керамид
Фосфосериновое гликозилирование — фосфогликаны, включая маннозу, ксилозу или фукозу, связанные через фосфат фосфосерина;
С-manosylation — сахар добавляется в углерод на боковой цепи триптофана
Glypiation — добавление якоря GPI, связывающего белки с липидами через гликановые связи.

Сходства между гликированием и гликозилированием

Гликация и гликозилирование являются двумя механизмами, которые добавляют углеводы к белкам.
Ковалентные связи образуются между углеводами и белками в обоих процессах.
Также оба влияют на функциональность белков.

Разница между гликированием и гликозилированием

Определение

Гликация относится к связыванию молекулы сахара с молекулой белка или липида без ферментативной регуляции, в то время как гликозилирование относится к контролируемой ферментативной модификации органической молекулы, особенно белка, путем добавления молекулы сахара. Таким образом, это основное различие между гликированием и гликозилированием.

Значимость

Кроме того, гликирование — это ковалентное добавление свободных сахаров к белкам в кровотоке, в то время как гликозилирование является типом посттрансляционной модификации, которая происходит либо в эндоплазматической сети, либо в аппарате Гольджи.

Ферментативный / Неферментативные

Гликация представляет собой тип неферментативной модификации, в то время как гликозилирование представляет собой тип ферментативной модификации. Следовательно, это еще одно различие между гликированием и гликозилированием.

регулирование

Кроме того, поскольку гликирование не является ферментативным процессом, оно не является регулируемым процессом. Напротив, гликозилирование является регулируемым процессом.

Добавлены виды углеводов

Типы добавляемых сахаров также являются существенным отличием между гликированием и гликозилированием. Глюкоза, фруктоза или галактоза являются сахарами, добавляемыми гликированием, в то время как гликаны, манноза, ксилоза, фукоза и т.д. являются сахарами, добавляемыми гликозилированием.

Тип белков влияет

Другое различие между гликированием и гликозилированием заключается в том, что гликирование происходит в зрелых белках, тогда как гликозилирование происходит в незрелых или немодифицированных белках.

Влияние на белок

Кроме того, гликирование делает белок нефункциональным, в то время как гликозилирование делает его функциональным. Кроме того, гликирование снижает стабильность белка, в то время как гликозилирование увеличивает стабильность белка.

Заключение

Гликация — это неферментативное добавление сахаров к белкам в кровотоке. Это резко снижает стабильность, а также функциональность белка. С другой стороны, гликозилирование — это ферментативное добавление сахаров к незрелым белкам. Это происходит внутри эндоплазматического ретикулума или аппарата Гольджи. Наиболее важно то, что гликозилирование является посттрансляционной модификацией, ответственной за выработку функционального белка. Это основное различие между гликированием и гликозилированием.

Ссылка:

1. Гкогколу, Параскеви и Маркус Бём. «Усовершенствованные конечные продукты гликации: ключевые игроки в старении кожи?» Dermato-endocrinology vol. 4,3 (2012): 259-70.

как розмарин способен омолаживать кожу лица?

Возможно вы даже не задумывались об этом, но именно розмариновая кислота, содержащаяся в ряде средств Yon-ka Paris, способна преобразить вашу кожу полностью. Давайте разберемся, в чем же преимущество розмариновой кислоты и в каких косметических средствах она содержится?

В чем ее главное преимущество?

Розмариновая кислота обладает рядом важных фармакологических свойств, в том числе противовоспалительным, антиоксидантным, противовирусным и антиканцерогенным. Она способна активно бороться с возрастными изменениями в организме.

Что это такое?

Розмариновая кислота, относящаяся к полифенолам, впервые была обнаружена в 1958 г. итальянскими учеными M.L. Scarpatti и G.Oriente. Полифенолы- обширная группа химических веществ, обладающая антиоксидантными свойствами.

Розмариновая кислота- природная молекула- наиболее сильный ингибитор процесса гликации из всех известных молекул, в том числе, синтезированных. Процесс гликации сейчас активно исследуется учеными и считается одной из главных причин старения организма. В результате гликирования белков образуются конечные продукты Advanced Glycation Endproducts. Это прочно связанные между собой свободными сахарами волокна белков организма человека, в том числе, коллагена и эластина. Накопление этих продуктов происходит постепенно, вызывает старение и возникновение многих патологий. В 2015 году в результате поисков среди растений-ингредиентов, подавляющих процесс гликации, была обнаружена розмариновая кислота, способная эффективно разрушать сшивки гликированных белков (исследования in vitro с белком альбумином) . Кроме того, из розмарина удалось экстрагировать еще одно вещество, карнозиновую кислоту, также влияющую на образование конечных продуктов гликации.

Наиболее часто встречаемый конечный продукт гликации в организме человека- глюкозепан, молекула, которая образуется в результате сшивания аминокислот лизина и аргинина под воздействием производной молекулы D-глюкозы. Именно эта молекула и стала объектом многих исследований. В ряде экспериментов было выявлено, что розмариновая кислота практически полностью подавляет процесс гликации в концентрации 400 мкг/мл, тогда как карнозиновая кислота более активна при низких концентра- циях (до 100 мкг/мл).

Розмариновая кислота в косметических средствах Yon-ka Paris

Розмариновая кислота, как один из самых сильных антиоксидантов, применяемых в современной косметологии, используется в ряде косметических препаратов в случае дефицита витамина Е и как активное противовоспалительное средство. В настоящее время проводятся дальнейшие исследования экстракта розмарина, содержащего розмариновую и карнозиновую кислоты в составе косметических средств для выяснения их влияния на процесс гликации белков.

—Крем Phyto 152

Этот укрепляющий крем с экстрактом розмарина способствует тонизированию кожи, улучшению контуров бюста и фигуры. Благодаря фитоароматическим свойствам этого средства все тело обретает ощущение легкости и свежести.

—Крем Phyto 58 PS

Регенерирующий и ревитализирующий крем для нормальной и сухой кожи с экстрактом розмарина стирает признаки усталости, обновляет кожу, выравнивает ее тон и осветляет.

—Крем Phyto-Contour

Укрепляющий крем для контуров глаз с экстрактом розмарина значительно сокращает отеки и темные круги под глазами. Средство укрепляет область вокруг глаз и губ, мгновенно обеспечивает уставшим векам ощущение свежести и расслабления.

Еще больше средств с розмарином ищите на сайте Yon-ka Paris.

Автор статьи: Ольга Петращук, К.Б.Н., бренд-косметолог Yon-ka.

Крысам-диабетикам восстановили поджелудочную — Индикатор

Сахарный диабет 1-го типа — это тяжелое хроническое заболевание, при котором поджелудочная железа не может больше производить инсулин. В результате содержание глюкозы в крови повышается, из-за чего постепенно повреждаются различные органы и ткани. Так, большое содержание глюкозы в крови вызывает активацию окислительного стресса — повреждения молекул белков, липидов, ДНК свободными радикалами. Другим важным механизмом повреждения тканей при сахарном диабете является неферментативное гликозилирование (гликирование) белков. Это процесс взаимодействия глюкозы с аминогруппами белков без участия ферментов. В тканях здоровых людей эта реакция протекает медленно. При повышенном содержании глюкозы в крови процесс гликирования ускоряется, вызывая необратимые повреждения ткани.

Людям, страдающим сахарным диабетом 1-го типа, требуются ежедневные инъекции инсулина. Медики, химики и фармацевты ищут соединения, способные запустить процесс регенерации поврежденных клеток поджелудочной железы, чтобы она снова смогла вырабатывать этот гормон в нужных количествах. Для этого ученые решили исследовать потенциал химических соединений, сочетающих способность исправлять метаболические (окислительный стресс и гликирование белков) и иммунологические нарушения (воспалительный ответ) при сахарном диабете.

Для начала ученые отобрали гетероциклические соединения ряда 1,3,4-тиадиазина, которые обладают антиокислительной и антигликирующей активностью. Затем провели эксперименты на лабораторных крысах с сахарным диабетом, которым вводили полученные соединения.

«Мы пытались исправить нарушения при сахарном диабете с помощью производных 1,3,4-тиадиазина. В результате уровень глюкозы и гликозилированного гемоглобина в крови грызунов снизился, а содержание инсулина увеличилось. Полученные соединения, блокирующие упомянутые патогенетические механизмы, могут стать потенциальными лекарственными средствами для терапии этого социально значимого заболевания», — заключила Ирина Данилова.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес [email protected].

Ученые нашли диету против старения и рака

— Звучит привлекательно, но для многих людей цена будет слишком высока — сидеть всю жизнь на голодном пайке.

— Ну что вы, в экспериментах голодом никто никого не морил. Вообще, нет цели голодать и лишиться радости жизни. У обезьян снижение калорийности на 25 — 30% дало ощутимый положительные эффекты. Если говорить о человеке, то я бы дала такой совет. Когда едите основное блюдо, представьте себе, что будет еще десерт. Нужно оставить для него место. А потом возьмите и обойдитесь без десерта. Таким образом вы будете вставать из-за стола чуть голодными и обеспечите себе снижение калорийности. Для начала — через раз. А дальше — чаще.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ НУЖНО НЕ УСКОРЯТЬ, А… ЗАМЕДЛЯТЬ

Многие худеющие мечтают «разогнать» обмен веществ, чтобы поскорее избавиться от лишних килограммов. Но для того, чтобы замедлить старение, обмен веществ, оказывается, нужно… замедлять.

— Именно так работает снижение калорийности, — рассказывает Наталья Пугачева. — При ограничении поступающих в организм калорий снижается метаболизм (обмен веществ. — Ред.). Синтез белков, то есть строительных кирпичиков нашего организма, становится более размеренным, полноценным. Не происходит накопления «ошибочного, с дефектами» белка в клетке, с которым надо дополнительно работать, затрачивая энергию и силы организма. При экономной работе клетки больше времени остается для «ревизии» ДНК. То есть, по сути, лучше идет «ремонт» поломок, и за счет этого снижается риск нарушений в организме, ведущих к тяжелым заболеваниям и их осложнениям.

БЕЛОК: ПОДРОСТКАМ ПОЛЕЗЕН, ВЗРОСЛЫМ МОЖЕТ НАВРЕДИТЬ

— Наталья Владимировна, а за счет чего лучше снижать калорийность? Как известно, больше всего калорий в углеводах и жирах. Значит, их нужно есть поменьше и налегать на белок?

— Исследования показали, что преобладание белкового питания, наоборот, ускоряет старение у взрослых людей. Да, растущему организму белок, безусловно, нужен. Людям после 60-ти тоже не стоит ограничивать белок — у них пища хуже усваивается, масса мускулатуры уменьшается

А вот человеку в расцвете сил богатые источники хорошо усваиваемого белка – мясо, рыба – достаточно употреблять не чаще двух раз в неделю. Молочные продукты и яйца также очень умеренно. Напомню, речь идет о питании против старения!

— Почему?

— Когда к нам в организм поступают животные белковые продукты, активируется так называемый инсулиноподобный фактор роста. За счет этого стимулируется рост, размножение клеток. В том числе раковых, если они вдруг появляются в организме. Именно поэтому низкобелковую диету можно отнести к «противораковой».

В то же время, чем больше и чаще делятся клетки, получая белковое питание, тем больше накапливается побочных продуктов, «некондиционного» белка и т. д. Ревизия повреждений ДНК, ремонт поломок, о которых мы упоминали, идут медленнее, потому что организм отвлечен «строительством», то есть делением и ростом новым клеток.

Кстати, большинство долгожителей, как показывают опросы, не злоупотребляют животным белком. Они не вегетарианцы, как правило (из растительного белка всех необходимых веществ не получишь), но мясные блюда едят не чаще одного — двух раз в неделю. Молочные, кисломолочные продукты можно в небольших порциях ежедневно.

БУДЬ В КУРСЕ

Что еще показали исследования

* Укорачивают жизнь так называемые конечные продукты гликирования (КПГ). Они создают в организме вредный оксидативный (окислительный) стресс. А он ведет к развитию хронического воспаления. «В результате включается весь каскад возрастзависимых и наиболее распространенных заболеваний: сердечно-сосудистых, диабета, рака, дегенеративных заболеваний типа деменции, паркинсонизма, болезни Альцгеймера», — предупреждает Наталья Пугачева. Большое количество конечных продуктов гликирования содержится в красном мясе, в твердых сырах. Меньше всего КПГ в овощах, фруктах, бобовых и в молоке.

* Для поддержания стабильности и нормального синтеза ДНК (то есть, считай, для появления здоровых новых клеток. — Ред.) важнейшую роль играют витамины группы В (В3, В9, В12), а также цинк и магний. Витамин В12 содержится только в животных продуктах. Поэтому их присутствие (либо прием лекарственных форм витамина) необходим. Остальные перечисленные вещества организм получит, если вы будете есть ежедневно свежую зелень, орехи, семена (кунжут, семечки подсолнечника, тыквы). И несколько раз в неделю рыбу или другие морепродукты — это источники магния и полезных Омега-3 кислот.

* Научные исследования и опыт долгожителей подтверждают большую пользу ферментированных продуктов для нашего организма. Японцы, например, обожают ферментированные бобы натто (в России их можно найти в специализированных магазинах японской кухни). Из традиционных русских яств к ферментированным продуктам относятся моченые яблоки и квашеная капуста. «В капусту добавляйте поменьше соли, чтобы вред от пересаливания не превысил пользу ферментации», — поясняет наш эксперт.

* Максимально используйте местные, локальные продукты. Для нашей страны это гречка, льняное масло и семена льна, облепиха, клюква. С одной стороны, они очень богаты ценными микроэлементами. С другой стороны, наш организм лучше приспособлен к их перевариванию и усвоению, чем к употреблению заморских продуктов.

Школа диабета — Диабетическая полинейропатия: симптомы, типы, лечение

Диабетическая полинейропатия (ДПН) — поражение периферической нервной системы, одно из часто выявляемых осложнений сахарного диабета (СД). У 10% людей, живущих с СД, симптомы нейропатии уже присутствуют на момент постановки диагноза СД 2-го типа, а через 5-10 лет количество таких случаев увеличивается до 50%. Это объясняется долгим бессимптомным периодом болезни, когда с момента появления нарушений углеводного обмена проходит 5-7 лет. Всё это время человек пребывает в состоянии хронически повышенного уровня глюкозы крови [1]. Из статьи вы узнаете механизм развития диабетической нейропатии, её признаки, методы диагностики и подходы к профилактике и лечению.

Патогенез

Ключевую роль в повреждении органов и тканей играют длительность и выраженность нарушений углеводного обмена. Развитие любых осложнений при сахарном диабете связано с повышенным уровнем глюкозы в крови (гипергликемией). Избыток глюкозы взаимодействует с жирами, белками и биологическими жидкостями человеческого организма и изменяет их химическую структуру. При СД и продолжительной гипергликемии происходит химическая реакция (гликирование) и со структурными белками нервных волокон [2].

В результате образуются конечные продукты гликирования белков, которые доказанно нарушают обмен веществ нервных клеток, изменяют транспорт в их длинных отростках (аксонах), проведение нервного импульса, способность к регенерации, стимулируют синтез провоспалительных веществ (цитокинов) [3]. Промежуточные продукты обмена глюкозы токсичны, их накопление в нейронах и сосудистых клетках приводит к патологическим изменениям нервов и сосудов [4]. Диабетические микрососудистые поражения характеризуются микротромбозами и закупоркой капиллярного русла, приводящими к нарушению кровоснабжения и к последующей дегенерации нервных волокон [3].

Активизируются аутоиммунные процессы, нарастает системное воспаление и окислительный стресс, идёт образование антител к блуждающему нерву, симпатическим нервным узлам, мозговому веществу надпочечников. Прогрессирующая гибель нейронов часто необратима в силу нарушения восстановительных процессов при сахарном диабете. Развитие ДПН происходит параллельно с поражением микрососудистого русла и развитием нефропатии [2].

Симптомы

Наиболее частой формой болезни является хроническая сенсомоторная нейропатия [5]. Полинейропатия нижних конечностей начинается с концевых отделов ног и распространяется в направлении туловища [2]. Тонкие чувствительные волокна страдают в первую очередь. Это проявляется болью, неприятными ощущениями жжения и покалывания, онемением. Симптомы ДПН, особенно нейропатическая боль, могут появиться внезапно и быть достаточно выраженными, что может снизить качество жизни больных, создать трудности для передвижения, стать причиной плохого настроения и социальной дезадаптации [2].

Наряду с этим появляются нарушение рефлексов и снижение поверхностной (болевой и температурной) и глубокой (вибрационной) чувствительности. Двигательные нарушения (слабость и истончение мышц стоп и голеней) отмечаются на более поздних стадиях болезни. Расстройство чувствительности в руках и ногах при ДПН имеет вид «перчаток» и «чулок». У людей с поражением толстых миелиновых волокон возникают жалобы на онемение, покалывание, а также болезненные ощущения. Часто встречается шаткость походки, в особенности в темноте или при ходьбе по неровной поверхности. Лица с такого рода полинейропатией относятся к группе высокого риска развития язвенных поражений, что в конечном счёте может привести к ампутации.

У меньшей части больных ДПН преимущественно поражаются тонкие миелиновые волокна. Клинически это проявляется снижением температурной и болевой чувствительности при относительно сохранной вибрационной и мышечного чувства. Достаточно часто развиваются нейропатические боли, которые пациентами описываются как жгучие, жалящие, тянущие, по типу «иголок» [2].

Другой формой заболевания является автономная полинейропатия. Она проявляется нарушениями вегетативной нервной системы, встречается достаточно часто и протекает под различными клиническими масками [6]. Жалобы разнятся в зависимости от того, какая система органов поражается [5]:

сердечно-сосудистая — головокружение, обморочные состояния;
желудочно-кишечная — расстройство глотания, тошнота, рвота, запоры/поносы, ночное недержание стула;
мочеполовая — потребность несколько раз просыпаться ночью для мочеиспускания, чувство неполного опорожнения мочевого пузыря, эректильная дисфункция, сухость влагалища.

Также для автономной полинейропатии характерно нарушение потоотделения (отсутствие или пот во время приёма пищи), расстройство адаптации зрачка к свету, «немая» ишемия миокарда [5].

Есть данные о том, что больной с ДПН, управляя транспортным средством, может представлять угрозу для себя и окружающих. У людей с нейропатией нижних конечностей замедлена реакция торможения, что увеличивает вероятность ДТП.

Нарушение зрачковых реакций выражается в парадоксальном уменьшении диаметра зрачка при адаптации к темноте на ранних стадиях и отсутствием или очень медленным и неполным расширением зрачка в дальнейшем. Такая особенность проявляется затруднением вождения в ночное время [2].

Диагностика

Своевременно начатое лечение диабетической полинейропатии улучшает качество жизни и предупреждает инвалидизацию. Поэтому ранняя диагностика болезни очень важна.

К диагностическим методам относится электронейромиография — комплексная оценка электрической активности нервных волокон и мышц. По результатам исследования выявляется поражение чувствительных и двигательных нервов в концевых отделах ног. Для обнаружения патологии тонких волокон полезной оказывается ортостатическая проба или количественное вегетативное и сенсорное тестирование.

Для объективной оценки функций периферических нервов применяются шкалы TSS (общая оценка симптомов) и NISS-LL (оценка нейропатии в нижних конечностях). При помощи TSS оценивают такие симптомы, как боль, жжение, онемение, покалывание, а NISS-LL позволяет получить представление о мышечной силе в стопах, сохранности ахиллова рефлекса и болевой чувствительности. Шкалы удобны в использовании, время их заполнения не превышает нескольких минут [4].

Лечение

Для эффективного лечения диабетической полинейропатии важно снизить вес, прекратить курить, контролировать уровень артериального давления и липидов крови [2]. Полезно придерживаться диеты, поддерживать физическую активность и заниматься лечебной гимнастикой [4]. Основным методом лечения болезни считается достижение и длительное поддержание оптимального гликемического контроля [2].

Лекарственная терапия при ДПН подразделяется на патогенетическую и симптоматическую.

Патогенетическое лечение направлено на уменьшение неврологической симптоматики и улучшение функции нерва. Оно включает в себя назначение антиоксидантов, комбинированных препаратов витаминов группы В и средств на основе гемодеривата.

Симптоматическая терапия направлена на ликвидацию основных проявлений полинейропатии, чаще всего назначаются анальгетики, снимающие невропатическую боль [1]. Однако следует иметь в виду, что, уменьшая интенсивность боли, данные препараты не замедляют процесс прогрессирования ДПН [4]:

антиконвульсанты;
антидепрессанты;
опиоиды.

Тревожное или депрессивное расстройство диагностируется у 2/3 людей с болевой формой ДПН, у 95% — нарушение сна, поэтому таким больным требуется психологическая или психотерапевтическая помощь [4].

Прогноз

Установлена чёткая взаимосвязь между хронической гипергликемией и осложнениями сахарного диабета. Предотвратить ДПН у людей с СД 1-го типа и замедлить прогрессирование заболевания при СД 2-го типа можно при хорошем гликемическом контроле. Однако эффекта восстановления нейронального повреждения не выявлено [2]. Поэтому, чем раньше содержание глюкозы достигнет нормальных показателей и будет начато лечение полинейропатии, тем лучше отдалённый прогноз [4].

Профилактика

В настоящее время основным патогенетически оправданным и клинически подтвержденным методом профилактики диабетической полинейропатии является достижение и поддержание оптимального (гликозилированный гемоглобин

Гликирование белков — Co и посттрансляционные модификации терапевтических антител и белков

Гликирование белков представляет собой посттрансляционную модификацию (ПТМ), включающую химическую реакцию конденсации между первичными аминогруппами белков и альдегидной или полуацетальной группой альдозных сахаров, таких как d-глюкоза. Во время реакций гликирования альдегидные или полуацетальные группы восстанавливающих сахаров реагируют с первичными аминогруппами органических молекул, таких как аминокислоты, с образованием промежуточного соединения альдимина (основания Шиффа).Промежуточное основание Шиффа очень реакционноспособно и очень нестабильно, оно подвергается быстрой перегруппировке Амадори с образованием более стабильной функциональности кетоамина, которая также называется кетоамином Амдори. Первичные аминогруппы, присутствующие в боковых цепях аминокислот белков, являются мишенями для гликирования. Гликирование белка может не быть специфичным для последовательности, но сильно зависит от локального окружения первичных аминогрупп, присутствующих на поверхности белков. Связанные с белком остатки Lys содержат первичные аминогруппы, а открытые на поверхности остатки Lys белков склонны к гликированию.Однако не все первичные аминогруппы остатков Lys поддаются гликированию. Открытые на поверхности остатки Lys требуют участия соседних групп для гликирования. Гликирование может влиять на структуру и функции белка, а также может вызывать иммуногенность.

При гликировании кетоамин Амадори подвергается деградации с образованием конечных продуктов гликирования (КПГ). AGE могут подвергаться дальнейшим перестройкам и/или деградации. Было показано, что КПГ и родственные им побочные продукты являются иммуногенными для человека.Также показано, что КПГ и их побочные продукты токсичны для человека. Рецептор КПГ, известный как рецептор конечных продуктов гликирования (RAGE), также является рецептором амилоидов. Гликирование сывороточного альбумина, гемоглобина и сывороточных иммуноглобулинов широко изучалось. A1C или HbA1C представляет собой гликированную форму гемоглобина. Измерение уровня A1C является одним из клинических лабораторных тестов для выявления различных стадий диабета. Гликирование белков связано со многими возрастными хроническими заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, сердечно-сосудистые заболевания, периферическая невропатия, рак, глухота. Было показано, что рекомбинантные терапевтические белки (RTP), включая моноклональные антитела (mAb), гликированы, и гликирование может повлиять на их функции. Гликирование в определяющей комплементарность области (CDR) mAb может влиять на взаимодействие антитело-антиген. Гликирование в области Fc может влиять на эффекторные функции антител и время полужизни в сыворотке. Гликирование в каталитической области ферментов может влиять на их ферментативную активность. Следовательно, гликирование может стать критическим признаком качества (CQA) для RTP и mAb.Метод боронатной аффинной хроматографии широко используется для обнаружения и количественного определения гликирования очищенных белков, включая RTP и mAb. Методы масс-спектрометрии высокого разрешения и картирования пептидов также используются для идентификации и локализации сайтов гликирования белков, включая RTP и mAb.

границ | Дифференциальные эффекты гликирования на агрегацию белков и образование амилоидов

Агрегация белков и образование амилоида

Нейродегенеративные расстройства, в том числе болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, боковой амиотрофический склероз и прионные заболевания, являются инвалидизирующими и до сих пор неизлечимыми расстройствами, требующими интенсивных исследований. При этих заболеваниях неправильная укладка, агрегация и осаждение белков, по-видимому, напрямую связаны с нейротоксичностью (Dobson, 2003; Chiti and Dobson, 2006). В частности, физиологические изменения связаны с образованием фибриллярных агрегатов, называемых амилоидными фибриллами, которые обычно накапливаются во внеклеточном пространстве тканей или также в виде внутриклеточных отложений (Stefani and Dobson, 2003; Taylor et al., 2005). Молекулярная сборка белка характеризуется несколькими событиями, такими как конформационные изменения и межмолекулярные взаимодействия, которые сильно влияют друг на друга.Иерархия всех этих механизмов и их степень зависят от нескольких физических и химических параметров, таких как температура, рН, ионная сила и добавление денатурантов. До недавнего времени считалось, что только небольшое количество полипептидных цепей, связанных с клиническими расстройствами, способно образовывать амилоидные фибриллы. Однако ряд недавних исследований показал, что белки, не связанные с заболеваниями, в подходящих условиях могут образовывать агрегаты in vitro со структурными и цитотоксическими свойствами, которые очень напоминают свойства амилоидных фибрилл, образующихся в пораженных тканях (Литвинович и др. , 1998; Фандрич и др., 2001; Сиранджело и др., 2004, 2009; Яннуцци и др., 2013а). Эти наблюдения привели к мысли, что способность образовывать амилоидные фибриллы является родовым свойством полипептидных цепей независимо от их аминокислотной последовательности и обусловлена устойчивыми взаимодействиями, в которых участвует прежде всего общий полипептидный остов. Несмотря на значительные различия в последовательностях и трехмерных структурах вовлеченных пептидов и белков, фибриллярные формы агрегатов имеют общую ультраструктуру (Diaz-Avalos et al., 2003; Нельсон и др., 2005 г.; Фитцпатрик и др., 2013). Они обычно состоят из ряда (обычно 2–6) протофиламентов, каждый диаметром около 2–5 нм, которые часто скручены друг вокруг друга, образуя сверхскрученные структуры, похожие на веревки, обычно шириной 7–13 нм, или которые латерально связаны с образуют длинные ленты толщиной 2–5 нм и шириной до 30 нм (Serpell et al., 2000). Рентгеноструктурный анализ показал, что характерная структура, т. е. мотив β-креста, образована β-нитями, ориентированными перпендикулярно длинной оси фибриллы, и β-слоями, распространяющимися в направлении фибриллы (Sunde and Blake, 1997; Макин и Серпелл, 2002; Маджи и др., 2009). Эти находки предполагают, что общий молекулярный механизм может лежать в основе процесса агрегации различных белков, участвующих в заболеваниях неправильной укладки (Kopito, 2000; Dobson, 2001).

Три основных фактора были идентифицированы как важные параметры превращения белка в агрегаты; это высокая гидрофобность, высокая склонность к преобразованию из α-спирали в β-листовую структуру и низкий суммарный заряд (Konno, 2001; Ciani et al., 2002; Tjernberg et al., 2002; Chiti et al., 2003; Тарталья и др., 2008). Дестабилизация белков способствует формированию частично развернутых конформаций, которые очень склонны к агрегации (Uversky, Fink, 2004). В большинстве случаев дестабилизации белка способствуют аминокислотные мутации, которые также увеличивают структурную гибкость пептидной цепи; однако другие белки являются амилоидогенными даже в форме дикого типа (Hurle et al. , 1994; Goedert et al., 2000; Quintas et al., 2001; Niraula et al., 2002; Iannuzzi et al., 2007; Infusini et al. др., 2012, 2013). Было высказано предположение, что сворачивание белков и агрегация белков, несмотря на то, что они являются разными процессами, конкурируют друг с другом, и условия окружающей среды диктуют, какой из них предпочтительнее для данной полипептидной цепи (Tartaglia and Vendruscolo, 2010). На этой основе были проведены обширные исследования in vitro для изучения природы перехода между состояниями нативной укладки и состояниями растворимых агрегатов-предшественников, а также между последними и зрелыми амилоидными фибриллами и факторами, влияющими на все это (Wiseman et al. др., 2005). Недавние данные показывают, что эти опасные склонные к агрегации состояния, хотя и похожи на нативную конформацию, демонстрируют измененное распределение поверхностного заряда, альтернативную топологию β-листов и повышенное воздействие растворителя на гидрофобные поверхности и склонные к агрегации участки последовательности (De Simone et al. ., 2011). Склонность нормально свернутых белков к образованию амилоидоподобных фибрилл увеличивается в условиях, которые позволяют белку преодолевать основной энергетический барьер развертывания, способствуя частичному развертыванию нативного состояния.К ним относятся низкий pH, высокая температура или присутствие органических растворителей (Guijarro et al., 1998; Villegas et al., 2000). Однако в настоящее время накапливается все больше доказательств того, что свернутые белки также сохраняют значительную тенденцию к агрегации без необходимости развертывания в качестве первого обязательного шага (Plakoutsi et al., 2004; Bemporad and Chiti, 2009).

Агрегация белков начинается с появления зародышей агрегации, рост которых считается лимитирующей стадией процесса, имеющего многие характеристики механизма полимеризации, зависящего от зародышеобразования (Kelly, 1998) (рис. 1, 2).Эти виды, обычно называемые протофибриллами или растворимыми олигомерными промежуточными соединениями, выглядят как глобулы диаметром 2,5–5,0 нм или больше с присущей им тенденцией к дальнейшей сборке в пороподобные кольцевые и трубчатые структуры (Lashuel et al. , 2002; Poirier et al. др., 2002). Как только ядро сформировано, считается, что рост фибрилл происходит быстро за счет дальнейшей ассоциации либо мономеров, либо олигомеров с ядром (Cohen et al., 2012).

Рисунок 1. Ассоциация двух или более ненативных пептидных/белковых молекул, образующих высокоупорядоченные фибриллярные агрегаты .

Рисунок 2. Зависимый от зародышеобразования процесс образования фибрилл .

В то время как нерастворимые агрегаты коррелируют с прогрессированием заболевания, появляется все больше доказательств того, что инициирующие и наиболее токсичные события вызываются префибриллярными формами, а не зрелыми фибриллами. Эти результаты привели к идее, что молекулярная основа повреждения клеток и тканей может быть связана с временным появлением префибриллярных сборок в условиях, когда их внутриклеточные уровни увеличиваются как следствие дисфункции механизмов клеточного клиренса (Stefani, 2012). Конкретный механизм, с помощью которого эти виды, по-видимому, опосредуют свои токсические эффекты, до конца не изучен; вероятно, токсичность опосредована общими структурными особенностями префибриллярных предшественников (Kayed et al., 2003; Bucciantini et al., 2004; Malmo et al., 2006; Cecchi and Stefani, 2013).

Гликирование белков и амилоидоз

Несмотря на то, что процесс агрегации амилоидогенных белков был широко изучен in vitro и было идентифицировано множество вовлеченных физиологических (средовых и генетических) факторов, молекулярные механизмы, лежащие в основе образования агрегатов in vivo и при патологических состояниях, до сих пор плохо изучены .Большинство нейродегенеративных заболеваний носят спорадический характер, что позволяет предположить, что другие факторы должны способствовать возникновению и прогрессированию этих заболеваний. Известно, что посттрансляционные модификации влияют на структуру и функцию белка. Некоторые из этих модификаций могут вредным образом воздействовать на белки и приводить к их неправильному свертыванию и накоплению. Восстанавливающие сахара играют важную роль в модификации белков, формируя конечные продукты улучшенного гликирования (AGE) в неферментативном процессе, называемом гликированием.Этот процесс отличается от гликозилирования; действительно, эти две посттрансляционные модификации по-разному влияют на структуру целевого белка. Гликозилирование представляет собой селективную модификацию белка, управляемую специфическими ферментами, которая обычно связана с усилением функции (или стабилизацией) целевого белка. Неферментативное гликирование является неселективной модификацией и обычно связано с потерей функции целевого белка из-за модификации его нативной структуры.В то время как гликозилирование является хорошо контролируемым клеточным механизмом, неферментативное гликирование зависит только от воздействия свободных аминогрупп в полипептидной цепи, концентрации сахара и условий окисления.

В последнее время большое внимание уделяется роли неферментативного гликирования белков в стимуляции амилоидной агрегации и токсичности. Белки в амилоидных отложениях часто гликированы, что указывает на прямую корреляцию между гликированием белков и амилоидозом (Miyata et al., 1993; Кикучи и др., 2000; Мунк и др., 2000; Дукич-Стефанович и др., 2001; Шульц, 2006). Реакции гликирования характерны для всех типов клеток: продукты гликирования медленно накапливаются in vivo , что, помимо клеточных модификаций, участвующих в процессе старения, приводит к нескольким различным дисфункциям белков (Lyons et al., 1991; Miyata et al., 1999; Gul et al. др., 2009). Процесс начинается с реакции нуклеофильного присоединения между свободной аминогруппой белка и карбонильной группой восстанавливающего сахара с образованием обратимого промежуточного продукта (основание Шиффа).Боковые цепи остатков аргинина и лизина, N-концевая аминогруппа белков и тиоловые группы остатков цистеина являются основными мишенями гликирования белков. Процесс зависит от нескольких условий, таких как концентрация и реакционная способность агента гликирования, наличие каталитических факторов (металлы, буферные ионы и кислород), физиологический рН, температура и период полураспада каждого белка. Все редуцирующие сахара могут участвовать в реакциях гликирования, из них D-рибоза является наиболее активной, и ее внутриклеточный уровень может быть достаточно высоким.D-глюкоза является наименее реакционноспособной, и ее внутриклеточная концентрация незначительна, в то время как дикарбонильные соединения гораздо более реакционноспособны. Уровни D-рибозы в крови у здоровых людей оцениваются примерно в 20 мг/л, а D-глюкозы 6–10 г/л. После образования основание Шиффа может превратиться в стабильный кетоамин путем перегруппировки Амадори (рис. 3). Эта реакция обратима в зависимости от концентрации реагентов. Поздняя стадия процесса представляет собой необратимый каскад реакций дегидратации, гидролиза и других перегруппировок, приводящих к образованию КПГ.Продукты КПГ считаются маркерами ряда заболеваний, таких как артериосклероз, почечная недостаточность, болезнь Альцгеймера или диабет, хотя их количество обычно увеличивается с возрастом (Vlassara, 2005).

Рисунок 3. Классификация продуктов неферментативной реакции гликирования .

Действительно, гликирование белков считается возрастной проблемой, влияющей главным образом на внеклеточные белки, такие как коллаген и эластин, которые расположены вне клеток и обеспечивают прочность и гибкость тканей.Образование КПГ может нарушать не только нормальное функционирование белков, к которым они присоединены, но и индуцировать образование ковалентных поперечных связей с близкими белками. Этот процесс является постепенным, так что поперечные связи накапливаются с годами на самых долгоживущих внеклеточных белках, которые не очень часто очищаются; явные доказательства этого обнаруживаются во внеклеточном коллагене и эластине (Furber, 2010). Наблюдение, что белки в амилоидных отложениях, такие как β-амилоид, тау, прионы и транстиретин, часто гликированы у пациентов, предполагает прямую корреляцию между гликированием белков и образованием амилоида.Считается, что это связано с повышенной стабильностью белка за счет образования поперечных связей, которые стабилизируют агрегаты белка (рис. 4). Кроме того, гликирование влияет на структуру и биологическую активность белков, а также на процесс их деградации (Shaklai et al., 1984; Mendez et al., 2005), и, будучи аномальной модификацией, было обнаружено, что оно вызывает неправильную укладку некоторых белков. и, таким образом, способствуют агрегации белков (Vitek et al., 1994; Chellan and Nagaraj, 1999; Verzijl et al., 2002; Баума и др., 2003).

Рисунок 4. Механизм действия КПГ при старении и амилоидных заболеваниях .

Более того, как только белки подвергаются гликированию на своих открытых остатках лизина, клиренс убиквитин-протеасомной системы будет нарушен, поскольку может быть затруднено убиквитинирование остатков лизина, модификация, которая нацеливает белки на протеасомы для деградации. Таким образом, накопление белков в виде агрегатов или в виде отложений или включений в тканях может быть благоприятным после гликирования.

Однако, в дополнение к непосредственному влиянию на структуру и функцию белка, КПГ также оказывают клеточное действие, опосредованное специфическими рецепторами КПГ (RAGE), а также рецепторами-мусорщиками макрофагов, MSR типа II, OST-48, 80K-H, галектин-3, и CD36 (Vlassara et al. , 1995; Li et al., 1996; Ohgami et al., 2002; Stern et al., 2002). Действительно, гликирование через RAGE может быть ответственным за усиление окислительного стресса и воспаления за счет образования активных форм кислорода и активации ядерного фактора транскрипции-κ B, обычно связанного с амилоидной токсичностью (Xie et al., 2013).

Дифференциальные эффекты гликирования на агрегацию белков

Несколько белков, связанных и не связанных с заболеваниями, связанными с неправильным сворачиванием, до сих пор исследовали для изучения влияния гликирования на их склонность к агрегации и формированию амилоидной структуры.

Aβ-пептид

Витек и др. (1994) впервые наблюдали, что фракции бляшек головного мозга с болезнью Альцгеймера содержат примерно в три раза больше аддуктов КПГ, чем препараты здоровых людей того же возраста.Они показали, что период полураспада in vivo β-амилоида удлиняется при AD, что приводит к большему накоплению модификаций AGE, которые, в свою очередь, могут способствовать накоплению дополнительного амилоида. Более того, AGE-модифицированные семена для зародышеобразования пептида Aβ ускоряли агрегацию растворимого пептида Aβ по сравнению с немодифицированным материалом семян (Vitek et al., 1994). Впоследствии Мунк и соавт. (1997, 2000) сообщили, что гликирование способствует in vitro амилоидной агрегации пептида Aβ, вероятно, из-за перекрестного связывания посредством образования КПГ.Дальнейшие исследования показали, что гликирование способно не только увеличивать скорость образования амилоида, олигомеров и протофибрилл, но и увеличивать размер агрегатов (Chen et al., 2006). Фибриллярные агрегаты, образующиеся при гликировании, не были цитотоксическими, поэтому гликирование пептида Aβ, по-видимому, сильно снижает его токсичность (Fernandez-Busquets et al., 2010).

β2-микроглобулин

Также в случае β2-микроглобулина гликирование, по-видимому, способствует агрегации амилоида.В частности, D-рибоза взаимодействует с β2-микроглобулином человека с образованием КПГ, которые образуют агрегаты в зависимости от времени. Молекулы рибозилированного β2-микроглобулина сильно олигомеризованы по сравнению с негликозилированным белком и имеют зернистую морфологию. Такие агрегаты рибозилированного β2-микроглобулина проявляют значительную цитотоксичность как в отношении нейробластомы человека SH-SY5Y, так и в отношении клеток фибробласта крайней плоти человека FS2 и индуцируют образование внутриклеточных активных форм кислорода (Kong et al., 2011). Напротив, сообщалось, что модификация β2-микроглобулина D-глюкозой ингибирует удлинение фибрилл in vitro (Hashimoto et al., 1999).

Инсулин

Для гликированного инсулина наблюдался другой эффект. Этот белок тесно связан с гликемией и подвержен гликированию глюкозой и другими высокореактивными карбонилами, особенно при диабетических состояниях. (Бранж и др., 1997). Эксперименты in vitro показали, что глюкоза способна продуцировать гликированный бычий инсулин на Lys29 в С-концевой области цепи В и на N-конце цепей А и В. Глюкоза продуцирует аддукты гликированного бычьего инсулина с различными структурными особенностями в зависимости от условия эксперимента. В частности, в восстановительных условиях гликирование вызывает более высокие уровни олигомеризации инсулина и, следовательно, ускоряет образование амилоида. Напротив, в невосстанавливающих условиях гликирование ингибирует образование амилоида пропорционально степени гликирования (Alavi et al., 2013). Вероятно, в этих условиях аддукты инсулина обладают более высокой внутренней динамикой, препятствующей формированию жесткой структуры кросс-β-ядра, что снижает способность к образованию фибрилл. Метилглиоксаль способен продуцировать гликированный человеческий инсулин в одном месте, т.е.д., Arg46 В-цепи. Эта модификация индуцирует образование нативных агрегатов и снижает способность образовывать фибриллы, блокируя образование затравочных ядер. Эти агрегаты небольшие, растворимые, неволокнистые и сохраняют нативную структуру. Лаг-фаза процесса полимеризации, зависящего от зародышеобразования, увеличивалась в зависимости от концентрации метилглиоксаля. В этом случае гликирование сохраняло нативную конформацию инсулина, блокируя переход α-спирали в β-лист, что приводило к уменьшению образования фибрилл. Опять же, эффекты могут быть связаны с более высокой динамикой гликированного инсулина, что приводит к нарушению формирования жесткой поперечно-β-ядерной структуры. В совокупности эти результаты показали, что гликирование, вызванное метилглиоксалем, снижает образование инсулиновых фибрилл и способствует заселению олигомерных состояний (Oliveira et al., 2011).

Цитохром С

Цитохром с

(Cyt c) также использовали в качестве модельного белка для изучения влияния гликирования на структуру белка, его стабильность и способность образовывать агрегаты.Было показано, что метилглиоксаль ковалентно модифицирует Cyt c по одному остатку аргинина и вызывает ранние конформационные изменения, которые приводят к образованию нативных агрегатов, не стимулируя образование амилоида. Олигомеризация происходит за счет локальных структурных изменений белка, вызывающих снижение конформационной стабильности модифицированного белка. Следовательно, процесс агрегации начинается непосредственно при добавлении мономера термодинамически и кинетически благоприятным образом. Кроме того, образуются частично развернутые виды, но они, по-видимому, не участвуют в процессе агрегации.Интересно, что гликированные развернутые виды Cyt c являются побочным продуктом пути и, по этой причине, они не способствуют пути амилоидогенной агрегации (Oliveira et al., 2013).

α-синуклеин

Гликирование α-синуклеина является фактором, участвующим в агрегации белка при болезни Паркинсона и в образовании телец Леви (ТЛ). Впервые сообщалось, что гликация присутствует в черной субстанции и голубом пятне периферического LB (Vicente and Outeiro, 2010).Белок имеет 15 остатков лизина, что делает его мишенью для гликирования в нескольких местах (Padmaraju et al., 2011). Ли и его сотрудники обнаружили, что метилглиоксаль индуцирует олигомеризацию α-синуклеина и ингибирует образование амилоидных фибрилл. Более того, фибриллизация белка также значительно подавлялась посевом модифицированных видов α-synuclein (Lee et al., 2009). Аналогичные результаты были получены с D-рибозой: рибозилирование α-синуклеина способствует образованию расплавленных глобулоподобных агрегатов, которые вызывают окислительный стресс клеток и приводят к высокой цитотоксичности (Chen et al. , 2010).

Лизоцим

Также лизоцим куриного яичного белка (HEWL) использовался для изучения влияния гликирования на структуру и агрегацию белка. HEWL является структурным гомологом человеческого лизоцима, ответственного за системный амилоидоз, и по этой причине считается очень хорошей моделью. HEWL подвергается гликированию in vitro , и потенциальными сайтами гликирования считаются N-концевая α-аминогруппа, ε-аминогруппа остатков лизина и гуанидиногруппа остатков аргинина (Tagami et al., 2000).

Гликирование HEWL тестировали в течение длительного периода времени в присутствии D-глюкозы, D-фруктозы и D-рибозы (Fazili and Naeem, 2013; Ghosh et al., 2013). Было обнаружено, что гликирование способствует образованию сшитых олигомеров в HEWL вместо амилоидных агрегатов, и среди испытанных сахаров D-рибоза оказалась наиболее эффективной. Было показано, что гликирование в HEWL сначала способствует переходу из альфа в β, а затем длительное гликирование вызывает образование сшитых олигомеров с высоким содержанием β-листов, которые являются аморфными и глобулярными по своей природе.

Альбумин

Также было показано, что человеческий и бычий сывороточный альбумин (БСА) эффективно гликируется in vitro D-рибозой, и в этом случае было показано, что гликирование способствует агрегации амилоида (Bouma et al., 2003; Sattarahmady et al. ., 2007). Хотя БСА является хорошо растворимым белком с богатой спиральной структурой, гликирование способствует сильным конформационным изменениям, влияющим как на вторичную, так и на третичную структуру. Действительно, наблюдалось сильное уменьшение содержания спирали и, как следствие, образование β-обогащенных агрегатов, которые быстро эволюционируют до образования амилоидных фибрилл.

Амилоидоподобные агрегаты гликозилированного БСА способны вызывать высокую цитотоксичность, вызывающую гибель клеток за счет активации клеточных сигнальных каскадов. Действительно, независимые эксперименты показали, что агрегаты гликозилированного BSA способны индуцировать окислительный стресс, опосредованный АФК, и апоптоз как в нейротипических клетках SH-SY5Y, так и в клетках MCF-7 (Wei et al. , 2009; Khan et al., 2013).

W7FW14F Апомиоглобин

Недавно было показано, что гликирование амилоидогенного мутанта апомиоглобина W7FW14F значительно ускоряет образование амилоидных фибрилл, что свидетельствует об активном участии гликирования в процессе, влияющем на кинетику реакции (Iannuzzi et al., 2013б). Кроме того, было изучено влияние гликирования на апомиоглобин дикого типа, и предварительные результаты показывают, что для этого белка образование КПГ не запускает агрегацию амилоида, таким образом предполагая, что присутствие амилоидогенных последовательностей в неправильно свернутом белке имеет решающее значение для предрасположенности белка. к агрегации амилоида (неопубликованные данные). Эти данные показывают, что синергизм между предрасполагающим фактором, т. е. склонностью к агрегации, и образованием перекрестных связей, индуцированным КПГ, может быть очень важным фактором в решении проблемы формирования амилоидной структуры.

Различия, наблюдаемые в изученных до сих пор моделях белков, могут быть следствием врожденных свойств нативной структуры каждого белка или структурных изменений, вызванных модификациями AGE в результате действия различных агентов гликирования. В большинстве случаев, упомянутых выше, усиление фибрилляции достигается путем модификации амилоидогенных белков гликозилирующими сахарами, такими как глюкоза или фруктоза, в то время как небольшие и высокореактивные карбонилы, такие как метилглиоксаль, по-видимому, более склонны к уменьшению образования фибрилл.Это говорит о том, что различные агенты гликирования приводят к специфическим структурным ограничениям, которые играют важную роль в кинетике фибрилляции белков. Более того, некоторые гликированные белки подвергаются олигомеризации, не способствуя образованию амилоидных фибрилл, и это может быть связано с агрегационным поведением некоторых амилоидогенных белков при гликировании. Фактически, как инсулин, так и α-синуклеин, которые участвуют в амилоидных заболеваниях, обнаруживают снижение образования амилоидных фибрилл после гликирования, и оба в значительной степени сохраняют нативную трехмерную структуру во время процесса агрегации.В целом, гликирование амилоидогенных белков может привести к переходу от амилоидогенного пути к нативной агрегации посредством процесса, который термодинамически и кинетически благоприятен.

Выводы и перспективы

Приведенные выше соображения делают изучение КПГ одним из важнейших направлений биомедицинских исследований на сегодняшний день. Остается ответить на несколько вопросов: остается спорным, является ли гликирование восприимчивых белков триггерным событием или просто результатом его реактивности по отношению к агрегированным частицам с низким оборотом, которые очень нерастворимы и устойчивы к протеазам.Несколько исследований предполагают, что гликирование может быть ранним событием, способствующим или ускоряющим аномальное отложение белка, за которым следует повышенная устойчивость к протеазам и нерастворимость. Независимо от хронологии образования КПГ известно, что их накопление связано с устойчивыми воспалительными реакциями и окислительным стрессом, что является общим признаком многих нейродегенеративных заболеваний. Таким образом, гликирование можно рассматривать как динамический фактор этих многофакторных заболеваний, стимулирующий, ускоряющий или стабилизирующий агрегацию патологических белков и индуцирующий реакции, ведущие к дисфункции, повреждению и гибели клеток. Таким образом, будет важно дальнейшее исследование биохимических эффектов, вызванных взаимодействием белков, модифицированных КПГ, с клетками, таких как активация сигнального пути окислительного стресса и воспалительной реакции.

Заявление о конфликте интересов

Заместитель редактора, д-р Пьеро Андреа Темусси, заявляет, что, несмотря на то, что он сотрудничал с автором Кларой Ианнуцци в течение последних 2 лет, во время рецензирования и обработки этой рукописи не возникло конфликта интересов.Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Подтверждение

Авторы основаны MIUR (Министерство образования, университетов и научных исследований Италии).

Ссылки

Алави, П., Юсефи, Р., Амиргофран, С., Карбалаи-Хейдари, Х. Р., и Мусави-Мовахеди, А. А. (2013). Структурный анализ и склонность к агрегации восстановленных и невосстановленных гликозилированных аддуктов инсулина. Заяв. Биохим. Биотехнолог . 170, 623–638. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2012.05.021