Главная страница
qrcode

ЭПО. Эритропоэтин, также известный как гемопоэтин, представляет собой гликопротеиновой природы


Скачать 36.73 Kb.
НазваниеЭритропоэтин, также известный как гемопоэтин, представляет собой гликопротеиновой природы
Дата04.04.2019
Размер36.73 Kb.
Формат файлаdocx
Имя файлаЭПО.docx
ТипДокументы
#61442
Каталог

Эритропоэтин, также известный как гемопоэтин, представляет собой гликопротеиновой природы цитокин, содержащий 35% углеводов, является гормоном, секретируется почками в ответ на клеточную гипоксию; стимулирует выработку ранних предшественников эритроцитов в костном мозге и повышает пролиферативную активность костного мозга, является также гормоном предотвращающим излишнее разрушение красных клеток крови в обычных условиях. В результате благодаря эритропоэтину они живут примерно 120 дней. Помимо этого, данное активное вещество обеспечивает стимуляцию выхода дополнительного количества эритроцитов из их депо. 

Эритропоэтин вырабатывается юкстагломерулярными клетками почки. Также он вырабатывается гепатоцитами (преобладает в плодном и перинатальном периоде), макрофагами костного мозга, купферовскими клетками печени и нейронами ЦНС.

Производство красных кровяных клеток.

Эритропоэтин является важным гормоном для производства красных кровяных клеток. Без этого окончательный эритропоэз не состоится. В условиях гипоксии почка будет продуцировать и секретировать эритропоэтин для увеличения продукции эритроцитов. Эритропоэтин оказывает свое основное влияние на предшественников эритроцитов (которые обнаруживаются в костном мозге у людей), способствуя их выживанию посредством защиты этих клеток от апоптоза.

Эритропоэтин является основным эритропоэтическим фактором, который взаимодействует с различными другими факторами роста (например, IL-3 , IL-6 , глюкокортикоидами и фактором стволовых клеток), участвующими в развитии эритроидной линии от мультипотентных предшественников. 

Клетки, формирующие элементарный эритроид, запускают экспрессию рецептора эритропоэтина, к которому собственно и чувствительны. Последующая стадия, колониеобразующая единица-эритроид, выражает максимальную плотность рецептора эритропоэтина и полностью зависит от эритропоэтина для дальнейшей дифференцировки. Предшественники эритроцитов, проэритробласты и базофильные эритробласты также экспрессируют рецептор эритропоэтина и поэтому подвержены его влиянию. Также эритропоэтин стимулирует синтез гемоглобина в эритроидных клетках и ретикулоцитах, повышает устойчивость нейронов ЦНС и миокарда к гипоксии 

Негематопоэтические эффекты.


Эритропоэтин обладает рядом действий, помимо стимуляции эритропоэза, такие как вазоконстрикционно-зависимую гипертензию (повышенное давление), стимулирование ангиогенеза (образование новых кровеносных сосудов, которые образуются из уже существующих сосудов, сформированных на более ранней стадии васкулогенеза) и стимулирование выживания клеток посредством активации рецепторов эритропоэтина, что приводит к антиапоптотическому действию на ишемические ткани.  Кроме того, некоторые исследования показали нейропротекторное действие на диабетическую невропатию.

Механизм действия

Эритропоэтин оказывает свое действие путем связывания с рецептором эритропоэтина (EpoR), гликозилированным и фосфорилированным трансмембранным полипептидом. Связывание эритропоэтина с его рецептором приводит к конформационным изменениям (гомодимеризации) рецептора, которые приводят к близкому наложению его внутриклеточных доменов, обеспечивая перекрестное фосфорилирование посредством связывания JAK2-киназы и инициирования сигнальной трансдукции каскад. Эритропоэтин связывается с EpoR на поверхности предшественника эритроцитов и активирует сигнальный каскад JAK2 (янус-киназу 2 - нерецепторную тирозинкиназу). Это инициирует пути STAT5 (Сигнальный преобразователь и активатор транскрипции 5). Далее PIK3 (Фосфоинозитид-3-киназы - семейство ферментов, участвующих в клеточных функциях, таких как рост клеток, пролиферация, дифференцировка, подвижность, выживание и внутриклеточный перенос, которые, в свою очередь, участвуют в раке) и Ras MAPK (цепочка белков в клетке, которая передает сигнал от рецептора на поверхности клетки к ДНК в ядре клетки). Это приводит к дифференцировке, выживанию и пролиферации эритроидной клетки. Высокий уровень экспрессии рецептора эритропоэтина локализуется в эритроидных клетках-предшественниках хотя рецепторы эритропоэтина обнаруживаются в ряде других тканей, таких как сердце, мышцы, почки и периферическая / центральная нервная ткань. 

Синтез и регулирование.

Уровни эритропоэтина в крови довольно низкие при отсутствии анемии. Однако при гипоксическом стрессе выработка эритропоэтина может возрасти в 1000 раз. Считается, что регулирование основывается на механизме обратной связи, который измеряет оксигенацию крови и наличие железа. Конститутивно синтезированные факторы транскрипции для эритропоэтина, известные как факторы, индуцируемые гипоксией, гидроксилированы и протеосомально перевариваются в присутствии кислорода и железа. Во время нормоксии GATA-связывающий фактор 2 (фактор транскрипции, т.е. ядерного белка, который регулирует экспрессию в генах) ингибирует область промотора для эритропоэтина. Уровни GATA2 снижаются во время гипоксии и позволяют стимулировать производство эритропоэтина. Что еще более важно, гипоксия способствует доступности гетеродимерных (α / β) индуцируемых гипоксией транскрипционных факторов (преимущественно HIF-2), которые стимулируют эритропоэтин-энхансер. HIF’s инактивируются в нормоксии путем ферментативного гидроксилирования их α-субъединиц. Три HIF-α-пролилгидроксилазы (PHD-1, -2 и -3) инициируют протеасомную деградацию HIF-α, тогда как аспарагинилгидроксилаза («фактор, ингибирующий HIF-1», FIH-1) ингибирует потенциал трансактивации. HIF-α-гидроксилазы содержат Fe 2+ и требуют 2-оксоглутарата в качестве кофактора. В естественных условиях реакция является динамической, то есть концентрация циркулирующего эритропоэтина увеличивается вначале в значительной степени после анемического или гипоксемического стимула, а затем снижается, несмотря на продолжающуюся гипоксию. Эритропоэтин и ангиотензин II (олигопептидный гормон, который вызывает вазоконстрикцию (сужение сосудов), повышение кровяного давления) взаимодействуют в поддержании объема крови. Дефицит эритропоэтина является основной причиной анемии при хронических заболеваниях почек и фактором, способствующим анемии хронического воспаления и рака. 

Гипоксия вызывает увеличение выработки эритропоэтина в почке, которая затем циркулирует в плазме и связывается с рецепторами, экспрессирующимися в избытке на клетках-предшественниках эритроида, тем самым способствуя жизнеспособности, пролиферации и терминальной дифференцировке предшественников эритроида и вызывая увеличение массы эритроцитов. Тем самым повышается способность крови переносить кислород, увеличивая напряжение кислорода в тканях, тем самым завершая петлю обратной связи и подавляя дальнейшую экспрессию эритропоэтина.

Рис.1: Снижение доставки кислорода к специализированным клеткам в почках приводит к увеличению экспрессии и секреции эритропоэтина, который циркулирует в плазме и стимулирует предшественников эритроцитов в костном мозге, тем самым увеличивая выработку самих эритроцитов. Если увеличение массы эритроцитов ослабляет гипоксический сигнал, экспрессия эритропоэтина понижается. 

Гипоксическая индукция EPO служит парадигмой кислород-зависимой регуляции генов, и поиск транскрипционного фактора, который опосредует эту индукцию, привел к открытию индуцируемого гипоксией фактора (HIF) в качестве ключевого медиатора клеточной адаптации к низкому содержанию кислорода. HIF способствует эритропоэзу посредством скоординированных специфических для клеточного типа реакций, связанных с гипоксией, которые включают увеличение выработки EPO в почках и печени, усиленное поглощение и использование железа, а также изменения в микроокружении костного мозга, которые способствуют созреванию и пролиферации эритроидных предшественников.

Кислородзависимая регуляция синтеза ЭПО: парадигма гипоксической регуляции генов

Ген EPO человека кодирует гликопротеиновый гормон, который состоит из 165 аминокислот в его циркулирующей форме. EPO сыворотки сильно гликозилирован. Его основным действием является предотвращение апоптоза ЭПО-зависимых колониеобразующих единичных эритроидных клеткок и эритробластов, которые еще не начали синтез гемоглобина. Его рецептор (EPO-R), также индуцируемый гипоксией, не обладает внутренней ферментативной функцией и ассоциируется с тирозинкиназой Janus kinase 2 (JAK2), которая фосфорилирует EPO-R во множественных сайтах при связывании лиганда, таким образом, обеспечивая сайты стыковки для сигнально-трансдуцирующих молекул. EPO-R передает сигналы несколькими путями. К ним относятся сигнальная трансдукция и активатор пути транскрипции (STAT) 5, пути фосфатидилинозитол-3-киназы / протеинкиназы B (PI-3K / AKT) и MAPK / ERK и PKC (62).

Гипоксия является основным физиологическим стимулом для производства EPO, который, в зависимости от гипоксического состояния, повышается в сыворотке до нескольких сотен раз. Исследования на клетках гепатомы, нацеленных на выделение активатора транскрипции, ответственного за гипоксическую индукцию EPO, идентифицировали гетеродимерный основной фактор транскрипции спираль-петля-спираль HIF-1 в качестве регулятора транскрипции, который связывается с чувствительным к гипоксии энхансером, расположенным в 3'-прайме область гена ЕРО. HIF-1 состоит из чувствительной к кислороду α-субъединицы и конститутивно экспрессированной β-субъединицы, также известной как ARNT. Вместе с HIF-2α (также известным как EPAS-1 или HLF), HIF-1α облегчает доставку кислорода и клеточную адаптацию к гипоксии, стимулируя множественные биологические процессы, такие как эритропоэз, ангиогенез и анаэробный метаболизм глюкозы. HIF’s регулируют экспрессию генов путем связывания со специфическими последовательностями распознавания ДНК, называемыми элементами гипоксии-ответа (HRE). Все три известные α-субъединицы HIF, HIF-1α, HIF-2α и HIF-3α, нацелены на быструю протеасомную деградацию при нормоксии с помощью pVHL-супрессора, который действует как компонент распознавания субстрата убиквитина E3 лигазный комплекс. Принимая во внимание, что гетеродимеры HIF-1α и HIF-2α функционируют в качестве активаторов транскрипции, было показано, что сплайс-варианты HIF-3α ингибируют. Хотя HIF-1 и HIF-2 имеют много общих транскрипционных мишеней, они также регулируют уникальные мишени и имеют специфические биологические функции. Например, анаэробный гликолиз, по-видимому, в основном контролируется HIF-1, тогда как HIF-2 стал основным регулятором выработки EPO у взрослых. В дополнение к HRE-опосредованной регуляции транскрипции, которая требует гетеродимеризации с ARNT, HIF-α модулирует клеточные сигнальные пути посредством функционального взаимодействия с белками, которые не содержат доменов PAS. К ним, среди прочего, относятся белок-супрессор опухолей p53, протоонкоген c-Myc и внутриклеточный домен Notch. Индуцируемый гипоксией фактор (HIF) -2 регулирует эритропоэтин (ЭПО). Показан обзор регуляции гена EPO с помощью кислород-чувствительного пути фон-Гиппеля-Линдау (VHL) / HIF / пролил-4-гидроксилазы (PHD). Протеасомная деградация HIF-2α комплексом опухолевого супрессора VHL (pVHL) -E3-убиквитин-лигаза требует гидроксилирования кислород- и железозависимыми PHD. Связывание с гидроксилированным HIF-α происходит в β-домене pVHL, который охватывает аминокислотные остатки 64–154. С-концевой α-домен связывает субстратный компонент узнавания pVHL с убиквитинлигазой E3 через элонгин С. В отсутствие молекулярного кислорода HIF-2α не разлагается и транслоцируется в ядро, где он образует гетеродимер с HIF-β, также известный как ядерный транслокатор арильных углеводородных рецепторов (ARNT). HIF-2α / β гетеродимеры связываются с консенсусным сайтом связывания HIF 5'-RCGTG-3 'и усиливают транскрипцию EPO в присутствии транскрипционных коактиваторов, таких как CREB-связывающий белок (CBP) и p300. Гипоксическая индукция EPO в печени опосредуется элементом, индуцирующим печень, расположенным в 3'-конце гена EPO, а в почечных интерстициальных фибробластоподобных клетках - элементом 5' индуцируемой почкой. Оксид азота, активные формы кислорода, метаболиты цикла Кребса сукцинат и фумарат, хлорид кобальта (CoCl2) и хелаторы железа, такие как десферриоксамин, ингибируют PHD HIF в присутствии кислорода, что приводит к увеличению транскрипции EPO. м-РНК EPO кодируется 5 экзонами, изображенными прямоугольниками. Кодирующие последовательности показаны красным. Нетранслируемые области показаны синим цветом. Также показаны сайты связывания ядерного фактора гепатоцитов (HNF) -4 в области индуцируемости 3'-печени. Fe2 +, двухвалентное железо; NO, оксид азота; АФК, активные формы кислорода; убиквитин.

В нормальных кислородных условиях HIF-α-субъединицы быстро разлагаются после убиквитилирования с помощью убиквитинлигазы pVHL-E3, что исключает образование транскрипционно активных гетеродимеров. pVHL-опосредованное полиубиквитилирование HIF-α требует гидроксилирования специфических пролиновых остатков (Pro402 и Pro564 в человеческом HIF-1α; Pro405 и Pro531 в человеческом HIF-2α) в его кислород-зависимом домене деградации. Гидроксилирование HIF-α осуществляется тремя основными 2-оксоглутарат-зависимыми диоксигеназами и требует молекулярного кислорода, двухвалентного железа и аскорбата. Чтобы усложнить регуляцию этого пути, HIF увеличивает транскрипцию PHD2 и PHD3. Кроме того, оборот белков PHD1 и PHD3 гипоксически регулируется белками Siah, которые сами по себе индуцируются гипоксией. Дополнительный гипоксический переключатель действует в карбоксиконцевом домене трансактивации HIF-α с кислород-зависимым гидроксилированием аспарагина посредством фактора, ингибирующего HIF (FIH), который блокирует связывание транскрипционных коактиваторов CREB-связывающего белка (CBP) и p300. И наоборот, инактивация FIH облегчает рекрутирование CBP / p300 в транскрипционный комплекс HIF и приводит к увеличению экспрессии гена-мишени HIF при гипоксии или в клеточных линиях с дефицитом VHL.

Дополнительно стимулируют синтез эритропоэтина следующие вещества: тестостерон, тиреоидные гормоны, глюкокортикоиды, катехоламины и соли кобальта. А тормозят синтез ЕРО: тюмор-некротизирующий фактор-альфа, IL-1альфа и -1бетта, альфа-, бетта-, гамма-интерферон.

Нарушения, связанные с эритропоэтином

В различных клинических условиях анемия может быть вызвана недостаточной продукцией Epo, тогда как эритроцитоз может быть результатом перепроизводства.

Недопроизводство Epo


У пациентов с почечной недостаточностью обычно развивается тяжелая анемия, частично вследствие подавления эритропоэза в результате накопления метаболических отходов и частично из-за умеренного сокращения продолжительности жизни эритроцитов. Тем не менее, наиболее важным фактором, влияющим на анемию, является недостаточное производство ЭПО. Степень анемии коррелирует примерно со степенью нарушения функции почек. При почечной недостаточности из-за широкого разнообразия этиологий недостаточное продуцирование Epo происходит либо из-за прямого повреждения эпопродуцирующих клеток в почке, либо из-за подавления продуцирования Epo воспалительными цитокинами.

Пациенты с воспалительными расстройствами имеют менее выраженное нарушение выработки Эпо. Примеры включают ревматоидный артрит, рак и СПИД. Воспалительные цитокины подавляют экспрессию гена Epoпри этих расстройствах.

Воздействие определенных металлов может привести к нарушению структуры и функции проксимальных канальцев почек, что приводит к подавлению выработки Эпо, не пропорционально нарушению глобальной функции почек. Такой патогенетический процесс, вероятно, является основой для выраженной анемии, часто встречающейся у больных раком, которых лечили цис-платиной или у людей, страдающих хронической интоксикацией кадмием. Производство эпо также ингибируется у пациентов с повышенной вязкостью плазмы вследствие моноклональных диспротеинемий.

Перепроизводство Эпо


Измерение Epo в плазме полезно для отличия первичного эритроцитоза от вторичного. Лица с автономным перепроизводством эритроцитов имеют низкие уровни Epo в плазме, тогда как люди с различными формами хронической артериальной гипоксемии имеют эритроцитоз из-за повышенных уровней Epo в плазме. Самые высокие задокументированные уровни гематокрита были отмечены у пациентов с шунтами справа налево. Эритропоэтический ответ у пациентов с гипоксемией вследствие хронической обструктивной болезни легких является переменным, частично в зависимости от того, существует ли сосуществующая инфекция, которая, как объяснено выше, может подавлять экспрессию эритропоэтина.

Повышенное сродство к эритроцитам вызывает нарушение доставки кислорода к тканям и, следовательно, гипоксию на клеточном уровне, что вызывает увеличение экспрессии Epo и, следовательно, вторичный эритроцитоз. Такой «сдвиг влево» на кривой диссоциации оксигемоглобина может быть вызван мутациями в субъединицах α- или β-глобина или в двух ферментах эритроцитов. Дефицит цитохрома b5 редуктазы вызывает врожденную мигемоглобинемию и легкий эритроцитоз. 

Иногда люди имеют хроническое повышение Epo в плазме, что не связано с артериальной гипоксемией или клеточной гипоксией. Эти люди обычно имеют либо спорадические, либо зародышевые мутации в генах, ответственных за чувствительность к кислороду.

Эритроцитоз из-за ненадлежащего перепроизводства Epo может встречаться в различных новообразованиях, особенно в почках, печени и мозжечке, органах, которые являются физиологическими участками экспрессии эритропоэтина. В частности, вторичный эритроцитоз встречается у пациентов с почечным раком, опухолью Вильмса, гепатомами и гемангиобластомами мозжечка. В некоторых случаях опухолевые клетки секретируют Epo. В других случаях окружающие нормальные ткани почек или печени секретируют ЭПО, предположительно из-за локальной ишемии.

 
перейти в каталог файлов


связь с админом