что такое уреаза у человека
Уреаза
Уреаза обнаружена в бактериях, дрожжах, растениях (особенно много её содержится в семенах сои), а также у ряда беспозвоночных; в клетках животных, у которых в качестве основного продукта азотистого обмена образуется мочевина, уреаза отсутствует. В организме человека и животных уреаза образуется бактериальной флорой. В 1926 году американский биохимик Джеймс Самнер доказал, что уреаза это белок.
Характеристики
Уреаза состоит из двух субъединиц (α и β), соединённых в димеры, которые, в свою очередь, соединяются друг с другом в тримеры (αβ)3. Тримеры формируют особую сложную структуру ((ab)3)4. Необычная уреаза была найдена у Helicobacter pylori, у которой 4 из 6 обычных субъединиц фермента объединены общий комплекс из 24 субъединиц (α12β12). Считается, что этот надмолекулярный комплекс обеспечивает дополнительную стабильность фермента у этой бактерии, которая производит аммиак для того, чтобы нейтрализовать соляную кислоту желудочного сока. Наличие высокой активности уреазы используется как диагностический признак бактерий Helicobacter и Ureaplasma urealyticum.
Использование в диагностике
Некотороые болезнетворные микроорганизмы желудочно-кишечного тракта и мочевыводящих путей вырабатывают уреазу, что позволяет использовать уреазный тест (в совокупности с другими критериями) для их идентификации, а при определенных обстоятельствах и для полуколичественного определения. Известны лабораторные методы определения содержания мочевины в моче, основанные на её гидролизе в присутствии соевой уреазы с последующим измерением количества аммиака, выделившегося в результате реакции.
Другие способы использования
Биосенсоры на основе уреазы для обнаружения тяжёлых металлов использовались для количественной оценки общего загрязнения воды ионами тяжёлых металлов.
Полезное
Смотреть что такое «Уреаза» в других словарях:
УРЕАЗА — фермент, катализирующий у некоторых животных и растений гидролиз мочевины до аммиака и углекислого газа. Первый фермент, полученный в кристаллическом виде (Дж. Самнер, 1926) … Большой Энциклопедический словарь
УРЕАЗА — фермент класса гидролаз; катализирует расщепление мочевины на угольную к ту и аммиак. Эта реакция одна из важнейших в круговороте азота в природе. У. широко распространена у растений (особенно много У. в семенах нек рых бобовых), бактерий (напр … Биологический энциклопедический словарь
Уреаза — фермент, катализирующий расщепление мочевины на аммиак и углекислый газ. Широко распространен у некоторых групп бактерий. Определение У. используют в целях идентификации бактерий. Для этого мочевину добавляют в Олъкеницкого среду (см.) или… … Словарь микробиологии
уреаза — сущ., кол во синонимов: 1 • фермент (253) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
УРЕАЗА — УРЕАЗА, фермент из группы амидаз, производящий гидролитическое расщепление мочевины на аммиак и углекислоту. У. широко распространена в растениях (в бактериях, грибках, семенах бобовых); найдена также у нек рых беспозвоночных, но отсутствует у… … Большая медицинская энциклопедия
уреаза — Фермент, катализирующий гидролиз мочевины на аммиак и углекислый газ [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN urease … Справочник технического переводчика
уреаза — фермент, катализирующий у некоторых животных и растений гидролиз мочевины до аммиака и диоксида углерода. Первый фермент, полученный в кристаллическом виде (Дж. Самнер, 1926). * * * УРЕАЗА УРЕАЗА, фермент, катализирующий у некоторых животных и… … Энциклопедический словарь
уреаза — urease уреаза [КФ 3.5.1.5]. Фермент, катализирующий гидролиз мочевины с образованием аммиака и углекислоты; У. первый фермент, выделенный в чистом виде (Дж.Самнер, 1926). (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев… … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.
уреаза — ureazė statusas T sritis chemija apibrėžtis Fermentas, katalizuojantis karbamido hidrolizę. atitikmenys: angl. urease rus. уреаза … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
уреаза — фермент класса гидролаз (КФ 3.5.1.5.), катализирующий гидролитическое расщепление мочевины до углекислого газа и аммиака; участвует в обмене пуринов у некоторых видов животных … Большой медицинский словарь
УРЕАЗА
УРЕАЗА (карбамид-аминогидролаза; КФ 3. 5. 1. 5) — фермент, относящийся к классу гидролаз и катализирующий гидролитическое расщепление мочевины с образованием аммиака и диоксида углерода (углекислого газа):
У. обеспечивает осуществление важного звена в круговороте азота в природе: животные, питаясь растительными белками, выделяют мочевину (см.), почвенные бактерии, содержащие У., разлагают мочевину на аммиак и углекислый газ, образующийся в этой реакции аммиак используется другими почвенными бактериями для синтеза нитритов (см.) и нитратов (см.), к-рые в свою очередь используются растениями для образования белка и т. д. Высокая специфичность У. в отношении мочевины (даже близкое по структуре к мочевине ее метильное производное не подвергается действию фермента, только оксипроизводное мочевины частично обладает способностью служить субстратом для У.) позволяет использовать этот фермент для аналитического определения мочевины в моче и крови, что является важным диагностическим тестом при заболеваниях печени и почек.
У. встречается приблизительно у 200 видов бактерий, у многих плесеней и у большого числа высших растений. В организме человека и животных У. образуется бактериальной флорой.
У. была первым ферментом, полученным в кристаллическом виде. Ее выделил Самнер (J. В. Sumner) в 1926 г. из бобов канавалии (Canavalia ensiformis). Фермент кристаллизуется из 32% ацетона в виде бесцветных октаэдрических кристаллов. Мол. вес (масса) кристаллической уреазы 483000, изоэлектрическая точка (см.) находится при pH 5,0—5,1. Уреаза дает нитропруссидную реакцию, содержит сульфгидрильные группы (см.).
Оптимум действия У. отмечают при pH 7,0, однако эта величина меняется в зависимости от природы и концентрации применяемого буферного р-ра, а также от концентрации субстрата — мочевины. У. легко инактивируется под влиянием ионов тяжелых металлов: серебра, ртути, меди, кадмия, свинца. Ингибиторами У. являются также соли фтора, галоиды, бораты, хиноны, формальдегид, перекись водорода. В присутствии небольшого количества р-ра йода или азотнокислого серебра У. осаждается и инактивируется, однако при добавлении сероводорода активность У. в обоих случаях восстанавливается. У. быстро расщепляется и инактивируется под действием пепсина, папаина, а также сероводорода при pH 4,3, Уреазу считают простым белком, глобулином. Недавно было установлено, что с молекулой фермента связаны 2 атома никеля. Роль никеля в функционировании У. точно не известна, однако не исключено, что он принимает участие в каталитическом процессе. Кинетика реакции, катализируемой У., указывает на существование в молекуле фермента двух активных центров, но установить, влияют ли они друг на друга или проявляют свое действие независимо, пока не удалось.
Активность У. измеряют по количеству образовавшегося в ходе реакции аммиака, определяемого после отгонки титрованием (см. Титриметрический анализ) или с реактивом Несслера (см. Несслера реактив), а также манометрическим методом по образованию углекислого газа. В этом случае для полного выделения углекислого газа используют ацетатный или фосфатный буфер с pH 6,0.
У. очень давно привлекала к себе внимание исследователей. Этот интерес был связан с аммиачным брожением мочи (см.), к-рое происходит под действием бактериального фермента. При нек-рых патол. процессах, особенно при цистите (см.), моча уже из мочевого пузыря выделяется в состоянии щелочного брожения. Под действием У. нейтральная мочевина переводится в углекислый аммоний, имеющий щелочную реакцию. Вследствие этого моча становится щелочной, и фосфорнокислые соли выпадают в осадок в виде фосфорнокислого магний—аммония (см. Трипельфосфат) и фосфорнокислой извести Ca3(PO4)2. В осадке находится также нерастворимый кислый мочекислый аммоний (см. Моча, осадок мочи).
Библиогр.: Диксон М. и Уэбб Э. Ферменты, пер. с англ., т. 1—3, М., 1982; Mецлер Д. Биохимия, пер. с англ., т. 2, с. 40, М., 1980; Уэбб Л. Ингибиторы ферментов и метаболизма, пер. с англ., М., 1966; Хаггис Д ж, и др. Введение в молекулярную биологию, пер. с англ., М., 1967.
УРЕАЗА – КЛЮЧЕВОЙ ФЕРМЕНТ БИОДЕГРАДАЦИИ МОЧЕВИНЫ
1 Кандидат технических наук, 2 Кандидат химических наук, Волгоградский Государственный Аграрный Университет
УРЕАЗА – КЛЮЧЕВОЙ ФЕРМЕНТ БИОДЕГРАДАЦИИ МОЧЕВИНЫ
Аннотация
В данной статье показана важнейшая роль уреазы в организме животных и в гидросфере. Результаты исследования природной воды на содержание «фоновой мочевины» показали, что уровень карбамида в водоемах варьирует от 3,30 мкмоль/л до 10,26 мкмоль/л.
Ключевые слова: уреаза, мочевина, гидросфера.
1 PhD in Engineering, 2 PhD in Chemistry, Volgograd State Agrarian University
UREASE – A KEY ENZYME IN THE BIODEGRADATION OF UREA
Abstract
Если бы в окружающей среде отсутствовали процессы деградации, разрушения мочевины, гидросфера Земли очень быстро была бы перенасыщена этим азотистым шлаком. Однако в природе (почве, воде и т. п.) присутствуют микроорганизмы способные вырабатывать фермент, активно гидролизующий поступающую мочевину. Этот фермент, называемый уреазой (систематическое название: уреоамидогидролаза, шифр КФ 3.5.3.1), выполняет поистине глобальную роль, катализируя реакцию:
Эту реакцию можно рассматривать как процесс экологической минерализации органического азотистого шлака; в результате этого процесса водорастворимый нелетучий органический субстрат – мочевина в результате данной энзиматической реакции трансформируется в летучие продукты – аммиак и диоксид углерода. Впрочем, надо заметить, что основная масса образовавшихся продуктов не улетучивается, а в нейтральной среде воды и почвы взаимодействует между собой с образованием преимущественно гидрокарбоната аммония. Последний усваивается растениями и микроорганизмами, и утилизируется как источник азота для биосинтеза протеинов, нуклеиновых кислот и других важных азотистых биоорганических компонентов растений и микробов. Другими словами, в результате уреазной реакции биотический поллютант (мочевина) превращается в легкоусвояемый нутриент (аммонийную соль) автотрофных организмов гидросферы.
По способности ускорять реакцию гидролиза мочевины уреазу можно отнести к суперэффективным катализаторам, поскольку она снижает энергию активации реакции со 137 кДж/моль до 46 кДж/моль, что соответствует ускорению в 10 14 раз. Другими словами, то количество мочевины, которое при участии уреазы разлагается за 1 минуту, в отсутствии последней потребуется за почти 2000 лет [1]. Как и следовало ожидать, исходя из ее биологического значения, уреаза широко распространена в мире микроорганизмов, а также растений, но совершено отсутствует в тканях животных.
При этом достаточно большое количество аммонийного азота трансформируется ферментами почвенных микроорганизмов с образованием окисленных форм азота: 
. Последние особенно легко утилизируются растениями для биосинтеза собственных азотистых соединений, в том числе растительных протеинов, которые в свою очередь служат пищей для животных, превращающих растительный белок в мочевину. Возникает глобальный цикл круговорота азота (рис.1).
Рис.1. Круговорот белкового азота.
Взаимосвязь животных, растений и бактерий.
1-гидролиз белков животных;
2-гидролиз аргинина и образование мочевины;
3-гидролиз мочевины бактериями;
4-окисление аммиака бактериями;
5-утилизация аммиака и диоксида углерода в растениях – синтез растительных белков;
Примечание: В двойных рамках – процесс в организме животных; в овальных – бактериальные процессы; жирные стрелки – биосинтетические реакции в растениях.В связи с важной экологической ролью фермента уреазы следует уделить некоторое время характеристике этого фермента.
Уреаза широко распространена в мире микроорганизмов, причем уреазную активность можно обнаружить как у сапрофитов, так и у патогенных микробов. В частности, высокая активность уреазы у родов Proteus, Staphycococcus.
Весьма интересно, что высокая активность уреазы обнаружена в семенах ряда растений: соя, конский боб, арбуз. Не смотря на то, что уреаза была обнаружена очень давно и еще в 1926 году очищена (именно из растительного источника) и получена в кристаллическом виде (классические работы Сомнера), ее функция у растений до сих пор остается непонятной [2].
Совершенно очевидно, что ткани животных не содержат уреазу и, следовательно, не способны расщеплять мочевину; в противном случае это привело бы к образованию повышенных количеств аммиака и к аммиачному токсикозу в тканях. Однако это совершенно не означает, что в организме высших животных не осуществляется ферментативный гидролиз мочевины. Он действительно происходит в тех компартаментах организма, которые колонизированы микроорганизмами: желудочно-кишечный тракт, особенно толстый кишечник, ротовая полость, кожные покровы.
Между прочим, появление уреазной активности в свежей моче свидетельствует об инфицировании мочеполового тракта.
В последние годы доказана роль уреазопозитивных геликобактерий (Helicobacter pylori) в патогенезе язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки и даже разработаны на этой основе биохимические тесты для диагностики этих болезней.
Показана очень важная роль уреазы в так называемом, рубцовом пищеварении у жвачных животных. У них возможна частичная замена ценного кормового протеина на дешевый карбамид (мочевину).
Возвращаясь к гидросферным экологическим системам, следует указать, что уреазная активность микроорганизмов природных вод хотя и обнаруживается, но находится на относительно низком уровне, на наш взгляд, по трем причинам:
В связи с этим нами в образцах исследуемой природной воды всегда обнаруживалось некоторое количество неразложившейся мочевины, «фоновой» мочевины. Уровень мочевины в обследованных водоемах варьирует от 3,30 мкмоль/л до 10,26 мкмоль/л. Отмечены незначительные сезонные колебания уровня мочевины в природных водах.
Литература
References
Противник из хеликобанды: кто он?
На рисунке — вооруженный противник, хеликобактер собственной персоной. Пришедший на сигнал о помощи Т-лимфоцит еще не знает, на что он способен.
рисунок автора статьи
Автор
Редакторы
Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Helicobacter pylori — патоген, который у человека ассоциируется с гастритом, язвой и прочими пагубными влияниями на слизистую желудка, в том числе раком. Молекулярный патогенез данной инфекции описан, и в то же время запутан. Кроме того, протекание болезни связано с другими патологиями. Например, бронхиальной астмой и тромбоцитопенической пурпурой. Недавно ученые раскрыли механизм, который бактерия использует для регуляции своей патогенности. Все эти звенья мы постараемся разобрать в данном обзоре. Правда, вместо отпечатков пальцев и случайно оставленной пуговицы в нашем распоряжении будут экспериментальные данные.
Конкурс «Био/Мол/Текст»-2021/2022
Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «Био/Мол/Текст»-2021/2022.
Партнер номинации — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.
Генеральный партнер конкурса — международная инновационная биотехнологическая компания BIOCAD.
Генеральный партнер конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Всякий преступник непременно делает
какую-нибудь оплошность и выдает себя.
Оскар Уайльд. Портрет Дориана Грея
Досье преступника
Helicobacter pylori — грамотрицательная спиралевидная бактерия. Она относится к семейству Helicobacteraceae, имеет несколько жгутиков, обеспечивающих перемещение клетки по слизистой желудка. Исходя из физиологических свойств, H. pylori является микроаэрофилом — микроорганизмом, растущим при низких концентрациях кислорода в среде, что частично объясняет место его колонизации. Важное биохимическое свойство этой бактерии — уреазная активность, то есть способность ферментативно расщеплять мочевину. Это нужно для защелачивания среды.
Уреазный тест для диагностики инфекции хеликобактера
Уреазная активность имеет в первую очередь диагностическое значение: быстрый уреазный тест позволяет зафиксировать сдвиг pH среды желудка в щелочную сторону. Для его проведения пациент выпивает раствор мочевины с изотопом углерода 13 C. Поскольку уреаза расщепляет мочевину до аммиака и углекислого газа, изотоп углерода будет содержаться в последнем при наличии инфекции. После взятия выдыхаемого воздуха в нем смотрят отношение углекислого газа с изотопом к обычному.
По данным метаанализа 2017 года [1] более половины населения планеты являются носителями хеликобактерной инфекции: среди 14 006 публикаций с 1970 по 2016 год, посвященных H. pylori, был произведен тщательный отбор всех случаев. Картину распространения можно увидеть на рисунке 1.
Рисунок 1. Распространенность инфицирования H. pylori на континентах. Бордовым цветом обозначены максимально инфицированные регионы и части света — большая часть Евразии, Бразилия, страны Центральной Африки.
CagA — опасное оружие
Рисунок 2. Схема PAI у H. pylori. Зеленым цветом обозначены внутренняя и наружная мембраны микроба с периплазматическим пространством между ними. В мембраны встроен белковый комплекс системы секреции IV типа, благодаря которой CagA попадет в эпителиоцит желудка.
Один в поле воин
Условно процесс инфицирования человека хеликобактером можно разделить на три основные стадии — активная фаза, стационарная фаза и фаза колонизации. В активную фазу бактерия быстро передвигается при помощи своих жгутиков в пилорический отдел желудка. Уреаза, о которой говорилось выше, сдвигает pH в сторону щелочного. Затем происходит связывание со специфическими рецепторами, в том числе фукозосвязывающим рецептором. CagA проникает в клетку, а микроб начинает колонизацию, после чего цикл повторяется вновь и вновь, индуцируя воспаление и другие дегенеративные процессы [4].
Именно из-за фукозосвязывающего рецептора микроб представляет бóльшую опасность для людей с первой группой крови по системе AB0 [5]. А все дело в том, что антиген Льюиса эритроцитов является одним из рецепторов, способствующим адгезии хеликобактера. Результаты очередного метаанализа показывают, что H. pylori имеет такое сродство только в этой группе крови и при этом не связан с другими и резус-фактором [6].
Улики — новые и не очень
Есть большое число публикаций, где описана роль матриксных металлопротеиназ в возникновении воспаления при инфицировании человека различными микроорганизмами — например, Pseudomonas aeruginosa [7] или Borrelia burgdorferi [8]. Матриксные металлопротеиназы (MMP) — это ферменты, которые разрушают внеклеточный матрикс. Они классифицируются по своей субстратной специфичности. Например, коллагеназы разлагают коллаген, эластазы — эластин. Исследование на клеточной линии AGS (клетки человеческой аденокарциномы желудка) и других клеточных линиях показало, что синтез MMP-7, MMP-1, MMP-25 и, в частности, MMP-10, повышается в ответ на присутствие микроба [9]. В клетках AGS уровень мРНК измеряли при помощи RT-qPCR (reverse transcription quantitative polymerase chain reaction) — ПЦР с использованием обратной транскриптазы. Уровень MMP-10 также определили путем вестерн-блоттинга. Если вы еще не знакомы с данными методами, прочитать о них можно здесь [35]. Однако я сделаю акцент на исследовании, где эксперименты проводились на мышах и биологическом материале пациентов с инфекцией H. pylori [10].
Рисунок 3. Индукция MMP-10 в ответ на H. pylori детектируется различными иммунологическими методами.
а — В образцах, обведенных прямоугольниками, представлены матриксные металлопротеиназы, уровень которых был зафиксирован антителами. Невооруженным глазом видно, что образцы с MMP-10 самые яркие из представленных.
б — Уровень продукции MMP-10 по результатам qPCR в группе инфицированных пациентов (n = 65) выше, чем в контрольной (n = 40).
в — Корреляция между уровнем синтеза MMP-10 и колонизацией микроорганизма, измеренной в логарифме от количества 16S рДНК на 1 нг ДНК хозяина.
г — Уровень производства MMP-10 высок в группе с H. pylori дикого типа (n = 34), но при этом разница между контрольной группой (n = 40) и группой со штаммом без CagA (n = 31) очень мала.
д — У мышей с инфицированием патогенным штаммом синтез MMP-10 сначала растет, а затем снижается после девятой недели, а при инфицировании △cagA, то есть штаммом с нокаутом этого гена, (по 5 мышей на группу) незначительно колеблется относительно контроля.
е и ж — Уровень MMP-10 сравнили в этих группах также на вестерн-блоттинге и иммуногистохимии соответственно. Результаты говорят сами за себя!
На рисунке 3D можно увидеть, что уровень синтеза MMP-10 возрастает в ответ на инфицирование H. pylori, ассоциированного с CagA, а в «непатогенном» штамме этот показатель повышен незначительно. Такой эффект наблюдается и на вестерн-блоттинге (рисунок 3е), а также отчетливо виден при иммуногистохимической окраске (рисунок 3ж) при сравнении всех трех групп среди мышей и пациентов.
Подробнее о методе иммуногистохимии можно почитать в статье «Работа с клетками: автоматизируй и властвуй» [36].
Рисунок 4. Только взгляните на эту красоту! Иммуногистохимия желудочного эпителия (окрашивание антителами и идентификация под флуоресцентным микроскопом).
а — Эпителий желудка человека слева и мыши справа с окрашиванием ядер (DAPI) — синий, H+/K+ATPазы — зеленый (маркер обкладочных клеток), а в красном цвете — наша главная улика, MMP-10.
б — Аналогичное окрашивание, но с нюансом — использовался маркер главных клеток — пепсиноген, на основании чего можно сделать вывод, что содержание MMP-10 высокое в обоих типах клеток.
В самое пекло
Представим себе такую ситуацию: в государстве К. у вас есть магазин и его грабят, срабатывает сигнализация, сигнал SOS сразу доходит до соответствующих органов. При этом в государстве К. очень суровое законодательство, поэтому последним разрешается открыть огонь на поражение. Итог — полуразрушенное дорогое имущество в вашем магазине, зато грабители ушли ни с чем (вернее, вообще не ушли). Примерно такой же сигнал SOS посылает и клетка при неблагоприятной обстановке для привлечения иммунной системы. В роли сигнализации выступают хемокины — белковые молекулы, обеспечивающие хемотаксис (движение, вызванное химическим раздражителем) клеток в очаг воспаления. Но к сожалению, всегда приходится чем-то жертвовать, и такие иммунные «атаки» заканчиваются не лучшим образом и для самой клетки. Соответственно, следующей гипотезой, которую нужно было проверить — связаны ли продукция MMP-10 с продукцией хемокина CXCL 16? Ответ — да. Чтобы понять, какие именно клетки собираются на сигнал, провели проточную цитометрию. Оказалось, что активнее всего по сравнению с другими клетками на место преступления слетаются Т-киллеры. Благодаря проведенному анализу in vitro transwell assay (метод, при котором клетки разделяются проницаемой только для молекул мембраной) исследователи выяснили, что меньше всего клеток мигрирует в лунках с добавлением siRNA против MMP-10.
Рисунок 5. На поле выходит новый игрок — хемокин CXCL16, за которым следуют T-клетки. Клетки AGS проинкубировали с хеликобактером, затем собрали супернатант и переместили в лунку с полупроницаемой мембраной. Миграциию Т-клеток оценивали с помощью метода transwell assay: меньше всего клеток мигрирует в лунках с добавлением siRNA против MMP-10.
А винить-то кого?
Мы постепенно приближаемся к разгадке — каким образом MMP-10 взаимодействует с эпителием желудка и как это приводит к гастриту и язве? Вернемся к исследованию [9]. В статье рассматривается роль сигнального пути EGFR — рецептора эпидермального фактора роста. Основная задача данного пути — стимуляция клеточного роста и дифференцировки. Оказалось, что он связан и с повышением синтеза MMP-10. Как мы уже хорошо усвоили, наиболее эффективный способ проверить, влияет ли та или иная молекула на активность другой — выключить что-то в середине и посмотреть, что будет в конце. Поэтому благодаря ингибированию отдельных белков каскада, исследователи смогли выстроить ось от EGF до MMP-10. Еще в одном раннем исследовании [11] показали, что EGF-зависимый каскад ингибируется белком p38, а вследствие этого снижается производство MMP-1.
Рисунок 6. Сигнальный путь EGFR. После того, как СagA проникает в клетку, он фосфорилируется киназами и вместе с активацией Src-киназы через EGF-зависимый путь увеличивает синтез MMP-10.
Выходит, что на индукцию MMP-10 влияют минимум два фактора — IL-22 со стороны иммунной системы и СagA со стороны хеликобактера. А далее следует то, что мы так долго ждали: MMP-10 взаимодействует с белками собственной защиты организма — β-дефензинами и Reg3. Классическая роль Reg3 заключается в проявлении антимикробной активности, хотя сейчас его рассматривают даже как гормон [12]. В присутствии H. pylori содержание Reg3 падает. При этом на мышах, которые не могут вырабатывать MMP-10 и IL-22, наблюдается противоположный эффект.
Наконец, собрав все улики, мы с чистой совестью можем представить картину, изображенную на рисунке 7. Однако не спешите радоваться, ведь это лишь одно преступление.
Рисунок 7. Схема раскрытого преступления. Продукт гена cagA проникает в эукариотическую клетку и фосфорилируется. В таком виде СagA и IL-22 активируют сигнальный путь EGPR, в результате чего с помощью киназы ERK в клетке повышается продукция MMP-10. Последняя нарушает естественную защиту клетки в лице Reg3a, что усиливает колонизацию хеликобактером. Эпителиоцит посылает сигнал в виде хемокина CXCL 16, что вызывает миграцию T-киллеров и прогрессию воспаления.
Другие орудия
Рисунок 8. VacA хулиганит не меньше CagA. Загадочный внутриклеточный транспорт VacA с тремя возможными путями попадания в митохондрии:
1) Транспорт VacA при помощи VCVs (VacA containing vacuoles).
2) VacA проникает в митохондрии с помощью транспортера.
3) VacA находится между VCVs и митохондриями.
Часто бывает, что если какое-то вещество собирается идти в митохондрии, то явно не с добрыми намерениями. VacA — не исключение: он запускает один из митохондриальных механизмов апоптоза, когда из цепи переноса электронов «вылетает» цитохром C. Как можно уже догадаться, H. pylori с нокаутом vacA намного хуже колонизирует слизистые желудка по сравнению с диким типом [14].
Связь с бронхиальной астмой
На «Биомолекуле» эта тема уже поднималась в обзоре 2017 года [37]. Отрицательная корреляция между антителами к H. pylori и бронхиальной астмой — дело интересное. Проблема в том, что работы на эту тему имеют достаточно противоречивые результаты. Одни исследования подтверждают взаимосвязь вследствие влияния инфекции [20], [21], другие говорят об обратном [22]. В одном из свежих метаанализов по этой теме [23] были взяты случаи 197 детей с ECA (Environment and Childhood Asthma). Оказалось, что дети с титром антител к CagA в двухлетнем возрасте не сталкивались с бронхиальной астмой в 16 лет в отличие от детей без антител в том же возрасте. Однако как всегда есть «но»: гипотеза о том, что H. pylori в раннем детстве предотвращает развитие астмы, не поддерживается статистически. Исследователи подчеркнули, что данный эффект требует дальнейшего подтверждения. Только тогда можно будет смело заявить, что H. pylori помогает бороться с астмой.
Тромбоциту тоже досталось
Если с бронхиальной астмой еще не все понятно, то вот вам реальная жертва — ни в чем не повинные тромбоциты. Оказывается, H. pylori связан с такой патологией как идиопатическая тромбоцитопеническая пурпура (ITP) [24]. Это аутоиммунное заболевание, при котором в организме вырабатываются антитела к собственным тромбоцитам, что приводит к довольно тяжелым последствиям. В 2010-м обнаружили связь между антителами к CagA и пониженным содержанием тромбоцитов в крови у пациентов с H. pylori, причем количество тромбоцитов приходило в норму при проведении эрадикационной терапии (специальная схема приема антибиотиков для избавления от хеликобактера). Результаты подтвердились и в исследовании [25], где у пациентов отслеживали содержание тромбоцитов в зависимости от времени после эрадикации H. pylori, а также подтвердились в другой новой работе [26].
Он и здесь замешан.
Настало время подробнее поговорить о роли хеликобактера в канцерогенезе. Высказывались разные гипотезы на этот счет, но все равно было непонятно, каким образом бактерия может быть причастна к возникновению рака. Один из механизмов — печальная классика — ингибирование белка p53, известного благодаря своей способности отправлять клетку в апоптоз, путем активации определенных сигнальных каскадов [27].
Рисунок 9. Сигнальные пути, индуцируемые CagA, которые регулируют продукцию белка p53. Последовательная активация протеинкиназ посредством CagA приводит к снижению активности белка p53. Другой путь — влияние на экспрессию гена p53. Результат один — снижение надзора за возникновением опухолевых процессов в клетке.
Однако совсем недавно вышла статья, в которой исследователи описали молекулу РНК, регулирующую продукцию онкопротеинов H. pylori [28]. Когтистых песчанок и мышей заразили патогенным штаммом H. pylori ATCC 43504, а затем изолировали хеликобактера из желудков. После исследователи посмотрели, какие молекулы РНК синтезируются у бактерии больше остальных. Одна из них — HPnc4160 — вызвала неподдельный интерес. Именно эта некодирующая РНК регулирует адаптацию микроба к среде хозяина. Причем степень канцерогенности бактерии растет со снижением уровня HPnc4160. Происходит это за счет того, что РНК снижает продукцию CagA, который, как мы уже выяснили, играет одну из ключевых ролей в патогенезе инфекции. Что нам может дать эта находка? С одной стороны, пока нет данных о возможном применении этой молекулы, например, в лечении, поскольку исследование свежее. С другой стороны, нахождение подобной «ахиллесовой пяты» дает целый пласт для новых исследований. Нам остается только с предвкушением ждать их.
Рисунок 10. Схема эксперимента. а — Изъятие биологического материала и последующий анализ NGS. б — Скорость мутаций в молекулах различных РНК.
Есть достаточно интересные данные о том, что диффузные В-крупноклеточные лимфомы (DBCL) у пациентов с инфекцией H. pylori являются более чувствительными к химиотерапии по сравнению с лимфомами неинфицированных [29]. Для этого проанализировали случаи 95 пациентов, 46 из которых были HP-позитивными и 49 — HP-негативными, а затем у них оценили индексы выживаемости — пятилетней (англ. event-free survival, EFS) и общей (англ. overall survival, OS). Более того, у инфицированных с высокой экспрессией cagA в опухолевых клетках ситуация обстояла лучше: оба индекса выживаемости были выше, чем у неинфицированных. Возникает резонный вопрос — как это работает? Возможно, хеликобактер настолько агрессивно действует на все компоненты клеточного звена желудка, что опухоль больше не может активно продолжать рост и становится уязвимой для лечения.
Как с этим бороться?
Подобные антитела есть и, например, у верблюдов — «От рака вылечит. верблюд!» [38].
Рисунок 11. Необычные антитела против MMP-10 — новый шаг на пути к лечению. а — Сравнение структуры канонических антител и использованных в работе. б — Протестированные антитела продемонстрировали селективное ингибирование MMP-10.
Исследователи полагают, что данный подход можно будет использовать как таргетную терапию во многих заболеваниях, к которым причастна MMP-10, не только H. pylori. Вы спросите: зачем нам знать про каких-то там лам? Дело в том, что работа является экспериментальной. Не исключено, что подобные антитела можно синтезировать и при помощи иммунизации человека. Должно быть проведено необходимое количество исследований, показывающих, что все это работает как надо. На это нужно лишь время.
Эпилог
В заключение хочу сказать следующее:
Мы рассмотрели только что
Его опасные повадки.
Неуязвимость и коварство,
а в организме — неполадки.
Надежда робкая питает,
Что выбраны мишени верно,
Преодоления день настанет,
Долой злодея непременно!
Литература
Eradication Treatment of Helicobacter pylori Infection Based on Molecular Pathologic Antibiotic Resistance