Биофизика познает рак - Акоев Инал Георгиевич
Изложенные особенности работы рибосомы были выявлены в модельных опытах на рибосомном ассоциате субчастиц в условиях так называемой бесфакторной трансляции. В условиях, более приближенных к естественной работе рибосомы, процесс сборки пептидной цепи на искусственной матрице ускоряется и количество ошибок возрастает.
Общепринято суждение о том, что закономерности, полученные на модельных бесклеточных системах, справедливы и для процесса синтеза белка в живой клетке.
Гемоглобин эмбрионального типа, или фетальный HbF, человека содержит по сравнению с основной формой гемоглобина HbA больше изолейцина (кодоны АУУ, АУЦ и АУА)[1] и меньше валина (ГУУ, ГУЦ, ГУА) и пролина (ЦЦУ, ЦЦЦ, ЦЦА), по данным В. Штейна и соавторов. Далее представим, что часть основного гемоглобина HbA превращается в гемоглобин HbF за счет замен указанных аминокислот в тех условиях, в которых содержание его снижается, а минорного, наоборот, повышается. Простой анализ, выполненный нами, показал, что тогда замену аминокислот в данном случае можно представить по принципу рибосомальных ошибок синтеза глобина, так как вместо валина может включаться изолейцин (у них второй и третий нуклеотиды соответственно одинаковые) и вместо пролина — также изолейцин (у них в трех кодонах одинаковые третьи нуклеотиды).
После облучения кроликов в дозе 8,5 Гр, по данным Б. Ф. Сухомлинова, состав аминокислот гемоглобина изменился, уменьшилось количество цистеина (УГУ, УГЦ) и фенилаланина (УУУ, УУЦ) при увеличении аспарагиновой кислоты (ААУ, ААЦ) и гистидина (ЦАУ, ЦАЦ) — при отсутствии заметных изменений в содержании других аминокислот. В этом случае каждая пара кодонов у всех четырех аминокислот имеет одинаковые третьи нуклеотиды и, следовательно, у них имеется также определенная близость кодовой специфичности. Замена этих аминокислот могла произойти по принципу ложного кодирования.
У собак на 15-е сутки после облучения в дозе 3,8 Гр минорный гемоглобин HbA1 увеличивался с 7,5 до 26%, а основной гемоглобин HbA упал с 86,5 до 65—68%. У минорного гемоглобина по сравнению с основным меньше содержание серина (кодоны УЦА, УЦГ, АГУ, АГЦ) и лейцина (УУА, УУГ) и увеличено содержание цистеина (УГУ, УГЦ), глутамина (ГАА), валина (ГУУ, ГУЦ), аргинина (ЦГУ, ЦГЦ) при отсутствии заметных изменений со стороны других аминокислот. Анализ кодонов этих аминокислот нам показал, что замена серина на цистеин и аргинин возможна, так как у них есть общие второй и третий нуклеотиды (ГЦ), серина на валин — по сдвигу рамки чтения (УЦГ на ГУЦ), лейцина на валин — тоже по сдвигу рамки чтения (УУГ на ГУУ), серина и лейцина на глутамин, валин и аргинин — по общности третьего нуклеотида (А).
В указанном эксперименте на собаках прослежена динамика спектра гемоглобинов при одновременном исследовании красной крови. Наибольшее изменение в соотношении указанных двух фракций гемоглобина отмечалось в период 7—46 сут после облучения. Ранее 7 сут исследования, к сожалению, не проводились. Доля HbA с 86,5% упала до 65—68%, а доля HbA1 увеличилась с 7,5 до 24—27%. Доля других минорных фракций гемоглобина M1 и М2 в этот период была также увеличена. Снижение числа эритроцитов и гемоглобина в крови стало заметным с 12-х суток после облучения и было наибольшим на 20-е и 30-е сутки. У одной из старых собак, которая к моменту обследования имела выраженную анемию и увеличенную селезенку, через 8 лет после облучения почти весь гемоглобин был заменен на HbA1.
Состояние костного мозга у них не исследовалось, но в наших экспериментах, описанных выше, были собаки, облученные примерно в такой же дозе, у которых анализировали и состояние костно-мозгового гемопоэза. У них отмечены изменения, позволяющие говорить об ускорении пролиферации и созревании эритробластов в период наблюдавшихся изменений в спектро гемоглобинов. Оно часто сопровождается укорочением клеточного цикла эритробластов в основном за счет сокращения стадии G1, во время которой идет массовый рибосомальный синтез белка. У эритробластов, потерявших способность к делению, может происходить ускорение созревания и укорочение времени на завершение процесса гемоглобинизации нормобластов.
В специальных экспериментах на анемизированных крысах было показано сокращение времени пребывания на каждой стадии дифференцировки бластных клеток красного ряда: проэритробластов — в 1,27 раза, базофильных эритробластов — в 1,45 раза, полихроматофильных эритробластов — в 1,8 раза, ортохромных эритробластов — в 2,1 раза, ретикулоцитов — в 2,6 раза. Наибольшее сокращение времени созревания клеток было для тех стадий дифференцировки, на которых идет накопление гемоглобина и, следовательно, рибосомальный синтез молекул белка глобина, а ускорение рибосомального синтеза белка может быть связано с укорочением времени на один рибосомальный цикл с ошибочным включением в пептидную цепь глобина аминокислот с близкой кодовой специфичностью.
Если изложенное верно, то с улучшением состояния красной крови и выполняемой ею главной дыхательной функции снимается напряжение эритропоэза, восстанавливается нормальная продолжительность клеточных циклов и периодов созревания, нормализуется продолжительность рибосомального цикла, падает ошибочное включение аминокислот в молекулу глобина, восстанавливается нормальный спектр гемоглобинов.
Действительно, у указанных собак по мере улучшения красной крови восстанавливается нормальный спектр гемоглобинов. Наиболее интересные данные о спектре гемоглобинов человека связаны с появлением гемоглобина эмбрионального типа — фетального гемоглобина — при всех заболеваниях, при которых выявлено или предполагается напряжение эритропоэза. Достоверное повышение фетального гемоглобина выявлено у людей, подвергшихся хроническому воздействию свинца, ДДТ, при хронической желтухе, при различных заболеваниях крови — анемиях, лейкозах. Увеличение фетального гемоглобина — распространенная реакция на внешние химические и физические воздействия. Наконец, увеличение выделения в кровь эритропоэтина сопровождается изменением спектра гемоглобина. Эритропоэтин, как известно, ускоряет пролиферацию и дифференцировку клеток эритроидного ряда.
Изучено соотношение активностей двух форм лактатдегидрогеназы — ЛДГ5 и ЛДГ1 — в зависимости от стимуляции пролиферативной активности и синтеза белка в селезенке облученных мышей. Действительно, при стимуляции указанных процессов закономерно преобладала активность ЛДГ5 над активностью ЛДГ1.
Имеются более детальные данные о биохимических различиях непосредственно ЛДГ1 (чистая Н-форма) и ЛДГ5 (чистая М-форма) у свиньи. Поскольку с увеличением пролиферативной активности ткани увеличивается содержание ЛДГ5 и уменьшается содержание ЛДГ1, необходимо анализировать возможность замен тех аминокислот, которых больше в ЛДГ1 и меньше в ЛДГ5 и наоборот. В ЛДГ1 больше глутамина, треонина, серина, валина, аспарагина и фенилаланина. В ЛДГ5, наоборот, больше гистидина, лизина, аргинина, глицина и изолейцина. Предполагали, что увеличение содержания ЛДГ5 идет за счет ошибочных замен глутамина, треонина, серина, валила, аспарагина и фенилаланина, характерных для ЛДГ1, на гистидин, лизин, аргинин, глицин, изолейцин, характерные для ЛДГ5. Возможность таких замен по принципу ошибочного чтения одного из нуклеотидов кодона или по принципу сдвига рамки чтения представлена в табл. 5. Анализ показал принципиальную возможность всех указанных замен аминокислот, если усиление пролиферативной активности будет сокращать продолжительность рибосомального цикла.
Таблица 5. Возможные замены характерных аминокислот ЛДГ1 на характерные аминокислоты ЛДГ5 и их механизм (анализ данных работы Вахсмита и соавторов)
Заменяемая аминокислота Включаемая аминокислота Механизм замены Замена одного нуклеотида Сдвиг рамки чтения Глутамин Глицин ГАГ → ГГГ ГАГ → ГГА Лизин ГАА → ААА ГАА → ААГ Аргинин ГАА → АГА ГАГ → АГГ Треонин Изолейцин АЦУ → АУУ АЦЦ → АУЦ АЦА → АУА Аргинин АЦА → АГА АЦГ → АГГ Лизин АЦА → ААА АЦГ → ААГ Гистидин АЦЦ → ЦАЦ Серин Аргинин АГЦ → АГГ АГЦ → ЦГА АГУ → АГА Глицин АГУ → ГГУ АГЦ → ГГЦ Изолейцин АГУ → АУУ АГЦ → АУЦ Гистидин УЦА → ЦАУ Валин Изолейцин ГУУ → АУУ ГУЦ → АУЦ ГУА → АУА Аргинин ГУЦ → ЦГУ Глицин ГУУ → ГГУ ГУЦ → ГГЦ ГУГ → ГГГ Аспарагин Гистидин ГАУ → ЦАУ ГАЦ → ЦАЦ Глицин ГАУ → ГГУ ГАЦ → ГГЦ Аргинин ГАЦ → ЦГА Фенилаланин Изолейцин УУУ → АУУ УУЦ → АУЦ
