ВЗАИМОСВЯЗЬ ЭКСПРЕССИИ ГЕНА NQO1 И РАЗВИТИЯ ЛЕЙКОЗОВ

Бродовский В.Р., Жумина А.Г., Погосян Г.П., Машжан А.С.

NQO1 (НАД(Ф)Н-хиноноксидоредуктаза 1), также известный как DT-диафораза, является цитозольным ферментом, катализирующим двухэлектронное восстановление соединений хинона и предотвращающим образование свободных радикалов семихинона и активных молекул кислорода, тем самым защищая клетку от окислительного стресса [1]. NQO1 важен для защиты клетки от многих высокореактивных и потенциально опасных хинонов [2]. Более того, несинонимичные мутации в гене NQO1, ведущие к отсутствию ферментативной активности были ассоциированы с повышенным риском развития миелобластных лейкозов и других типов гемобластозов у рабочих, подвергшихся воздействию бензола. [3]. Однако с другой стороны имеются данные о том, что NQO1 обеспечивает защиту от апоптоза клеток хронического миелоидного лейкоза (ХМЛ) [4]. Эти данные подтверждают гипотезу о том, что ассоциированные с Nrf2 цитопротекторные гены могут защищать клетки ХМЛ от апоптоза, индуцированного химиотерапией.

Ген NQO1 локализован на 16 хромосоме в локусе 16q22.1. Размер гена 17 кб, в состав входит 6 экзонов. В шестом экзоне находятся три из четырех сайтов полиаденилирования, в которых образуются транскрипты размером 1.2 кб, 1.7 кб, and 2.7 кб.

В гене NQO1 идентифицировано более 20 частых однонуклеотидных полиморфизмов (ОНП), причём наиболее исследованными в отношении функциональной значимости являются нуклеотидные замены, приводящие к аминокислотным заменам P187S (rs1800566) и R139W (rs4986998) в 6 и 4 экзонах гена, соответственно. Гетерозиготы 187PS имеют в 3 раза более низкую ферментативную активность, чем гомозиготы дикого типа 187PP, тогда как у гомозигот 187SS фермент полностью инактивируется [5].

В α-субъединице NQO1 идентифицировано несколько функциональных полиморфизмов – нуклеотидная замена 242C>T (rs4673) в кодирующей части 4 экзона, сопровождающаяся аминокислотной заменой His72Tyr в области связывания белка с гемом, трансверсия 640A>G (rs1049255) в 3'-нетранслируемой области гена CYBA, а также и промоторный полиморфизм - 930A>G (rs9932581), влияющий на транскрипционную активность гена [4].

NQO1 представляет собой мембранно-связанный фермент, который состоит из двух пронизывающих мембрану субъединиц (gp91^phox и gp22^phox), трёх цитозольных субъединиц (p40^phox, p47^phox и p67^phox), а также белка p21^ras, связывающего GTP [4]. Белки gp22^phox (α-субъединица цитохрома b, CYBA) и gp91^phox (β-субъединица цитохрома b, CYBB) связывают FAD и образуют трансмембранный цитохром b558 [5]. Примечательно, что α-субъединица фермента (CYBA) определяет активность NQO1 в отношении генерации супероксидного анион-радикала. Предполагается, что полиморфизмы 242C>T и 640A>G в гене CYBA оказывают влияние на степень связывания между белками p22^phox и gp91^phox, тем самым, изменяя активность фермента в отношении генерации АФК (активных форм кислорода) [5].

NQO1 в основном локализован в цитозоле, но он также обнаружен в малых количествах и в ядре. В тканях человека высокий уровень экспрессии NQO1 наблюдается в различных эпителиальных клетках, сосудистом эндотелии и адипоцитах (Siegel and Ross, 2000; Siegel, 1998). Уровень экспрессий NQO1 является высоким в клетках многих видов рака: рака кишечника, поджелудочной железы, легких, молочной железы (Schlager and Powis, 1990; Yang et al., 2014).

Экспрессия NQO1 находится под контролем регуляторного элемента ARE, с которым связывается транскрипционный фактор Nrf2. Так как ПроТα взаимодействует с белком Keap1, ингибитором Nrf2, он может регулировать внутриклеточный уровень NQO1 [2]. Также экспрессия гена NQO1 индуцируется под действием окислительного стресса вследствие активации сигнального каскада арилгидрокарбонового рецептора полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) [3].

Индукция экспрессии гена NQO1 под воздействием растительных полифенолов происходит через путь Nrf2-Keap1/ARE посредством контроля экспрессии генов различных ферментов II фазы детоксификации. Этот путь помогает защищать клетки и организм млекопитающих от некоторых электрофильных и окислительных стрессоров. Путь Nrf2-Keap1/ARE является основным регулятором защитного ответа на электрофильный и окислительный стресс (Li et al., 2012). Основной компонент этого пути Nrf2 (Nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2) является транскрипционным фактором, который принадлежит к семейству транскрипционных факторов с основной лейциновой молнией. (Zhang, 2006). Активированный Nrf2 соединяется с ARE последовательностями, находящимися в промоторах многих цитопротекторных и антиоксидантных генов, индукция которых ведет к усилению процессов детоксификации и антиоксидантного потенциала. АRE последовательности (Antioxidant response elements) являются энхансерами, присутствующими в промоторах генов, кодирующих ферменты II фазы детоксификации. АRE имеет следующие консенсусные последовательности: TGAG/CNNNGC. Имеются данные, показывающие молекулярные механизмы ответственные за активацию пути Nrf2-Keap1/ARE. В нормальных физиологических условиях Keap1 физически связывает инактивированный Nrf2 в цитоплазме, предотвращая его транслокацию в ядро. При стрессовых воздействиях Keap1 освобождает Nrf2, который перемещается в ядро, где и происходит Nrf2-ARE транскрипционная активация.

В тканях человека и грызунов NQO1 является основным постоянно и сильно индуцибельным геном среди семейства цитопротекторных генов. Его экспрессия индуцируется в ответ на воздействие различных ксенобиотиков, антиоксидантов, оксидантов и тяжелых металлов. ARE последовательности необходимы для экспрессии и последовательной индукции NQO1 и генов других ферментов II фазы. Nrf2 соединяется с ARE и регулирует экспрессию и инициацию гена NQO1. Кроме того, обработка BHA (известного как активатор Nrf2) увеличивает уровень NQO1 в клетках печени и кишечника мышей дикого типа, но не в Nrf2-нокаут мышах. Все эти данные подтверждают роль Nrf2 в экспрессии NQO1 в различных тканях.

Таким образом, NQO1 участвует во многих процессах, основными из которых являются усвоение активных молекул кислорода, участие в инактивации окислительных радикалов, защита р53 (белок, регулирующий клеточный цикл, а также выполняет функцию супрессора образования злокачественных опухолей) от убиквитин-независимой деградации в системе 20S протеасом с помощью фермента NQO1, участие в системах детоксификации и/или биотрансформации ксенобиотиков, участие в детоксификации хинонсодержащих канцерогенов (хиноны, гидрохиноны) и метаболизме хинонсодержащих химиопрепаратов, являющихся гено- и гематотоксинами и др. Активация NQO1 способствует защите клетки от веществ, вызывающих рак, в том числе лейкоз, однако в то же время он может оказывать отрицательное влияние, способствуя выживанию раковых клеток.

Список литературы:

1. Ross, D.; Siegel, D. Nad(p)h:Quinone oxidoreductase 1 (nqo1, dt-diaphorase), functions and pharmacogenetics. Methods Enzymol. 2004, 382, 115–144.

2. Vasiliou, V.; Ross, D.; Nebert, D.W. Update of the nad(p)h:Quinone oxidoreductase (nqo) gene family. Hum. Genomics 2006, 2, 329–335.

3. Long, D.J., Gaikwad, A.; Multani, A.; Pathak, S.; Montgomery, C.A.; Gonzalez, F.J.; Jaiswal, A.K. Disruption of the nad(p)h:Quinone oxidoreductase 1 (nqo1) gene in mice causes myelogenous hyperplasia. Cancer Res. 2002, 62, 3030–3036.

4. Rakshit, S.; Bagchi, J.; Mandal, L.; Paul, K.; Ganguly, D.; Bhattacharjee, S.; Ghosh, M.; Biswas, N.; Chaudhuri, U.; Bandyopadhyay, S. N-acetyl cysteine enhances imatinib-induced apoptosis of bcr-abl+ cells by endothelial nitric oxide synthase-mediated production of nitric oxide. Apoptosis 2009, 14, 298-308.

5. Moran J.L., Siegel D., Ross D. (1999) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96, 8150-8155.