Мітохондріальний комплекс iii регулює гіпоксичну активацію загибелі клітин hif - і
Анотація
Кисневий гомеостаз та HIF
Підтримання кисневого гомеостазу має важливе значення для виживання та правильного функціонування клітин та організмів. 1 Зниження рівня кисню (гіпоксія) ініціює адекватний розвиток плаценти та судин. Гіпоксія також відіграє причинну роль у таких захворюваннях, як хвороби, пов'язані з ішемією, та рак. Повна відсутність кисню (аноксия) призводить до загибелі клітин. 2 Синтез АТФ усувається, і більшість клітин зазнають апоптозу невдовзі після контакту з аноксиєю. 3, 4, 5 На відміну від них, клітини, що зазнають гіпоксії або зниженого вмісту кисню, здатні підтримувати нормальний синтез АТФ і виживати. 5, 6 Однак, коли клітини реплікуються в гіпоксичному середовищі, вони ще більше зменшують надходження кисню та генерують рівні місцевої аноксії. Отже, клітини повинні швидко реагувати на зниження рівня кисню, перш ніж досягти аноксичного стану (рис. 1).
Клітини ссавців реагують на зниження кисню, активуючи реакцію сигналу стресу, що викликає гіпоксію 1 та/або 2 індуцибельних факторів для адаптації та подальшого виживання
Повнорозмірне зображення
Регулювання функції HIF
Білок HIF-α гідроксилюється у залишках проліну та аспарагіну при нормальній концентрації кисню. Це націлено на білок для pVHL-деградації та запобігає зв’язуванню з транскрипційними коактиваторами, такими як p300. Коли клітини стають гіпоксичними, запобігається гідроксилювання білка HIF-α, який стабілізує білок і зв’язується з p300 для активації його транскрипційної активності.
Повнорозмірне зображення
DPS як повноправні члени машин для виявлення кисню
Мітохондрії як повноправні члени кисневих механізмів
Іншим поясненням суперечливих результатів rh-нульових клітин є використання броміду етидію, потенційного мутагену, для генерування цих клітин. Для вирішення цих розбіжностей три незалежні групи використали силу генетики, щоб остаточно продемонструвати, що мітохондріальний електронно-транспортний ланцюг необхідний для гіпоксичної стабілізації білка HIF-1α. Перше дослідження групи Селести Саймон продемонструвало, що клітини, у яких відсутній цитохром c, не можуть стабілізувати білок HIF-1α при гіпоксії. 47 Два інших дослідження, проведені групою Пола Шумакера, і наше власне, показали, що РНК-білки білка Rieske-Fe-S, складна субодиниця III, запобігають гіпоксичній стабілізації білка HIF-1 α. 48, 49 Разом ці дослідження дали незаперечні генетичні докази того, що мітохондріальний електронно-транспортний ланцюг необхідний для стабілізації білка HIF-1α .
Комплекс місць Q o III, що входять до складу машин для виявлення кисню
Фармакологічні та генетичні дані вказують на те, що цикл убихінону (Q) комплексу III є джерелом генерування АФК під час гіпоксії для стабілізації білка HIF-1α. 41, 43, 47, 48, 49 На відміну від комплексів I та II, які генерують супероксид у матриксі мітохондрій, Комплекси 52, 53, 54, 55 можуть також виділяти супероксид у мітохондріальний міжмембранний простір, а потім у цитозоль. 56, 57, 58 Цикл Q починається, коли Комплекс I та Комплекс II переносять електрони для відновлення ліпідного фрагмента убихинона до убихинола (рис. 3). Потім убихінол вступає в цикл Q (рисунок 3). Першим кроком Q-циклу є перенесення електронів до білка Rieske Fe-S, який окислює убихінол (QH 2) до убісеміхінону (QH •) у місці Qo комплексу III. Цей електрон переноситься в цитохром c 1, що в свою чергу знижує цитохром c. Комплекс IV окислює цитохром с, а потім переносить електрон до молекулярного кисню, відновлюючи його до води. Цей шлях - лише один з електронів, який відновлює убихінон до убихинола. На даний момент цикл Q закінчується лише наполовину, оскільки інший електрон все ще підтримується одним із високореактивних проміжних продуктів, убісеміхіноном.
Цикл убихінону (Q) починається, коли один електрон убихинола (QH 2) віддається білку сірки заліза Ріске, а другий електрон - цитохрому b. Проміжною фракцією є убісеміхінон (Q o), вільний радикал, який може віддавати електрони молекулярному кисню для утворення супероксиду
Повнорозмірне зображення
Ми припускаємо, що гіпоксія збільшує утворення активних форм кисню, які перешкоджають гідроксилюванню білка HIF-α, що призводить до стабілізації та активації його транскрипційної активності.
Повнорозмірне зображення
Мітохондріальні АФК регулюють HIF-залежний туморогенез
Запитання без відповіді
Незважаючи на нещодавні досягнення в наших знаннях щодо регуляції HIF мітохондріальними АФК, багато питань залишаються без відповіді. Зокрема, як Комплекс III збільшує генерацію супероксиду в міжмембранному просторі та як мітохондріальний супероксид, який перетворюється у сигнали H 2 O 2 у PHD, залишається незрозумілим (рис. 5). Залежний від окислювача сигнальний шлях може призвести до посттрансляційної модифікації PHD, таких як фосфорилювання, що робить їх неактивними. H 2 O 2 також може впливати на PHD більш безпосередньо. PHD - це негемозалежні оксигенази, які потребують Fe +2 для своєї ферментативної активності. H2O2 може викликати локальну реакцію Фентона, щоб витіснити іони заліза з Fe +2 на Fe +3, що призводить до інактивації ферменту. 62
Мітохондріальний електронно-транспортний ланцюг утворює супероксид в комплексах I, II та III. Комплекси I та II генерують супероксид у матриксі мітохондрій. Комплекс III може генерувати супероксид як у міжмембранному просторі, так і в матриці. Ми вважаємо, що Комплекс III є невід'ємною частиною апарату, що сприймає кисень у клітинах ссавців. Гіпоксія спричиняє вивільнення супероксиду комплексу III у цитозоль, де він перетворюється у H 2 O 2 для активації залежних від окислювача сигнальних шляхів, що призводить до активації HIF. В даний час невідомо, як гіпоксія збільшує вивільнення АФК із комплексу III, а також які залежні від оксидантів сигнальні шляхи необхідні для активації HIF.
Повнорозмірне зображення