Кіріспе

Газтрансмиттер NO (көміртек оксиді) түзілуін катализдейтін ферменттер. Азот оксиді синтезалары (NOS) – L-аргининнен азот оксиді (NO) өндірілуін катализдейтін ферменттер тобы. NO – маңызды жасушалық сигнал молекуласы. Ол қан тамырлары тонусын, инсулин секрециясын, тыныс жолдары тонусын және перистальтиканы реттеуге көмектеседі, сондай-ақ ангиогенез және жүйке дамуына қатысады. Ол кері байланыс нейротрансмиттері ретінде де жұмыс істей алады. Сүтқоректілерде азот оксиді кальций-кальмодулинмен басқарылатын eNOS (эндотелиальді NOS) және nNOS (нейрондық NOS) изоэнзимдері арқылы жүзеге асырылады. Иммундық жауапқа қатысатын индукцияланатын изоформа iNOS, физиологиялық мағынадағы концентрацияларда кальмодулинмен байланысады және NO-ны иммундық қорғаныс механизмі ретінде өндіреді, себебі NO жұпсыз электроны бар бос радикал. Ол септикалық шоктың тікелей себебі және аутоиммундық ауруларда рөл атқара алады. NOS келесі реакцияны катализдейді: NOS ерекшелігі – ол бес кофакторды қолданады және флавин аденоин динуклеотидін (FAD), флавин мононуклеотидін (FMN), гем, тетрагидробиоптеринді (BH4) және кальмодулинді байланыстыратын жалғыз фермент болып табылады.

Түрлердің таралуы

Аргининнен туындаған NO синтезі сүтқоректілерде, балықтарда, құстарда, омыртқасыздарда және бактерияларда анықталды. Ең жақсы зерттелгендері – сүтқоректілер, онда үш ерекше ген NOS изоэнзимдерін кодтайды: нейрондық (nNOS немесе NOS 1), цитокинмен индукцияланатын (iNOS немесе NOS 2) және эндотелиялық (eNOS немесе NOS 3). iNOS және nNOS ерігіш және көбінесе цитозольде табылады, ал eNOS мембранамен байланысқан. Өсімдіктерде NO сигналдауға қатысты деректер бар, бірақ өсімдік геномдары басқа әлемдерде NO өндіретін суперавтобасының гомологтарынан мүлдем құрылған.

iNOS

Құрылтай НОЗ ферменттерінің (nNOS және eNOS) кальцийге тәуелді маңызды реттелуіне қарамастан, iNOS кальцийге сезімтал емес деп сипатталды, бұл оның кальмодулинмен (CaM) және Ca2+ - пен тығыз ковалентті емес байланысына байланысты болуы мүмкін. iNOS-ті кодтайтын ген 17-хромосомада орналасқан. Жоғары өнімді iNOS индукциясы көбінесе тотығу ортасында жүреді, сондықтан NO-ның жоғары деңгейі пероксинитрит түзілуіне және жасушалық улануға алып келетін супероксидпен әрекеттесуге мүмкіндік береді. Бұл қасиеттер iNOS-тің қабылдаушы иммунитетіндегі рөлін анықтайды, ол макрофагтардың тотығу шарлауының бөлігі ретінде микробқа қарсы және ісікке қарсы қызметке қатысуына мүмкіндік береді. Патологиялық түрде азот оксидінің пайда болуы, iNOS өндірісінің ұлғаюы арқылы түтікшедегі кірпік қозғалысын және тегіс бұлшық еттердің жиырылуын азайтуы мүмкін, соның салдарынан эмбрион тасымалына әсер етіп, жатыр сыртындағы жүктілікке алып келуі мүмкін деген болжам бар.

eNOS

Эндотелиялық NOS (eNOS), сондай-ақ азот оксиді синтетазасы 3 (NOS3) деп те аталады, қан тамырларында NO-ны жасайды және тамырлардың жұмысын реттеуге қатысады. eNOS-ті кодтайтын ген 7-ші хромосомада орналасқан. eNOS-тің эндотелиялық мембраналарға орналасуы котрансляциялық N-терминалды миристоилдеу және посттрансляциялық пальмитоилдеу арқылы жүзеге асырылады.

bNOS

Бактериялық NOS (bNOS) бактерияларды тотығу стресінен, түрлі антибиотиктерден және жанушы иммундық жауаптан қорғайтыны көрсетілген. bNOS супероксид дисмутазаның (SodA) транскрипциясында маңызды рөл атқарады. Лог фазасының соңындағы және bNOS-қа ие емес бактериялар SodA-ны күшейте алмайды, бұл зиянды тотығу стресіне қарсы қорғанысты әлсіздетеді. Алғашқыда bNOS жасушаны қиын жағдайларға дайындау үшін пайда болған болуы мүмкін, бірақ қазір бактерияларды дәстүрлі микробқа қарсы препараттардан қорғауға көмектеседі. Клиникалық қолданыс ретінде, Грам-оң бактериялардың көлемін азайту үшін bNOS ингибиторын жасауға болады.

Химиялық реакция

Азот оксиді синтезалары L аргининнің (L Arg) гуанидино азотының бес электронды тотығуын катализдей отырып NO өндіреді. L Arg-нің L цитрулинге тотығуы екі рет қайталаса монооксигендеу реакциясы арқылы Nω гидрокси-L аргинин (NOHLA) аралық зат ретінде түзіледі. NO-ның 1 молына 2 моль O2 және 1,5 моль NADPH жұмсалады. Барлық үш изоформа (әрқайсысы белсендірілу кезінде гомодимер ретінде жұмыс істейді деп есептеледі) цитохром P450 редуктазасына гомолог карбоксилді терминалды редуктаза доменіне ие. Олар сонымен қатар амин терминалды оксигеназа доменін бөліседі, ол гема протездік тобын қамтиды, бұл домен белоктың ортасында кальмодулин байланыстыру доменімен байланысқан. Кальмодулиннің байланысы «молекулалық қосқыш» ретінде әрекет етеді, редуктаза доменіндегі флавин протездік топтарынан гемаға электрон ағынын қамтамасыз етеді. Бұл O2 және L аргининнің NO және L цитрулинге айналуын жеңілдетеді. Әрбір NOS изоформасының оксигеназа домені BH4 протездік тобын да қамтиды, ол NO-ның тиімді өндірісі үшін қажет. BH4 басқа ферменттерде редуктивті эквиваленттердің көзі ретінде қолданылып, дигидробиоптерин редуктазасымен қайта өңделеді, ал BH4 гема байланысқан O2-ны бір электронды беру арқылы белсендіреді, содан кейін азот оксидінің босатылуын қамтамасыз ету үшін қайтадан ұсталады. Бірінші анықталған азот оксиді синтезасы нейрондық тіндерде (NOS1 немесе nNOS) табылды; эндотелиялық NOS (eNOS немесе NOS3) үшінші болып анықталды. Олар бастапқыда «құрылымдық экспрессияланатын» және «Ca2+ сезімтал» деп жіктеліп, бірақ қазір олардың көптеген әртүрлі жасуша түрлерінде кездесетіні және экспрессиясы белгілі физиологиялық жағдайларда реттелетіні белгілі болды. NOS1 және NOS3 жасушаларындағы Ca2+ физиологиялық концентрациясы кальмодулиннің «құлыптау домендеріне» байланысуын реттейді, осылайша флавиндерден гемалық топтарға электрондық трансфер басталады. Керісінше, кальмодулин индукцияланатын және Ca2+ сезімтал емес изоформаға (iNOS немесе NOS2) тіпті жасушаішілік Ca2+ белсенділігі төмен болғанда да тығыз байланысты болып қалады, негізінен осы изоформаның бөлігі ретінде әрекет етеді. Азот оксиді NOS экспрессиясы мен белсенділігін реттеуге қабілетті. Атап айтқанда, NO, NOS3 және одан кейін қан тамырларының эндотелийлік жасушаларының функциясын реттеуде маңызды теріс кері байланыс рөлін атқарады. Бұл процесс S нитрозациясы (кейбіреулер S нитрозиляциясы деп те атайды) деп белгіленеді және ол қан тамырларының эндотелийлік жасушаларында NOS3 белсенділігін қайтымды түрде тежейтіні көрсетілген. Бұл процесс маңызды болуы мүмкін, өйткені ол жасушалық редокс жағдайларымен реттеледі және осылайша «оксидативтік стресс» пен эндотелийлік дисфункция арасындағы байланысқа механизмді қамтамасыз етуі мүмкін. NOS3-тен басқа, NOS1 және NOS2 де S нитроздалғаны анықталды, бірақ бұл процесс арқылы осы NOS изоформаларының динамикалық реттелуіне дәлелдер толық емес. Сонымен қатар, NOS1 және NOS2 екеуі де гемалық протездік топтарында темір нитрозил кешендерін түзетіні көрсетілді, бұл белгілі бір жағдайларда осы ферменттерді ішінара өзін-өзі деактивациялауға әкелуі мүмкін. Азот оксидінің өндірілімін шектеуші фактор кейбір жасуша түрлерінде L аргининнің болуы болуы мүмкін. Бұл NOS2 индукциясынан кейін айқын болуы мүмкін.

Ингибиторлар

Ронаптерин (VAS 203), сондай-ақ 4-аминотетрагидробиоптерин (4 ABH4) деп аталады, BH4-тің (NOS кофакторы) аналогы, және ол мидың жарақаттануын емдеу үшін нейроқорғаушы зат ретінде әзірленудегі NOS ингибиторы болып табылады. Клиникалық қолдануға зерттелген немесе зерттеліп жатқан басқа NOS ингибиторларына цидунистат, A 84643, ONO 1714, L NOARG, NCX 456, VAS 2381, GW 273629, NXN 462, CKD 712, KD 7040 және гуанидиноэтилдисульфид кіреді.