Евразийский Национальный Университет им. Л.Н.Гумилева, Астана, Казахстан

В процессе метал-индуцированного повреждения ведущая роль принадлежит оксидативному повреждению биологических мембран, которое осуществляется с помощью реактивных соединений кислорода, генерированных под воздействием ионов тяжелых металлов. Во многих исследованиях было показано, что во время облучения возрастает интенсивность пероксидации липидов, снижается активность антиоксидантных ферментов (особенно каталазы и глутатион оксидазы).
Мутагенами и канцерогенами являются неорганические соединения: двухвалентные катионы металлов (Mo, Hg, Cu, Mn, Cr, Ni, Co и др.), неорганические соединения Co, Cd, Hg, As, Cr+3, Cr6+, различные соединения Ni, двухвалентные соли Pb; ацетат, оксид, сульфид и хлорид цинка; некоторые соединения Se, Mo, Be, Al, Pl, Sb, Cu, Mn, Sn и др. Общим свойством большинства канцерогенов является их способность к метаболическому превращению в сильные электрофильные реагенты, активно взаимодействующие с нуклеофильными центрами генетического аппарата клетки. Это является решающим в процессе повреждения клетки и её трансформации.
Повреждение клеток свободными радикалами является  одним из токсических эффектов оксида хрома и арсената натрия. Данные металлы были выбраны, в концентрации  10 µМ (средней токсичности для оксида хрома и арсената натрия металлов).  Наше исследование было направлено на выяснение   молекулярных нарушений в клетках и терапевтической эффективности янтарной кислоты.
Оксид хрома индуцирует экспрессию генов cIAP10, кроме того усиливает синтез провоспалительного цитокина TNF –α. В качестве положительного контроля активации NF kB был использован этот активатор данного транскрипционного фактора. Возрастание содержания  TNF –α, cIAP10 показывает, что их концентрация отражает характер и глубину повреждения. Экспрессия гена cIAP10 под действием исследуемых индукторов анализировалась методом ОТ – ПЦР. Известно, что во многих клеточных системах соли тяжелых металлов вызывает индукцию апоптатического каскада; действует на активацию транскрипционного фактора NF-kB, который контролирует экспрессию многих генов, регулирующих пролиферацию, воспаление и апоптоз. Реакции, приводящие к активации NF-kB, включает в себя фосфорилирование регуляторного комплекса киназ, которые, в свою очередь, фосфорилируют ингибитор транскрипционного фактора NF-kB, что вызывает его деградацию. В результате активные субъединицы NF-kB , высвобождаются и транслоцируются  в ядро. Приводя к изменению экспрессии нескольких сотен генов и, соответственно, активности метаболических процессов. Как известно, что в определенных патологических ситуациях, основное назначение NF kB это переключение клеток с одной программы на другую в целях сохранения функции клетки.
В результате проведенного исследования были получены данные, свидетельствующие о высвобождении из комплекса и ингибитором  NF-kB при окислительном стрессе и в случае острого воспаления. Функция  NF-kB из апоптатической может трансформироваться в проапоптатическую  в зависимости от природы индуцирующего сигнала. Однако высвобождение транскрипционного фактора из комплекса с ингибитором является первым этапом их функции. Вторая фаза заключается  в перемещении фактора транскрипции из цитоплазмы в ядро, при котором может происходить модификация транскрипционных факторов, приводящая к изменению их транскрипционного потенциала. В связи с этим для анализа  транскрипционной активности NF-kB нами был использован  подход, основанный на измерении генов- мишеней. Одним из генов, являющихся  мишенью NF-kB - cIAP10. Анализ уровня экспрессии cIAP10 выявил возрастание данных величин при окислительном стрессе по сравнению с контролем (рис 1,2), однако можно наблюдать заметное сокращение экспрессии  cIAP10 при стимулировании клеток  янтарной кислотой. Редокс-зависимая  активация ядерного фактора NF-kB приводит к индукции антиапоптатического гена cIAP10.
 Из всех форм хрома, только хром (VI)  не действует напрямую с ДНК in vitro, а вызывает широкий спектр ДНК повреждении, включая  Cr-ДНК аддукты, оксидативные повреждения и другие ДНК модификации. Хром способен активизировать NF kB в низких концентрациях в Т- клетках, макрофагах, эпителиальных клетках. Экспрессия генов кодируют анти апоптатические протеины, такие как cIAP10. Комбинация  cIAP10 с янтарной кислотой приводит к существенному ингибированию Cr- индуцированной клеточной гибели NF kB – ингибированных клеток. Эти результаты показывают, что NF kB играет существенную роль для ингибирования ПОЛ - зависимой цитотоксичности в действии с антиоксидантами. Такая хром индуцированная клеточная гибель может быть  частично ингибирована рядом генов, антиоксидантами, а также самим металлом.
Несмотря на адекватную стимуляцию NF-kB- зависимого антиапоптатического ответа, клетки фибробластов вступает на путь программированной гибели в условиях увеличения внутриклеточной АФК. Причиной этому, может служить изменения экспрессии других генов – регуляторов апоптоза. Приведенные результаты являются свидетельством  важной роли факторов транскрипции   NF-kB  в редоксзависимой  регуляции апоптоза  клеток.
Результат в контрольном образце показал, что уровень экспрессии cIAP10 и  меньше, при стимулировании TNF –α экспрессия увеличивалась. Через 2 ч после обработки клеток оксидом хрома (10 µМ) уровень экспрессии cIAP10 и   менялся не значительно, только к 8 ч и 20 ч экспрессия повышалась. Обработка  оксидом хрома через 8 и 20 часов значительно усиливает уровень экспрессии cIAP10. Определенно экспрессия  генов cIAP10 и  происходит через индукцию ПОЛ. Однако не во всех случаях связывание металлов с сигнальными протеинами меняет функциональность этих протеинов с образованием ПОЛ. В целом предположительно, что оксид хрома сильнее активизирует NF kB в клетках фибробластах.
В образцах с арсенатом натрия наблюдалось как метал- индуцированное ингибирование экспрессии генов cIAP10, так и под действием янтарной кислоты. Как видно из рис 2.  при стимулировании  арсенатом натрия (10 µМ) клеток  2 и 6 ч  экспрессия cIAP10 и   не проявляется так сильно как  на 8 и 20 ч.  У отдельных типов клеток свободные радикалы могут активировать NF-kB, тогда как антиоксиданты препятствуют этой активации. Кроме того, индукторы NF-kB, такие, например, как TNF-α, стимулируют повышение уровня образования свободных радикалов. Поэтому клеточный редокс-статус является ключевым для контроля состояния активации NF-kB [47].
Длительное воздействие данных металлов изменяет оксидативно- антиоксидантную внутриклеточный баланс окисляет окружающие клеточные компоненты и как результат либо индуцирует, либо удерживает клеточную гибель.
По результатам исследования получены новые научные данные о влиянии токсических агентов (солей хрома, мышьяка, никеля, кадмия) на процессы активации транскрипционного фактора NF kB.
Результаты работы показали, что при токсическом действии солей тяжелых металлов в экспериментах янтарная кислота ингибировала процессы активации ядерного фактора и существенно защищала клетки от метал- индуцированного повреждения.