Обзор и анализ научно технической и патентной информации.

1. Нейтрофины.

   1. Общая характеристика.

Наиболее сильное трофическое влияние на все основные процессы жизнедеятельности нейронов оказывают нейротрофины - регуляторные белки нервной ткани, которые синтезируются в ее клетках. Они действуют локально в месте высвобождения и особенно интенсивно индуцируют ветвление дендритов (арборизацию) и рост аксонов (спрутинг) в направлении клеток-мишеней. Синаптический спрутинг, обеспечивающий "реусиление" существующих нейрональных токов и образование новых полисинаптических связей, обусловливает пластичность нейрональной ткани и формирует механизмы, участвующие в восстановлении нарушенных неврологических функций [1,2].

В результате направленного поиска нейротрофных факторов был выделен и очищен до гомогенного состояния первый представитель этого класса белковых молекул - фактор роста нервов. Это открытие, впоследствии отмеченное присуждением Нобелевской премии, повлекло бурное развитие данного направления и открытие других нейротрофных факторов. Все они играют важную роль в процессах развития и функционирования нервной системы, а также, что особо важно для практической медицины, в регенерации поврежденных нейрональных структур [3].

NGF явился первым известным нейротрофным фактором, и родоначальником особой и наиболее специфической по своей биологической активности группы факторов, получившей название семейства нейротрофинов. Это семейство объединяет белки, сходные по структуре с NGF, - небольшие положительно заряженные молекулы членов этого семейства имеют высоко гомологичные аминокислотные последовательности и способны образовывать гомодимеры. Димеризация является непременным условием для осуществления биологических функций нейротрофинов [4].

Наиболее изучены нейротрофины, близких друг к другу по структуре: фактор роста нервов (NGF) , фактор роста, выделенный из головного мозга (BDNF) , и нейротрофин-3 (NT-3), а также NT-6 и NT-4/5. В развивающемся организме они синтезируются клеткой-мишенью (например, мышечным веретеном), диффундируют по направлению к нейрону, связываются с молекулами рецепторов на его поверхности, что приводит к активному росту аксона. В результате аксон достигает клетки-мишени, устанавливая с ней синаптический контакт. Факторы роста поддерживают жизнь нейронов , которые в их отсутствие не могут существовать [5].

Нейротрофины синтезируются в клетке вформепрепробелков, которые, кроме участка,соответствующего зрелому фактору, содержатсигнальный пептид и пропептид размером 105–120 аминокислотных остатков (а.к.о.). Последовательности зрелыхнейротрофиновчеловека,состоящие из 119–121 а.к.о., высокогомологичны и имеют около 55% идентичных а.к.о.[7]. Все зрелые белки выделены из природныхисточников в виде негликозилированныхгомодимеров. По своей пространственной структуре

нейротрофины относятся к семейству белков,пространственная укладка которых известна как«цистиновый узел». Основу этой укладки составляет образованный двумя дисульфиднымисвязями мегацикл, пронизанный еще однойдисульфидной связью [8].

Процессинг молекулы предшественникапроисходит в консервативном для всех членовсемействанейротрофинов сайте после последовательности Arg-Xaa-Arg/Lys-Arg. Этот процесс осуществляют субтилизин/кексин-подобные пробелок-конвертазы: фурин, PACE4 иPC5/6-B [9]. Функциональная роль пропептидовнейротрофинов до настоящего времени не установлена. Высказано предположение, что онимогут выполнять функции фолдинг-ассистентов, определяя формирование пространственной структуры нейротрофических факторов.

Становится все более очевидным, что наряду с нейротрофинами почти все известные классические и вновь открываемые факторы роста в определенных условиях могут оказывать трофическую поддержку определенных групп нейронов. По всей вероятности, это связано с тем, что в нервной системе присутствуют рецепторы большинства трофических факторов, а внутриклеточные системы передачи сигналов в ядро, используемые различными рецепторами, взаимно перекрываются. Однако роль других нейротрофных факторов в развитии и функционировании нервной системы несоизмерима с масштабами влияния нейротрофинов. Хотя число последних невелико, их биологическая активность, направленная на установление четкой комплексной сети связей в нервной системе, необычайно сложна и многогранна. К настоящему времени стало очевидно, что функциональное разнообразие осуществляется не с помощью огромного набора разнообразных нейротрофинов, как казалось вначале, а путем сложного взаимодействия небольшого их числа [6].

Основным методическим подходом, позволившим углубить наши знания о функциях нейротрофинов, стало изучение способности нейронов выживать в первичных диссоциированных культурах в присутствии рекомбинантных нейротрофинов .

Большая часть выводов, сделанных на основании экспериментов с первичными культурами нейронов, получила подтверждение при анализе нейронных популяций у животных с направленно инактивированными генами нейротрофинов и их рецепторов. Было установлено, что те нейротрофины, которые необходимы для определенных групп нейронов invivо, способны поддерживать выживаемость первичных культур этих же самых нейронов invitro. Эксперименты с культурами нейронов показали, что разные типы нейронов требуют разных нейротрофинов и что некоторые клетки на определенном этапе индивидуального развития чувствительны сразу к нескольким факторам, а другие ни к одному из известных [7].

Развитие нервной системы сопровождается сложным последовательным переключением чувствительности к нейротрофинам в определенных популяциях нейронов. Очевидно, что такая сложная система требует регуляции не только, и даже не столько на уровне индукции сигнала (т.е. продукции нейротрофинов), но и на уровне восприятия нейронами этого сигнала (т.е. продукции рецепторов) .

Нейротрофины взаимодействуют с двумя известными типами специфических рецепторов cнизкоафинным рецептором p75NTR и высокоафииными протеин-тирозинкиназными (Trk) рецепторами TrkA, TrkB и TrkC. При этомNGF является предпочтительным лигандомдляTrkA, BDNF и NT-4/5 – для TrkB, а NT-3 – дляTrkC. При определенных условиях NT-3 способен взаимодействовать с TrkA и TrkB, но сболее низкой аффинностью, чем с TrkC.Рецептор р75 связывает как зрелые, так и про-формы нейротрофинов. При этом он способенсвязывать все типы нейротрофинов (NGF,BDNF, NT-3 и NT-4/5) с примерно равнойаффинностью [8].

Кроме детально изученных эффектов нейротрофинов на нервную систему, в последнее время появились новые работы, демонстрирующие более широкий спектр регуляторных влияний этих факторов роста, и в частности их эффекты на иммунную систему. Kannanetal. (1994, 1996) установили, что NGF принимает участие в симпатической иннервации лимфоидных органов, в которых была также выявлена экспрессия нейротрофиновых рецепторов: тимуса, селезенки, сумки Фабрициуса, лимфоузлов и пейеровых бляшек [9].