Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ВНЕКЛЕТОЧНЫЕ НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ: ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ФУНКЦИИ. МИНИОБЗОР

Л.В. Муравлева, В.Б. Молотов-лучанский, Д.А. клюев, Н.У. Танкибаева, В.В. Койков
Новые исследования последних 10–15 лет установили тенденцию взаимосвязь ко­личества и динамики содержания внеклеточных нуклеиновых кислот (вкнк) с раз­витием ряда патологических процессов. Ядерный материал, представленный днк и рнк и обнаруживаемый в кровотоке, дифференцируется по происхождению, типам и концентрации. Изучение динамических изменений показателей вкнк может при­вести к более глубокому пониманию механизмов развития онкопатологии, тяжелых хронических заболеваний, нарушений регуляции гемостаза, аспектов врожденного и приобретенного иммунитета. Ключевые слова: внеклеточные нуклеиновые кислоты, происхождение, функции.

Присутствие в крови внеклеточных или циркулирующих нуклеиновых кислот (вкНК) было открыто в 1948 г. Mandel и Metais [6]. Позднее вкНК были обнаружены в плазме, сыворотке крови и моче. В крови здоровых лиц вкНК обнаруживаются в свободном виде, а также сорбированными на форменных элементах [1, 2].

Циркулирующие нуклеиновые кислоты представлены как ДНК, так и РНК. Многочисленными исследованиями, выполненными в различных научных центрах, было показано, что определение уровня вкДНК позволяет диагностировать различные формы опухолевого процесса, оценить степень его выраженности или риск метастазирования [7,8,9]. Открытие внеклеточной фетальной ДНК, а позже и вкРНК в крови беременных женщин способствовало разработке новых подходов для определения пола плода и его RhD-статуса. Предложены новые способы пренатальной диагностики хромосомных болезней, а также осложнений течения беременности [10-12].

РНК, циркулирующие в крови здоровых людей, являются частью открытой недавно сети некодирующих регуляторных РНК, основная функция которых быть посредниками между ДНК и белками. A. Chajut et al. [13] показано присутствие микроРНК, относящихся к семейству малых некодирующих регуляторных РНК, в крови здоровых лиц и больных колоректальным раком. Проанализировано 350 микроРНК, и 22 из них предложено использовать в качестве потенциальных биомаркеров для раннего выявления колоректального рака. Определение микроРНК представляет интерес для диагностики лимфомы и метастазирующей карциномы простаты [14].

В настоящее время установлено, что содержание циркулирующих нуклеиновых кислот меняется при диабете, инфаркте миокарда, системной красной волчанке, ревматоидном артрите, гломерулонефрите, гепатите и других патологических состояниях [8,15,16]. Предложено использование определения вкДНК плазмы крови как прогностического маркера у пациентов с различными травмами [17]. Отмечено появление вкРНК из миоцитов в результате их повреждения [18].

Deligezer и соавт. [19] указывают на присутствие фрагментированной нуклеосомной ДНК в крови больных лимфомой и множественной миеломой. Об увеличении уровня нуклеосом, которые высвобождаются в кровь из умирающих клеток при разных патологических состояниях, сообщается в других исследованиях [20, 21]. Определение нуклеосом в циркулирующей крови предложено использовать для диагностики, определения стадии и мониторинга лечения рака [19].

Остается открытым вопрос о происхождении вкНК в крови как в условиях нормы, так при патологии. Так, Зайцев В.Г., Скворцов В.В. обсуждают три основные процессы, которые могут приводить к появлению внДНК в крови: некроз, апоптоз и высвобождение из неповрежденных клеток. Нормальные клетки могут выделять синтезированные ДНК в виде нукеопротеинов или в форме гетеродуплексов ДНК-РНК [3].

Впервые выделение ДНК из активированных лимфоцитов показано Rogers JC and colleagues [22], которые продемонстрировали, что культивированные лимфоциты в присутствии фитогемоагглютинина или антигена выделяют ДНК в окружающую среду. В обзоре Н.О. Туаевой и З.И. Абрамовой приведено достаточно подробное описание экспериментов, подтверждающих возможность эвакуации ядерного материала из лимфоцитов [4]. Циркулирующие ДНК могут иметь и гемопоэтическое происхождение, поступая в кровоток по завершению дифференцировки эритробластов [23]. Попадание фрагментов ДНК в кровь может быть следствием вступления в апоптоз достаточно большого числа клеток, что приводит к нарушению процессов элиминации апоптотических телец. Результатом апоптоза опухолевых клеток объясняют увеличение вкДНК в крови больных [24].

В то же время имеются фактические данные, которые не подтверждают данное предположение. Например, радиотерапия, химиотерапия опухолей увеличивают клеточную смерть путем апоптоза. Но при этом количество циркулирующей ДНК в крови снижается [24, 25]. Maniesh van der Vaart и Piet J. Pretorius также высказывают сомнение в апоптотическом происхождении вкДНК. Апоптотические клетки быстро поглощаются фагоцитами или соседними клетками, при этом ДНК апоптотических клеток полностью расщепляется ДНК-зой II в лизосомах. Это означает, что фрагменты ДНК удаляются и не могут попадать в кровоток [26].

Vishnu Swarup, M.R. Rajeswari выводят происхождение вкНК крови здоровых людей как результат апоптоза лимфоцитов и других ядросодержащих клеток. При раке апоптоз, как источник вкНК маловероятен, так как опухолевые клетки проявляют устойчивость к этому виду клеточной смерти. Низкий уровень вкНК в крови здоровых людей поддерживается высокой активностью ДНК-з, но у больных с онкопатологией наблюдается снижение активности этих ферментов [27]. За счет апоптоза объясняется и появление вкРНК в крови. A. I. Scovassia et al. [28] показано, что при апоптозе помимо фрагментации ДНК в ядре происходит реорганизация рибонуклеопротеинового (РНП) комплекса, участвующего в транскрипции и процессинге. В результате образуются агрегаты, которые авторы называют гетерогенные эктопические РНП-производные структуры. Эти структуры затем движутся в цитоплазму и обнаруживаются в апоптотических тельцах.

Tamkovich S.N. и соавт. [29] указывают, что вкДНК могут происходить из нескольких источников: в результате клеточной смерти, в процессе созревания эритроцитов и тромбоцитов, а также в результате активной секреции нуклеиновых кислот во внеклеточное пространство. Эритроциты в процессе созревания эвакуируют ДНК во время миграции из костного мозга через стенку сосуда в кровь. Хотя ядра эритроцитов быстро фагоцитируются стромальными макрофагами, часть ДНК может избежать фагоцитоза и оказаться в циркуляции. Также в крови может присутствовать и НК возбудителей. В крови беременных женщин источниками фетальной ДНК являются апоптоз клеток трофобласта, плаценты и гемопоэтические клетки [1, 25].

M.Weil et al., считают, что вкНК появляются в крови на финальных стадиях дифференциации эритроцитов, кератиноцитов, которые сопровождается распадом хроматина и эвакуацией ядерного материала из клеток [30]. Maniesh van der Vaart и Piet Pretorius указывают, что вкДНК, выделенная из крови здоровых людей, отличается по своим характеристикам от ДНК из апоптотических клеток и других мертвых клеток. Они полагают, что живые клетки поддерживают небольшую равновесную концентрацию вкДНК путем секреции последней в кровь. Эта ДНК удаляется из системы циркуляции, возможно, путем захвата другими клетками с последующей инкорпорацией в геном клеток-реципиентов. В условиях патологии скорость клеточной гибели превышает способность фагоцитов поглощать и разрушать ДНК, что и повышает уровень последней в системе циркуляции. В случае рака дополнительные порции ДНК секретируются в кровь живыми опухолевыми клетками [26].

Некроз может быть причиной появления внеклеточной ДНК в плазме крови, хотя маловероятно, что некротические клетки обеспечивали значительную часть ДНК в плазме у здоровых людей.

В исследованиях in vivo и in vitro с использованием клеточной культуры Jurkat показано, что скорость высвобождения НК из апоптотических или некротических клеток значительно меняется в присутствии макрофагов, при действии гормонов, некоторых химических препаратов, а также в условиях воспаления [31-36]. Ning Jiang и соавт. высказали предположение, что интенсивная гибель клеток индуцирует апоптоз макрофагов, который ведет к высвобождению ядерного материала как поглощенных, но не до конца переваренных клеток, так и самих макрофагов. Именно этим, по мнению авторов, объясняется появление в кровотоке как вкДНК, так и нуклеосом [31].

Не ясен механизм удаления вкНК из крови. Считается, что вкНК разрушаются ДНК-зами или поглощаются клетками печени или другими клетками. Получены свидетельства о возможности интеграции вкНК в геном клеток-реципиентов. Этот феномен требует изучения и объяснения, хотя высказано предположение, что вкДНК участвует в гомологичной рекомбинации с геномной ДНК. Этот процесс может корректировать мутации, для чего внешние фрагменты ДНК используются как референс-молекулы [37].

В этом аспекте хотелось бы остановиться на обсуждении представлений о роли вкНК. D. S. Pisetsky высказано мнение, что ДНК, присутствующая во внеклеточном пространстве, может обладать иммунологической активностью, причем как самостоятельно, так и в составе иммунных комплексов и влиять на врожденный иммунитет [38]. Исследованиями Fischer S. et al. [39] показано, что вкРНК in vivo и in vitro индуцирует усиление проницаемости, действуя через сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF). Исследования проводились на различных клеточных культурах. РНК, но не ДНК, запускала сигнальный каскад, связывая VEGF с нейрофилином-1 с последующим фосфорилированием рецептора VEGF, активацией фосфолипазы С и высвобождением внутриклеточного кальция.

Вызывают несомненный интерес результаты исследования, показавшие участие вкРНК в работе системы коагуляции. В качестве прокоагулянтного кофактора РНК запускает контактную фазу активации коагуляции и вносит вклад в образование тромба. У мышей с моделью артериального тромбоза вкРНК ассоциирована с образованием тромба, богатого фибрином. Обработка РНК-зами задерживала возникновение окклюзивного тромбоза [40].

Высказано предположение о влиянии вкНК на биомеханику потока крови [5], хотя данная гипотеза не имеет серьезной аргументации.

Margraf S et al. высказано предположение о нейтрофильных внеклеточных ловушках («neutrophil extracellular traps», NETs) как о новом иммунном ответе во врожденном иммунитете. Эти ловушки состоят из свободной ДНК нейтрофильного происхождения, комплекса ДНК/гистонов и нейтрофильных белков, таких как миелопероксидаза. Обсуждается роль NETs в механизмах антимикробной и антибактериальной защиты. [40, 41].

Таким образом, обобщая результаты данных исследований, можно сказать, что новый вектор научных поисков, позволит расширить наши представления о механизмах развития и прогрессирования многих тяжелых хронических заболеваний, раскрыть новые аспекты механизмов гемостаза, репарации клеток и тканей при коагулопатических расстройствах и травмах. Это позволит оптимизировать подходы к диагностике, прогнозу и терапии патологических состояний.

Список литературы

  • 1. Токарева, А. Г. и др. // Медицинская генетика - 2007. - Том 6,N 8 . - С. 24-28.
  • 2. Тамкович С. Н. и др. // Молекулярная медицина - 2005. - №2. - С. 46-50.
  • 3. Зайцев В.Г., Скворцов В.В. // РМЖ. Онкология. - 2009. - Т.17. - N 13 (352). - С. 864-866.
  • 4. Туаева Н.О., Абрамова З.И. // Ученые записки Казанского государственного университета. - 2007. - Т. 149, кн.2.- С. 24- 32.
  • 5. Туаева Н.О. и др. // Ученые записки Казанского государственного университета. Серия: Естественные науки. - 2008. - Т.150. - № 2. - С. 59-70.
  • 6. Mandel P and Metals P. //Acad Sci. - 1948. - 142. - P. 241-243.
  • 7. Lui YY, Dennis YM. // Clin Chem Lab Med. - 2002. - 40(10). - P. 962-968.
  • 8. Tong YK, Lo YM. //Clin Chim Acta. - 2006. - 363 (1-2). - P. 187-96.
  • 9. Urbanova M et al. //Cellular & Molecular Biology Letters. - 2010. - V. 15, N 2. - P. 242-259.
  • 10. Chan AK et al. //Ann Clin Biochem. - 2003. - 40(Pt 2). - P. 122-130.
  • 11. Hung E C W et al. // J Clin Patho. - 2009. - 62. - P. 308-313.
  • 12. Tsang JC, Lo YM.// Pathology. - 2007. - 39(2). - P. 197-207.
  • 13. Chajut A. et al. // J Clin Oncol. - 2009. - 27 (suppl; abstr e15040).
  • 14. Hung E. C. W. et al. // J Clin Pathol. - 2009. - 62. - P. 308-313.
  • 15. Swaminathan R, Butt AN. // Ann N Y Acad Sci. - 2006. - 1075. - P. 1-9;
  • 16. Pisetsky DS. // Rheum Dis Clin North Am . - 2004. - 30. - P. 575-587.
  • 17. Lo YMD et al.// Clin Chem. - 2000. - 46. - P. 319-323.
  • 18. Preissner K T. //Hamostaseologie - 2008. - 27(5). - P. 373-377.
  • 19. Deligezer U et al. // Experimental and molecular pathology. - 2006. - Vol. 80. - N1. - P. 72-76.
  • 20. Holdenrieder S., Stieber P. // Critical Reviews in Clinical Laboratory Sciences. - 2009. - V. 46, Issue 1. - P. 1-24.
  • 21. Holdenrieder S et al. // Clin Chem Lab Med. - 2001. - 39. - P. 596-605.
  • 22. Rogers JC et al. // Proc Natl. Acad Sci USA. - 1972. - 69. - P. 1685-1689.
  • 23. Lui YY et al. //Clin Chem. - 2003. - 49. - P. 495-496.
  • 24. Fournie GJ et al. //Cancer Lett. - 1995. - 91. - P. 221-227.
  • 25. Zhong X. Y. et al. // Annals of Hematology. - 2007. - Volume 86, Number 2 - Р. 139-143.
  • 26. Maniesh van der Vaart M., Pretorius P.J. //Clinical Chemistry. - 2007. - 53.- P. 2215.
  • 27. Swarup V., Rajeswari M.R. // FEBS Letters. - 2007. - 581. - P. 795-799.
  • 28.Scovassia, M. G. et al. // Biochem. Pharmacol. - 2008. - 1. - 76 (11). - P. 1440-1450.
  • 29. Tamkovich S.N. et al. //Molecular Biology. - 2008. - V. 42, No. 1. - P. 9-19.
  • 30. Weil M et al. // Curr Biol. - 1999. - 9. - P. 361-364.
  • 31. Jiang N et al. // Blood. - 2003. - 102. - P. 2243-2250.
  • 32. Jiang N, Pisetsky DS. //Am J Pathol. - 2004. - 164. - P. 1751-1759.
  • 33.Jiang N, Pisetsky D.S. // J Leukoc Biol. - 2005. - 77. - P. 296-302.
  • 34.Choi JJ et al. //Scand J Immunol. - 2004. - 60. - P. 159-166.
  • 35.Choi JJ et al. //Immunology. - 2005. - 115. - P. 55-62.
  • 36. Pisetsky D.S., Jiang N. // Scand J Immunol. - 2006. - 64(3). - P. 200-204.
  • 37. Pisetsky D. S., Fairhurst A.M. // Autoimmunity - 2007. - V. 40, N. 4. - P. 281-284.
  • 38. Gahana P B., Swaminathan C // Annals of the New York Academy of Sciences. - 2008, vol. 1137. - P. 1-6.
  • 39. Pisetsky D. S. // The Proceedings of the American Thoracic Society. - 2007. - 4. - P. 258-262.
  • 40. Fischer S. et al. //The FASEB Journal. - 2009. - 23. - P. 2100-2109.
  • 41. Deindl E. et al. // Indian Journal of Biochemistry & Biophysics. - 2009. - Vol. 46. - P. 461-466.
  • 42. Margraf S et al. // Shock - 2008 - V 30 - Issue 4 - P. 352-358.

Библиографическая ссылка

Л.В. Муравлева, В.Б. Молотов-лучанский, Д.А. клюев, Н.У. Танкибаева, В.В. Койков ВНЕКЛЕТОЧНЫЕ НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ: ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ФУНКЦИИ. МИНИОБЗОР // Современные проблемы науки и образования. – 2010. – № 2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=1570 (дата обращения: 13.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074