«Геропротекторы нового поколения: проникающие катионы как нанотранспортеры антиоксидантов в митохондрии»
на форуме «Роснанотех-2009», секция «Нанотехнологии в медицине: иммунобиологические препараты и адресная доставка лекарств».
Опубликовано на сайте Abercade.
Недавно нами была разработана концепция, предполагающая, что старение – это генетически запрограммированный процесс, являющийся последней стадией индивидуального развития организма (онтогенеза). Мы полагаем, что программа старения появилась в процессе биологической эволюции как способ ускорения этой эволюции. В рамках такой концепции старение человека нужно рассматривать как атавизм, так как люди уже не зависят от эволюции, поскольку она осуществляется слишком медленно.
Если старение запрограммировано, то нарушение этой программы может предотвратить старение точно также, как и ингибирование программы клеточной смерти (апоптоза) предотвращает гибель клетки. Существует множество указаний на то, что программа старения приводит к угасанию физиологических функций организма за счет действия токсических производных О2 (активных форм кислорода, АФК), которые образуются в митохондриях, внутриклеточных органеллах, служащих основными потребителями О2 в клетке. Поэтому антиоксиданты, адресованные в митохондрии, могут быть ингибиторами программы старения. Для исследования этой возможности был сформирован проект с участием нескольких групп исследователей из России, Швеции и США . Был синтезирован новый тип соединений (SkQ), состоящих из пластохинона (антиоксидантная часть), проникающего катиона и деканового или пентанового линкера (рис.1).
Рис. 1. Формулы SkQ1 (слева) и С12ТРР (справа)
Рабочая гипотеза заключалась в том, что такие положительно заряженные соединения будут специфически накапливаться в 2 нм слое внутренней митохондриальной мембраны, т.к. данные органеллы являются единственным отрицательно заряженным отсеком живой клетки. В этом случае, катионная часть молекулы SkQ может служить «электрическим локомотивом» нанометрового размера, транспортирующим антиоксидант.
В экспериментах с использованием плоской бислойной фосфолипидной мембраны (БЛМ) мы отобрали производные SkQ с наиболее высокой проникающей способностью, а именно 10-(6'-пластохинонил) децилтрифенилфосфоний (SkQ1), 10-(6'-пластохинонил) децилродамин 19 (SkQR1), и 10-(6'-метилпластохинонил)-децилтрифенилфосфоний (SkQ3). Анти- и прооксидантные свойства отобранных соединений, а также 10-(6'-убихинонил)децилтрифенилфосфония (MitoQ) были проверены в водных растворах, на мицеллах, липосомах, БЛМ, изолированных митохондриях и клеточных культурах и организмах . Эксперименты с митохондриями показали, что микромолярные концентрации исследуемых соединений оказывают прооксидантный эффект, однако более низкие (наномолярные) концентрации проявляют антиоксидантную активность, которая падает в ряду SkQ1=SkQR1 > SkQ3 > MitoQ. Было показано, что SkQ1 способен восстанавливаться дыхательной цепью митохондрий, т.е. данное соединение является возобновляемым антиоксидантом. В условиях окислительного стресса SkQ1 специфически предотвращал окисление митохондриального кардиолипина. В клеточных культурах SkQR1 (флуоресцентное производное SkQ) окрашивал исключительно митохондрии. Чрезвычайно низкие концентрации SkQ1 и SkQR1 блокировали апоптоз клеток HeLa и человеческих фибробластов, вызванный действием Н2О2. Более высокие концентрации SkQ требовались для защиты клеток от некроза, вызванного АФК. Эксперименты с грибами Podospora anserina, рачками Ceriodaphnia affinis, дрозофилами, рыбой Nothobranchius fuzreri и мышами показали, что SkQ1 удлиняет медианную продолжительность жизни организмов.
У млекопитающих эффект SkQ на старение сопровождается резким замедлением развития таких возраст-зависимых патологий, как катаракта, ретинопатия, глаукома, облысение, депрессия, поседение, остеопороз, исчезновение эстрального цикла у самок и либидо у самцов, гипотермия, перекисное окисление липидов и белков и т.д. SkQ1 практически исключил инфекционные болезни из списка причин смертности. По всей вероятности, это произошло из-за предотвращения зависящего от возраста снижения иммунитета. Оказалось, что SkQ1 замедляет возрастную инволюцию тимуса и фолликул селезенки, где образуются соответственно Т- и В- лимфоциты – ключевые компоненты иммунной защиты организма. Кроме того, мы показали, что SkQ1 оказывает сильное терапевтическое действие на уже развившуюся ретинопатию, в особенности, на врожденную дисплазию сетчатки и катаракту. С помощью капель, содержащих 250 nM SkQ1, было восстановлено зрение 67 из 89 животных (собаки, кошки, лошади), ослепших вследствие ретинопатии. Капли SkQ1 предотвращли потерю зрения кроликов в модели экспериментального увеита и возвращали зрение уже ослепшим от увеита животным. Благоприятный эффект тех же капель проявлялся и в модели экспериментальной глаукомы. Кроме того, предварительное введение крысам SkQ1 резко уменьшало аритмию изолированных сердец, вызванную ишемией или Н2О2. SkQ1 значительно снижал область повреждения при инфаркте миокарда или инсульте, а также предотвращал гибель животных при ишемии почки. В p53–/– мышах SkQ1 в дозе 5 нмол/кг в день снижал уровень АФК в селезенке и ингибировал появление лимфом в той же степени, что и традиционный антиоксидант N-ацетилцистеин, добавленный в миллион раз более высокой концентрации. Недавно в нашей группе было показано, что SkQ1 и C12TPP (аналог SkQ, но без пластохинона, см. рис.1) могут работать как нанопереносчики анионов жирных кислот через модельные и природные мембраны (рис.2).
Рис. 2. Трансмембранный перенос анионов жирных кислот катионом С12ТРР
В этом случае они катализируют циркуляцию жирных кислот в митохондриях, что приводит к мягкому разобщению процессов дыхания и запасания энергии, снижению мембранного потенциала и, как следствие, уменьшению продукции митохондриями АФК. Это может имитировать ограничение калорийности питания, которое, как известно, продлевает жизнь самым разным организмам (от дрожжей до млекопитающих). Таким образом, можно утверждать, что соединения группы SkQ являются многообещающим средством для лечения старения, а также возраст-зависимых патологий.
Источник
Комментариев нет:
Отправить комментарий