От нуклеиновых кислот к препарату Нуклеинат

Л.В. Андриюк, д.м.н., профессор, заведующий кафедрой реабилитации и нетрадиционной
медицины Львовского национального медицинского университета им. Данила Галицкого.
От нуклеиновых кислот к препарату Нуклеинат
В основе нарушений функций организма лежат структурные изменения, которые
обусловлены метаболическими расстройствами, в первую очередь – синтеза белка. Исходя из
того, что перенос информации реализуется от нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) на белок,
логично представить, что нарушения нуклеинового гомеостаза могут оказаться одной из
причин индукции патологических процессов вообще. Речь в данном случае идет не о
генетических эффектах РНК, а об общебиологическом действии ее фрагментов, на которые
она распадается под воздействием эндонуклеаз. В организме одновременно существуют
нарушения нуклеинового метаболизма и функций различных органов и систем при развитии
патологических состояний. В комплексную терапию заболеваний обосновано включение
нуклеиновых препаратов и средств, которые позитивно воздействуют на нуклеиновый
гомеостаз. Подобные пробы представляются также целесообразными в связи с
обнадеживающими результатами, полученными в экспериментальных и клинических
исследованиях.
РНК имеет общебиологическое значение. Она освобождается при разрушении больных
клеток и стареющих клеток, при гибели бактерий, вирусов, простейших, попали в организм,
поступает в составе пищевых продуктов растительного и животного происхождения.
Суммарный эффект РНК складывается из эффектов ее компонентов, которые могут
быть разнонаправленными. В природных условиях, когда происходит постоянное
разрушение отмирающих, больных и модифицированных клеток, освобождается эндогенная
РНК, расщепляемая до низкомолекулярных фрагментов эндонуклеазами, постоянно
присутствующими в тканях и в крови. То же самое происходит и с экзогенными
нуклеиновыми кислотами.
Разностороннее действие РНК и ее компонентов на клеточный метаболизм приводит к
широким изменениям ее функций. Поэтому при введении РНК и ее компонентов в организм
описано более десяти разных феноменов. Это – радиопротекторное действие, способность
стимулировать
кроветворение,
индукция
невосприимчивости
к
патогенным,
условнопатогенным бактериям и их соединениям, детоксикационное действие против эндо и
экзотоксинов, усиление процесса образования интерферона адъювантный эффект при
введении тимусзависимых и тимуснезависимых антигенов. При этом усиливается первичный
и вторичный иммунный ответ. Известен репаративный эффект РНК и ее производных,
свойство стимулировать синтез нуклеиновых кислот и поддерживать нормальное
функционирование эндогенных нуклеаз.
Нуклеиновые кислоты выполняют важную роль в процессах жизнедеятельности
организма. Их функция, прежде всего, заключается в сохранении и передаче генетической
информации, и проявляется в биосинтезе белков. По физико-химическим свойствам
нуклеиновые кислоты неоднородны. Их делят на два типа: рибонуклеиновые (РНК) и
дезоксирибонуклеиновые (ДНК) кислоты.
Синтез нуклеиновых кислот
В клетках высших организмов существует три вида ферментов, которые синтезируют
РНК. Все новообразованные РНК подлежат значительной модификации (процессингу) в
ядре, прежде чем переходят в цитолиз в виде рРНК, тРНК и мРНК. Регуляция синтеза белка
может происходить на самых различных его этапах.
В нейронах – основных структурно-функциональных единицах нервной ткани, – как и в
клетках глии, существуют механизмы синтеза нуклеиновых кислот и белков, свойственные
всем клеткам эукариотов. Однако в дозревших нейронах, в отличие от других клеток,
заблокирован репликационный синтез ДНК, что обуславливает особое значение
эксцизионной репарации для поддержки функциональной целостности генома нервной
клетки. Характерным признаком последнего является высокая способность к синтезу РНК.
Наиболее активно синтезируют РНК нервные клетки периферических ганглиев,
мотонейроны спинного мозга. Крупные нейроны содержат в 10 раз больше РНК, чем
глиальные клетки. Но, основной вклад в суммарное содержание нуклеиновых кислот в
нервные ткани осуществляют клетки глии. Их значительно больше, а скорость синтеза РНК в
них в 2,5 раза выше, чем в нейронах.
В разных отделах головного мозга содержание нуклеиновых кислот неодинаково. Так,
по данным Е.Б. Сквирской и Т.П. Силича, серое вещество коры головного мозга и мозжечка
содержит 56,6 и 63,6 мг% РНК соответственно, в то время, как в белом веществе больших
полушарий ее значительно меньше (в 2,0-2,5 раза). Послойное изучение двигательной и
зрительной зон коры больших полушарий показало увеличение содержания РНК по мере
удаления от поверхности коры в глубину. Количество ДНК оказалось наибольшим в срезах
пятого и шестого слоев, характеризующихся большим содержанием нейронов. Нейроны
круглого ядра содержат (в расчете на одну клетку) больше РНК и белка, чем нейроны
супраоптического ядра, в то время как регионарные различия в глиальных клетках вокруг
соответствующих нейронов не выявляются.
Нуклеиновые кислоты являются материальным субстратом сохранения и передачи
биологической информации в живой клетке. Генетическая информация закодирована
последовательностью нуклеотидов в ДНК и сохраняется в ядре, транскрибируется в
комплементарную последовательность нуклеотидов РНК, а затем в виде разных типов РНК
переносится в цитоплазму к месту синтеза белка – к рибосомам, полисомам, зернистой
эндоплазматической сети. В соответствии с функцией вновь синтезированного белка
реализуется генетическая информация.
В зависимости от физико-химических свойств, структурных особенностей и
выполняемой функции определяют такие типы РНК: рибосомную (рРНК), информационную,
или матричную (мРНК) и транспортную (тРНК). Все молекулы РНК синтезируются с
участием ДНК-зависимой РНК-полимеразы, в соответствии с последовательностью
оснований в кодирующей цепочке ДНК. Синтез рРНК происходит в ядрышке. У эукариотов
предшественниками рибосомальных ДНК является высокомолекулярная 45S рРНК, которая
вначале метилируется, а со временем расщепляется эндонуклеазами до РНК необходимой
длины.
Рибосомальные белки образуются в цитоплазме и переносятся в ядрышко, где, как
правило, соединяются с предшественниками рРНК. Образовавшийся рибонуклеопротеид
после воздействия эндонуклеаз дает рибосомальные субъединицы. Синтезированная таким
образом рибосомальная субъединица снова возвращается в цитоплазму. Рибосомальная РНК
является преимущественно структурным компонентом, ее роль в синтезе белка
неспецифическая.
Существует мнение, что рибосомы и рибосомные субчастицы накапливаются не выше
соответствующего уровня, необходимого для синтеза белка; новые рибосомы могут
образовываться при повышении скорости синтеза белка. Это объясняется наличием
отрицательной обратной связи, которая приводит к угнетению синтеза рРНК в ядре при
чрезмерном увеличении количества свободных рибосом или рибосомальных субчастиц в
цитоплазме.
Транспортная РНК синтезируется вне ядрышка. Она появляется в цитоплазме клеток в
виде макромолекулярного предшественника (предшественник тРНК) и уже под
воздействием ферментов тРНК–метилаз, содержащихся в цитоплазме, трансформируется в
свою активную форму. Транспортная РНК связывает соответствующие кислоты и за счет
специфического триплета оснований через систему водородных связей соединяется с мРНК.
Матричная (информационная) РНК синтезируется в ядре на матрице ДНК в виде
одноцепочечной РНК с высокой молекулярной массой. Я. Мусил и соавт. приводят
принятую в настоящее время схему синтеза мРНК. Сначала синтезируется так называемая
гетерогенная ядерная РНК, которая содержит как нуклеотидные последовательности,
необходимые для синтеза соответствующего белка, так и некоторые избыточные
нуклеотиды. В ядре ядерная РНК, связанная со специфическими глобулярными белками
(информатинами), образует комплекс, который называется информером. Действие нуклеаз
на этот комплекс приводит к отщеплению избыточных нуклеотидов и к появлению
собственно мРНК. В цитоплазме мРНК связывается с белками, образуя
рибонуклеопротеидные (РНП) комплексы. РНП-комплексы седиментируют в градиенте
сахарозы с такой же скоростью, что и рибосомные субчастицы. Однако, в остальном РНПчасти мало похожи на рибосомы. Их плотность в градиенте плотности СdCl2 ниже, так как
они содержат больше белка, чем рибосомы. При фракционировании клеток тканей были
получены информосомы, состоящие из РНК и белка. Информосомам приписывают функцию
переноса мРНК из ядра в цитоплазму и, кроме этого, предполагают, что они стабилизируют
вторичную структуру мРНК. Структурная организация РНП типа информосом представлена,
вероятно, белковыми глобулами с цепочкой мРНК на поверхности. Рибосомы, связанные с
помощью молекулы мРНК, формируют полирибосомы (полисомы). Они непосредственно и
осуществляют синтез белка. Длительность жизни мРНК у млекопитающих составляет
несколько дней.
В ядрах клеток мРНП-части тесно взаимосвязаны с другими структурными
компонентами – хроматином, ядрышком, ядерной оболочкой.
Ядерный хроматин нейронов – это скопление тонких ниток, которые спирально
закручиваются и образуют нагромождения неправильной формы (хроматиновые поля), часть
которых находится в тесной взаимосвязи с ядерной оболочкой. Хроматин выявляется в двух
состояниях – конденсированном (гетерохроматин) и деконденсированном (эухроматин),
соотношение которых меняется в зависимости от белоксинтетической активности клеток.
Синтез РНК в ядрах нейронов происходит обычно в эухроматине. Функция ядра
связана, прежде всего, с синтезом рРНК. В них выделяют фибриллярный и гранулярный
компоненты, а также нуклеолонему.
Фибриллярные и гранулярные РНП-структуры ядрышка непосредственно отображают
различные этапы синтеза рРНК. Фибриллярный РНП-компонент ядрышка представляет
собой первичный продукт транскрипции рибосомальных генов – гигантскую молекулу –
предшественник 45S рРНК в комплексе с белками, а гранулярные РНП содержат 32S рРНК,
со временем превращающуюся в 28S рРНК, которая входит в состав большой субъединицы
рибосомы. РНК-синтезирующая активность ядрышек нейронов наиболее высокая, и меченый
предшественник РНК включается в них раньше, чем в другие участки клеток. Ядрышки
нейронов работают ритмично. Синтез РНК в них происходит в активно функционирующих
участках, которые постоянно меняются, что доказано с помощью метода
электронномикроскопической радиоавтографии.
Главной общей реакцией в ответ на различные повреждающие действия является
сегрегация ядрышковых компонентов, которая морфологически проявляется в резком
сжатии ядрышек с последующей редукцией гранул РНП, что отображает изменение
интенсивности синтеза РНК, ее процессинга и внутриядрышкового транспорта.
Все известные на сегодняшний день данные относительно функции РНК убедительно
свидетельствуют о том, что ее синтез и транспорт лежат в основе ядерноцитоплазматических отношений. Транспорт РНК из ядра в цитоплазму клеток
осуществляется через поры. Количество и размер пор увеличивается при функциональной
нагрузке клеток, что отображает интенсификацию ядерно-цитоплазматического обмена
макромолекулами, и значительно уменьшается при его угнетении.
К цитоплазматическим органеллам, содержащим РНК, относятся рибосомы. В
нейронах они представлены частицами длиной 15-20 нм, содержащими около 50% РНК,
связанных с мембранами эндоплазматической сети. Часто они свободно располагаются в
цитоплазматическом матриксе, формируя полисомы.
Роль НК в патогенезе ишемии мозга
Нервная ткань, в отличие от других тканей, характеризуется очень высоким
содержанием РНК, причем оно претерпевает закономерные изменения с возрастом.
Содержание РНК в мозге новорожденных составляет 0,042-0,046% массы серого вещества
мозга, в мозге взрослых людей – 0,0027-0,0063%.
Концентрация РНК в нервных клетках взрослого человека увеличивается к 30-40 годам,
затем в течение 20 лет остается сравнительно стабильной, а с 60 лет начинает снижаться. В
условиях физиологической нормы интенсивность метаболизма в определенный момент
времени, как правило, неодинакова как в разных нейронах, так и в других клеточных
элементах нервной ткани – астро-, олигодендро-, микроглиоцитах.
Различная интенсивность синтеза РНК в рядом расположенных нейронах, при
физиологической норме, которая обусловлена их различным функциональным состоянием,
была выявлена с помощью ааторадиографии.
В.В. Дергачева, А.А. Тютяева методом электрофореза в полиакриламидном геле с
применением меченого предшественника РНК выявили интенсификацию синтеза РНК в
ядрах и цитоплазме нервных клеток высших отделов мозга мышей при вырабатывании
двигательно-защитных навыков. Схожие результаты получены и при активизации
функциональной деятельности нейронов гиппокампа.
Повышение содержания РНК в связи с интенсификацией функциональной активности
выявлено и для симпатических нервных клеток периферической нервной системы. Тесная
связь метаболических сдвигов РНК с функциональной активностью нейронов доказана в
работах, посвященных изучению цитохимических изменений, которые происходят в
нервных клетках сетчатки в ответ на их адекватную стимуляцию. Накопление РНК в
мотонейронах подтверждено при возбуждающем синаптическом воздействии.
Неадекватно длительная или чрезмерно высокая функциональная нагрузка на нейроны
приводит к снижению содержания РНК. Так, цитоспектрофотометрическим методом было
показано, что интенсивная электростимуляция норадренэргических нейронов голубого пятна
служит причиной значительного уменьшения содержания РНК в пирамидных нейронах коры
больших полушарий и в клетках коры мозжечка. По мнению авторов, уменьшение площади
ядер и концентрации в них РНК свидетельствует об увеличении ее транспорта из ядра в
цитоплазму, а также о преобладании процессов расщепления над синтезом. W.F. Agnew и
другие авторы также описывают резкое снижение содержания РНК в нейронах коры в ответ
на длительную электростимуляцию. Все известные данные о функциях РНК убедительно
свидетельствуют о том, что ее синтез и транспорт являются основой ядерноцитоплазматических отношений. Однако механизм переноса РНК из ядра в цитоплазму до
сих пор остается предметом дискуссии. Важная роль в транспорте РНК из ядра в цитоплазму
принадлежит ядерной оболочке, которая содержит поровые комплексы. Очень высокая
АТФазная активность ядерной оболочки подтверждает наличие в ней активного транспорта.
Анализ структуры ядерных пор большого количества эукариот свидетельствует, что поры
ядра имею общие признаки в разных типах клеток и состоят из восьми субъединиц.
Считают, что на свободных рибосомах и полисомах синтезируются структурные белки,
входящие в состав клеточных мембран, а на связанной с мембранами эндоплазматической
сети синтезируются протеины, которые транспортируются в отростки клеток.
Количество глиальных клеток в головном мозге человека значительно превышает
количество нейронов. Нервные клетки человека составляют 4% объема, нейроглия – 8%
объема, аксоны и дендриты – 75-80% объема мозга. Количество глиальных клеток – около
150-200 млрд. при большом количестве нервных клеток – 14-15 млрд. В некоторых участках
серого вещества глиальный индекс (соотношение количества глиальных клеток к нервным
клеткам) может достигать 97.
Известно, что глиоциты выполняют не только опорную и трофическую функции, но и
принимают участие в выполнении специфических функций нервной системы: проведении
нервных импульсов через синапсы; в процессах торможения в нервных клетках; в
образовании новых связей и миелина, в зависимости от функциональной активности
нейрона; в развитии медленных процессов электрической активности мозга.
Быстрое реагирование глиоцитов на изменение функционального состояния нейрона и
особая направленность биохимических сдвигов, которые в них происходят, позволили
выдвинуть предположение о функционально-биохимическом единстве комплексной системы
нейрон-глия.
Гистохимические исследования нуклеиновых кислот в нервных и глиальных клетках в
условиях естественной и искусственной активации нейронов позволили Ю.Я. Гейнисману и
соавт. прийти к выводу, что при этих условиях происходит выброс РНК из сателлитной глии
в активно функционирующие нейроны. В последующие фазы РНК глиальных клеток
пополняется за счет преобладания в них синтетических процессов.
Анализируя полученные данные, А.А. Манина считает, что при повышенном
функциональном состоянии возможен транспорт макромолекул РНК рибосомного типа в
нейроны и синапсы из сателлитной олигодендроглии. Вероятен и двусторонний обмен
различными веществами между глией и нейронами.
Что касается механизмов переноса РНК и других макромолекул в системе нейроннейроглия, то существует предположение, что он осуществляется путем пиноцитоза,
возможно, с участием мембранной АТФазы и пластинчатого комплекса.
Установлено, что изменения белоксинтезирующей системы нейронов и глиоцитов
происходят в первые минуты развития ишемии, а степень их выраженности
пропорциональна длительности ишемии. Самые ранние изменения наблюдаются в ядрах
клеток, где уже при ишемии продолжительностью до 5 минут наблюдается конденсация
хроматина и уплотнение ядрышек. Некоторые авторы отмечают, что двадцатиминутная
ишемия приводит к выраженному набуханию ядер и цитоплазмы эндотелиоцитов,
уплотнению ядрышка, агрегации хроматина, уменьшению количества рибосом и цистерн
эндоплазматической сети, что связано с уровнем ацидоза, который развивается в ткани коры
головного мозга.
На тканевом (органном) уровне серьезным проявлением ишемической патологии мозга
являются инфаркты мозга – очаги полного некроза нервной ткани, то есть некроз всех ее
составляющих (нейронов, глии, сосудов микроциркуляторного русла). Инфаркт мозга не
является единственным морфологическим проявлением ишемии мозга. Некоторые варианты
дисциркуляторной энцефалопатии содержат в качестве ведущего патоморфологического
компонента ишемическое повреждение ткани, определяющееся обычно в виде очагов
неполных некрозов (то есть гибели нейронов) при сохранении глиоцитов или диффузных
ишемических изменений нейронов.
L. Jenkins et al. приводят классификацию основных типов изменений нейронов при
полной церебральной ишемии на протяжении 5-15 минут. Итак, наибольшая группа клеток
характеризуется конденсацией хроматина в ядрах, уплотнением ядрышка, фрагментацией и
расширением цистерн эндоплазматической сети, распадом полисом. В других нейронах
преобладают процессы сморщивания различной степени выраженности. Количество
сморщенных нейронов нарастает пропорционально длительности ишемии и может
составлять до 90% поврежденных клеток.
При ишемии продолжительностью более двух часов ядра нейронов располагаются, как
правило, эксцентрично, часто сегментированы, ядрышки смещаются к периферии;
значительно возрастает количество конденсированного хроматина; полирибосомы
разрушаются, однако увеличивается количество свободных рибосом; цистерны
эндоплазматической сети фрагментируются и вакуолизируются. Одновременно наблюдается
снижение уровня основных аминокислот в коре полушарий большого мозга на 36-47%. При
компрессионной ишемии мозга содержание РНК в нервных клетках падает почти вдвое,
площадь ядрышек уменьшается в полтора раза.
В литературе имеются также данные, что при ишемии в первую очередь страдает
ядерно-цитоплазматический транспорт РНК, и только затем – синтез РНК.
Экспериментально доказано, что возбуждение центральной нервной системы
сопровождается усилением синтеза РНК и увеличением ее содержания в головном мозге.
При этом происходит изменение РНК как в нервных, так и в глиальных клетках. Сначала
РНК мигрирует из глии в нейроны, а затем происходит усиление биосинтеза глиальной РНК
с пополнением ее запасов в клетках глии. Усиленный синтез РНК сопровождает процессы
накопления мозгом сенсорной информации. Воздействие сильных раздражителей приводит к
снижению содержания РНК в мозге. Формирование пищеварительных и защитных
рефлексов у крыс сопровождается повышенным синтезом ДНК в неокортексе. Под
воздействием естественных физиологических факторов обновление нуклеиновых кислот и
перераспределение их разнообразных форм в мозге происходит как при возбуждении, так и
при торможении ЦНС. При гибели части нейронов остальные жизнеспособные клетки
испытывают дополнительные функциональные нагрузки, что приводит к образованию в
соответствующих отделах нервной системы двуядерных и многоядерных нейронов. Таким
клеткам свойственно более высокое содержание РНК в цитоплазме и ДНК + РНК в веществе
ядра, а также большая скорость обменных процессов.
Препарат Нуклеинат состоит из гетерогенных низкомолекулярных дрожжевых РНК,
которые представлены набором нуклеотид, объединенных в короткие цепочки по 5-25
мономеров, и транспортной РНК. В основе лечебного действия Нуклеината лежат
механизмы стимуляции процессов клеточного метаболизма и усиление биосинтеза
эндогенных нуклеиновых кислот.