Биологические функции церулоплазмина и их дефицит при мутациях генов, регулирующих обмен меди и железа

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ЦЕРУЛОПЛАЗМИНА И ИХ ДЕФИЦИТ ПРИ МУТАЦИЯХ ГЕНОВ, РЕГУЛИРУЮЩИХ ОБМЕН МЕДИ И ЖЕЛЕЗА

Церулоплазмин (ЦП) с момента открытия в 1948 г. и особенно после обнаружения в 1952 г. резкого снижения его концентрации при болезни Виль­сона (БВ) интенсивно исследовался многими учеными. Выяснение биологических функций этого белка оказалось трудной задачей. ЦП — белок с большой молекулярной массой, пред­ставленный одной полипептидной цепью, но имеющий несколько изоформ и характеризующийся сложной картиной распределения в тка­нях, а также многообразием кооперативных форм участия в метаболизме меди и железа в организ­ме . Выяснение структуры и функции гена ЦП в последние годы, а также выявление медътранспортных АТФаз, их экспрессии в тка­нях и установление дефектов, приводящих к по­ражению функции мозга и других органов, по­зволило по-новому понять биологические функ­ции ЦП.

Молекулярныеформыцерулоплазмина

ЦП свя­зывает более 95% общего количества меди, со держащейся в сыворотке крови. Молекула ЦП состоит из 1046 аминокислотных остатков, со­держит около 8% углеводов и 6-7 атомов Си всех - Трех типов Пространственная организация и каталитические свойства молекулы ЦП опре­деляются присутствием меди.

Ген ЦП расположен на хромосоме 3625. По­мимо печени нуклеотидные последовательности мРНК ЦП обнаружены в коре головного мозга, мозжечке, гипоталамусе, сосудистом сплетении мозговых желудочков, кишечнике, почках, серд­це, ретикулоэндотелиальной системе селезенки и бронхиолярном эпителии легких человека и лабораторных животных. Таким обра­зом, ЦП обеспечивает связывание и транспорт меди во многих тканях.

Достоверным значением молекулярной мас­сы ЦП считают величину 132±4 кД . В то же время M.Sato etal[ обнаружили три по­липептида с кажущейся относительной моле­кулярной массой 200, 135 и 115 кД; полипепти­ды реагировали с антителами к ЦП человека при электрофорезе в додецилсульфат-ПААГ. Они при­сутствовали в сыворотке крови взрослых и новорожденных, их концентрации были пропорцио­нальны общей оксидазной активности ЦП. В лизатах клеток печени HepG2 присутствовало два вида новосинтезированных полипептидов ЦП с молекулярной массой 200 и 135 кД, кото­рые секретировались в среду. Авторы считают, что ЦП с молекулярной массой 200 кД является димером полипепгида с молекулярной массой 135 кД и образуется в результате посттрансля­ционной модификации последнего, а секреция ЦП с разной молекулярной массой может иметь физиологическое значение.

В гепатоцитах синтезируются три молекуляр­ные формы ЦП: две из них — секретируемые (сывороточный ЦП и ЦП с молекулярной мас­сой 200 кД), третья: — внутриклеточный несекре­торный ЦП-подобный белок с молекулярной массой 50 кД. Синтез этих форм ЦП мо­жет программироваться тремя мРНК, размеры которых составляют 4100, 3400 и 1800 нуклео-тидов

Значительно отличающаяся по молекуляр­ной массе изоформа ЦП выявлена в других экс­периментах. При электрофорезе в до-децилсульфат-ПААГ и вестерн-блот-анализе те же авторы обнаружили в сыворотке крови две полосы ЦП с молекулярной массой 132 и 125 кД. ЦП с молекулярной массой 125 кД найден так­же в желчи.

Рольцерулоплазминавгомеостазе железа

Функциональная роль ЦП в организме млеко­питающих остается невыясненной. В качестве катализатора окислительно-восстановительных реакций ЦП осуществляет окисление Fe²'¹' до Fe^3f, обеспечивающее градиент для выхода Fe²⁺ из клеток [44]. Окисленные ионы Fe, включа­ясь в транспортный цикл трансферрина, таким образом высвобождаются из мест хранения в транспортную систему и переносятся в нейро­ны, гепатоциты и развивающиеся ретикулоциты

Сходный ферроксидазный механизм предпо­лагается при функционировании некоторых дру­гих мультимедных оксидаз, в том числе гомо­логичной медной оксидазы дрожжей Fet3p. Однако эти ферменты, в отличие от ЦП, являются мембранными белками. В этой связи Z.Harris etal. обращают внимание на нали­чие гликозил-фосфатидилинозитсвязанной фор­мы ЦП, а также на то, что в настоящее время неизвестно, функционирует ЦП в растворе или связан с плазматическими мембранами Убедительным подтверждением важной роли ЦП в гомеостазе железа в организме явилось изучение специфических наследственных мута­ций в гене ЦП, связанных с полным отсутстви­ем ЦП в крови — ацерулоплазминемией . Она представляет собой аутосомно-рецессивное нарушение, обусловленное накоплением в этих тканях железа и приводящее к нейроде-генерации базальных ганглиев мозга и сетчатки.

На мышах с нарушенной функцией обеих аллелей гена ЦП (Срг/-) показано, что отсутст­вие ЦП приводит к нарушению баланса железа вследствие снижения высвобождения Fe²⁺ из кле­точных депо. На начальных этапах ацеруло-плазминемии скорость высвобождения железа еще достаточна для поддержания эритропоэза, но постепенно уровень сывороточного железа снижается, развиваются микроцитарная анемия, повреждение тканей и наступает гибель живот­ных. Введение ЦП нормализует уровень железа в крови.