Инал Акоев - Биофизика познает рак

Описаны случаи нарушений по типу сдвига рамки чтения, когда нуклеотиды в кодоне читаются те же, но в иной последовательности. Например, на матрице ЦАУ ЦАУ ЦАУ (гистидин) считывание может начаться со второго или третьего нуклеотида. Тогда вместо гистидина включается изолейцин (АУЦ) или серин (УЦА).

Рис. 6. Схема, поясняющая возможные механизмы увеличения ошибок рибосомального синтеза белка при ускоренном ритме клеточного деления и отсутствии нарушений во всех звеньях аппарата синтеза белка

Главным условием правильного узнавания кодона является достаточное время экспонирования кодона, т. е. длительность периода разомкнутого состояния субчастиц рибосомы. Чем короче время экспонирования кодона, тем меньше времени на узнавание кодона, осуществляемое путем перебора антикодонов на аминоацилтранспортных РНК по законам стохастики, и тем больше вероятность ошибочного подбора антикодона и включения ошибочной, но близкой по кодовой специфичности аминокислоты (рис. 6).

Изложенные особенности работы рибосомы были выявлены в модельных опытах на рибосомном ассоциате субчастиц в условиях так называемой бесфакторной трансляции. В условиях, более приближенных к естественной работе рибосомы, процесс сборки пептидной цепи на искусственной матрице ускоряется и количество ошибок возрастает.

Общепринято суждение о том, что закономерности, полученные на модельных бесклеточных системах, справедливы и для процесса синтеза белка в живой клетке.

Гемоглобин эмбрионального типа, или фетальный HbF, человека содержит по сравнению с основной формой гемоглобина HbA больше изолейцина (кодоны АУУ, АУЦ и АУА) [1] Здесь и далее указываются только сравниваемые кодоны аминокислот. и меньше валина (ГУУ, ГУЦ, ГУА) и пролина (ЦЦУ, ЦЦЦ, ЦЦА), по данным В. Штейна и соавторов. Далее представим, что часть основного гемоглобина HbA превращается в гемоглобин HbF за счет замен указанных аминокислот в тех условиях, в которых содержание его снижается, а минорного, наоборот, повышается. Простой анализ, выполненный нами, показал, что тогда замену аминокислот в данном случае можно представить по принципу рибосомальных ошибок синтеза глобина, так как вместо валина может включаться изолейцин (у них второй и третий нуклеотиды соответственно одинаковые) и вместо пролина — также изолейцин (у них в трех кодонах одинаковые третьи нуклеотиды).

После облучения кроликов в дозе 8,5 Гр, по данным Б. Ф. Сухомлинова, состав аминокислот гемоглобина изменился, уменьшилось количество цистеина (УГУ, УГЦ) и фенилаланина (УУУ, УУЦ) при увеличении аспарагиновой кислоты (ААУ, ААЦ) и гистидина (ЦАУ, ЦАЦ) — при отсутствии заметных изменений в содержании других аминокислот. В этом случае каждая пара кодонов у всех четырех аминокислот имеет одинаковые третьи нуклеотиды и, следовательно, у них имеется также определенная близость кодовой специфичности. Замена этих аминокислот могла произойти по принципу ложного кодирования.

У собак на 15-е сутки после облучения в дозе 3,8 Гр минорный гемоглобин HbA 1увеличивался с 7,5 до 26%, а основной гемоглобин HbA упал с 86,5 до 65—68%. У минорного гемоглобина по сравнению с основным меньше содержание серина (кодоны УЦА, УЦГ, АГУ, АГЦ) и лейцина (УУА, УУГ) и увеличено содержание цистеина (УГУ, УГЦ), глутамина (ГАА), валина (ГУУ, ГУЦ), аргинина (ЦГУ, ЦГЦ) при отсутствии заметных изменений со стороны других аминокислот. Анализ кодонов этих аминокислот нам показал, что замена серина на цистеин и аргинин возможна, так как у них есть общие второй и третий нуклеотиды (ГЦ), серина на валин — по сдвигу рамки чтения (УЦГ на ГУЦ), лейцина на валин — тоже по сдвигу рамки чтения (УУГ на ГУУ), серина и лейцина на глутамин, валин и аргинин — по общности третьего нуклеотида (А).

В указанном эксперименте на собаках прослежена динамика спектра гемоглобинов при одновременном исследовании красной крови. Наибольшее изменение в соотношении указанных двух фракций гемоглобина отмечалось в период 7—46 сут после облучения. Ранее 7 сут исследования, к сожалению, не проводились. Доля HbA с 86,5% упала до 65—68%, а доля HbA 1увеличилась с 7,5 до 24—27%. Доля других минорных фракций гемоглобина M 1и М 2в этот период была также увеличена. Снижение числа эритроцитов и гемоглобина в крови стало заметным с 12-х суток после облучения и было наибольшим на 20-е и 30-е сутки. У одной из старых собак, которая к моменту обследования имела выраженную анемию и увеличенную селезенку, через 8 лет после облучения почти весь гемоглобин был заменен на HbA 1.

Состояние костного мозга у них не исследовалось, но в наших экспериментах, описанных выше, были собаки, облученные примерно в такой же дозе, у которых анализировали и состояние костно-мозгового гемопоэза. У них отмечены изменения, позволяющие говорить об ускорении пролиферации и созревании эритробластов в период наблюдавшихся изменений в спектро гемоглобинов. Оно часто сопровождается укорочением клеточного цикла эритробластов в основном за счет сокращения стадии G 1, во время которой идет массовый рибосомальный синтез белка. У эритробластов, потерявших способность к делению, может происходить ускорение созревания и укорочение времени на завершение процесса гемоглобинизации нормобластов.

В специальных экспериментах на анемизированных крысах было показано сокращение времени пребывания на каждой стадии дифференцировки бластных клеток красного ряда: проэритробластов — в 1,27 раза, базофильных эритробластов — в 1,45 раза, полихроматофильных эритробластов — в 1,8 раза, ортохромных эритробластов — в 2,1 раза, ретикулоцитов — в 2,6 раза. Наибольшее сокращение времени созревания клеток было для тех стадий дифференцировки, на которых идет накопление гемоглобина и, следовательно, рибосомальный синтез молекул белка глобина, а ускорение рибосомального синтеза белка может быть связано с укорочением времени на один рибосомальный цикл с ошибочным включением в пептидную цепь глобина аминокислот с близкой кодовой специфичностью.

Если изложенное верно, то с улучшением состояния красной крови и выполняемой ею главной дыхательной функции снимается напряжение эритропоэза, восстанавливается нормальная продолжительность клеточных циклов и периодов созревания, нормализуется продолжительность рибосомального цикла, падает ошибочное включение аминокислот в молекулу глобина, восстанавливается нормальный спектр гемоглобинов.

Действительно, у указанных собак по мере улучшения красной крови восстанавливается нормальный спектр гемоглобинов. Наиболее интересные данные о спектре гемоглобинов человека связаны с появлением гемоглобина эмбрионального типа — фетального гемоглобина — при всех заболеваниях, при которых выявлено или предполагается напряжение эритропоэза. Достоверное повышение фетального гемоглобина выявлено у людей, подвергшихся хроническому воздействию свинца, ДДТ, при хронической желтухе, при различных заболеваниях крови — анемиях, лейкозах. Увеличение фетального гемоглобина — распространенная реакция на внешние химические и физические воздействия. Наконец, увеличение выделения в кровь эритропоэтина сопровождается изменением спектра гемоглобина. Эритропоэтин, как известно, ускоряет пролиферацию и дифференцировку клеток эритроидного ряда.