МЕТАЛЛОТИОНЕИНЫ КАК СЕНСОРЫ И РЕГУЛЯТОРЫ ОБМЕНА МЕТАЛЛОВ В КЛЕТКАХ
https://doi.org/10.20538/1682-0363-2014-3-91-99
Аннотация
В настоящем обзоре изложены основные сведения о классификации, структуре, индукции и деградации, функциях семейства белков – металлотионеинов (МТ), в том числе в центральной нервной системе в норме и при патологии. Установлено, что четыре основные изоформы металлотионеинов выполняют разные биологические роли, локализуются в различных тканях. Индукция МТ является универсальной реакцией на воздействие разнообразных стрессорных факторов. В течение последних лет представления о роли МТ в поддержании гомеостаза металлов в тканях в норме и при патологии претерпели существенные изменения. Отмечается полифункциональность металлотионеинов (транспорт ионов металлов, поддержание окислительно-восстановительных реакций, протекторная, сигнальная, модулирующая и регулирующая функции) и их влияние на такие базовые клеточные функции, как пролиферация, дифференцировка, программированная клеточная гибель. Кроме того, показана особая роль МТ в патогенезе сердечно-сосудистых, нейродегенеративных и опухолевых заболеваний. В настоящее время эти молекулы все чаще рассматриваются в качестве потенциальных мишеней для терапии широкого спектра заболеваний, а разработка подходов к направленной регуляции экспрессии МТ – одно из перспективных направлений фармакологии и токсикологии. Подчеркнута безопасность применени я металлотионеинов в качестве терапевтических средств.
Об авторах
В. А. Кутяков
Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого, Красноярск
Россия
Кутяков Виктор Андреевич
Россия
Кутяков Виктор Андреевич
А. Б. Салмина
Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого, Красноярск
Россия
Салмина Алла Борисовна, доктор медицинских наук, профессор
Россия
Салмина Алла Борисовна, доктор медицинских наук, профессор
Список литературы
1. Davis S.R., Cousins R. Metallothionein Expression in Animals: A Physiological Perspective on Function // J. J. Nutr. 2000. May. V. 130, № 5. P. 1085–1088.
2. Fujiwara Y., Satoh M. Protective Role of Metallothionein in Chemical and Radiation Carcinogenesis // Curr. Pharm. Biotechnology. 2013. Mar. V. 14, № 4. P. 394–399.
3. Krizkova S. et al. Metallothionein – a promising tool for cancer diagnostics // Bratisl. Med. J. – Bratisl. Lek. Listy. 2009. V. 110, № 2. P. 93–97.
4. Aschner M., West A.K. The role of MT in neurological di-sorders // Journal of Alzheimer’s Disease. 2005. Nov. V. 8, № 2. P. 139–145.
5. Громова О.А., Сотникова Н.Ю., Катаев С.И. и др. Протективная роль церебролизин-индуцированной экспрессии генов металлотионеина-1 и металлотионеина-2 при церебральной очаговой ишемии у крыс // Цитокины и воспаление. 2005. № 1, С. 40–45.
6. Margoshes M., Vallee B.L. A cadmium protein from equine kidney cortex // J. Am. Chem. Soc. 1957. V. 79, № 17. P. 4813–4814.
7. Blindauer C.A. Metallothioneins with unusual residues: histidines as modulators of zinc affinity and reactivity // J. Inorg. Biochem. 2000. Mar. V. 102, № 3. P. 507–521. doi: 10.1016/j.jinorgbio.2007.10.032. Epub. 2007. Nov. 28.
8. Carpene E., Andreani G., Isani G. Metallothionein functions and structural characteristics // Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 2007. Dec. V. 21. Suppl. 1. P. 35–39.
9. Ryvolova M. et al. Analytical methods for metallothionein detection // Current Analytical Chemistry. 2011. July. V. 7, № 3. P. 243–261.
10. Hozumi I. et al. Metallothionein-3 is expressed in the brain and various peripheral organs of the rat // J. Neurosci. Lett. 2008. Jun. V. 438, № 1. P. 54–58. doi: 10.1016/j.neulet.2008.04.047. Epub. 2008. Apr. 18.
11. Skutkova H. et al. Structure, Polymorphisms and Electrochemistry of Mammalian Metallothioneins – A Review // Int. J. Electrochem. Sci. 2012. Dec. V. 7, № 12. P. 12415–12431.
12. Пыхтеева Е.Г. Металлотионеин: биологические функции. Роль металлотионеина в транспорте металлов в организме // Актуальные проблемы транспортной медицины. 2009. № 4 (18). С. 44–58.
13. Пыхтеева Е.Г., Шафран Л.М., Большой Д.В., Шитко Е.С. Роль металлотионеинов в обеспечении гомеостаза цинка при беременности // Актуальные проблемы транспортной медицины. 2011. № 4 (26). С. 96–102.
14. Николаев А.Я. Биологическая химия. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Мед. информ. агентство, 2004. С. 144–145.
15. Cousins R.J. Absorption, transport, and hepatic metabolism of copper and zinc: special reference to metallothionein and ceruloplasmin // Physiol. Rev. 1985. V. 65, № 2. P. 238–309.
16. Шафран Л.М., Пыхтеева Е.Г., Большой Д.В. Токсикология металлов в решении задач охраны здоровья населения и окружающей среды // Причерноморський екологічний бюлетень. 2003. № 1 (7). С. 93–100.
17. Egli D. et al. The four members of the Drosophila metallothionein family exhibit distinct yet overlapping roles in heavy metals homeostasis and detoxification // Genes Cell. 2006. Jun. V. 11, № 6. P. 647–658.
18. Formigari A., Irato P., Santon A. Zinc, antioxidant systems and metallothionein in metal mediated-apoptosis: biochemical and cytochemical aspects // Comp. Biochem. Physiol. C: Toxicol. Pharmacol. 2007. Nov. V. 146, № 4. P. 443–459.
19. Yamasaki S. et al. Zinc is a novel intracellular second messenger // J. Cell. Biol. 2007. May. V. 177, № 4. P. 637–645.
20. Kimura T., Itoh N. Function of metallothionein in gene expression and signal transduction: Newly found protective role of metallothionein // Journal of Healthy Science. 2008. V. 54, № 3. P. 251–260. doi: 10.1248/jhs.54.251.
21. West A.K. et al. Metallothionein in the central nervous system: Roles in protection, regeneration and cognition // Neurotoxicology. 2008. May. V. 29, № 3. P. 489–503. doi: 10.1016/j.neuro.2007.12.006. Epub. 2008. Jan. 19.
22. Dufault R. et al. A macroepigenetic approach to identify factors responsible for the autism epidemic in the United States // Clin. Epigenetics. 2012. Apr. V. 4, № 1. doi: 10.1186/1868-7083-4-6.
23. Kim Jong-Heon et al. Amyloid neurotoxicity is attenuated by metallothionein: dual mechanisms at work // J. Neurochem. 2012. V. 121, № 5. P. 751–762.
24. Uchida Y. et al. The growth inhibitory factor that is deficient in the Alzheimer’s disease brain is a 68 amino acid metallothionein-like protein // Neuron. 1991. Aug. V. 7, № 2. P. 337–347.
25. Uchida Y. Growth-inhibitory factor, metallothionein-like protein, and neurodegenerative diseases // Biol. Signals. 1994. Jul-Aug. V. 36, № 4. P. 211–215.
26. Ruttkay-Nedecky B. et al. The Role of Metallothionein in Oxidative Stress // Int. J. Mol. Sci. 2013. V. 14, № 3. P. 6044–6066. doi: 10.3390/ijms14036044.
27. Sharma S. et al. Biomarkers in Parkinson’s disease (recent update) // Neurochem. Int. 2013. Sep. V. 63, № 3. P. 201–229. doi.org/10.1016/ j.neuint.2013.06.005.
28. Казанбаев Р.Т., Прохоренков В.И., Яковлева Т.А., Васильева Е.Ю. Иммунологические механизмы развития аллергических дерматозов // Сиб. мед. обозрение. 2013. № 4. С. 9–13.
29. Sears M.E. Chelation: Harnessing and enhancing heavy metal detoxification – a review // The Scientific World Journal. V. 2013, Article ID 219840. 13 p. doi.org/10.1155/2013/219840.
30. Inoue K., Takano H. Metallothionein as a Therapeutic Molecular Target against Human Diseases // Curr. Pharm. Biotechnology. 2013. Mar. V. 14, № 4. P. 391–393.
31. Hidalgo J. et al. Roles of the metallothionein family of proteins in the central nervous system // Brain Research Bulletin. 2001. May. V. 55, № 2. P. 133–145.
32. Ito Y., Tanaka H., Hara H. The Potential Roles of Metallothionein as a Therapeutic Target for Cerebral Ischemia and Retinal Diseases // Curr. Pharm. Biotechnology. 2013. Mar. V. 14, № 4. P. 400–407.
33. Tsuruma K. et al. Metallothionein-III Deficiency Exacerbates Light-Induced Retinal Degeneration // IOVS. 2012. Nov. V. 53, № 12. P. 7896–7903. doi: 10.1167/iovs.12-10165.
34. You Ho Jin et al. Protective effect of metallothionein-III on DNA damage in response to reactive oxygen species // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – General Subjects. 2002. Oct. V. 1573, № 1. P. 33–38.
35. Manso Y. et al. Characterization of the role of metallothionein-3 in an animal model of Alzheimer's disease // Cell. Mol. Life Sci. 2012. Nov. V. 69. P. 3683–3700. doi: 10.1007/s00018-012-1047-9. Epub. 2012. Jun. 22.
36. Nagamine T. Significance of Metallothionein Expression in Liver Disease // Curr. Pharm. Biotechnology. 2013. Mar. V. 14, № 4. P. 420–426.
37. Sato M. et al. Obesity and Metallothionein // Curr. Pharm. Biotechnology. 2013. Mar. V. 14, № 4. P. 432–440.
38. Takahashi S. Molecular functions of metallothionein and its role in hematological malignancies // Journal of Hematology & Oncology. 2012. 5:41. doi: 10.1186/1756-8722-5-41.
39. Penkowa M. Metallothioneins are multipurpose neuroprotectants during brain pathology // FEBS Journal. 2006. May. V. 273, № 9. P. 1857–1870.
40. Swindell W.R. Metallothionein and the Biology of Aging // Ageing Res. Rev. 2011. Jan. V. 10, № 1. P. 132–145. doi: 10.1016/j.arr.2010.09.007. Epub. 2010. Oct. 8.
41. Liang L. et al. Activation of the Complete Mouse Metallothionein Gene Locus in the Maternal Deciduum // Molecular reproduction and development. 1996. Jan. V. 43, № 1. P. 25–37.
42. Meloni G. et al. Organization and Assembly of Metal-Thiolate Clusters in Epithelium-specific Metallothionein-4 // The Journal of Biological Chemistry. 2006. May. V. 281, № 21. P. 14588–14595. Epub. 2006. Mar. 23.
43. Nuño-Ayala M. et al. Cystathionine – synthase deficiency causes infertility by impairing decidualization and gene expression networks in uterus implantation sites // Physiol Genomics. 2012. Jul. V. 44, № 14. P. 702–716. doi: 10.1152/physiolgenomics.00189.2010. Epub. 2012. May 22.
44. Quaife Carol J. et al. Induction of a New Metallothionein Isoform (MT-IV) Occurs during Differentiation of Stratified Squamous Epithelia // Biochemistry. 1994. Jun. V. 33, № 23. P. 7250–7259.
Рецензия
Для цитирования:
Кутяков В.А., Салмина А.Б. МЕТАЛЛОТИОНЕИНЫ КАК СЕНСОРЫ И РЕГУЛЯТОРЫ ОБМЕНА МЕТАЛЛОВ В КЛЕТКАХ. Бюллетень сибирской медицины. 2014;13(3):91-99. https://doi.org/10.20538/1682-0363-2014-3-91-99
For citation:
Kutyakov V.A., Salmina A.V. METALLOTHIONEINS AS SENSORS AND CONTROLS EXCHANGE OF METALS IN THE CELLS. Bulletin of Siberian Medicine. 2014;13(3):91-99. (In Russ.) https://doi.org/10.20538/1682-0363-2014-3-91-99
Просмотров:
1130
Послать статью по эл. почте 