Презентация на тему Жирные кислоты

липидология

2. Арахидоновая кислота и другие полиеновые жирные

кислоты как сигнальные липиды:синтез,окисл.метаболизм, мишени

3. Фосфолипаза А2

4. Ядерные рецепторы (PPARs)

5. Использование биоинформатики и подходов системной биологии для анализа воспалительных процессов на уровне клеток

ними молекул (белки, нуклеиновые кислоты, глутатион и т.п.).

Появление

термина «липидомика»:
[98] Han X, Gross RW. Global analyses of cellular lipidomes directly from crude extracts of biological samples by ESI mass spectrometry: a bridge to lipidomics. J Lipid Res. 2003, 44(6):1071

Первая книга – 2005 г.
(Feng L and Prestwich GD (eds) Functional Lipidomics (Dekker-CRC, New York, 2005)

Появление термина «липидом»:
[20] Kishimoto K, Urade R, Ogawa T, Moriyama T. Nondestructive quantification of neutral lipids by thin-layer chromatographyand laser-fluorescent scanning: suitable methods for "lipidome" analysis. Biochem Biophys Res Commun. 2001, 281(3):657

Существует около 1000 (4000) липидов; анализируют более 20 классов
(около 95% от массы липидома)

1. Липидомика и липидология

липидомике связан с:
1. Изменение общих подходов к изучению клеток

заболевания – простагландины и др. эйкозаноиды
Пролиферация клеток, миграция, апоптоз

-
полиненасыщенные жирные кислоты,
простагландины и др. эйкозаноиды
NSAIDs
(3-фосфоинозиды; церамиды; сфингозин-1 фосфат; лизофосфолипиды)

Нейродегенеративные заболевания, шизофрения, депрессия
полиненасыщенные жирные кислоты
Астма – лейкотриены (lukasts + рак)

1. Липидомика и липидология

Интерес к липидомике связан с:
2. Накоплением данных о нарушении метаболизма
липидов при заболеваниях человека

Созданием методов, позволяющих анализировать
разнообразные липиды


ESI/MS; LC/MS/MS

Lipid arrays (ссылка)

предшественники сигнальных молекул

Липид-белковые взаимодействия

«Липидно-аналитические работы» - диагностические

цели

Т.е. структурная и сигнальная липидомика

1. Липидомика и липидология

метаболиты

ответы

геномика протеомика метаболомика

липиды сахара токсины, etc

Ткани и
клетки

Экстракты
липидов

Профиль
липидов

Ферменты,
белки

Управление
системой

липидомика

1. Липидомика и липидология

Место липидомики среди других «-омик»

МС)
3. Анализ участвующих белков и пути
4. Создание системы
5.

Прогнозирование действия системы
6. Разработка методов предсказания,
диагностики, лечения

Управление
системой

предсказание

диагностика

лечение

5

6

1. Липидомика и липидология

заболевания
2. Арахидоновая кислота и другие полиеновые жирные кислоты

как сигнальные молекулы

-десатурация
элонгация
диета
Тромбоциты:
[АA]о = 5 мМ

1% - 50 mМ (св)

Лейкоциты:
0,1-1

mМ (св)

Островки Лангерганса:
15 mМ (св)

[АA]внекл = 1-10 mМ

DHA~50% клетки мозга

Синтез ненасыщенных жирных кислот

как сигнальные молекулы
Молекулярная эволюция элонгаз и десатураз человека

рецепторы плазматических мембран; 2) сигнал проводится через различные внутриклеточные

мишени: а) глутатион; б) белки-участники проведения внутриклеточных сигналов (например, модуляция арахидоновой кислотой активности протеинкиназы С); в) G-белок связывающие рецепторы, локализованные на ядерных мембранах; г) факторы транскрипции, которые связываются с нуклеиновыми кислотами и регулируют экспрессию клеточных белков.

2. Арахидоновая кислота и другие полиеновые жирные кислоты как сигнальные молекулы

Сигнальные эффекты липидных медиаторов

сигнальные молекулы
PGH-синтаза
(циклооксигеназа)
PGH2
PG синтазы
TxA2 PGI2 PGE2 PGF2a PGD2

Агрегация тромбоцитов и

др. эффекты

NSAIDs

С 1978 г.
С.Д. Варфоломеев,
А.Т. Мевх,
Г.Ф. Судьина,
П.В. Вржещ
и др.

как сигнальные молекулы
PGH-синтаза,
циклооксигеназа
PGH2
PG синтазы
TxA2 PGI2 PGE2 PGF2a PGD2

5-липоксигеназа
5-HPETE
лейкотриены

Г.Ф. Судьина

и др.

С.Д. Варфоломеев,
А.Т. Мевх,
П.В. Вржещ
и др.

как сигнальные молекулы
4
5o
1
2
3
Просвет сосуда
Альвеолы легких
6
4MN
5o
а
4
5
7
4
5o
б
PGI2
TxA2
5-HETE
12-HETE
4
в
г
AA
LTB4
LTC4
PGE2
Физическое воздействие,
Тромбин, TNFa, АФК, IL-1b
5
PGE2
IL-1
д
PGA2
EET
LxA4
HXs
Место

воспаления

PGA2
EETs
LxA4
HXs
AA

12/15HETE
PGE2

IL-1
IL-6
IL-8

oxLDL

AA

AA

Участие компонентов
каскада арахидоновой кислоты
в регуляции воспалительного
процесса в легких

как сигнальные молекулы
PGH-синтаза,
циклооксигеназа
PGH2
PG синтазы
TxA2 PGI2 PGE2 PGF2a PGD2

PGA2

15d-PGJ2

5-липоксигеназа

5-HPETE

лейкотриены

Ремоделинг,
Фосфолипаза А2

Прямые
эффекты

как сигнальные молекулы
PGH-синтаза,
циклооксигеназа
PGH2
PG синтазы
TxA2 PGI2 PGE2 PGF2a PGD2

PGA2

15d-PGJ2

5-липоксигеназа

5-HPETE

лейкотриены

EETs, HETEs

cytP450

12/15 LO

HXs,LXs, HETEs

Ремоделинг,
Фосфолипаза А2

Прямые
эффекты

н/о мет.

Этаноламиды и др.

как сигнальные молекулы
Эндогенная АК (из

внутриклеточных пулов) -субстрат PGH-синтазы;
Экзогенная АК - регулятор синтеза простаноидов.

5 mM A23187; 10 mM АК

Gonchar M. et al. (1999) Eur. J. Biochem. 265(2):779

Источники арахидоновой кислоты (АК) при синтезе простаноидов макрофагами

как сигнальные молекулы
Новое равновесие в клетках при микромолярных концентрациях

арахидоновой кислоты во внеклеточной жидкости

Strokin et.al. (2001) Biochemistry (Mosc) 66(3):312

как сигнальные молекулы
Экзогенная арахидоновая кислота как регулятор клеточных функций

как меняется чувствительность клеток к
провоспалительным веществам в присутствии
экзогенной арахидоновой кислоты (1-10 mМ)?

как арахидоновая кислота влияет на метаболизм
внутриклеточной арахидоновой кислоты и синтез
простагландинов?

как взаимосвязаны арахидоновая, докозагексаеновая
и другие полиеновые жирные кислоты в регуляции
функций клеток?

как арахидоновая кислота влияет на [Ca2+]i в клетках?

другие полиеновые жирные кислоты как сигнальные молекулы

имеют рецепторы

к нейротрансмиттерам
(гистамин, аденозин, АТФ, ацетилхолин и др);
синтезируют при активации TNF-a, интерлейкины, АТФ и др.;

синтезируют 20:4n-6 и 22:6n-3 кислоты, простагландины;

физиологические концентрации агонистов вызывают осцилляции [Ca2+]i ; блокада осцилляций разобщает связь между клетками



Астроциты как активные партнеры во взаимосвязи с нейронами и эндотелиальными клетками сосудов

2. Арахидоновая кислота и другие полиеновые жирные кислоты как сигнальные молекулы

как сигнальные молекулы
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ:

Сравнить специфичность действия внеклеточных кислот (20:4n-6,

20:5n-3, 22:6n-3)
на [Ca2+]i в астроцитах

Пути появления Ca2+ в цитоплазме клеток при активации рецепторов

Регуляция концентрации внутриклеточного кальция в астроцитах

как сигнальные молекулы
Ratio F340nm/F380nm
Time (s)
Экзогенная арахидоновая кислота:
блокирует осцилляции

[Ca2+]i ;


AA=DHA=EPA

астроциты

Sergeeva M. et al (2003) Cell Calcium. 33(4)283

как сигнальные молекулы
2. Арахидоновая кислота и другие полиеновые жирные

кислоты как сигнальные молекулы

 Первичный ответ на действие агониста (амплитуда ответа) снижается
+ Ca2+ 25% AA = DHA, 0% EPA
- Ca2+ 25% AA = DHA, 0% EPA
Содержание Ca2+ в депо (амплитуда)
снижается
55% AA, 40% DHA, 0% EPA


Депо-зависимый вход Ca2+ (амплитуда) снижается
Агонист: 65% AA, 45% DHA, 0% EPA
 SERCA ингибиторы: 50% AA, 50% DHA, 30% EPA

Sergeeva M, et al. (2002) J Neurochem. 82(5):1252

Влияние ПЖК на вход кальция

как сигнальные молекулы
+ Ca2+
[Ca2+]i=150 nМ AA=DHA
[Ca2+]i= 60

nM EPA
- Ca2+ не влияют

УСТАНОВЛЕНИЕ НОВОГО УРОВНЯ [Ca2+]i снижает чувствительность клеток к дальнейшему стимулированию
AA=DHA>EPA

как сигнальные молекулы
ПЖК ПРИНИМАЮТ УЧАСТИЕ В УСТАНОВЛЕНИИ НОВОГО УРОВНЯ

ВНУТРИКЛЕТОЧНОГО КАЛЬЦИЯ В АСТРОЦИТАХ – НЕЙРОПРОТЕКТОРНАЯ ФУНКЦИЯ

Как меняется система регуляции внутриклеточного кальция
при воспалениях?

как сигнальные молекулы

Экзогенные
20:4n-6 (АА) и 22:6n-3 (DHA) кислоты высвобождают

эндогенную АА - положительная регуляция;


Эндогенная АА ингибирует агонист-стимулированный подъем [Ca2+]i на стадиях входа кальция и его высвобождения из депо -
отрицательная регуляция.

Регуляция ПЖК внутриклеточного кальция в астроцитах

как сигнальные молекулы
Экзогенная арахидоновая кислота (АК) как регулятор клеточных

функций

меняется чувствительность клеток к
провоспалительным веществам в присутствии
экзогенных кислот ДГК (22:6n-3), АК (1-10 mМ) - снижается;

арахидоновая кислота влияет на [Ca2+]i в астроцитах – нейропротекторная функция АК и ДГК;

экзогенная АК влияет на метаболизм
внутриклеточной АК и синтез
простагландинов – активирует через высвобождение эндогенной АК, ДГК стимулирует высвобождение АК

cPLA2 и iPLA2

Strokin M, Sergeeva M, Reiser G. (2003) Br J Pharmacol. 139(5):1014

Какая фосфолипаза отвечает за высвобождение эндогенных ПЖК

синтез простаноидов

синтеза простаноидов
Как независимо регулировать активацию cPLA2 и iPLA2?

Какие изменения в активности ферментов происходят
при патофизиологических процессах в мозге?

суперсемейства ядерных рецепторов. Известно: α, β/δ, and γ


PPARs может

образовывать гетеродимеры с рецепторами ретиноидной кислоты (RXRs), связываться с «PP-response elements» (PPRE) и регулировать транскрипцию различных генов (преимущественно активация)

PPARγ человека экспрессируется в адипоцитах, а также селезенка, мозг, печень, скелетные мышцы и др.

Природные и синтетические агонисты PPARγ регулируют дифференцировку адипоцитов, гомеостаз глюкозы, воспалительные ответы

Свойства PPAR

a, b
GR
TR a, b
RAR a, b, g
PPAR a, g,

d

VDR

RXR a, b, g

PR

AR

Type I family

Type II family

CAR, SXR/PXR

MR

LXR a, b, FXR

A/B

C

D

E/F

DBD

Helix 12

AF1

LBD - AF2

анализа воспалительных процессов на уровне клеток
Специализация: Молекулярная и клеточная

биология липидов, биоинформатика, липидомика.
Задачи:
Анализ воспалительного процесса на уровне клетки экспериментальными методами:
1) исследование изменений спектра липидных сигнальных молекул в процессе эволюции у разных организмов;
2) анализ механизмов регуляции на уровне транскрипции и посттрансляционном уровне циклооксигеназ и фосфолипаз класса А2;
3) исследование PPAR, ядерного рецептора, который является ключевым липидным сенсором у млекопитающих

Группа системной биологии липидов

анализа воспалительных процессов на уровне клеток
Задачи (продолжение):
Компьютерный анализ систем

регуляторных липидов:
1) анализ экспериментальных данных микроэррей, получаемых из разных баз данных;
2) поиск функциональных кластеров генов с использованием подходов липидомики и транскриптомики;
3) предсказание новых мишеней для сигнальных липидов и структуры новых липидподобных синтетических соединений для этих мишеней;
4) развитие подходов "-омик" для изучения системных заболеваний с нарушениями в системах сигнальных липидов;
5) развитие новых подходов для выделения модулей в сигнальных липидных каскадах с использованием методов биоинформатики.

Группа системной биологии липидов

проверка
Этап 1
Этап 3
Этап 4
Этап 2
Общая схема подхода
Литература
второго типа
Литература
третьего типа
Литература
четвертого

типа

Построение
метаболического
пути

Литература
первого типа