Са2+ - зависимая активность нейтральных протеаз в тканях крыс при гипотермии

Ключевая роль кальпаинов в нервной системе определяется в большей степени тем, что эти пептидгидролазы характеризуются двойной системой контроля их активности; одной, общей для всех протеолитических ферментов и обеспечиваемой специфическими эндогенными ингибиторами и реактивными предшественниками ферментов, и другой - регулируемой концентрацией эндогенного Са2+. Сочетание в первичной структуре Са2+ - зависимой нейтральной протеазы протеолитического и Са2+ - связывающего доменов, по-видимому, дает возможность строго регулировать активность фермента и включать его в обмен в зоне локального повышения концентрации Са2+, определяя тем самым топографию и временный контроль биологического процесса (Азарян, 1989).

При умеренной 30-33°С и глубокой 18-20°С гипотермии, а также гипертермии 42°С активность кальпаинов мозга понижается на 15%, 69% и 19%, соответственно (рис. 14).

Пролонгирование глубокой гипотермии 18-20°С в течение 2-х часов вызывает почти 3х кратное увеличение активности кальпаинов относительно глубокой гипотермии.

Поскольку активация Са2+ - зависимых нейтральных протеаз происходит при увеличении концентрации ионов Са2+ в примембранной области до 100 и более мкмоль, то полученные нами результаты могут свидетельствовать об ингибировании активности Са2+-АТФазы, с помощью которой осуществляется перемещение каждого иона Са2+ из цитозоля в межклеточную среду (Иванов и др., 1999).

Рис. 14. Динамика изменения (в % по отношению к контролю) активности Са2+- зависимой нейтральной протеазы в мозгу крыс при разных температурах тела.

Са2+ - АТФаза необходима для снижения внутриклеточного Са2+ до низких уровней, что достигается за счет энергии АТФ. Этот насос обладает высоким сродством к Са2+, но довольно низкой транспортной способностью (около 0.5 нМоль Са2+/мг белка в 1с). Фермент активируется кальмодулином, а также кислыми фосфолипидами и ненасыщенными длинноцепочечными жирными кислотами. Утверждается, что различные гормоны, такие как тироксин, окситоцин и инсулин, ингибируют помпу в зависимости от ткани и экспериментальных условий (Сарис, Карафоли, 2005).

Согласно литературным данным, при умеренной активации Са2+ - зависимых нейтральных протеаз, осуществляющих ограниченный протеолиз нейроспецифических белков цитоскелета нейронов (в том числе основного структурного компонента синаптосомальных мембран - фодрина), происходит демаскировка и увеличение количества NMDA-рецепторов глутамата, что способствует развитию гипервозбуждения. Дальнейшее увеличение свободного Са2+ и активация Са2+ - зависимых нейтральных протеаз может стать причиной деструкции цитоскелета и последующей гибели нейронов (Менджерицкий и др., 1995).

Кроме того, при увеличении концентрации Са2+ происходит связывание глутаминовой кислоты специфическими рецепторами плазматических мембран клеток гиппокампа крыс. Оно сопровождается расщеплением фодрина - спектринподобного белка, локализованного на внутренней поверхности плазматических мембран нервных клеток, и таким образом регулируется пластичность мембран (Ivanov, 1997).

В печени крыс активность кальпаинов (Са2+ - зависимых нейтральных протеаз) составляет 32.76±2.1 мкмоль тирозина/мг белка. При умеренной 30-33°С, глубокой 18-20°С гипотермии, а также гипертермии 42°С активность кальпаинов понижается относительно контроля на 19, 56 и 43 %, соответственно (рис.15). Пролонгирование глубокой гипотермии в течение 2-х часов вызывает повышение активности фермента на 122% относительно глубокой гипотермии, и не изменяет ее по сравнению с контролем.

Кальпаины катализируют образование кининов, участвующих в воспалительных процессах и с помощью ограниченного протеолиза активируют триптофангидроксилазу клеток печени животных, регулирующую биосинтез серотонина (Сологуб, Пашковская, 1988).