Феномен гомологичности, теория кодирования биомолекул и Нобелевская премия

Вид материала

Документы

Содержание Регенеративное действие органопрепаратов – Виды регенерации Формы регенерации

Подобный материал:

• Нобелевская премия по экономике это премия Банка Швеции в экономических науках памяти, 206.19kb.
• Нобелевская премия по литературе, 338.72kb.
• Нобелевская премия по экономике 2009, 45.24kb.
• 9 июля 1894 г. – 8 апреля 1984 г. Нобелевская премия по физике, 1978 г совместно, 166.52kb.
• Нобелевская премия по экономике, 127.06kb.
• Эт-07. Тема 01. Предмет и метод экономической теории, 875.02kb.
• Русские писатели, 311.81kb.
• Викторина Вкаком году была присуждена 1-ая нобелевская премия?, 14.77kb.
• Известные биологи, 109.05kb.
• Бунин, Иван Алексеевич, 136.67kb.

Феномен гомологичности,

теория кодирования биомолекул и Нобелевская премия


Ролик И.С., д.м.н., профессор, врач-реабилитолог,

Княжеченко Е.В., врач-косметолог,

Институт регенеративной биомедицины


Современные фетальные органопрепараты-ревитализаторы представляют собой экстракты содержимого живой клетки животных со всеми входящими в неё жизненно важными клеточными биомолекулами, лишёнными алергенности. Это – индукторы ревитализации: белки, аминокислоты, микроэлементы, биорегуляторные вещества, факторы роста и дифференциации, кейлоны, предшественники синтеза гормонов и др.

Известно, что каждая ткань имеет определённую биохимическую специфику клеточного содержимого. Благодаря этому, изготовляется большое количество органопрепаратов с адресной anti-aging-направленностью на определённые ткани, органы или весь организм. Такая направленность действия реализуется вследствие накопления (кумуляции) клеточного содержимого в гомологичных клетках человека, независимо от способа введения: экстракт клеточного содержимого печени кумулируется и метаболизируется только в печени, экстракт клеточного содержимого сердца – только в сердце и т.д. Данный феномен получил название органотропности или гомологичности. Он был установлен ещё в начале прошлого века, а экспериментально подтверждён только в 50-е годы на основе использования методов радиоизотопной маркировки, когда были показаны адресные свойства вводимых в организм меченых радиоизотопами биомолекул, из которых состоят органопрепараты. Почему так происходит? Ответ на этот вопрос волновал многих исследователей и практиков.

Основа живой материи – белки, выполняющие важнейшие функции в организме, а также другие биомолекулы, которые непрерывно воспроизводятся в его недрах. Они должны беспрепятственно транспортироваться от клетки к клетке, или внутри клетки, к ее различным отделам - органеллам. Каким образом вновь образованные белки или вводимые из вне в организм биомолекулы транспортируются через мембраны и каким образом они отыскивают свое правильное местоположение, т.е. находят адресата?

Ответы на эти вопросы нашли свое отражение в работе Нобелевского лауреата 1999 года в области физиологии и медицины, профессора Гюнтера Блобеля, специалиста по клеточной и молекулярной биологии из Рокфеллеровского Университета г. Нью-Йорка.

Еще в начале 70-х годов Г. Блобель обнаружил, что вновь синтезированные белки, несут в себе информацию, которая является необходимой для направления их в сторону мембраны эндоплазматического ретикулума (одной из органелл клетки) и сквозь нее. В течение последующих двадцати лет Г. Блобель подробно изучал молекулярные механизмы, лежащие в основе этих процессов. Он показал, что подобные "признаки адреса", или "почтовые индексы", применимы к белкам других внутриклеточных органелл.

Взрослый человек состоит приблизительно из 100 000 миллиардов клеток. Клетка содержит много различных отделов, органелл, которые покрыты мембранами. Каждая клетка содержит приблизительно один миллиард молекул белка и бесчисленное множество других биомолекул. Различные белки выполняют большое количество важных функций. Некоторые являются строительным материалом для клетки, другие функционируют как ферменты, катализаторы тысяч направленных химических реакций. Белки в пределах клетки постоянно деградируют и повторно синтезируются.

Как белки пересекают барьеры? В течение длительного времени было загадкой, каким образом "большой" белок может проникать через крепко "запечатанную", содержащую липиды, мембрану, окружающую органеллу. Несколько десятилетий назад, было также непонятно, как "свежесинтезированный" белок находит правильную дорогу к своему месту в клетке, во внеклеточном пространстве или в других клетках.

Гюнтер Блобель взялся за решение обеих этих загадок. В конце 60-х годов он присоединился к коллегам из известной лаборатории биологии клетки Джорджа Палада в Институте Рокфеллера в Нью-Йорке. Здесь, в течение двух десятилетий, ученые изучали принципы транспортировки вновь синтезированных белков из клетки. Эта работа принесла Джорджу Паладу Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1974 (которую он разделил с бельгийскими учеными Альбертом Клодом и Христианом Дувэ).

Исследование Гюнтера Блобеля было построено в традициях лаборатории Джорджа Палада. В частности, Блобель изучал, как новосинтезированный белок, предназначенный для транспортировки из клетки, направляется к специализированной межклеточной мембранной системе - эндоплазматическому ретикулуму. В 1971 он сформулировал первую версию "сигнальной теории", которая говорила о том, что белки, выводимые из клетки, содержат встроенный код, направляющий их через мембраны. Код состоит из пептида, т.е. последовательности аминокислот в специфическом порядке, которые являются неотъемлемой частью белка.

Белки, которые должны экспортироваться из клетки, синтезируются рибосомами, связанными с эндоплазматическим ретикулумом. Генетическая информация от ДНК передается через тРНК. Эта информация определяет каким образом аминокислоты выстраиваются в белках. Кодовый пептид формируется как часть белка с помощью "строительных" белков, направляет рибосому к каналу в эндоплазматический ретикулум. Растущая цепь белков преодолевает этот канал, кодовый пептид раскалывается, и готовый белок встраивается в просвет эндоплазматического ретикулума. Белок впоследствии выводится из клетки.

В течение следующих двадцати лет, профессор Г.Блобель и его коллеги шаг за шагом уточняли молекулярные детали этих процессов. Было доказано, что теория кодирования или гипотеза кода правильна и универсальна, т.к. процессы, происходящие при транспортировке вновь синтезированных белков одинаковы с процессами происходящими при введении в системный кровоток этих же белков, что, например, и характерно для органопрепаратов.

Таким образом, Гюнтер Блобель показал, что подобные встроенные коды нацеливают транспортировку белков также и к другим внутриклеточным органеллам. Эти результаты позволили Г. Блобелю сформулировать в 1980 году основные принципы индентификации и нацеливания белков на специфические отделы клетки. Каждый белок несет в своей структуре информацию, необходимую, чтобы определить его местоположение в структуре клетки. Уникальные аминокислотные последовательности (топогенные коды) определяют, пройдет ли белок через мембрану к специфической органелле, будет ли встроен в мембрану, или будет экспортирован из клетки.

Коды, которые направляют белки к различным частям клетки или во внеклеточное пространство, идентифицированы и подтверждают правильность принципов, сформулированных Г. Блобелем. Коды можно сравнить с "почтовыми индексами", которые гарантируют, что багаж «путешественника» достигнет правильного назначения или отправленное «письмо» найдет своего адресата. Эти последовательности, фактически, образуют цепь различных аминокислот, представляющих либо короткий "хвост" на одном из концов белка, либо фрагмент, расположенный внутри цепи молекулы белка.

Итак, вновь синтезируемые белки и другие биомолекулы снабжаются специальными ZIP-кодами или почтовыми индексами - последовательностями кодов, или топогенными кодами, которые направляют белки к местам их размещения в клетках и позволяют им пересекать мембраны органелл и клеток.

Значение открытия Г. Блобеля, за которое он получил Нобелевскую премию за 1999 год в области физиологии и медицины, трудно оценить. Открытие Г. Блобеля имело огромное воздействие на современные исследования биологии клетки. Процессы клеточной регенерации сопровождаются непрерывным делением клеток, производится большое количество белков и формируются новые органеллы. Чтобы клетки функционировали правильно, белки должны быть направлены по правильным адресам внутри формирующейся клетки. Исследования Г. Блобеля существенно расширили понимание биомолекулярных механизмов, управляющих этими процессами. Кроме того, знание топогенных кодов прояснило понимание многих, с медицинской точки зрения, важных механизмов. Например, иммунная система использует топогенные коды при производстве антител, а фетальные органопрепараты, представляющие собой клеточное содержимое из совокупности биомолекул, меченных ZIP-кодами, находят своего адресата, которым является гомологичная клетка или ткань. Именно благодаря этому коду обеспечивается максимальная усвояемость клетками биомолекулярных составляющих органопрепарата и быстрое воздействие на физиологические процессы повреждённой или патологически изменённой ткани.

Присуждение Нобелевской премии за открытие биомолекулярных ZIP-кодов, объясняющих механизм органотропности, явилось своего рода мощным толчком к более широкому практическому использованию фетальных органопрепаратов, благодаря их адресным свойствам, и к развёртыванию дальнейших исследований в этой области.

^ Регенеративное действие органопрепаратов –

ключ к развёртыванию anti-aging-программы

Ключевое свойство фетальных органопрепаратов – это восстановление процессов физиологической регенерации и генетического контроля над ними. Регенерация (от лат. regeneratio – возрождение) представляет собой процесс обновления всех функционирующих структур организма (биомолекул, клеточных органелл, клеток, тканей, органов и всего организма) и является проявлением важнейшего атрибута жизни – самообновления. Так, физиологическая регенерация на клеточном и тканевом уровне – это обновление эпидермиса, волос, ногтей, роговицы, эпителия слизистой кишечника, клеток периферической крови и др. Согласно изотопному методу, состав атомов человеческого тела в течение года обновляется на 98%. При этом клетки слизистой желудка обновляются за 5 дней, жировые клетки – за 3 недели, клетки кожи – за 5 недель, клетки скелета – за 3 месяца.

Организм располагает двумя главными стратегиями замены ткани и самообновления (регенерации). Первый путь состоит в том, что дифференцированные клетки замещаются в результате их генерации из остаточных делящихся регионарных стволовых клеток. Прототипическими клетками для этой категории являются клетки крови. Второй путь состоит в том, что регенерация ткани детерминирована оставшейся пролиферативной способностью дифференцированных функционирующих клеток: гепатоцитов, скелетно-мышечных и эндотелиальных клеток.

Регенерация в широком смысле слова — это и нормальное обновление органов и тканей, и восстановление утраченного, и лик­видация повреждения, и, наконец, реконструкция (табл. 1).


Таблица 1. Виды и формы регенерации.

^ Виды регенерации
Физиологическая	Постоянное самоообновление всех структур в течение всей жизни
Репаративная или восстановительная (репарация)	Побуждается патологическим процессом (полная, неполная – гиперплазия и гипертрофия)
Патологическая	Гипо- или гиперрегенерация
^ Формы регенерации
Клеточная, тканевая	Кости Эпидермис Слизистая ЖКТ, дыхательных и мочевыводящих путей Рыхлая соединительная ткань Эндотелий Кроветворная система Лимфоидная ткань Мезотелий
Внутриклеточная	Миокард Ганглиозные клетки ЦНС Колбочковые и палочковые нейросенсорные клетки
Клеточная и внутриклеточная	Печень Почки Поджелудочная железа Эндокринные железы Лёгкие Гладкие мышцы Вегетативная нервная система
Биохимическая	Во всех клетках, межклеточном веществе и т.д.

Клеточная регенерация – это обновление клеток в результате митоза недифференцированных или слабо дифференцированных клеток, внутриклеточная – обновление мембран, сохранившихся органелл либо увеличение их числа (гиперплазия) и размеров (гипертрофия), биохимическая – обновление биомолекулярного состава клетки, её органелл, ядра, цитоплазмы (например, пептидов, факторов роста, коллагена, гормонов и т.д.). Внутриклеточная форма регенерации является универсальной, так как она свойственна всем органам и тканям.

В механизмах регенерации стимулирующую роль выполняют белки, витамины (особенно B2), гормоны, поэтины, ПГ, медиаторы, специфические факторы роста, а тормозят, в частности, кейлоны. В связи с тем, что органопрепараты содержат все эти индукторы регенерации, факторы роста и дифференцировки, а также ряд других биомолекул-митогенов (предшественников гормонов, пептидов, витаминоподобных соединений), они выступают в качестве адекватных средств стимуляции процессов физиологической регенерации гомологичной ткани или органа, а также средств, повышающих регенераторный потенциал этих анатомических структур.

Гомологичные органопрепараты выступают в качестве специфических индукторов регенерации тканей гомологичных органов. Например, органопрепараты печени, являются специфическими индукторами физиологической регенерации только печеночной паренхимы, органопрепараты сердечной мышцы – миокарда, остеотропные органопрепараты – костной ткани, ангиотропные – сосудов, миотропные – поперечно-полосатой мышечной ткани и т.д.

В то же время есть органопрепараты, которые обладают неспецифическим регенераторным действием на органы и тканевые системы. Это - неспецифические индукторы процессов регенерации, повышающие регенераторный потенциал одновременно многих тканей, органов или всего организма в целом. К таким универсальным полипотентным регенераторным средствам относятся органопрепараты стволовых клеток, костного мозга, органов иммуногенеза, мезенхимы, пупочного канатика, эмбриональной ткани и др.

Адресное восстановление регенераторного потенциала характерно для многих гомологичных органопрепаратов, а системное или организменное - для органопрепаратов зародышевых листков, тканевых систем, стволовых клеток, костного мозга, соединительной ткани, ретикулоэндотелиальной системы, эндокринных желёз.

Наибольшим влиянием на активацию клеточных источников регенерации обладают органопрепараты из тканей, содержащих стволовые клетки, а также гомологичных фетальных (но не ювенильных) тканей, эффективность которых высока при сочетанном применении. Это обусловлено содержащимися в фетальных органопрепаратах и препаратах стволовых клеток в больших концентрациях внутриклеточных биофакторов и биомолекул, стимулирующих процессы пролиферации и дифференцировки: система циклических нуклеотидов, ионов кальция и магния, цинка, система ретин-промин, простагландины и простациклины, система кейлонов, целый ряд факторов, синтезируемых клетками различного типа белковой и иной природы, предшественников гормонов и медиаторов.

Для нормального протекания процессов регенерации определяющую роль играют не только стволовые клетки, по отношению к которым органопрепараты выступают в качестве митогенов, но и другие клеточные источники, специфическую активацию которых осуществляют органопрепараты:

• активация резервных клеток, остановившихся на раннем этапе своей дифференцировки и не участвующих в процессе развития до получения стимула к регенерации (органопрепарат как адекватный регенеративный стимул резервного пула недифференцированных клеток),

• временная дедифференцировка клеток в ответ на регенеративный стимул, когда дифференцированные клетки утрачивают признаки специализации, а затем снова дифференцируются в тот же клеточный тип (органопрепарат как адекватный регенеративный стимул дедифференцировки клеток),

• метаплазия - превращение в клетки другого типа: например, хондроцит трансформируется в миоцит или наоборот (органопрепарат как адекватный детерминантный стимул физиологической метаплазии клеток).

Выступая в качестве носителей комплекса стимулов (биохимических и информационных) регенерации, органопрепараты оказывают гармонизирующее влияние на все формы регенерации: клеточную, внутриклеточную и биохимическую.

Несмотря на то, что отдельные, так называемые «вечные» неделящиеся ткани (кардиомиоциты, нейроны) не обладают клеточной формой регенерации, органопрепараты обеспечивают уникальное свойство обновления их внутриклеточного биохимического состава, восстановления субклеточных структур и позволяют качественно выполнять свои функции в течение всей жизни целостного организма. При этом влияние органопрепаратов на физиологическую регенерацию на внутриклеточном уровне распространяется на клетки всех тканей и органов. Всё это способствует активации заблокированных функциональных резервов ткани и восстановлению функциональной активности всего органа. Так происходит с кардиомиоцитами после инфаркта миокарда или с нейронами после церебрального инсульта при парентеральном введении гомологичных органопрепаратов.

Органопрепараты, создавая специфическое микроокружение, оказывают эффективное влияние на ту часть лабильных клеток, которые потеряли способность к делению. Это способствует восстановлению скорости процессов физиологической регенерации (например, при их снижении на фоне ускоренных инволютивных изменений). Лабильные клетки расположены в эпидермисе, эпителии полости рта, носа, слюнных желёз, пищеварительного и мочевого трактов, желчевыводящих путей и половых органов, в тканях костного мозга и органов гемопоэза.

Аналогичное влияние органопрепараты осуществляют и на покоящиеся (стабильные) клетки многих органов: печени, почек, поджелудочной железы, а также мезенхимальные клетки – фибробласты, гладкомышечные клетки и эндотелий сосудов. Адекватными раздражителями их являются гомологичные органопрепараты печени, почек, поджелудочной железы, мезенхимы, соответственно.

Репаративная регенерация (от лат. reparatio – восстановление) наступает после повреждения ткани или органа (например, механическая травма, оперативное вмешательство, действие ядов, ожоги, обморожения, лучевые воздействия и др.).

Очень высоки способности к репарации внутренних органов: печени, яичника, слизистой кишечника и др. В качестве примера можно привести печень, в которой ис­точник регенерации практически неиссякаем, доказательством чего являются широко известные экспериментальные данные, полученные на животных: при 12-кратном удалении трети печени в течение года у крыс к концу года под влиянием органопрепаратов печень восстанавливала свои нормальные размеры.

Репаративная регенерация таких тканей, как мышечная и скелетная, имеет определённые особенности. Для репарации мышцы важно сохранение небольших её культей на обоих концах, а для регенерации кости необходима надкостница. Индукторами репарации являются биологически активные вещества, выделяющиеся при повреждении ткани. Кроме того, индукторами могут быть отдельные фрагменты этой же повреждённой ткани: полное замещение дефекта костей черепа удаётся получить после введения в него костных опилок. Однако наиболее сильными индукторами репарации являются гомологичные органопрепараты, например, остеотропные. Так, при применении органопрепаратов яичников из небольшого фрагмента яичника после его резекции может быть восстановлен целый орган, полноценный в функциональном отношении.

Усиливают органотропное действие гомологичных органопрепаратов на процессы регенерации препараты стволовых клеток, костного мозга, зародышевых листков, соединительной ткани, внезародышевых органов, ретикулоэндотелиальной системы, центральной и периферической нервной систем, обладающие тканевым и системным действием.

Хорошо известно, что регенерация приостанавливается, если регенерирующий участок лишить иннервации и кровоснабжения. Это важно учитывать в назначении органопрепаратов в целях индукции регенерации: органопрепараты нервов, сосудов.

В целом прямое влияние органопрепаратов, как эталонов биохимизма клеток, состоит в первую очередь в ликвидации клеточного дисбаланса биорегуляторов процессов регенерации, на поддержание баланса оптимальных концентраций биомолекул и на сохранение химического гомеостаза, который нарушен в условиях не только любой патологии, но и при функциональных изменениях. Это приводит к восстановлению митотической активности, дифференцировки клеток и регенераторного потенциала ткани. Органопрепараты обеспечивают качество важнейшей характеристики процесса физиологической регенерации - способствуют появлению в процессе деления и дифференцировки здоровых и функционально активных клеток, устойчивых к токсинам среды, метаболитам и другим воздействиям. Такие клетки формируют специфическое микроокружение, характерное для данного вида здоровой ткани, которая оказывает угнетающее воздействие на существующие «плюс-ткани» и предотвращает появление малигнизированных клеток.

Итак, влияние органопрепаратов на процессы физиологической регенерации состоит в том, что они, с одной стороны, незрелые развивающиеся клетки гомологичной ткани (региональные стволовые клетки и др.) стимулируют к нормальному развитию в зрелые формы, т.е. стимулируют митотическую активность нормальных тканей и дифференцировку клеток, а с другой стороны, нормализуют клеточный метаболизм в гомологичных тканях. В результате в гомологичной ткани осуществляется физиологическая регенерация с образованием нормальных клеточных популяций с оптимальным метаболизмом и весь этот процесс носит физиологический характер. Благодаря этому, при повреждении органа (например, кожи или слизистой желудка) органопрепараты обеспечивают идеальную репарацию – заживление без рубца.

Необходимо подчеркнуть, что восстановление митотической активности и дифференцировки клеток под влиянием органопрепаратов является ключевым в исправлении дефектов и аномалий развития органов у детей.

В условиях патологии или ускоренного старения процессы физиологической регенерации также имеют место, но они не имеют такого качества – появляются молодые клетки, которые не устойчивы к циркулирующим токсинам, недостаточно выполняют свои функции, не способны противостоять патогенам, что создаёт условия для сохранения патологического процесса в ткани или органе, для развития преждевременного старения. Отсюда понятна и очевидна целесообразность применения органопрепаратов как средств, способных наиболее эффективно восстановить регенераторный потенциал и биохимический гомеостаз ткани, органа и всего организма и таким образом воспрепятствовать процессам старения. А это ни что иное, как ревитализация.