Кіріспе

Иммундық жүйе химиялық қаруы. Тыныс алу (немесе тотығу) күркіреуі – әртүрлі жасушалардан реактивті оттегі түрлерінің (ROS), супероксид анионының (O2⁻) және сутек пероксидінің жылдам шығарылуы. Бұл көбінесе сүтқоректілердің иммундық қорғанысы үшін пайдаланылады, сонымен қатар жасушалық сигнал беруде де маңызды рөл атқарады. Тыныс алу күркіреуі жануарлардың жұмыртқасы ұрықтанғаннан кейін де байқалады. Ол өсімдік жасушаларында да кездесуі мүмкін.

Патогендерге қарсы қорғаныс

Бұл реактивті түрлерге ұшырау тыныс алу кезінде патологияға алып келеді. Бұл қоршалып алынған бактериялардың тотығу зақымдануынан туындайды. Маңыздысы, пероксинитрит – өте күшті тотықтырғыш агент, ол липидтердің пероксидтелуіне, белоктың тотығуына, белоктың нитрациялануына әкелуі мүмкін, және олардың бактерицидтік әсері үшін жауапты. Ол тікелей FeS сияқты өтпелі металл орталықтарын қамтитын белоктармен әрекеттесіп, Фентон реакциясы үшін Fe2+ босатады. Пероксинитрит пептидтік тізбектегі әртүрлі аминқышқылдарымен әрекеттесіп, белок құрылымын, содан кейін оның функциясын өзгерте алады. Ол көбінесе цистеинды тотықтырады және басқа да туындаған RNS арқылы тирозиннің нитрациясын жанама түрде тудыруы мүмкін. Өзгерген белок функциясы ферменттердің катализдік белсенділігінің, цитоскелеттік ұйымдастырудың және жасушалық сигналдардың өзгеруін қамтиды. Гипохлор қышқылы ДНК, липидтер және белоктарды қоса алғанда, көптеген биомолекулалармен әрекеттеседі. HClO цистеиндер мен метиониндерді тиісінше олардың сульфгидрил тобы мен күкірт тобы арқылы тотықтыра алады. Біріншісі дисульфидтік байланыстардың пайда болуына әкеледі, бұл белоктың өзара байланысуына себеп болады. Екі тотығудың да нәтижесі белоктың агрегациясына және, әрі қарай, жасушаның өліміне алып келеді. Сульфгидрил тобы үш HClO молекуласымен үш есеге дейін тотықтырылып, сульфен қышқылдары, сульфин қышқылдары және R–SO3H түзеді, олардың барлығы кері қайтарылмайтын және бактерицидтік қасиеттері күшейеді. Ал метиониннің тотығуы кері процеске ие. HOCl сондай-ақ біріншілік немесе екіншілік аминдермен реакцияға түсіп, бактериялар үшін улы хлороаминдерді құрайды. Белоктың өзара байланысуы мен агрегациясы, сондай-ақ FeS топтарының бұзылуы да болуы мүмкін. Гипохлор қышқылының түзілуіне миелопероксидазаның маңызды рөлі бар. Миелопероксидаза нейтрофилдерде ең көп кездеседі, онда фагоцитоз дегрануляциямен бірге жүреді. Бұл гранулдардың фаголизосомамен бірігуі, олардың құрамының, соның ішінде миелопероксидазаның босатылуына әкеледі. Тыныс алу кезінде көптеген микробқа қарсы өнімдер пайда болғандықтан, жеке молекулалардың шабуылдаушы патогендерді өлтірудегі рөлі толыққанды түсініксіз. Құрамындағы микробқа қарсы өнімдердің, соның ішінде ROS-тың жоғары уыттылығына байланысты нейтрофилдердің өмір сүру ұзақтығы қысқа, бұл қабыну кезінде тіндік зақымдануды шектеуге мүмкіндік береді.

Ауру

Созылмалы грануломатоздық ауру – адам нейтрофильдерінің тұқым қуалайтын ауруы, онда NOX2 бұзылған. Фагоцитоз жүруі мүмкін, бірақ NOX2 қалыпты жұмыс істемесе, супероксид өндірілмейді, демек, жасушалық тыныс алу күшеюі болмайды. Бактериялық инфекция жойылмайды.

Фагоциттік емес жасушалар

Фагоциттік емес жасушаларда окистендіру шарының өнімдері жасушаішілік сигналдық жолдарда қолданылады. Пайда болған ROS клетканың тотығу-тотығу күйін өзгерту арқылы мұны іске асырады. Бұл антиоксидантты фермент – глютатионның тотыққан түрі, глютатион дисульфидіне (GSH:GSSG) қатынасы арқылы бақыланады. Антиоксидантты ферменттер қатысқан молекулаларды, әсіресе супероксид анионы мен азот оксидін жою арқылы тотығу-тотығу сигналдауын теңестіреді. Тотығу-тотығу сигналдауы көбею, дифференциация сияқты қалыпты процестерге, сондай-ақ қан тамырларының жұмысына және нейротрансмиссияға өте қажетті. Ол қатерлі ісік сияқты ауруларда да қатысады. NADPH оксидазаның NOX1 изоформасы тиісті рецепторлардың өсу факторымен (мысалы, EGF) стимуляциясына жауап ретінде супероксидтің қысқа мерзімді шарын тудырады. Супероксид диффузиялық шектеу жылдамдығына жуық жылдамдықпен сутек пероксидіне айналады. Супероксидтің айналуының кеңістіктік шектеуі тотығу-тотығу сигналдауының ерекшелігіне мүмкіндік береді. NOX1-дің жасушаның плазмалық мембранасындағы белгілі бір микродомендерге орналасуы арқылы да ерекшелік қамтамасыз етіледі. Сутек пероксиді аквапорин немесе диффузия арқылы цитозолға енеді. Онда ол тотығу-тотығуға сезімтал ақуыздардың цистеин топтарын тотықтырады, олар сигналдарды жіберуге қабілетті.

Макрофагтар

Фагоциттердегі тотықтырғыш жарылыс көбінесе бактерияларды өлтірумен байланысты. Дегенмен, макрофагтар, әсіресе альвеолалық макрофагтар, нейтрофильдерге қарағанда әдетте өте төмен деңгейдегі реактивті оттегі түзіледі және олардың бактерияға қарсы қасиеттерін іске қосу үшін белсендіру қажет болуы мүмкін. Оның орнына, олардың уақытша тотықтырғыш жарылысы цитокиндердің синтезін редокс сигнализациясы үшін ынталандырады, осы арқылы қабыну жауабын реттейді, нәтижесінде нейтрофильдер мен белсенді макрофагтардың жиналуына себеп болады.

Қатерлі ісік жасушалары

Қатерлі ісік жасушалары ROS-тың артық мөлшерін өндіру арқылы жасушалық сигналдауды манипуляциялай алады, соның салдарынан жасушалық өсім мен көбеюді ынталандыру үшін жолдарды тұрақты түрде белсендіреді. Бұл жолдарға NF κB, PI3K, HIF және MAPK жатады. Адамдарда, онкогенді KRAS жасушаларында митогендік жолды стимуляциялау үшін митохондриялық ROS, сондай-ақ окистелген жарылыс кезінде босатылатын ROS қатар қажет. Дегенмен, онкогенді Kras егеуқұйрықтарының фибробластарында NADPH оксидаза ингибиторлары осы өсу факторларының жолдарын тоқтатуға жеткілікті екені көрсетілді. Ісік тудыратын жасушалар қатерлі ісік жасушаларының өлімінен қорғану үшін антиоксиданттардың жоғары деңгейін бір уақытта сақтайды.

Ұрықтандыру

Ең айқын мысалы, теңіз кірпісі жұмыртқасында ұрықтанғаннан кейін тотығу күштілігі байқалады. Бұл нейтрофильдердегіге қарағанда эволюциялық жағынан ерекшеленеді деп саналады. Сутек пероксиді жұмыртқа оксидазасының әрекетінен, оттегі тұтынудың артуынан кейін түзіледі. Бұл өлімге алып келетін көп спермамен ұрықтанудың (полиспермияның) алдын алу үшін жұмыртқа ақуыздарының байланысуы үшін маңызды. Сутек пероксидінің өзі де спермаға зиянды. Дегенмен, пайда болған реактивті бөлшектер ұрықтанған жұмыртқаны окистену зақымдарынан қорғау үшін иммунитетке қарағанда төмен деңгейде ұсталады. Бұл, негізінен, сол жұмыртқа оксидазасының екі функциясын орындауы арқылы, ал екіншілік ретте каталаза және глутатион сияқты цитоплазмалық активті оттегі түрлерін (ROS) залалсыздандыру арқылы жүзеге асырылады.

Өсімдіктерде

Окистендіру жарылысы өсімдіктерде патогендік инфекцияға қарсы қорғаныс механизмі ретінде әрекет етеді. Бұл жасуша бетінде орналасқан рецепторлар (мысалы, FLS2 немесе EFR) арқылы PAMP-тарды анықтағаннан кейін байқалады. Жануарлардағыдай, өсімдіктерде реактивті оттегі түрлерінің өндірісі NADPH оксидаза арқылы жүзеге асады. Өсімдік иммунитетінде NADPH оксидазаның RbohD және RbohF суббірліктерінің функциялары үлестірілген, олар әртүрлі тіндерде және әртүрлі деңгейде экспрессияланады. Дегенмен, жануарлардың фагоциттерінен айырмашылығы, онда пайда болған ROS мөрленген фаголизосомада сақталады, өсімдіктердегі окистендіру жарылысы шектелмейді. Сәйкесінше, пайда болған ROS патогендік уыттылықпен қатар қосымша әсерлерге ие болады. Сутек пероксиді өсімдік жасуша қабырғасының гликопротеиндерінің окистендіру арқылы байланысуын тудырады. Бұл патогендердің ферменттік ыдырауына сезімталдықты азайтады. Жануарлардың туа біткен иммунитетіне ұқсас жүйелік қорғаныс резистенттілігі де зардап шеккен өсімдік жасушаларында шақырылады. Сутек пероксидінің әсерінен инфекция ошағындағы аз ғана жасушалардың өлімі – гиперсезімталдық реакциясы, патогендік инфекцияны шектеу мақсатында пайда болуы мүмкін. Өсімдіктердегі ROS өндірісі люминол-пероксидазаға негізделген талдау арқылы патогенді сәтті тануды бағалау үшін қолданылуы мүмкін.