Гипоксия. Адаптация к гипоксии в понимании учёных 21 века презентация

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

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

Как всё начиналось?
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.
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.
Питер Рэтклифф
Peter Ratcliffe

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

Повторим и узнаем
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.

Как всё начиналось?
Уильям Кэлин
William Kaelin
Специалист по опухолям, занимавшийся в конце 80-х — начале 90-х годов проблемой наследственного заболевания ГИППЕЛЯ-ЛИНДАУ.
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.

Повторим и узнаем
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).

Механизм клеточного ответа на гипоксию
Но для начала разберёмся в общих понятиях:
1. Что такое гипоксия?
2. HIF?
3. VHL?
4. Убиквитин и убиквитинирование?

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.

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.

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.

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.
Убиквитинирование- это 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 белок-белковым взаимодействиям. Однако первой открытой функцией убиквитина стала протеолитическая деградация белков, помеченных полиубиквитиновыми цепями с помощью протеасомы.

Механизм клеточного ответа на гипоксию
EPO-эритропоэтин

Механизм клеточного ответа на гипоксию
HRE-элемент гипоксии-ответа
EPO-эритропоэтин

Механизм клеточного ответа на гипоксию
HRE-элемент гипоксии-ответа
HIF- фактор, индуцируемый гипоксией
ARNT=HIF-1b (синонимы)

Механизм клеточного ответа на гипоксию
HRE-элемент гипоксии-ответа
HIF- фактор, индуцируемый гипоксией
ARNT=HIF-1b (синонимы)

Механизм клеточного ответа на гипоксию
HRE-элемент гипоксии-ответа
HIF- фактор, индуцируемый гипоксией
ARNT=HIF-1b (синонимы)

Механизм клеточного ответа на гипоксию
HRE-элемент гипоксии-ответа
HIF- фактор, индуцируемый гипоксией
ARNT=HIF-1b (синонимы)
VHL- белок Von Hippel–Lindau

Механизм клеточного ответа на гипоксию
HRE-элемент гипоксии-ответа
HIF- фактор, индуцируемый гипоксией
ARNT=HIF-1b (синонимы)
VHL- белок Von Hippel–Lindau
B,С,CUL-2
B,С,CUL-2
B,С,CUL-2
B,C,CUL-2- элонгины убиквитинирующего комплекса

Механизм клеточного ответа на гипоксию
HRE-элемент гипоксии-ответа
HIF- фактор, индуцируемый гипоксией
ARNT=HIF-1b (синонимы)
VHL- белок Von Hippel–Lindau
PHD
B,C,CUL-2- элонгины убиквитинирующего комплекса
B,С,CUL-2
B,С,CUL-2
B,С,CUL-2
PHD-пролилгидроксилаза

Механизм клеточного ответа на гипоксию
HRE-элемент гипоксии-ответа
HIF- фактор, индуцируемый гипоксией
ARNT=HIF-1b (синонимы)
VHL- белок Von Hippel–Lindau
PHD-пролилгидроксилаза
PHD
P.S. Красный цвет- при ситуации появлении нормоксии
B,С,CUL-2
B,С,CUL-2
B,С,CUL-2
B,C,CUL-2- элонгины убиквитинирующего комплекса

Механизм клеточного ответа на гипоксию
HRE-элемент гипоксии-ответа

Механизм клеточного ответа на гипоксию
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
Гипоксический ответ – это адаптация!

Механизм клеточного ответа на гипоксию
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
Гипоксический ответ – это адаптация!

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

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.

Гипоксия в медицинской практике