глутатион пероксидаза что это такое

Глутатион пероксидаза что это такое

Исследование направлено на выявление фермента глутатионпероксидазы в эритроцитах (красных клетках крови) в целях оценки антиоксидантного профиля организма, т.е. его способности к защите клеток от воздействия различных токсических соединений.

Анализ антиоксидантного статуса организма.

Синонимы английские

Analysis of the antioxidant status of the body.

Ед/л (единица на литр).

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Как правильно подготовиться к исследованию?

Общая информация об исследовании

Глутатионпероксидазы представляют собой группу ферментов, которые достаточно активно участвуют в процессах защиты клеток и тканей организма от повреждающего токсического действия продуктов метаболических превращений. Существуют различные виды глутатионпероксидаз, в человеческом организме они представлены преимущественно в виде форм, содержащих в своем составе белки, гликопротеиды и селен.

В процессе метаболических превращений в организме происходит образование токсических веществ, способных оказывать повреждающее воздействие на клетки. Особенно это касается перекисного окисления липидов – реакции, которая постоянно протекает в организме и отвечает за такие процессы, как апоптоз (программируемое уничтожение клеток), регулирование работы трансмембранного переноса биологически активных веществ, ферментов, рецепторов, поддержание внутриклеточной среды и др. Наряду с положительной ролью, продукты реакции перекисного окисления липидов (активные формы кислорода) обладают способностью повреждать клеточные мембраны, нарушая их структуру и поддержание гомеостаза клетки. Для нейтрализции этих отрицательных последствий существует антиоксидантная («обезвреживающая») система, важнейшим ферментом (т. е. веществом, ускоряющим реакции) которой является глутатионпероксидаза. Она обеспечивает превращение перекиси водорода и ее радикальных производных в безвредные соединения. Важно отметить, что коферментом (т. е. вспомогательным веществом) этих реакций является селен, поэтому на нормальное протекание процессов влияет его содержание в организме.

Повышенная активность перекисного окисления липидов возникает при различных патологических состояниях в организме: атеросклерозе и ишемии, анемии, воспалительных процессах (в том числе онкологических), воздействии вредных факторов окружающей среды, применении некоторых лекарственных препаратов. Этому сопутствует несостоятельность антиоксидантной системы и снижение активности глутатионпероксидазы, что ведет к повреждению клеток и развитию или прогрессированию некоторых сердечно-сосудистых заболеваний (ишемическая болезнь сердца, гипертоническая болезнь), сахарному диабету, канцерогенезу, поражению ЦНС (болезни Паркинсона и Альцгеймера) и другим нейродегенеративным процессам. Повышение активности глутатионпероксидазы связано с такими заболеваниями, как дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, талассемия, лимфоцитарный лейкоз (острый).

Количественная оценка фермента глутатионпероксидазы осуществляется методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Анализу подвергаются эритроциты образца венозной крови, из которых путем проведения сложных реакций на основании физико-химических свойств выделяется нужный фермент. Затем происходит математическая обработка его количественного содержания в Ед/л. Полученные результаты позволяют дать ответ на вопрос о недостаточной, избыточной или нормальной концентрации глутатионпероксидазы в клетках организма в целом. Для исследования выбран анализ именно эритроцитов вследствие того, что по результатам различных исследований известно, что глутатионпероксидаза в наибольшем количестве содержится в них, а также в печени и надпочечниках, нижних отделах дыхательных путей.

Интерпретация полученного результата осуществляется только врачом на основании всех имеющихся данных клинической картины, анамнеза и сведений других методов исследования.

Для чего используется исследование?

Когда назначается исследование?

Что означают результаты?

Референсные значения: 4171.00 – 10881.00 Ед/л.

Причины понижения уровня глутатионпероксидазы в крови:

Патологические состояния при дефиците глутатионпероксидазы в организме:

Причины повышенного уровня глутатионпероксидазы в крови:

Что может влиять на результат?

406 Развернутая диагностика сахарного диабета

121 Развернутая лабораторная диагностика анемий

20 Селен в сыворотке

Кто назначает исследование?

Терапевт, кардиолог, токсиколог, диетолог, эндокринолог, гематолог.

Источник

Селен и глутатионпероксидаза

СЕЛЕНЗАВИСИМАЯ ГЛУТАТИОНПЕРОКСИДАЗА

В различных источниках, включая интернет можно встретить много информации об антиоксидантых и других уникальных свойствах селена. Причем зачастую все сведения сводятся лишь к перечислению эффектов, которые оказывает данный микроэлемент – это защита от свободных радикалов, противоопухолевая и иммуномодулирующая активность, участие в образовании некоторых гормонов и метаболизме нуклеиновых кислот и т.д.

УЧАСТИЕ СЕЛЕНЗАВИСИМОЙ ГЛУТАТИОНПЕРОКСИДАЗЫ В ПРОЦЕССЕ ЙОДИРОВАНИЯ В ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЕ

Одним из примеров селензависимых ферментов является глутатионпероксидаза, который является частью естественной внутренней защиты организма от оксидативного (окислительного) стресса. Глутатионпероксидазы – это несколько родственных ферментов, в большинстве своем, селенсодержащих, каждый из которых имеет свой «участок» клеток, где он преимущественно экспрессируется (синтезируется).

Так, в щитовидной железе (ЩЖ) экспрессированы несколько глутатионпероксидаз (GPx1, GPx3 и GPx4), участвующих в метаболизме тиреоидных гормонов и обеспечивающих защиту клеток от повреждающего действия перекиси водорода (H₂O₂) и свободных радикалов. Каждая глутатионпероксидаза способна восстанавливать потенциально опасные реактивные формы кислорода (например, H₂O₂ и гидроперекиси липидов) до безвредных соединений (воды и спирта), что препятствует образованию новых свободных радикалов.

Глутатионпероксидаза – это селензависимый фермент, поэтому ее активность напрямую зависит от содержания селена в крови. Дефицит селена приводит к снижению ее активности, а введение селена – к повышению таковой. При глубоком дефиците селена синтеза указанных белков не происходит.

Из всех селенозависимых белков в щитовидной железе человека наиболее активно экспрессируется (синтезируется) плазматическая глутатионпероксидаза (GPx3), которая и определяет повышенное содержание селена в этом органе. В отсутствие ТТГ (тиреотропного гормона) секреция GPx3 тиреоцитами (клетками эпителия, выстилающего фолликулы щитовидной железы) приводит к сокращению количества доступной для реакций йодирования перекиси водорода H₂O₂. И наоборот, в присутствии ТТГ снижается активность GPx3, как следствие, увеличивается количество доступной H₂O₂. В то же время внутри тиреоцитов растет концентрация GPx3, таким образом усиливается защита от окислительного стресса, индуцированного синтезом тиреоидных гормонов.

При дефиците селена снижается активность глутатионпероксидазы, вследствие чего накапливается избыточное количество H₂O₂ и увеличивается активность ТПО (тиреопероксидазы). Это подтверждает то, что система глутатионпероксидазы занимает центральное место в процессе йодирования, и что интратиреоидное содержание селена определяет ее активность.

ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ СЕЛЕНСОДЕРЖАЩЕГО ПРОБИОТИКА «СЕЛЕНПРОПИОНИКС»

Рис. 2. «Селенпропионикс»

Итак, селен является эссенциальным микроэлементов и без него не могут функционировать многие системы человеческого организма. Следовательно, первой предпосылкой для разработки «Селенпропионикса» явилась необходимость устранения тотального дефицита Селена, т.к. территория РФ эндемична по селену и его дефицит является большой проблемой современного здравоохранения.

Второй предпосылкой явилось то, что даже при достаточном поступлении селена в организм человека в составе продуктов питания, он может быть не усвоен, т.к. при дисбактериозах и заболеваниях ЖКТ происходит нарушении кишечного всасывания. Именно поэтому, использование пробиотических микроорганизмов, устраняющих дисбактериозы, а также влияющих на процессы кишечного всасывания, является важным условием обеспечения организщма адекватным количеством селена.

Таким образом, использование «Селенпропионикса» эффективно и безопасно устраняет селенодефицит, тем самым обеспечивая в организме необходимую экспрессию селенопротеинов и селензависимых ферментов, одним из которых, в частности, является глутатионпероксидаза.

ГЛУТАТИОНПЕРОКСИДАЗА – МОЩНЫЙ АНТИОКСИДАНТ

Глутатионпероксидаза 2	Глутатионпероксидаза 4

Селенсодержащие формы глутатионпероксидазы:

Глутатионпероксидаза имеет огромное значение для инактивации активных форм кислорода. Данный фермент катализирует восстановление пероксида водорода до воды и липидных гидропероксидов в соответствующие спирты с помощью глутатиона (гамма-глутамилцистеинилглицина или GSH). Сульфгидрильная группа GSH окисляется до дисульфидной формы, отдавая электроны пероксиду водорода или гидропероксиду липида.

Глутатион – важная часть глутатионпероксидазы

Рис. 4. Модель молекулы глутатиона. Химическая формула: C₁₀ H₁₇ N₃ O₆ S

Глутатион – это трипептид ( глутаминовая кислота — цистеин — глицин ), имеющийся во всех тканях всех живых организмах и участвующий во многих тиолдисульфидных окислительно-восстановительных реакциях, все клетки организма человека способны синтезировать глутатион. Он не является незаменимым веществом и может быть синтезирован из аминокислот L-цистеина, L-глутаминовой кислоты и глицина.

Обладая сульфгидрильными (-SH) группами и присутствуя в клетках в большом количестве, глутатион защищает от окисления другие соединения, держащие сульфгидрильные группы (например, ферменты и KoA). Он участвует также в разрушении перекисей, в том числе перекиси водорода, и поддерживает восстановительный потенциал клеток. Посредством гамма-глутамилового цикла глутатион способствует транспорту аминокислот через клеточную мембрану.

Прим.: Характерное следствие дефицита глутатиона – гемолитическая анемия – патология эритроцитов, отличительным признаком которой является ускоренное разрушение красных кровяных телец с высвобождением повышенного количества непрямого билирубина . Для данной группы заболеваний типично сочетание анемического синдрома, желтухи и увеличения размеров селезенки, в некоторых случаях бывает увеличена печень.

Восстанавливается окисленный глутатион под действием фермента глутатионредуктазы, который постоянно находится в клетке в активном состоянии и индуцируется при окислительном стрессе. Соотношение восстановленной и окисленной форм глутатиона в клетке является одним из важнейших параметров, который показывает уровень окислительного стресса.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА и ОРГАНИЧЕСКИХ ГИДРОПЕРОКСИДОВ

Примером реакций, катализируемых ферментом глутатионпероксидазой являются реакции:

2GSH + ROOH → GSSG + ROH + H₂O

Фермент глутатионредуктаза далее восстанавливает окисленный глутатион и завершает цикл:

GSSG + NADPH + H + → 2GSH + NADP +

Рис. 6. Модель молекулы селеноцистеина. Химическая формула: C ₃ H₇ N O₂ Se

Прим.: Селеноцистеин (сокращённо Sec) – это 21-япротеиногенная аминокислота, аналог цистеина с заменой атома серы на атом селена. Входит в состав активного центра фермента глутатионпероксидазы, а также в состав селенопротеинов, специфических ферментов дейодиназ и некоторых других белков.

Вывод:

Будьте здоровы!

ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ

Источник

Глутатионпероксидаза (ГТП) (венозная кровь) в Кашхатау

Лабораторный анализ для оценки содержания фермента, играющего важную роль в антиоксидантной защите организма

Приём и исследование биоматериала

Когда нужно сдавать анализ Глутатионпероксидаза (ГТП)?

Подробное описание исследования

Кислород имеет важное биологическое значение для человека. Этот элемент лежит в основе всей биохимии организма – поддержание обмена веществ, участие в процессах образования энергии и др. В процессе биохимических реакций с участием кислорода образуются его так называемые активные формы (АФК), которые обладают токсичным действием для клеток организма. Активные формы кислорода также называют оксидантами (окислителями). К ним относят свободные радикалы (супероксид кислорода, гидроксид-ион) и перекись водорода – это те молекулы, которые вызывают разрушение мембран клеток и последующую их гибель. Однако АФК имеют физиологическое значение:

В организме функционирует и антиоксидантная (антиокислительная) система – это группа ферментов, которая препятствует деятельности молекул оксидантов (АФК). В норме между этими двумя системами сохраняется равновесие. Ферменты антиоксидантной системы являются защитниками первой линии от токсичных молекул оксидантов – все они метаболизируют активные формы кислорода до безвредных побочных молекул.

Данное исследование определяет уровень одного из антиоксидантных ферментов – глутатионпероксидазы.

Глутатионпероксидаза (ГТП, пероксидаза глутатиона) – фермент из класса оксидоредуктаз, который катализирует реакцию превращения пероксида водорода в две молекулы воды. Таким образом, ГТП нейтрализует потенциально опасную форму активного кислорода. Основа фермента – белок, однако есть и важная небелковая часть (кофактор) – это микроэлемент селен. При недостаточном количестве селена ферментная активность ГТП снижается. Зачастую это становится причиной избыточного накопления свободных радикалов.

Количество и активность пероксидазы глутатиона, а также других антиоксидантных ферментов зависят от многих внутренних и внешних факторов, которые действуют на организм. К внешним факторам, повышающим активность ГТП, относятся: поступающий с пищей селен, витамины A, C и E. Основными внутренними факторами, увеличивающими активность ГТП, являются: гормон мелатонин, выделяющийся шишковидной железой (эпифизом) в головном мозге, и глутатион (белок, образующийся в печени).

Повышенный показатель оксидантов нарушает баланс с антиоксидантами в свою сторону – такое состояние называется окислительным стрессом. Избыток свободных радикалов приводит к избыточному разрушению здоровых клеток и тканей, что может приводить к развитию воспалительных, метаболических и даже злокачественных заболеваний.

Уровень глутатионпероксидазы рекомендуется исследовать для комплексной оценки антиоксидантного статуса, а также при подозрении дефицита селена в организме.

Источник

Глутатионпероксидаза (ГТП) (венозная кровь) в Москве

Лабораторный анализ для оценки содержания фермента, играющего важную роль в антиоксидантной защите организма

Приём и исследование биоматериала

Когда нужно сдавать анализ Глутатионпероксидаза (ГТП)?

Подробное описание исследования

Кислород имеет важное биологическое значение для человека. Этот элемент лежит в основе всей биохимии организма – поддержание обмена веществ, участие в процессах образования энергии и др. В процессе биохимических реакций с участием кислорода образуются его так называемые активные формы (АФК), которые обладают токсичным действием для клеток организма. Активные формы кислорода также называют оксидантами (окислителями). К ним относят свободные радикалы (супероксид кислорода, гидроксид-ион) и перекись водорода – это те молекулы, которые вызывают разрушение мембран клеток и последующую их гибель. Однако АФК имеют физиологическое значение:

В организме функционирует и антиоксидантная (антиокислительная) система – это группа ферментов, которая препятствует деятельности молекул оксидантов (АФК). В норме между этими двумя системами сохраняется равновесие. Ферменты антиоксидантной системы являются защитниками первой линии от токсичных молекул оксидантов – все они метаболизируют активные формы кислорода до безвредных побочных молекул.

Данное исследование определяет уровень одного из антиоксидантных ферментов – глутатионпероксидазы.

Глутатионпероксидаза (ГТП, пероксидаза глутатиона) – фермент из класса оксидоредуктаз, который катализирует реакцию превращения пероксида водорода в две молекулы воды. Таким образом, ГТП нейтрализует потенциально опасную форму активного кислорода. Основа фермента – белок, однако есть и важная небелковая часть (кофактор) – это микроэлемент селен. При недостаточном количестве селена ферментная активность ГТП снижается. Зачастую это становится причиной избыточного накопления свободных радикалов.

Количество и активность пероксидазы глутатиона, а также других антиоксидантных ферментов зависят от многих внутренних и внешних факторов, которые действуют на организм. К внешним факторам, повышающим активность ГТП, относятся: поступающий с пищей селен, витамины A, C и E. Основными внутренними факторами, увеличивающими активность ГТП, являются: гормон мелатонин, выделяющийся шишковидной железой (эпифизом) в головном мозге, и глутатион (белок, образующийся в печени).

Повышенный показатель оксидантов нарушает баланс с антиоксидантами в свою сторону – такое состояние называется окислительным стрессом. Избыток свободных радикалов приводит к избыточному разрушению здоровых клеток и тканей, что может приводить к развитию воспалительных, метаболических и даже злокачественных заболеваний.

Уровень глутатионпероксидазы рекомендуется исследовать для комплексной оценки антиоксидантного статуса, а также при подозрении дефицита селена в организме.

Источник

Роль глутатионпероксидаз в ткани эндометрия: факты, гипотезы, перспективы изучения

Полный текст

Аннотация

Ферменты группы глутатионпероксидаз (GPX) наряду с пероксиредоксинами составляют семейство тиолпероксидаз — ферментов, катализирующих тиолзависимое восстановление H2O2 и органических гидропероксидов. Это обусловливает их защитную роль при окислительном стрессе. Среди GPX у человека различают 8 форм, 5 из которых (GPX1,2,3,4 и 6) — селензависимые. Наибольшее число фактов, подтверждающих большое значение GPX в функционировании эндометрия матки, относятся к ферменту GPX3 (секретируемая GPX). Промотор гена GPX3 содержит больше вероятных прогестерон-чувствительных элементов нежели эстроген-чувствительных; экспрессия гена GPX3 в эндометрии усиливается после овуляции и во время беременности; в строме эндометрия прогестерон усиливает транскрипцию Gpx3 через транскрипционный фактор HIF1α. На лабораторных животных показана сопряженность активации гена Gpx3 и экспрессии белка GPX3 в строме и имплантации бластоцисты в стенку матки. Подтверждено, что GPX3 снижает концентрацию H2O2 в эндометрии при беременности и при децидуализации in vitro. Предполагается уязвимость репродуктивной функции при физиологическом стрессе при недостаточной экспрессии GPX3 в эндометрии. Количественно и селективно ферментативная активность GPX3 в эндометрии изучена очень слабо. Сформирована гипотеза о возможной эффективности селенсодержащих препаратов для повышения рецептивности эндометрия и поддержания нормального развития эмбриона (особенно в условиях физиологического стресса) через усиление посттранскрипционного этапа синтеза GPX3 в эндометрии. Вероятно, экспрессия GPX3 в эндометрии может быть увеличена также за счет применения гестагенных стероидных препаратов (через усиление транскрипции гена GPX3). GPX3 имеет широкую тиоловую специфичность по сравнению с цитозольным ферментом GPX1 и, вероятно, по сравнению с большинством других форм GPX. Исследование ферментативной активности GPX3 предлагается проводить с использованием гомоцистеина и цистеина в качестве тиоловых субстратов вместо глутатиона.

Ключевые слова

Полный текст

Ферменты группы глутатионпероксидаз (GPX) распространены по всему животному царству [1, 2]. Эти ферменты входят в суперсемейство тиолпероксидаз, катализирующих тиолзависимое восстановление неорганических (H2O2) и органических гидропероксидов.

Восстановленный глутатион (GSH) — тиол, который in vivo является донором электронов, вовлеченным в каталитический цикл GPX [1, 3]. Катализ восстановления гидропероксидов посредством GPX протекает в три этапа, два последних из которых являются тиолзависимыми (GSH-зависимыми); общая схема реакции выглядит следующим образом:

2 GSH + ROOH → GS-SG + H2O + ROH,

где GS-SG, ROOH и ROH означают соответственно окисленный глутатион, гидропероксид и гидроксипроизводное (в том случае, если восстанавливаемый гидропероксид H2O2 в качестве гидроксипроизводного выступает вторая молекула воды [1]). Аэробный метаболизм ведет к продукции пероксида водорода и органических гидропероксидов в тканях; GPX наряду с другими тиолпероксидазами принимает участие в регуляции уровня гидропероксидов, которые при повышенной продукции оказывают токсическое действие [4]. Среди других функций GPX — ингибирование апоптоза и воспалительных процессов, модуляция каскадов сигналинга, участие в активации транскрипционных факторов [1].

У человека различают восемь форм GPX, пять из которых (GPX1,2,3,4 и 6) являются селензависимыми, а именно содержат остаток селеноцистеина в активном центре. Селензависимые GPX преобладают у позвоночных, тогда как гомологи GPX, у которых вместо селеноцистеинового остатка в активном центре находится остаток цистеина, найдены у растений, дрожжей, простейших и бактерий. Селеновые GPX спорадически обнаруживаются у беспозвоночных, таких как членистоногие и трематоды; селеноцистеин-содержащая GPX также найдена у зеленых водорослей [1].

«Классическая», или цитоплазматическая, GPX (GPX1) состоит из четырех субъединиц, функционирует внутри клеток тканей и является необходимой в защите от генерализованного окислительного стресса. Мыши, мутантные по обоим аллелям гена Gpx1, гибнут при остром окислительном стрессе независимо от обеспечения организма селеном, тогда как мыши, имеющие аллели дикого типа, выживают в этих условиях при обеспечении селеном [5].

GPX желудочно-кишечного тракта (GPX2) — цитозольный гомотетрамер, сходный с GPX1. Экспрессируется главным образом в эпителии пищеварительного тракта, включая эпителий пищевода. У человека экспрессируется также и в печени. Наибольшие концентрации GPX2 найдены у основания крипт кишечника. В развивающемся эмбрионе экспрессия мРНК Gpx2 преобладает в быстрорастущих тканях. Очень вероятно, что функции GPX2 тесно связаны с пролиферацией тканей [5, 6].

GPX плазмы, или экстраклеточная GPX (GPX3), как и многие белки плазмы крови, является гликопротеином. Так же как GPX1 и GPX2, это гомотетрамерный фермент. Кроме плазмы крови GPX3 обнаруживается в других жидкостях тела, в том числе в амниотической жидкости. Основной источник секреции GPX3 — почки. GPX3, секретированная почками, обладает способностью связываться с базальными мембранами эпителиальных тканей в других органах. Для плазмы крови характерны низкие концентрации GSH, и поэтому предполагается, что GPX3 не может эффективно с ним взаимодействовать. Функции GPX3 во многом остаются загадкой. Гиперметилирование промотора гена Gpx3 встречается в подавляющем большинстве образцов при некоторых видах онкологических заболеваний, включая рак эндометрия и простаты [5, 7].

GPX гидроперекисей фосфолипидов (GPX4) — мономерный белок, существует в трех изоформах (цитозольная, митохондриальная и GPX4 ядер клеток спермы), синтезирующихся с одного и того же гена за счет наличия альтернативных транскрипционных стартов. Цитозольная изоформа экспрессируется во всех тканях, тогда как остальные две — преимущественно в семенниках. Системный нокаут всего гена Gpx4 летален (без цитозольной GPX4 невозможен нормальный эмбриогенез), но при нокауте, приводящем к отсутствию митохондриальной формы, мыши полностью жизнеспособны (правда, самцы при этом полностью инфертильны). Цитозольная GPX4 важна не только в эмбриогенезе, она выполняет нейропротекторную функцию у взрослых, возможно, благодаря своему высокому сродству к гидроперекисям липидов [5].

GPX5 — гомотетрамерная неселеновая GPX, специфичная для придатков семенников (образуется в эпителии головки придатка семенника), ее ближайший гомолог — GPX3, вместе с которой они составляют более 95 % мРНК и белков GPX в эпидидимисе. GPX5 секретируется в лумен эпидидимиса, связывается с головками сперматозоидов и предотвращает их повреждение гидропероксидами. Возможно, GPX5 предотвращает преждевременную реакцию акросом сперматозоидов во время их хранения в хвосте придатка яичка [5, 8].

GPX6 — гомотетрамер, также гомолог GPX3, селенопротеин у человека и неселеновая GPX у грызунов и других животных. Экспрессия Gpx6 выявлена в эмбрионах мышей и в боуменовых железах под обонятельным эпителием. О функциях GPX6 не известно ничего определенного [5].

GPX7 — мономерная неселеновая GPX гидроперекисей фосфолипидов, гомологичная селеновой GPX4. Это белок цитозоля и лумена эндоплазматического ретикулума, не тканеспецифичен. GPX8 — GPX, по своим структурным характеристикам также относимая к белкам эндоплазматического ретикулума. Предполагается, что GPX7 и GPX8 участвуют в фолдинге белков, включающем в себя формирование дисульфидных связей [5].

Строгая зависимость функционирования селензависимых GPX от GSH характерна не для всех ферментов этого семейства. Хотя GPX принято называть глутатионзависимыми ферментами, GPX3 (секретируемая GPX) хорошо функционирует как тиолпероксидаза с широкой тиоловой специфичностью и может использовать цистеин, тиоредоксин и глутаредоксин вместо GSH [3, 9], становясь полностью независимой от GSH в своем каталитическом цикле при наличии других тиолов в среде. Статистически обосновано (на фракциях белков плазмы крови), что GPX3 способна использовать гомоцистеин (HcySH) вместо GSH; опять же присутствие GSH в среде совершенно не требуется [10]. Для GPX4 также характерна способность использовать другие тиоловые восстановители вместо GSH — белки хроматина, цистеинбогатые белки, связанные с митохондриями клеток спермы, и даже саму GPX4 в качестве тиолового восстановителя. При этом, правда, GPX4 не способна использовать для своей функции тиоредоксин. Внутриклеточная GPX1, напротив, довольно строго специфична к GSH, но в условиях недостатка GSH GPX1 успешно использует его предшественник (гамма-глутамилцистеин) [5]. В старых работах, когда еще не было известно вышеперечисленное разнообразие GPX, для GPX митохондрий печени было установлено, что на одном из двух тиолзависимых этапов каталитической реакции GPX строго специфична к GSH; на другом тиолзависимом этапе GSH может быть заменен на другой тиол [11, 12].

Как GPX могут функционировать и некоторые другие белки, не относимые к данному семейству: это пероксиредоксины, входящие вместе с GPX в суперсемейство тиолпероксидаз, а также глутатионтрансферазы, селенопротеин Р и даже сывороточный альбумин. Последние три из упомянутых белков и групп ферментов, правда, имеют иную, более узкую субстратную специфичность по отношению к гидропероксидам в тиолпероксидазной реакции [3, 13–15].

Исследования экспрессии глутатионпероксидаз в ткани эндометрия женщин

Существует ряд работ по изучению транскрипционного профиля эндометрия человека в ходе менструального цикла и при нарушениях рецептивности эндометрия; при этом среди генов ферментов группы GPX исследователи наблюдают существенные изменения в активности гена GPX3 [16–20]. GPX3-транскрипт имеет очень низкий уровень в эндометриальной ткани в пролиферативной фазе менструального цикла, тогда как в секреторной фазе, когда доминирует уровень прогестерона, уровень GPX3-транскрипта повышается в десятки раз [16]. При этом в промоторной части гена GPX3 идентифицируется три вероятных прогестерон-реактивных элемента и два вероятных эстроген-реактивных элемента. (Аналогичным образом у других генов, транскрибируемых преимущественно в секреторной фазе, количество вероятных прогестерон-реактивных элементов преобладает над количеством вероятных эстроген-реактивных элементов.) Данные факты свидетельствуют в пользу того, что ген GPX3 позитивно регулируется прогестероном [16]. Поскольку уровень экспрессии гена GPX3 растет и после времени имплантации (т. е. далее после 7-го дня, считая от времени пика секреции лютеинизирующего гормона), есть мнение, что экспрессия GPX3 в эндометрии важна больше в процессах, связанных с менструацией нежели с имплантацией эмбриона [19].

Свободнорадикальные повреждения вовлечены в патофизиологию многих органов и тканей, включая эндометрий. Биосинтез секретируемой GPX, GPX3, устраняющей продукты перекисного окисления биомолекул во внеклеточной среде, зависит от наличия селена. При этом имеются данные о том, что дефицит селена ассоциирован со спонтанными абортами и бесплодием [21]. На основании этих данных и совокупности перечисленных данных о GPX3 остается обоснованным предположение, что GPX3 эндометрия функционирует в периимплантационный период для защиты развивающегося эмбриона от окислительных повреждений, в том числе для обеспечения его безопасной (в этом же смысле) имплантации в стенку матки [16].

Другим ферментом семейства GPX, для которого показаны циклические изменения экспрессии в эндометрии в ходе менструального цикла, является GPX1 [16, 22]. Экспрессия GPX1 была идентифицирована в поверхностных и железистых эпителиальных клетках иммуногистохимически с использованием поликлональных антител к белку-ферменту. Уровень экспрессии GPX1 в железистых клетках эпителия был низким в ранней пролиферативной фазе, затем постепенно увеличивался, достигал максимума в ранней секреторной фазе и снижался к концу секреторной фазы. В поверхностном эпителии динамика экспрессии была аналогичной. Получается, что, в отличие от экспрессии GPX3, уровень мРНК которой высок в период имплантации, уровень экспрессии GPX1 в данный период уже снижается. Вероятно, цикличность продукции GPX1 в эпителии эндометрия и цикличность экспрессии GPX3 эндометрием имеют существенные различия в функциональном отношении.

Исследования экспрессии глутатионпероксидаз в ткани эндометрия лабораторных животных

В 2014 г. в FEBS Letters была опубликована работа [23], выполненная главным образом на мышах, указывающая на тесную связь экспрессии GPX3 в стромальных клетках эндометрия с децидуализацией эндометрия и имплантацией бластоцисты в стенку матки. Результаты этой работы объясняют механизмы, по которым происходит регуляция экспрессии GPX3 в эндометрии.

Заранее оговоримся, что у грызунов имплантация эмбриона в стенку матки у разных особей может происходить очень несинхронно, начиная с начала 4-го дня беременности. Даже в конце 5-го дня нормальной беременности имплантация может все еще не произойти [24]. Но, вероятно, мыши, используемые в работе [23], были очень сходны между собой по времени имплантации при нормальной беременности. С использованием меченной дигоксигенином кРНК (комплементарной к мРНК Gpx3 (метод гибридизации in situ)) было установлено, что мРНК Gpx3 не экспрессируется в регистрируемых количествах с 1-го по 4-й день нормальной беременности. Начиная с 5-го дня мРНК Gpx3 проявляется в строме эндометрия ближе к просвету матки, причем непосредственно вокруг имплантирующейся бластоцисты. В последующие дни беременности экспрессия мРНК Gpx3 усиливается и распространяется по строме в процессе децидуализации. В ходе количественной оценки методом ПЦР (ПЦР в реальном времени) установлено, что к 8-му дню беременности экспрессия мРНК Gpx3 в эндометрии возрастает в сотни раз по сравнению с 4-м днем (при использовании этого метода в эндометрии на 4-й день беременности регистрируется некоторый (не нулевой) уровень мРНК Gpx3, принятый за единицу). Экспрессия мРНК Gpx4 тоже повышается к 8-му дню по сравнению с уровнями в 4-й и 5-й дни, но не столь значительно, а экспрессия мРНК Gpx2, наоборот, к 8-му дню сильно снижается. Выявленное авторами увеличение экспрессии мРНК Gpx1 на 8-й день беременности, возможно, не является статистически значимым, поскольку из работы не ясно, каким методом пользовались авторы для статистических сравнений, а прирост экспрессии по сравнению с 4-м и 5-м днями сравнительно мал. Экспрессия мРНК Gpx5, Gpx6 и Gpx7 в эндометрии была очень слабой в исследуемый период (1–8-й дни беременности) [23].

При задержке имплантации с последующей ее активацией эстрогеном опять-таки выявлено увеличение экспрессии мРНК Gpx3 методом гибридизации in situ до хорошо детектируемого уровня в строме, окружающей имплантирующийся эмбрион. При искусственной децидуализации посредством инъекции масла в рог матки также выявлен высокий уровень экспрессии мРНК Gpx3 в клетках стромы. В роге матки, который не подвергался инъекции, экспрессия мРНК Gpx3 регистрировалась в поверхностном эпителии эндометрия и в меньшей степени в железистом эпителии, но не в клетках стромы [23].

На овариэктомированных мышах и на эндометриальных стромальных клетках in vitro было установлено, что прогестерон усиливает экспрессию мРНК Gpx3; этот эффект опосредован рецептором прогестерона и транскрипционным фактором HIF1α. При децидуализации in vitro (при обработке прогестероном вместе с эстрогеном) экспрессия мРНК Gpx3 усиливается в клетках стромы в несколько десятков раз в течение 96 часов от начала обработки. В опытах in vitro установлена необходимость добавления соединений селена (селенит натрия — в концентрациях порядка 0,1 мкМ) в культуральную среду с клетками эндометрия для экспрессии в них белка GPX3, что понятно, поскольку селен включается в состав молекулы фермента при трансляции (без него белковая молекула не синтезируется [25]). Получены данные, свидетельствующие в пользу того, что GPX3 снижает концентрацию пероксида водорода в строме [23].

В других исследованиях показано наличие GPX3 в жидкостях, окружающих развивающийся эмбрион. Gpx3 экспрессируется в тканях на контакте развивающегося эмбриона и материнского организма — материнском децидууме, эндодерме желточного мешка и в эмбриональной коже [21].

Ранние этапы беременности уязвимы для стрессовых состояний, что может выражаться как в нарушении имплантации, так и в патологиях развития раннего эмбриона. Реактивные формы кислорода часто вовлечены в возникновение различных патологий, включая инфертильность. Как видно из рассмотренных данных, среди GPX, устраняющих продукты реакций свободнорадикальных соединений кислорода, в эндометриальной ткани во время беременности, по-видимому, основную роль в защите развивающегося плода (в этом смысле) со стороны материнского организма играет секретируемая эндометрием GPX3. Большинство генов других ферментов группы GPX не претерпевают столь серьезных изменений экспрессии в эндометрии во время беременности, как это имеет место в случае Gpx3; сопоставимого внимания, вероятно, заслуживает лишь факт сильного снижения экспрессии Gpx2, отмеченный в работе X. Xu et al [23].

Хотя Gpx3 обильно экспрессируется в децидууме, мыши, генетически дефектные по обоим аллелям Gpx3, не проявляют отклонений в репродуктивной функции по сравнению с мышами дикого типа. При этом неизвестно, что происходит с другими GPX в эндометрии, компенсируют ли они отсутствие GPX3 у таких генетически дефектных мышей. В отношении одного маркера децидуализации, белка DTPRP, известно, что мыши, гомозиготные по его выключенному гену, Dtprp, жизнеспособны, фертильны и дают приплод нормальной численности — явление, сходное с тем, что наблюдается при выключенном гене Gpx3. Однако у Dtprp-дефектных мышей протекание беременности уязвимо к гипоксии — количество погибших и подвергшихся резорбции зародышей значимо больше в условиях гипоксии, чем у мышей дикого типа в тех же условиях. Это свидетельствует об утрате материнской способности адаптироваться к влиянию стрессирующего фактора в ходе беременности. Возможно, в случае утраты нормальных аллелей Gpx3 могут быть получены аналогичные результаты в условиях стресса. GPX3, возможно, является белком, присутствие которого в эндометрии необходимо для сохранения беременности в условиях гипоксии, в стрессовых условиях. На возможность этого также указывает известный факт зависимости экспрессии Gpx3 от гипоксия-индуцибельного фактора HIF1α [23, 26].

Перспективы определения активности и исследования роли глутатионпероксидаз в функционировании эндометрия

Обратим внимание на то, что в большинстве вышеперечисленных работ для изучения была доступна экспрессия генов разных GPX; также регистрировались уровни белков GPX. Об изменениях ферментативной активности судили косвенно [23]; при этом не проводились полноценные количественные измерения активности различных форм GPX как скорости каталитической реакции, отнесенной к количеству биоматериала (или конкретнее — белка-фермента). Между тем именно каталитическая активность является показателем функциональной активности фермента, а не само количество белка-фермента, измеренное, например, иммунохимически, и тем более не уровень экспрессии его гена.

В наших пилотных исследованиях выявлено, что как в гомогенатах цельной матки, так и в гомогенатах эндометрия лабораторных животных принципиально возможно определять ферментативную активность тиолпероксидаз, причем можно подобрать условия, в которых определяется очень высокая активность. В цельной матке мышей тиолпероксидазная активность (Me (q1–q3)) составляет 154 (122–214) нмоль HcySH/мин/мг белка (субстраты — HcySH (0,9–1,1 мМ) и трет-бутилгидропероксид (1,6 мМ), рН 8,5, t = 37 °C; другие параметры метода см. в работе [27]). Тиолпероксидазная активность (Me (q1–q3)) в эндометрии матки крыс составляет 112 (98–112) нмоль HcySH/мин/мг белка (субстраты — HcySH (1,1 мМ) и пероксид водорода (0,192 мМ), рН 8,5, t = 37 °C; использовался метод из работы [10]). Отметим, что в случае сочетания HcySH и пероксида водорода нами получено статистическое подтверждение того, что такая тиолпероксидазная активность принадлежит ферменту GPX3 [10] (при этом использовалась плазма крови в качестве источника ферментативной активности). Цистеин, также являясь хорошим субстратом для GPX3, аналогичным образом может быть использован для определения активности этой формы GPX [9, 10, 28, 29].

Как показано в вышеизложенном обзоре, существуют данные, служащие основаниями для гипотезы о том, что GPX3 является ферментом, активность которого служит фактором, обеспечивающим успешную имплантацию бластоцисты в стенку матки и последующую защиту эмбриона от окислительного стресса. В связи с этим перспективным подходом для проверки этой гипотезы являются оценка размера приплода у животных, содержащихся на селенодефицитной диете в периимплантационный период и подвергающихся воздействию стрессовых факторов, и оценка гомоцистеинпероксидазной активности в эндометрии в тех же условиях и в тот же период. Как известно, помещение генетически нормальных мышей в условия гипобарической гипоксии (концентрация кислорода — 11 %) с 5,5-го по 11,5-й день беременности приводит к гибели части эмбрионов [26]. Перспективной представляется попытка предотвращения гибели имплантировавшихся эмбрионов в данных условиях за счет применения препаратов селена. Оценка гомоцистеинпероксидазной активности в ткани стенки матки, проводимая в параллельной группе в тех же условиях, позволит оценить связь между изменениями в количестве погибших эмбрионов и активностью GPX3.

Актуально также провести измерение динамики активности GPX3 в эндометрии при искусственной задержке и активации имплантации, а также в децидуоме, вызванной инъекцией масла в рог матки животного. Это также, вероятно, позволит дополнительно подтвердить увеличение активности фермента при децидуализации (напомним, что ранее аналогичные опыты проводились с изучением экспрессии гена Gpx3, а не с изучением активности фермента GPX3 [23]).

Как уже упоминалось выше, перспективным является получение нокаутных животных по гену Gpx3 с последующей оценкой влияния гипоксии в пери- или постимплантационный период на исход беременности. Контроль над гомоцистеинпероксидазной активностью (с высокой вероятностью, свойственной ферменту GPX3) в ткани стенки матки остается актуальным и в таких экспериментах, несмотря на генетический дефект по Gpx3. Таким образом может быть получен ответ на вопрос об активации компенсаторных биохимических механизмов в условиях физиологического стресса во время беременности при отсутствии данного фермента.

Такого рода исследования не только могут подтвердить необходимость минимизации физиологического стресса в периимплантационный и ранний постимплантационный периоды, вскрывая при этом механизмы его негативного влияния на исход беременности, но и могут послужить обоснованием увеличения потребления физиологически безопасных соединений селена в рационе в период ранней беременности (в особенности, если в силу обстоятельств не удается полностью устранить стрессовые состояния в организме матери).

Поскольку получены свидетельства того, что экспрессия Gpx3 в эндометрии лабораторных животных и человека активируется прогестероном [16, 23], перспективным представляется определение активности GPX3 при проверке гестагенной активности новых синтетических стероидов в экспериментах in vivo и в культуре клеток эндометрия (при обязательном добавлении соединений селена в культуральную среду). Уровень активации GPX3 может послужить показателем эффективности препаратов с предполагаемой гестагенной активностью.

Авторы декларируют отсутствие конфликта интересов.

Авторы признательны ведущему научному сотруднику группы фармакологии НИИ АГиР им. Д.О. Отта, канд. биол. наук М.А. Петросян и директору Центра фармакологических исследований СПХФА, канд. биол. наук Д.Ю. Ивкину за предоставленную возможность выполнения проверочных опытов по оценке гомоцистеинпероксидазной активности в эндометрии лабораторных животных.

Источник