Molecular mechanisms of the effect of standardized placental hydrolysate peptides on mitochondria functioning

Full Text

Список сокращений

ГПЧ – гидролизаты плаценты человека

ИЛ – интерлейкин

МД – митохондриальная дисфункция

ФНО-α – фактор некроза опухоли α

ADGRG6 – адгезионный G-белковый рецептор G6

AKT1 – протеинкиназа B (PKB, Akt, RAC-PKα)

BCL2 – белок Bcl-2

CANPL1 – кальпаин-1 (μ-кальпаин)

CASP1 – каспаза-1 (β-конвертаза ИЛ-1)

CASP3 – каспаза-3

CASP4 – каспаза-4

GSK3β – киназа гликогенсинтазы-3β (GSK-3β)

IKKE – ингибитор NF-κB киназы эпсилон

MAPK – митоген-активируемые протеинкиназы

MAPK8/9/10 – митоген-активируемая протеинкиназа SAPK JNK1/2/3

MAPK1/3 – митоген-активируемая протеинкиназа 1 ERK-1/2

MAPK14 – митоген-активируемая протеинкиназа 14 (CSBP, SAPK2a, p38-MAPK)

MAPK4 – митоген-активируемая киназа-4

mTOR – протеинкиназа mTOR (белок-1 рапамицина)

NF-κB – нуклеарный фактор каппа-би

PDK2/3/4 – киназа-2/3/4 пируватдегидрогеназы, митохондриальная

PPARA – рецептор молекул-пролифераторов пероксисом

SIRT1 – НАД-зависимая деацетилаза сиртуин-1

ULK1 – протеинкиназа ULK1 (ATG1)

Введение

Практика «тканевой терапии», осуществляемая в течение многих лет научной школой В.П. Филатова, привела к формированию учения о «биогенных стимуляторах» – действующих начал тканевых экстрактов [1]. Несмотря на обширный клинический опыт тканевой терапии в России и за рубежом, химическая природа биогенных стимуляторов в составе гидролизатов плаценты человека (ГПЧ) и молекулярные механизмы их действия долгое время оставались недостаточно изученными. Современные подходы к исследованию тканевых экстрактов (прежде всего протеомные) позволяют детально внести искомую ясность в учение о биогенных стимуляторах, входящих в состав ГПЧ [2].

ГПЧ содержат мультитаргетные молекулы-модуляторы биологических процессов в организме человека – низкомолекулярные пептиды, микроэлементы, витамины, стероиды и др. Фундаментальные исследования пептидного, микроэлементного, витаминного состава ГПЧ позволили охарактеризовать степень фармацевтической стандартизации ГПЧ и одновременно сформулировать механизмы фармакологического действия ГПЧ (гепатопротекторного, противовоспалительного, иммуномодулирующего, противовирусного и др.) на молекулярном уровне [2].

Одним из интересных эффектов ГПЧ является их воздействие на функции митохондрий – внутриклеточных органелл, осуществляющих выработку 90% молекул аденозинтрифосфата посредством цикла Кребса и окислительного фосфорилирования. Нарушение синтеза аденозинтрифосфата определяет развитие различных заболеваний. Чаще всего метаболизм митохондрий нарушается вследствие следующих факторов:

1) нутриентных дефицитов (витаминов В₁, В₂, РР, В₅, В₆, липоевой кислоты, кофермента Q₁₀, микроэлементов железа, магния, марганца, цинка и др.);

2) окислительного повреждения активными формами кислорода (супероксидом, перекисью водорода и др.) при недостаточной активности антиоксидантных ферментов супероксиддисмутаз Mn, Cu/Zn, глутатионпероксидазы, пероксиредоксина III [3];

3) повышенных уровней медиаторов воспаления (фактора некроза опухоли α – ФНО-α и др.);

4) гипергликемии. В результате формируется весьма широкий круг патологий (табл. 1).

 

Таблица 1. Признаки, симптомы и болезни, ассоциированные с МД

Table 1. Signs, symptoms and diseases associated with mitochondrial dysfunction

Система органов	Симптоматика/патология
Мышцы	Гипотония, астения, судороги, мышечная боль, птоз, офтальмоплегия
Сердце	Нарушения проводимости сердца, кардиомиопатия
Головной мозг	Задержка развития, умственная отсталость, аутизм, атипичный церебральный паралич, атипические мигрени, инсульт
Периферическая нервная система	Нейропатия, астения, гастроинтестинальный рефлюкс, запор, псевдонепроходимость кишечника, нарушения терморегуляции, респираторные проблемы
Органы зрения	Оптическая нейропатия, пигментный ретинит
Органы слуха	Нейросенсорная потеря слуха
Почки	Дисфункция проксимальных почечных канальцев, потери белка, магния, фосфора, кальция и других электролитов
Печень	Гипогликемия, нарушение глюконеогенеза, неалкогольные повреждения печени
Поджелудочная железа	Экзокринная недостаточность поджелудочной железы, инсулино-резистентность

 

Дифференциальная диагностика наличия митохондриального компонента в патофизиологии заболеваний (см. табл. 1) осуществляется посредством анализа содержания органических кислот в моче и по оценке антиоксидантного статуса крови. Крупномасштабные клинические исследования и метаанализы подтвердили, что митохондриальная дисфункция (МД) ассоциирована не только с мышечной астенией, но и со смертностью от острого респираторного дистресс-синдрома [4], патофизиологией нейропсихических и когнитивных нарушений центральной нервной системы [5], в том числе расстройств аутистического спектра [6], биполярного расстройства [7], болезни Альцгеймера [8] и др. Вследствие антиоксидантного, противовоспалительного, антиастенического и регенераторного действий перспективно исследовать свойства ГПЧ в терапии МД.

Целью настоящего исследования являлось нахождение в составе ГПЧ пептидов, поддерживающих функционирование митохондрий.

Материалы и методы

Методы протеомного анализа пептидных препаратов описаны в работах [9–11]. Вкратце анализ пептидного состава ГПЧ Лаеннек включил 4 этапа:

1) очистка препарата;

2) хроматографическое разделение пептидов;

3) определение многомерного масс-спектра пептидной фракции;

4) секвенирование de novo выделенных пептидов.

Очистка препарата состояла в отделении липидной фракции и обессоливании. Пептиды в составе выделенной пептидной фракции разделялись с использованием параллельной системы хроматографического разделения пептидов UltiMate™ 3000 RSLCnano-system (Thermo Fisher Scientific Dionex) и хроматографической колонки-ловушки Acclaim™ PepMap™ (Thermo Scientific, Германия). Масс-спектрометрический анализ осуществляли с использованием масс-спектрометра Q-Exactive (Thermo Fisher Scientific).

Для получения более подробной информации об аминокислотных последовательностях пептидов нами разработан комплекс программ DNVSEQP для проведения секвенирования de novo пептидов аминокислотных последовательностей на основании масс-спектрометрических данных. Данные программы основаны на применении математических теорий метрического анализа [12], топологического [13], комбинаторного [14] анализа данных, классификации значений признаков [15], теории анализа хемографов [16] к задачам идентификации аминокислотных последовательностей и химических молекул. Биоинформационный анализ пептидного состава ГПЧ (включая информацию о сайтах фосфорилирования, протеолиза и др.) осуществлялся посредством ранее описанного и многократно апробированного метода интегральной аннотации белков [17].

Результаты

Для 12 образцов ГПЧ Лаеннек проведено 20 протеомных экспериментов, в результате которых найдено 95 290 откликов в координатах «молекулярная масса – хроматографическое время удержания». При проведении de novo секвенирования идентифицированы последовательности 293 452 возможных пептидов, а 55 434 из 293 452 последовательности пептидов идентифицированы для более чем одного образца ГПЧ. В результате биоинформационного анализа 55 434 пептидов выявлен 41 пептид протяженностью 4–8 аминокислот. Каждый из этих пептидов вносит определенный вклад в поддержку функции митохондрий (табл. 2).

 

Таблица 2. Пептидные фрагменты, найденные в составе Лаеннека посредством секвенирования de novo, которые могут влиять на функционирование митохондрий в разных типах клеток*

Table 2. Peptide fragments found in the Laennec formulation using de novo sequencing that may affect mitochondria functioning in various cell types*

Встречаемость,%**	Пептид Лаеннека	Фрагмент белка протеома	Ген	Белок протеома	Функция пептида
14	GVLMDL	GVLMDL	ADGRG6	Адгезионный G-белковый рецептор G6	ADGRG6
14	VGDELD	IGDELD	BAX	Регулятор апоптоза BAX	Bcl-2
14	RFLEQLG	RFLAQLG	BP1	Белок BP	Bcl-2
14	LAHFGEK	LAHLGEK	BCL2L13	Bcl-2-подобный белок 13	Bcl-2, CASP3
33	EVYG	EVYG	SPTAN1	Спектрин α1	CANPL1
39	FLTD	FLTD	GSDMD	Гасдермин-Д	CASP1/4
39	PPYA	PPYA	MARK2	Протеинкиназа MARK2	GSK3β
100	RGLGPG	RGLGPG	SFPQ	Пролин-глутаминовый фактор сплайсинга	GSK3β
44	YLDS	YLDS	CTNNB1	Катенин β1	GSK3β
39	ASANF	ASANF	CEACAM8	Молекула адгезии клеток-8	GSK3β
22	LPSGLL	LPSGLL	CCNE1	G1/S-специфический циклин-E1	GSK3β
22	PAGEPGL	PPGEPGL	BCAM	Молекула адгезии базальных клеток	GSK3β
17	LNVLFG	LNVLYG	CEACAM8	Молекула адгезии клеток-8	GSK3β
44	TGYV	TGYV	MAPK14	Митоген-активируемая протеинкиназа 14	MAP2K3, 2K4/2K6
39	FVTD	FVTD	NR2C1	Внутриядерный рецептор 2C1	MAPK1
39	TPLF	TPLF	RSPH3	Белок RSPH3	MAPK1
33	VDGLGT	VDGLST	ELK1	Белок, содержащий домен ETS	MAPK1
28	LCQF	LCQF	DUSP16	Протеинфосфатаза-16 двойной специфичности	MAPK1
11	TEYV	TEYV	MAPK1	Митоген-активируемая протеинкиназа 1	MAPK1, MAP2K2
43	LLGPFS	LLSPFS	GRB10	Белок-10 рецептора фактора роста	MAPK1/3
14	LPGPLNP	LPGPLSP	MYOCD	Миокардин	MAPK1/3
78	GPLYPT	GPFYPT	MCTS1	Белок MCTS1	MAPK1/3
56	PGPLNP	PGPLSP	MYOCD	Миокардин	MAPK1/3
14	PAGLPQ	PAALPQ	RPS6KA5	Киназа α-5 рибосомального белка S6	MAPK1/3/14
61	PAPALPQ	PA-ALPQ	RPS6KA5	Рибосомная протеинкиназа S6 α-5	MAPK1/3/14
39	NPLM	NPLM	RPS6KA5	Рибосомная протеинкиназа S6 α-5	MAPK1/3/14
11	DAGVTP	DAAVTP	APP	Белок β-амилоида А4	MAPK10
33	FVPPVV	FTPPVV	SMAD2	Сигнальный белок SMAD2	MAPK3
57	AASGPAG	AASSPAG	SIRT1	НАД-зависимая деацетилаза сиртуин-1	MAPK8
44	FGLGAP	FGLGSP	NFATC4	Ядерный фактор-4 активированных Т-клеток	MAPK8/9
22	PGGALF	PGGTLF	EIF4EBP1	Фактор инициации трансляции EIF4EBP1	MTOR
33	FPQF	FPQF	AKT1	RACα протеинкиназа	MTOR, IKKE
14	PGVSCR	PGVSYR	PDHA1	Субъединица Е1α пируватдегидрогеназы	PDK1/3/4/4
43	SENALVA	SENSLVA	GRB10	Белок-10 рецептора фактора роста	PKB/AKT1
71	FAQPGL	FSQPGL	TBC1D1	Белок TBC1D1	PKB/AKT1
43	SFPQPG	SFSQPG	TBC1D1	Белок TBC1D1	PKB/AKT1
33	GAGGFG	GTGGFG	CHUK	Ингибитор α-киназы NF-κB	PKB/AKT1
29	GLPTLL	GLPNLL	CHD9	ДНК-геликаза-связывающий белок 9	PPARA
57	EDLGPLL	ESLGPLL	NCOA1	Коактиватор ядерных рецепторов 1	PPARA
14	PTTEAQG	PTQEAQG	CCAR2	Белок-регулятор-2 клеточного цикла и апоптоза	SIRT1
14	LLVPGDF	LLVPSDF	CCAR2	Белок-регулятор-2 клеточного цикла и апоптоза	SIRT1
100	LLKDLL	LLKELL	FOXO1	Транскрипционный регулятор FOXO1	SIRT1
39	PGLLDEL	PGLLKEL	FOXO1	Транскрипционный регулятор FOXO1	SIRT1
22	HHLLRP	HHLTRP	PRKAA1	5'-AMP-активируемая протеинкиназа α-1	ULK1
*Приведены аминокислотные последовательности пептидов, закодированные в стандартном 20-буквенном формате. **Встречаемость пептида в исследованных образцах Лаеннека (процент протеомных экспериментов, в которых был найден соответствующий пептид). Пептиды упорядочены в соответствии с аббревиатурами генов таргетных белков (расшифровка этих аббревиатур – в табл. 3).

 

Митохондриально-протекторные свойства большинства пептидных фрагментов изученного ГПЧ обусловлены торможением апоптоза – программируемой гибели клеток, которая обязательно включает в себя деструкцию митохондрий посредством «митохондриальных пор» (белковых комплексов мембраны митохондрий, нарушающих ее целостность). В состав митохондриальных пор входят белки TSPO (периферический бензодиазепиновый рецептор), циклофилин-D и др. [18, 19]. Ингибирование процессов, приводящих к формированию пор митохондрий, существенно снижает апоптоз [20]. В табл. 3 суммирована информация о 23 таргетных белках, с которыми взаимодействуют пептидные фрагменты, перечисленные в табл. 2: каспазах, MAPК, киназах каскада AKT1/GSK3Β/MTOR и др.

 

Таблица 3. Таргетные белки, которые могут регулироваться пептидными фрагментами в составе Лаеннека и влиять на функцию митохондрий*

Table 3. Target proteins that can be regulated by peptide fragments in Laennec and affect mitochondrial function*

Ген	Таргетный белок	Функция белка
ADGRG6	Адгезионный G-белковый рецептор G6	Активация митохондрий
AKT1	Протеинкиназа B (PKB, Akt, RAC-PKα)	Регулирует метаболизм, деление и выживание клеток
BCL2	Белок Bcl-2	Антиапоптотический белок
CANPL1	Кальпаин-1 (μ-кальпаин)	Протеолиз субстратов, передающих сигналы апоптоза
CASP1	Каспаза-1 (β-конвертаза интерлейкина-1 – ИЛ-1)	Расщепляет ИЛ-1β, способствует апоптозу
CASP3	Каспаза-3	Инициация апоптоза
CASP4	Каспаза-4	Активация CASP1, пироптоз, апоптоз, вызванный стрессом
GSK3Β	Киназа гликогенсинтазы-3β (GSK-3β)	Гомеостаз глюкозы, передача сигналов Wnt, ответ на ФНО-α
IKKE	Ингибитор NF-κB киназы эпсилон	Передача сигналов от ФНО-α, ИЛ-1β и других провоспалительных цитокинов
MAPK1/3	Митоген-активируемая протеинкиназа 1 ERK-1/2	Регулируют транскрипцию, трансляцию и перестройку цитоскелета
MAPK4	Митоген-активируемая киназа-4	Компонент сигнального пути SAP/JNK, активируемого стрессом
MAPK 8/9/10	Митоген-активируемая протеинкиназа SAPK JNK1/2/3	Фосфорилируют факторы транскрипции типа «AP-1» (JUN, JDP2, ATF2), способствуют апоптозу, сигнальный путь от провоспалительных рецепторов
MAPK14	Митоген-активируемая протеинкиназа 14 (CSBP, SAPK2a, p38-MAPK)	Проапоптотический и провоспалительный белок, активируется в ответ на клеточный стресс
MTOR	Протеинкиназа mTOR (белок-1 рапамицина)	Фосфорилирует не менее 800 белков, регулирует аутофагию
PDK2/3/4	Киназа-2/3/4 пируватдегидрогеназы, митохондриальная	Регуляция метаболизма глюкозы и жирных кислот посредством ингибирования пируватдегидрогеназы
PPARA	Рецептор молекул-пролифераторов пероксисом	Увеличение числа пероксисом и активности митохондрий
SIRT1	НАД-зависимая деацетилаза сиртуин-1	Ацетилирование белков, координация деления и метаболизма клетки, ответа на повреждение ДНК
ULK1	Протеинкиназа ULK1 (ATG1)	Аутофагическая деградация митохондрий
*Строки таблицы упорядочены в соответствии с аббревиатурами генов.

 

Далее рассмотрена регуляция пептидами ГПЧ Лаеннек активности каспаз и других белков-эффекторов апоптоза, MAPК, AKT1-киназы и связанных с ней киназ mTOR и GSK3Β, а также других таргетных белков, активность которых влияет на функционирование митохондрий.

Ингибирование пептидами Лаеннека каспаз и других белков-эффекторов апоптоза

Цистеиновые протеазы с общим названием «каспазы» составляют центральный механизм реализации апоптоза. Активация каспазы-1 стимулирует развитие МД [21], а каспаза-4 активирует пироптоз (программируемая некротическая гибель клеток) и формирование митохондриальной поры [22]. Каспаза-8 расщепляет и активирует каспазы 3/4/6/7/9/10 [23], индуцируя митохондриальный апоптоз при посредстве MAPК 8/9/10 [24]. Каспаза-3 активируется каспазами 8/9/10, после чего расщепляет и активирует другие каспазы. Каспаза-9 играет существенную роль в деполяризации митохондриальной мембраны [25] и вызывает разрушение митохондрий посредством расщепления антиапоптотических белков BCL-2 [26].

В составе ГПЧ Лаеннек найдены 2 пептида, которые могут ингибировать каспазы 1, 3, 4 – гептапептид LAHFGEK и тетрапептид ГПЧ FLTD (рис. 1, а). Пептид ГПЧ FLTD соответствует пептиду FLTD 272–275 белка гасдермина-Д, который находится на левой границе сайта 275–276, расщепляемого провоспалительными каспазами CASP1 и CASP4, и может ингибировать пироптоз, индуцированный бактериальными липополисахаридами. В ГПЧ найдены 3 пептида VGDELD, LAHFGEK, RFLEQLG, являющихся фрагментами мотива «BH3», который может подавлять каспазы через взаимодействия с белком-регулятором апоптоза Bcl-2 [27].

В составе ГПЧ найден пептид, ингибирующий кальпаин-1 (μ-кальпаин, ген CANPL1, см. рис. 1, b) – тиолпротеазу, что катализирует протеолиз субстратов передачи апоптотических сигналов, который открывает митохондриальные поры при ишемии-реперфузии [28, 29]. Пептид EVYG, соответствующий пептиду EVYG 1174–1177 белка SPTAN1, содержит сайт 1176–1177, специфически расщепляемый μ-кальпаином, так что данный пептид – ингибитор μ-кальпаина.

 

Рис. 1. Структуры каспаз и кальпаина. Показаны поверхности связывания в активном сайте киназ, с которыми взаимодействуют пептиды Лаеннека: a – пространственная структура каспаз (на примере CASP1, PDB файл 1bmq); b – пространственная структура μ-кальпаина, PDB файл 4ZCM.

Fig. 1. Structures of caspases and calpain. The binding surfaces in the active site of kinases with which Laennec peptides interact are shown: a – spatial structure of caspases (e.g., CASP1, PDB file 1bmq); b – spatial structure of μ-calpain, PDB file 4ZCM.

 

Пептиды Лаеннека GLPTLL и EDLGPLL могут усиливать антиапоптотические эффекты пептидов-ингибиторов каспаз через активацию PPAR-белков, стимулирующих рост внутриклеточной популяции пероксисом – органелл, концентрирующих окислительно-восстановительные ферменты (уратоксидазы, каталазы, ферментов расщепления жирных кислот) и необходимых для метаболизма жиров, углеводов, желчных кислот, миелинизации нервов [30, 31]. Усиление активности PPAR-белков соответствует поддержке функции митохондрий: активация PPARα улучшает активность «дыхательного комплекса I» митохондрий [32], повышение уровней PPARγ, защищает потенциал митохондриальной мембраны [33].

Ингибирование MAPK пептидами Лаеннека

Сигнальные пути MAPK контролируют транскрипцию генов, метаболизм, деление, подвижность, апоптоз/выживание клеток. Избыточная активация сигнальных путей MAPK инициирует воспаление [34] и стимулирует гибель митохондрий [35]. Именно поэтому ингибирование пептидами Лаеннека ряда киназ MAPK 1/3/8/9/10/14, 2K 2/3/4/6 будет способствовать поддержке выживания и митохондрий, и клеток. В составе ГПЧ установлено наличие 17 пептидов-ингибиторов MAPK (рис. 2, а).

 

Рис. 2. Пространственная структура MAPK. Показана поверхность связывания лигандов в активном сайте киназы, с которым могут взаимодействовать пептиды Лаеннека: а – на примере MAPK3 (ERK1) и MAPK1 (ERK2), PDB файл 2ZOQ; b – MAPK8 (JNK1, PDB файл 2XS0); с – MAPK9 (JNK2, PDB файл 3NPC).

Fig. 2. MAPK spatial structure. The ligand binding surface in the active kinase site with which Laennec peptides can interact is shown: a – by the example of MAPK3 (ERK1) and MAPK1 (ERK2), PDB file 2ZOQ; b – MAPK8 (JNK1, PDB file 2XS0); c – MAPK9 (JNK2, PDB file 3NPC).

 

Передача сигналов по каскаду ERK1/2, включающего киназы MAPK1/3, приводит к МД, а ингибиторы MAPK1/3 оказывают защитное действие на митохондрии [36, 37]. В составе ГПЧ найдено 9 пептидов-ингибиторов MAPK1/3 (см. табл. 2). Например, пептид LLGPFS, найденный в ГПЧ, соответствует пептидному фрагменту 416-421 LLSPFS белка GRB10. Данный пептид интересен тем, что он включает серин-418 (LLSPFS), специфически фосфорилируемый киназами MAPK1/3. Однако пептид Лаеннека LLGPFS не содержит серина в данной позиции и поэтому будет являться ингибитором киназ MAPK1/3.

Протеинкиназы MAPK8/9 индуцируют инфламмасому NLRP3 и апоптоз, а их ингибирование MAPK8 усиливает митохондриальную функцию и способствует лечению стеатогепатоза, в том числе при хроническом воспалении и окислительном стрессе [38]. В составе ГПЧ найдено 5 пептидов, которые являются потенциальными ингибиторами киназ MAPK8/9 (табл. 2), в том числе пептид AASGPAG, соответствующий фрагменту 24–30 AASSPAG белка SIRT1, в котором остаток серин-27 (AASSPAG) фосфорилируется посредством MAPK8. В пептиде AASGPAG в соответствующей серин-27 позиции представлен остаток глицина (AASGPAG), что делает данный пептид потенциальным ингибитором киназы MAPK8. Аналогичным образом пептид DAGVTP ингибирует MAPK10, а пептиды PAPALPQ и NPLM – MAPK14, что защищает митохондрии от апоптоза [39].

Ингибирование киназ каскада AKT1/GSK3/mTOR пептидами Лаеннека

Фосфорилируя проапоптотические белки BAD и Bax, Akt1-киназа (протеинкиназа В, PKB) стимулирует их активность [40]. Пептиды SENALVA, FAQPGL, SFPQPG и др. могут ингибировать протеинкиназу В (рис. 3, а). Например, пептид FAQPGL соответствует фрагменту 236–241 FSQPGL белка TBC1D1 (см. табл. 2). Из биохимических исследований известно, что остаток серин-235 (FSQPGL) этого белка фосфорилируется киназой PKB/AKT1. В то же время в FAQPGL остатки серина отсутствуют, поэтому пептид FAQPGL является ингибитором PKB (рис. 3, b).

 

Рис. 3. PKB и ее субстраты: а – пространственная структура PKB (PDB файл 5KCV); b – паттерны субстратов аминокислотной последовательности, фосфорилируемые PKB.

Fig. 3. Protein kinase B (PKB) and its substrates: a – spatial structure of PKB (PDB file 5KCV); b – substrate patterns of the amino acid sequence phosphorylated by PKB.

 

PKB фосфорилирует GSK3β (киназу гликогенсинтазы-3β) – регулятор глюконеогенеза, апоптоза, каскада Wnt, NF-κB-зависимого ответа на ФНО-α и митохондриального биогенеза [41]. В составе ГПЧ найдено 7 пептидов-ингибиторов киназы GSK3β. В частности, пептид PPYA соответствует пептиду PPYA 213–216 белка MARK2, расположенного справа от серина-212, фосфорилируемого GSK3β. В пептиде PPYA серин отсутствует, так что этот пептид будет ингибировать киназу GSK3β. Аналогично действуют и пептиды YLDS, ASANF, LPSGLL, PAGEPGL, LNVLFG (см. табл. 2).

Ингибирование протеинкиназы mTOR, связанной с PKB и GSK3β, улучшает функцию/биогенез митохондрий, способствуя устранению МД [42]. Пептид Лаеннека PGGALF – специфический ингибитор mTOR, так как вместо остатка серина/треонина содержит аланин в соответствующей позиции (PGGALF).

Пептиды Лаеннека, ингибирующие другие таргетные белки, влияющие на функции митохондрий

НАД-зависимая деацетилаза белков сиртуин-1 участвует в координации энергетического метаболизма клетки с процессами деления клетки, в формировании ответа клетки на повреждение ДНК, улучшает активность «дыхательного комплекса I» митохондрий [43] (рис. 4, а). Пептиды Лаеннека PTTEAQG (соответствует фрагменту 453–459 PTQEAQG белка CCAR2) и LLVPGDF (соответствует 250–256 LLVPSDF белка CCAR2) будут предотвращать взаимодействие сиртуина-1 с белком CCAR2, что соответствует поддержанию антиапоптотической активности и сохранению активности дыхательного комплекса митохондрий.

Белок IKKE (ингибитор NF-κB киназы эпсилон) активирует передачу сигналов от ФНО-α, ИЛ-1β и других провоспалительных цитокинов через каскад NF-kВ и аутофагию митохондрий [44]. Пептид Лаеннека FPQF, ингибируя IKKE, способствует снижению воспаления и поддержке выживания митохондрий. Протеинкиназа ULK1 вызывает окислительную митофагию (аутофагическую деградацию митохондрий) [45]. Пептид Лаеннека HHLLRP соответствует пептиду HHLTRP 365–370 белка PRKAA1, который содержит треонин-368, фосфорилируемый киназой ULK1. В пептиде Лаеннека треонин замещен на лейцин, поэтому этот пептид будет ингибировать ULK1 (см. рис. 4, b).

 

Рис. 4. SIRT1 и киназа ULK1: a – пространственная структура SIRT1 (PDB файл 4ZZH); b – пространственная структура киназы ULK1 (PDB файл 4WNO).

Fig. 4. SIRT1 and ULK1 kinase: a – spatial structure of SIRT1 (PDB file 4ZZH); b – spatial structure of ULK1 kinases (PDB file 4WNO).

 

Заключение

В то время как наследственные болезни митохондрий (согласно Международной классификации болезней 10-го пересмотра) встречаются весьма редко, МД широко распространена. МД сопровождает не только астенические состояния, саркопении и миопатии, но и сердечно-сосудистые патологии (ишемическую болезнь сердца), ишемические и нейродегенеративные заболевания головного мозга, расстройства аутистического спектра, биполярное расстройство, острый респираторный дистресс-синдром, стеатогепатоз, метаболический синдром, сахарный диабет и др. Соответствующие патофизиологические процессы в митохондриях всех типов клеток связаны с ускоренным старением организма. Результаты анализа пептидного состава ГПЧ указали на более чем 40 пептидов ГПЧ, способствующих торможению митофагии и апоптоза клеток (особенно в условиях оксидативного и/или токсического стресса, хронического воспаления и гиперинсулинемии). Описаны таргетные белки, активность которых существенно влияет на функцию митохондрий и которые могут регулироваться пептидами Лаеннека.

Раскрытие интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Disclosure of interest. The authors declare that they have no competing interests.

Вклад авторов. Авторы декларируют соответствие своего авторства международным критериям ICMJE. Все авторы в равной степени участвовали в подготовке публикации: разработка концепции статьи, получение и анализ фактических данных, написание и редактирование текста статьи, проверка и утверждение текста статьи.

Authors’ contribution. The authors declare the compliance of their authorship according to the international ICMJE criteria. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

Источник финансирования. Работа выполнена по гранту Российского научного фонда (проект №23-21-00154).

Funding source. This work was supported by a grant from the Russian Science Foundation (project No. 23-21-00154).

About the authors

Ivan Yu. Torshin

Computer Science and Control

Email: unesco.gromova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2659-7998

канд. физ.-мат. наук, канд. хим. наук, вед. науч. сотр. ФИЦ ИУ РАН

Russian Federation, Moscow

Olga A. Gromova

Computer Science and Control

Author for correspondence.
Email: unesco.gromova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7663-710X
Scopus Author ID: 7003589812

д-р мед. наук, проф., вед. науч. сотр. ФИЦ ИУ РАН

Russian Federation, Moscow

Olga V. Tikhonova

Orekhovich Research Institute of Biomedical Chemistry

Email: unesco.gromova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2810-566X

канд. биол. наук, рук. Центра коллективного пользования «Протеом человека» ФГБНУ «НИИБМХ им. В.Н. Ореховича»

Russian Federation, Moscow

Alexander G. Chuchalin

Pirogov Russian National Research Medical University

Email: unesco.gromova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6808-5528

акад. РАН, д-р мед. наук, проф., зав. каф. госпитальной терапии педиатрического фак-та, председатель правления Российского респираторного общества

Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files