Восстановленный гемоглобин это: Ошибка выполнения

By | 15.01.1976

Гемоглобин

Гемоглобин (от др.-греч. Гемо — кровь и лат. globus — шар) – это сложная белковая молекула внутри красных клеток крови – эритроцитов (у человека и позвоночных животных). Гемоглобин составляет примерно 98% массы всех белков эритроцита.

Гемоглобин (от др.-греч. Гемо — кровь и лат. globus — шар) – это сложная белковая молекула внутри красных клеток крови – эритроцитов (у человека и позвоночных животных). Гемоглобин составляет примерно 98% массы всех белков эритроцита. За счет своей структуры гемоглобин участвует в переносе кислорода от легких к тканям, и оксида углерода обратно.




Строение гемоглобина


Гемоглобин состоит из двух цепей глобина типа альфа и двух цепей другого типа (бета, гамма или сигма), соединенными с четырьмя молекулами гемма, содержащего железо. Структура гемоглобина записывается буквами греческого алфавита: α2γ2.




Обмен гемоглобина


Гемоглобин образуется эритроцитами в красном костном мозге и циркулирует с клетками в течение всей их жизни – 120 дней. Когда селезенкой удаляются старые клетки, компоненты гемоглобина удаляются из организма или поступают обратно в кровоток, чтобы включиться в новые клетки.




Типы гемоглобина


К нормальным типам гемоглобина относится гемоглобин А или HbA (от adult — взрослый), имеющий структуру α2β2, HbA2 (минорный гемоглобин взрослого, имеющий структуру α2σ2 и фетальный гемоглобин (HbF, α2γ2. Гемоглобин F – гемоглобин плода. Замена на гемоглобин взрослого полностью происходит к 4-6 месяцам (уровень фетального гемоглобина в этом возрасте менее 1%). Эмбриональный гемоглобин образовывается через 2 недели после оплодотворения, в дальнейшем, после образования печени у плода, замещается фетальным гемоглобином.

Тип гемоглобина Процент содержания у взрослого человека
HbA – взрослый гемоглобин 98%
HbA2 – взрослый гемоглобин минорный Около 2%
HbFi – фетальный гемоглобин 0,5-1%
Эмбриональный гемоглобин нет
HbA1C – гликированный гемоглобин  

Аномальных гемоглобинов более 300, их называют по месту открытия.

Функция гемоглобина

Основная функция гемоглобина – доставка кислорода от легких к тканям и углекислого газа обратно.

Формы гемоглобина

  • Оксигемоглобин – соединение гемоглобина с кислородом. Оксигемоглобин преобладает в артериальной крови, идущей от легких к тканям. Из-за содержания оксигемоглобина артериальная кровь имеет алый цвет.

  • Восстановленный гемоглобин или дезоксигемоглобин (HbH) – гемоглобин, отдавший кислород тканям

  • Карбоксигемоглобин – соединение гемоглобина с углекислым газом. Находится в венозной крови и придает ей темный вишневый цвет.

Как же это происходит? Почему в легких гемоглобин забирает, а в тканях отдает кислород?

Эффект Бора

Эффект был описан датским физиологом Христианом Бором http://en.wikipedia.org/wiki/Christian_Bohr (отцом знаменитого физика Нильса Бора).


Христиан Бор заявил, что при большей кислотности (более низкое значение рН, например, в тканях) гемоглобин будет меньше связываться с кислородом, что позволит его отдать.

В легких, в условиях избытка кислорода, он соединяется с гемоглобином эритроцитов. Эритроциты с током крови доставляют кислород ко всем органам и тканям. В тканях организма с участием поступающего кислорода проходят реакции окисления. В результате этих реакций образуются продукты распада, в том числе, углекислый газ. Углекислый газ из тканей переносится в эритроциты, из-за чего уменьшается сродство к кислороду, кислород выделяется в ткани.

Эффект Бора имеет громадное значение для функционирования организма. Ведь если клетки интенсивно работают, выделяют больше СО2, эритроциты могут снабдить их большим количеством кислорода, не допуская кислородного «голодания». Следовательно, эти клетки могут и дальше работать в высоком темпе.

Какой уровень гемоглобина в норме?

В каждом миллилитре крови содержится около 150 мг гемоглобина! Уровень гемоглобина меняется с возрастом и зависит от пола. Так, у новорожденных гемоглобин значительно выше, чем у взрослых, а у мужчин выше, чем у женщин.

Что еще влияет на уровень гемоглобина?

Некоторые другие состояния также влияют на уровень гемоглобина, например, пребывание на высоте, курение, беременность.

Заболевания, связанные с изменением количества или структуры гемоглобина

  • Повышение уровня гемоглобина наблюдается при эритроцитозах, обезвоживании.

  • Снижение уровня гемоглобина наблюдается при различных анемиях.

  • При отравлении угарным газом образуется карбгемоглобин (не путайте с карбоксигемоглобином!), который не может присоединять кислород.

  • Под действием некоторых веществ образуется метгемоглобин.

  • Изменение структуры гемоглобина называется гемоглобинопатией. Самые известные и частые заболевания этой группы – серповидно-клеточная анемия, бета-талассемия, персистенция фетального гемоглобина. См.гемоглобинопатии на сайте Всемирной организации здравоохранения http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs308/ru/index.html

Знаете ли Вы?

  • У беспозвоночных животных гемоглобин растворен в плазме крови.

  • В сутки из легких в ткани переносится около 600 литров кислорода!

  • Красный цвет крови придает гемоглобин, входящий в состав эритроцитов. У некоторых червей вместо гемоглобина хлорокруорин и кровь зеленая. А у каракатиц, скорпионов и пауков голубая, так как вместо гемоглобина – содержащий медь гемоцианин.

Лекция 5 – СтудИзба

МОДУЛЬ «ДЫХАНИЕ».

Гемоглобин – это сложный четвертичный белок, состоит из белковой части (апопротеина), белка глобина, и не белковой части – гема. Гем состоит из органической части (протопорфирин-IX) и не органической части (иона железа – чаще всего, или цинка, магния, серебра и др.).   

Протопорфирин-IX – это циклическое соединение, в составе которого 4 перола – они замыкаются в цикл с помощью митеновых мостиков (в виде кольца). Рисунок гема обязателен! Для того, чтобы это соединение стало гемом, к нему необходимо добавить ион железа (если Fe2+, то это ферро – это истинный гем; если Fe3+ – ферри). Образование гемина происходит при нагревании уксусной кислоты с солью, с частицами крови (используется в судебной медицине).     

Формы гемоглобина.

Гемоглобин не связанный с кислородом называют: дезокси-гемоглобин, ферро-гемоглобин, восстановленный гемоглобин (Нв). Гемоглобин связанный с кислородом (восстановленный) – это окси-гемоглобин (НвО2). Угарный газ хорошо связывает гемоглобин – карбокси-гемоглобин (НвСО). MetНв – это окисленный гемоглобин, не соединяется ни с кислородом, ни с угарным газом, но легко образует комплексы с цианидами (используется при лечении).  

Глобин взрослого человека представляет собой тетрамер (a2- и b2-цепи), соединяются цепи не ковалентными связями поочерёдно. В молекуле гемоглобина 4 полипептидных цепи и каждая из них содержит по одному гему. Значит, каждая молекула гемоглобина связывает 4 молекулы кислорода. Связь гемоглобина с кислородом осуществляется за счёт координационной связи между атомом железа и атомами азот-гистедина в полипептидной цепи. Гемовый карман – это расщелина между спиралями, куда встраивается Гем. Проксимальный гистедин в a-цепи – это 87 остаток, в b-цепи – это 92 остаток. Дистальный остаток гистедина в a-цепи – это 58, в b-цепи – 63. Связывание кислорода происходит только с восстановленным железом!    

Гетерогенность гемоглобина связана с различием строения глобина:

1. Нормальные гемоглобины.

2. Аномальные гемоглобины – их наличие сопровождается каким либо заболеванием. 

Рекомендуемые файлы

Гемоглобины начинают синтезироваться с 6й недели эмбриогенеза. Нормальные гемоглобины – это те гемоглобины, которые появляются в различные этапы жизни:

– Эмбриональный гемоглобин (НвF) – существует в эмбриональном периоде жизни человека; имеет 2 a-цепи и 2 гамма-цепи. НвF имеет большее сродство к кислороду, чем НвА. Нормальный гемоглобин (НвА) – имеет 2 a-цепи и 2 b-цепи.

– Минорные гемоглобины – это гемоглобины, которые в следовых количествах встречаются и у взрослых людей. Гемоглобин А2 имеет a-цепь и дельта-цепь, его содержание в крови 2-3%; появляется через 9-12 недель после рождения. Другие минорные гемоглобины – Нв1в и Нв1с; их состав: 2 a-цепи и 2 b-цепи – эти цепи модифицированные (эти гемоглобины образуются за счёт не ферментативного присоединения к N-концевым остаткам Валина b-цепей молекулы глюкоза-6-фосфата – его 6%). Нв1с образуется из Нв1в (его 1%).   

Аномальные гемоглобины характеризуются недостатком функций гемоглобина и чаще всего – это генетически детерминированные мутации последовательностей аминокислотных цепей. В зависимости от проявления эти гемоглобины делятся:

1. Гемоглобины с изменённой растворимостью. Например, НвS или гемоглобин, вызывающий серповидно-клеточную анемию. У него в 6 положении b-цепи происходит замена АК: с Глутамина на Валин. Такое изменение АК-последовательности приводит к тому, что в дезокси-форме гемоглобин теряет растворимость, молекулы его агрегируют друг с другом, образуя нити и изменяя форму клетки. Лечение: категорическое запрещение тяжелой физической работы и лекарственная терапия.

2. Гемоглобины с изменённым сродством к кислороду – у них замены происходят в областях либо субъединичных контактов, либо в области гемового кармана. Например, НвМ – мутация a-цепи затрагивает остаток Гистидина (58 остаток) – происходит замена на остаток Тирозина. В результате происходит образование MetНв.   

3. Гемоглобины с изменённой устойчивостью. Например, НвС также, как и в случае с Нвсb6 – плохо удерживает Гем, в результате чего Гем может выходить и формировать осадок в цитоплазме. В итоге на мембрану налипает осадок и она становиться не устойчивой и разрушается.

ПРОПУСК БЫЛ – синтез гемоглобина!

Нарушение синтеза гема.

Обозначение клинического проявления нарушения синтеза называется анемия. Анемии бывают от кровопотери, от повышенного разрушения эритроцитов, нарушение синтеза или недостаточность эритропоэза, сочетание всех вышеперечисленных признаков. Анемии могут быть врождёнными и приобретёнными.  

Нарушение эритропоэза:

1. Анемии пищевого происхождения:

– Пернициозная или злокачественная анемия (болезнь Адиссона-Вирмера) – основная причина – дефицит витамина В12 в связи с недостатком или полным отсутствием образования внутреннего фактора Кастла (40 кДальтон). При нарушении – невозможно всасывание витамина В12 в кишечнике.  

2. Пищевая анемия – недостаток фолиевой кислоты. Если не будет фолиевой кислоты, то затормозится синтез эритроцитов.

Подавление стволовых клеток эритропоэза происходит под действием физических факторов, химические факторы, биологические агенты: токсины многих бактерий и пр.

3. Наследственные аномалии ферментов эритроцитов. 

4. Аномалии синтеза гема:

– Дельта-АЛС – ингибируется свинцом.

– Дефицит железа. 

– Парфирии – это заболевания, при которых синтезируются другие изомеры, вместо необходимых третьих изомеров. 

ОБМЕН ЖЕЛЕЗА.

ПРОПУСК!!!

Кислород очень плохо растворим в воде. Скорость газообмена в организме зависит:

1. От перепада парциальных давлений газа – см. рисунок № 1! Такие кривые называются S-кривые или сигмоидные кривые (такую структуру имеет только гемоглобин), имеющие гиперболическую зависимость.

2. От площади, через которую идёт газообмен.

3. От толщины слоя, через который происходит газообмен.

В средней не мышечной ткани парциальное давление примерно = 30-35 мм.рт.ст; в обычных мышцах парциальное давление в среднем = до 20 мм.рт.ст.

Причина того, что гемоглобин может быть использован, как транспортёр белка (а метоглобин нет), заключается в том, что гемоглобин имеет кооперативный эффект. Причина лежит в том, что присоединение первой молекулы кислорода к гемоглобину, повышает связывание последующих молекул. Сродство гемоглобина к кислороду зависит от рН окружающей среды. Эти зависимости в физиологии описаны двумя эффектами:

1. Эффект Бора: при закислении среды происходит более активное отщепление кислорода от оксигемоглобина (т.е. понижается сродство кислорода к гемоглобину).

2. Эффект Холдейна: обратный эффекту Бора (наблюдается в лёгких).

Оба эти эффекта также присутствуют только у гемоглобина, т.к. у гемоглобина имеется зависимость от среды.

3. Сродство гемоглобина к кислороду регулируется 2-3-дифосфо-глицератом (имеет большой отрицательный заряд; связывается с b-цепью глобина, стабилизируя дезокси-форму глобина). При этом сродство кислорода к гемоглобину понижается.

Если общее количество гемоглобина у человека в среднем = 750 грамм (150 гр/1 литр), при 100% насыщении один грамм гемоглобина может связать 1.34 мл. кислорода. Значит, при 100% насыщении имеется 1 литр кислорода. Если весь объём крови перекачивается сердцем за 30 секунд, то получается, что в минуту кровь переносит 0.64 литра кислорода (в сутки – 960 литров).     

Кислород идёт на окислительное фосфорилирование (без кислорода не идёт окисление жирных кислот), на окислительные реакции микросомальной монооксигеназной системы. Во всех реакциях образуется углекислый газ (окислительное декарбоксилирование ПВК, пентозофосфатный шунт, цикл Кребса, a-окисление жирных кислот, декарбоксилирование АК).   

Транспорт СО2.

Углекислый газ в крови находится в виде:

1. Растворённого газа (0.4%).

2. В виде угольной кислоты (фермент карбо-ангидраза).

3. Ион бикарбоната образуется при диссоциации угольной кислоты и в виде бикарбоната в артериальной крови = 25.5 милиЭквивалента, в клетках с которыми контактирует артериальная кровь = 12.7 мЭ, в венозной крови 26.5 мЭ, в клетках, с которыми контактирует венозная кровь = 13.9 мЭ.

4. В виде карбамида-производных не диссоциированных аминогрупп белков = 1%. 

5. В эритроците больше всего гемоглобина и комплекс гемоглобин+СО2 = 4.4%.

Схема для транспорта углекислого газа – обязательно!!! Для кислорода отдельно!!!

ОТРАВЛЕНИЯ (связанные с гемоглобином).

1. Отравления угарным газом. При взаимодействии угарного газа с гемоглобином образуется комплекс, при этом сродство СО к Нв в 200 раз выше, чем к кислороду. Признаками такого отравления является изменение спектра гемоглобина. Отравления угарным газом всегда очень тяжелые!

2. Отравления цианидом. Комплекс Met-гемоглобина с цианидом не токсичен и постепенно подвергается окислению и распаду. 

3. Отравления сульфидом. Сульфид хорошо связывается с Met-гемоглобином, но этот комплекс не метаболизируется.

АНАЛИЗ ВЫДЫХАЕМОГО ВОЗДУХА.

1. Определение наличия алкоголя.

2. Определение ацетона (при сахарном диабете).

3. Определение метил-мер-каптана (образуется из серу-содержащих органических соединений).

4. Диагностика мель-абсорбции (синдром нарушения функции тонкого кишечника). При этом используют выделение в выдыхаемом воздухе водорода (его становится очень много). Иногда, для определения каких-либо соединений в выдыхаемом воздухе, используют меченные (радиоактивные) элементы. Фермент уреаза бактерий способна разлагать мочевину на свободные аммиак и углекислый газ. Для диагностики язвы желудка вводят молекулу мочевины с меченным углеродом.

5. Диагностика заболеваний печени. Появление меченного углекислого газа в выдыхаемом воздухе, связано с реакциями микросомального окисления. Диагностика читается по снижению углекислого газа. Другой метод: образование летучего компонента обмена метил-сульфида (или демитил-сульфида).  

6. Определение наркотиков. Летучие органические соединения в выдыхаемом воздухе сохранятся и регистрируются в течение 4х дней после употребления.

При раке лёгких в выдыхаемом воздухе появляются ацетон, метил-этил-кетон и пропанол.

При инфаркте миокарда (особенно при остром), и при шизофрении в выдыхаемом воздухе увеличивается количество пентана.

ТОКСИЧНОСТЬ КИСЛОРОДА.

Молекулярный кислород, присутствующий в окружающей среде, не слишком реакционно активный. Этот кислород называется ещё триплетным кислородом – 2 внешних не спаренных электрона имеют одинаково ориентированные спины. Реакция в которой соединение принимает электрон – это восстановление. На первом этапе молекула кислорода взаимодействует с одним электроном – образуется радикал (супер-оксидный анион). Этот супер-оксидный анион по сравнению с кислородом очень высоко реакционно-способный; он может быть как окислителем, так и восстановителем. Образуется пероксид (перекись водорода – если в воде) – при окислении. При восстановлении образуется пероксид+кислород. Суммарная реакция получила название реакция дисмутации (пероксид всегда остаётся). При взаимодействии пероксида и супероксида в воде, происходит образование иона гидроксила, триплетного кислорода и радикал гидрооксила. Кислород, который образуется в конечной реакции – это синглетный кислород (спины у этой молекулы направлены в разные стороны и поэтому эта молекула ещё более реакционная). Все вышеописанные формы кислорода – это активные формы кислорода или свободные радикалы.   

ПЕРИКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ.

Это окисление включает окислительные реакции самых разных субстратов. Для живых систем самыми опасными являются процессы окисления липидов (процесс перекисного окисления липидов) и окислительные реакции, в которые вовлечены азотистые основания. Перекисное окисление липидов затрагивает углеводородную часть этих липидов.

Схема!!!  

Этот процесс опасен ещё тем, что все радикало-образные реакции лавинообразно расширяется. Остановить эту реакция можно только убрав радикал (ловушка для кислорода). Если такой же окислительной реакции подвергнутся азотистые основания, то произойдёт мутация (т.к. изменяются основания).   

Активные формы кислорода образуются в организме:

1. Супер-оксидный анион образуется:

– Не ферментативно при окислении гемоглобина в met-гемоглобин. Это самый распространённый процесс (но от ограничен территорией эритроцита и кровью).

– В других клетках  реализуются ферментативные реакции (дыхательная цепь). Все цитохромы – это гемопротеины, но их работа отличается следующим: они используют кислород для осуществления окислительных реакций. При работе цитохромов и аксидаз возможно утечка, образовавшегося супероксидного аниона в окружающую среду.   

2. Пероксидный радикал образуется:

– При дисмутации супероксидного аниона; фермент – супероксид-дисмутаза.

– При работе оксидаз; ферменты, которые в субстрат встраивают оба атома молекулы кислорода. Например: оксидазы аминокислот – в результате всегда образуется пероксид водорода (чаще всего). 

СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОТ ТОКСИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ КИСЛОРОДА.

1. Первый уровень защиты организма – это фермент супероксид-дисмутаза. Этот фермент небольшой белок, масса 110 кДальтон, это медь-содержащий белок, присутствует во всех клетках организма (но больше всего их в эритроцитах). Это фермент катализирует реакцию дисмутации.  

2. Фермент, разрушающий пероксиды – это каталаза. Реакции с его участием необратимы (т.к. выделяется кислород в виде газа)! Каталаза представляет собой гемопротеин, четвертичный белок, масса по 60 кДальтон каждая из субъединиц (общая 240 кДальтон). Каталаза имеется в больших количествах в пероксисомах (в цитоплазме клетки).  

3. Глутатионовая система. Глутатион – это специфический трипептид (содержит глутаминовую кислоту, цистеин и глицин), при этом в глутатионе первая связь – это гамма-связь (остальные – альфа). Схема!!! Сокращённо такую форму глутатиона обозначают G-SH. Если: 2G-SH + Н2О2 ® 2Н2О + GSSG. Фермент – глутатион-пероксидаза, обнаружен почти во всех тканях (особенно много в эритроцитах, печени, селезёнке и хрусталике глаза). Этот фермент уникален – в его составе встречается селен! В организме происходит следующее: СХЕМА!!! Эта система работает только с НАДР.Н – для этого требуется пентозо-фосфатный шунт!          

Лекция “43. Рентгеноструктурный анализ” также может быть Вам полезна.

4. Низкомолекулярные ловушки свободных радикалов – это природные и синтетические фенолы, ароматические амины, производные пиридина, витамин Е (токоферол в основном), витамин С.   

Механизм бактерицидного действия фагоцитирующих лейкоцитов.

При фагоцитозе резко увеличивается потребление кислорода и усиливается потребление глюкозы (в пентозо-фосфатном шунте). Оказалось, что кроме макропроцессов, при фагоцитозе активируются 3 фермента:

1. НАДН-оксидазы. Эти ферменты катализируют реакцию: НАДН + О2 ® НАД + Н2О2.  

2. НАДРН-оксидаза. Ему для работы обязательно требуется субстрат: НАДРН + Н + О2 ® НАДР + О2.

3. Миелопироксидаза: Н2О2 + Cl + Н ® Н2О + HClO.

строение и функции. Гемолиз. Гемоглобин. Эритропоэз. Анемии

Эритроциты – это красные кровяные тельца, не имеющие ядер.

Функция эритроцитов заключается в переносе кислорода гемоглобином от легких к тканям и углекислого газа от тканей к альвеолам легких. Эритроциты имеют дисковидную двояковогнутую форму, что увеличивает их поверхность. Белки мембраны эритроцитов создают на них электрический потенциал, вследствие чего эритроциты отталкиваются друг от друга и от стенок сосудов. Наличие этого заряда, наряду с электрическими зарядами на белках плазмы, определяет СОЭ (см. параграф 2.1). В норме содержание эритроцитов у мужчин составляет    4 – 5 x 1012/л, у женщин – 3,8 – 4,5  x 1012/л. Увеличение количества эритроцитов в крови называется эритроцитозом, уменьшение количества – эритропенией.

Гемоглобин (Hb) состоит из белка глобина и небелковой группы гема, содержащего железо. У мужчин в норме содержится примерно 145 г/л гемоглобина, у женщин – 130 г/л. Цветной показатель (ЦП) выражает относительное насыщение эритроцитов гемоглобином. В норме он равен 1.

Гемоглобин обладает способностью обратимо присоединять кислород: 1 гHb связывает 1,34 мл О2, в результате чего образуется оксигемоглобин (HbО2). В данном соединении валентность железа не меняется, поэтому и реакцию связывания О2 с Hb называют не окислением, а оксигенацией. Противоположный процесс называют дезоксигенацией. Сродство гемоглобина к кислороду и диссоциация HbО2 зависят от напряжения кислорода, наличия НСО3 в крови, рН крови, ее температуры, наличия других факторов. Например, повышение  напряжения О2 или снижение напряжения СО2 в крови приводят к снижению скорости диссоциации оксигемоглобина. И наоборот, снижение напряжения О2 крови, сдвиг рН в кислую сторону, снижает сродство гемоглобина к кислороду, облегчая его отдачу тканям. Когда HbО2 отдал кислород, он называется восстановленный гемоглобин, или дезоксигемоглобин – НHb.

Карбгемоглобин (HbСО2) – это соединение гемоглобина с углекислым газом, т.е. Hb, связанный с СО2.

Карбоксигемоглобин – HbCO (соединение с угарным газом) – очень устойчивое соединение, гораздо менее способное к отсоединению СО, чем  HbСО2 к отсоединению СО2 (в 150 – 300 раз прочнее), поэтому даже при содержании СО в воздухе 0,1% может развиться удушье.

Метгемоглобин или метоксигемоглобин (MetHb, или HbОН) образуется при действии сильных окислителей, при этом железо из 2-валентной формы переходит в 3-валентную и теряет способность присоединять кислород (кровь коричневого цвета), смерть может наступить от удушья.

Эритропоэз – это процесс образования эритроцитов. Эритроциты образуются в красном костном мозге, максимальная продолжительность их жизни составляет 120 дней, средняя – 60 – 90 дней. В ходе старения в эритроцитах уменьшается образование АТФ, что приводит к замедлению транспорта катионов, ухудшению восстановления формы эритроцитов, разрушению их прямо внутри сосудов (внутрисосудистый гемолиз = 10 – 20 %). При внесосудистом гемолизе они разрушаются в селезенке и печени.

Наиболее часто встречающейся патологией системы крови является анемия – уменьшение количества эритроцитов и гемоглобина.Анемия может быть следствием:

– обильной кровопотери, например, после травмы;

– нарушения образования эритроцитов;

– гемолиза эритроцитов.

Нарушения образования эритроцитов могут наблюдаться при  недостатке железа, витамина В12 и фолиевой кислоты, которые необходимы для синтеза гемоглобина. Повышенная потребность в вышеуказанных факторах отмечается у беременных женщин.

Аналогии языка химии с русским языком. Связь химии с русским языком

Гемоглобин не связанный с кислородом называют: дезокси-гемоглобин, ферро-гемоглобин, восстановленный гемоглобин (Нв). Гемоглобин связанный с кислородом (восстановленный) – это окси-гемоглобин (НвО2). Угарный газ хорошо связывает гемоглобин – карбокси-гемоглобин (НвСО). MetНв – это окисленный гемоглобин, не соединяется ни с кислородом, ни с угарным газом, но легко образует комплексы с цианидами (используется при лечении).

Глобин взрослого человека представляет собой тетрамер (a2- и b2-цепи), соединяются цепи не ковалентными связями поочерёдно. В молекуле гемоглобина 4 полипептидных цепи и каждая из них содержит по одному гему. Значит, каждая молекула гемоглобина связывает 4 молекулы кислорода. Связь гемоглобина с кислородом осуществляется за счёт координационной связи между атомом железа и атомами азот-гистедина в полипептидной цепи. Гемовый карман – это расщелина между спиралями, куда встраивается Гем. Проксимальный гистедин в a-цепи – это 87 остаток, в b-цепи – это 92 остаток. Дистальный остаток гистедина в a-цепи – это 58, в b-цепи – 63. Связывание кислорода происходит только с восстановленным железом!

Гетерогенность гемоглобина связана с различием строения глобина:

1. Нормальные гемоглобины.

2. Аномальные гемоглобины – их наличие сопровождается каким либо заболеванием.

Гемоглобины начинают синтезироваться с 6й недели эмбриогенеза. Нормальные гемоглобины – это те гемоглобины, которые появляются в различные этапы жизни:

Эмбриональный гемоглобин (НвF) – существует в эмбриональном периоде жизни человека; имеет 2 a-цепи и 2 гамма-цепи. НвF имеет большее сродство к кислороду, чем НвА. Нормальный гемоглобин (НвА) – имеет 2 a-цепи и 2 b-цепи.

Минорные гемоглобины – это гемоглобины, которые в следовых количествах встречаются и у взрослых людей. Гемоглобин А2 имеет a-цепь и дельта-цепь, его содержание в крови 2-3%; появляется через 9-12 недель после рождения. Другие минорные гемоглобины – Нв1в и Нв1с; их состав: 2 a-цепи и 2 b-цепи – эти цепи модифицированные (эти гемоглобины образуются за счёт не ферментативного присоединения к N-концевым остаткам Валина b-цепей молекулы глюкоза-6-фосфата – его 6%). Нв1с образуется из Нв1в (его 1%).

Аномальные гемоглобины характеризуются недостатком функций гемоглобина и чаще всего – это генетически детерминированные мутации последовательностей аминокислотных цепей. В зависимости от проявления эти гемоглобины делятся:

1. Гемоглобины с изменённой растворимостью. Например, НвS или гемоглобин, вызывающий серповидно-клеточную анемию. У него в 6 положении b-цепи происходит замена АК: с Глутамина на Валин. Такое изменение АК-последовательности приводит к тому, что в дезокси-форме гемоглобин теряет растворимость, молекулы его агрегируют друг с другом, образуя нити и изменяя форму клетки. Лечение: категорическое запрещение тяжелой физической работы и лекарственная терапия.

2. Гемоглобины с изменённым сродством к кислороду – у них замены происходят в областях либо субъединичных контактов, либо в области гемового кармана. Например, НвМ – мутация a-цепи затрагивает остаток Гистидина (58 остаток) – происходит замена на остаток Тирозина. В результате происходит образование MetНв.

Гемоглобин
– дыхательный пигмент крови, участвующий в транспорте кислорода и углекислоты, выполняющий буферные функции, поддержание рН. Содержится в эритроцитах (красные кровяные тельца крови – каждый день организм человека вырабатывает 200 миллиардов красных кровяных шариков). Состоит из белковой части – глобина – и железосодержащей порфиритовой части – гема. Это белок с четвертичной структурой, образованной 4 субъединицами. Железо в геме находится в двухвалентной форме.

Физиологические формы гемоглобина
:
1) оксигемоглобин (HbО2) – соединение гемоглобина с кислородом образуется, преимущественно, в артериальной крови и придает ей алый цвет, кислород связывается с атомом железа посредством координационной связи.
2) восстановленный гемоглобин или дезоксигемоглобин (HbH) – гемоглобин, отдавший кислород тканям.
3) карбоксигемоглобин (HbCO2) – соединение гемоглобина с углекислым газом; образуется, преимущественно, в венозной крови, которая вследствие этого приобретает темно-вишневый цвет.

Патологические формы гемоглобина
:
1) карбгемоглобин (HbCO) – образуется при отравлении угарным газом (СО), при этом гемоглобин теряет способность присоединять кислород.
2) мет гемоглобин – образуется под действием нитритов, нитратов и некоторых лекарственных препаратов происходит переход двухвалентного железа в трехвалентное с образованием мет гемоглобина- HbMet.

Содержание гемоглобина в крови
у мужчин несколько выше, чем у женщин. У детей первого года жизни наблюдается физиологическое снижение концентрации гемоглобина. Снижение содержания гемоглобина в крови (анемия) может быть следствием повышенных потерь гемоглобина при разного рода кровотечениях или повышенном разрушении (гемолизе) эритроцитов. Причиной анемии может быть нехватка железа, необходимого для синтеза гемоглобина, или витаминов, участвующих в образовании эритроцитов (преимущественно В12, фолиевая кислота), а также нарушение образования клеток крови при специфических гематологических заболеваниях. Анемия может возникать вторично при разного рода хронических не гематологических заболеваниях.

Единицы измерения гемоглобина
в лаборатории Инвитро – г/дал
Альтернативные единицы измерения: г/л
Коэффициент пересчета: г/л х 0,1 ==> г/дал

Повышение уровня гемоглобина
:
Заболевания, сопровождающиеся увеличением количества эритроцитов (первичные и вторичные эритроцитозы). Физиологические причины у жителей высокогорья, летчиков после высотных полетов, альпинистов, после повышенной физической нагрузки.
Сгущение крови;
Врожденные пороки сердца;
Легочно-сердечная недостаточность;

Гемоглобин – это необходимый белок для жизнедеятельности человека, он выполняет ряд функций, основной из которых является транспортировка кислорода к клеткам и тканям. Существует несколько форм гемоглобина, каждая из которых обладает своими характеристиками.

Виды по белковому содержанию

В зависимости от белкового содержания формы гемоглобина человека бывают двух видов. Это физиологические и аномальные.

Формы гемоглобина физиологического типа возникают на определенных этапах жизнедеятельности человека. А вот патологические формируются в случае неправильной последовательности размещения ряда аминокислот в глобине.

Основные по формам

В человеческом организме могут присутствовать:

  1. Оксигемоглобин. Это вещество взаимодействует с молекулами кислорода. Присутствует в крови артерий, поэтому она и обладает насыщенно алым цветом.
  2. Карбоксигемоглобин. Эта разновидность белков взаимодействует с молекулами углекислого газа. Представленные молекулы проникают в ткани легких, где происходит выведение углекислого газа и насыщение кислорода гемоглобином. Эта разновидность белка присутствует в венозной крови, за счет чего она обладает более темным окрасом и большей густотой.
  3. Метгемоглобин. Это вещество, взаимодействующее с разнообразными химическими агентами. Патологическая форма гемоглобина, а увеличение количества этого вещества может указывать на отравление организма, происходит нарушение насыщаемости тканей кислородом.
  4. Миоглобин. Выступает в качестве полноценного аналога красных кровяных телец. Основное различие заключается только в том, что местом расположения этого белка являются сердечные мышцы. При повреждении мышц происходит попадание миоглобина в русло крови, после чего он выводится из организма благодаря функционированию почек. Но присутствует вероятность закупорки канальца почек, что может спровоцировать отмирание его тканей. В таких ситуациях не исключается возникновение почечной недостаточности и дефицита кислорода в тканях.

Другие виды гемоглобина

В различных информационных источниках выделяют еще и такие формы гемоглобина:

  1. Гликированный гемоглобин. Эта форма представляет собой неразделимое соединение глюкозы и белка. Такая разновидность глюкозы может перемещаться по крови на протяжении длительного времени, поэтому его применяют для выявления уровня сахара.
  2. Фетальный. Форма гемоглобина присутствует в крови эмбриона или новорожденного малыша в первые несколько дней жизнедеятельности. Причислен к активным видам в плане переноса кислорода, под воздействием окружающей среды подвергается быстрому разрушению.
  3. Сульфгемоглобин. Представленная разновидность белка возникает в крови при употреблении большого количества медикаментозных средств. Как правило, содержание этого белка не превышает 10 %.
  4. Дисгемоглобин. Формируется при таких связях, которые полностью лишают белок способности осуществлять его функции. Это указывает на то, что этот вид гемоглобина будет транспортироваться по крови в форме дополнительного вещества. По истечении времени он будет переработан селезенкой. При нормальном состоянии здоровья это вещество обнаруживается в организме каждого человека, но если случаи такого рода связок участятся, то органам, занимающимся транспортировкой крови по организму, придется функционировать с повышенной интенсивностью, в результате чего они быстрее истощатся и износятся.

Патологические формы гемоглобина

Выделяется отдельная группа:

Свое название форма гемоглобина D-Пенджаб получила благодаря широкому распространению на территории Пенджаба, в Индии и Пакистане. Возникновение белка произошло из-за распространения малярии в различных частях Азии. Согласно статистическим данным, этот белок обнаруживается в 55 % случаев от общего числа патологических
форм гемоглобина.

Гемоглобин S сформировался на территории Западной Африки в результате пяти отдельных мутаций.

Белок C входит в число наиболее распространенных структурных разновидностей гемоглобина. Люди, у которых присутствует этот белок, могут страдать от такого заболевания, как гемолитическая анемия.

Гемоглобин H провоцирует развитие такого серьезного заболевания, как альфа-талассемия.

Главные функции

Независимо от форм и производных гемоглобина, это вещество обладает следующими функциями:

  1. Транспортировка кислорода. Во время вдыхания человеком воздушных масс происходит проникновение молекул кислорода в ткани легких, а оттуда они перемещаются к другим тканям и клеткам. Гемоглобин соединяет молекулы кислорода и осуществляет их транспортировку. При нарушении этой функции возникает дефицит кислорода, что очень опасно для функционирования мозга.
  2. Транспортировка углекислого газа. В этой ситуации гемоглобин связывает уже молекулы углекислого газа, а затем осуществляет их транспортировку.
  3. Поддержание уровня кислотности. При скоплении углекислого газа в крови наблюдается ее закисление. Этого категорически нельзя допускать, поскольку обязано происходить постоянное выведение молекул углекислого газа.

Нормальные показатели

Для того чтобы врачи могли определить нормальные формы гемоглобина в организме у человека, осуществляется сдача анализов.

Отмечают, что норма свободного гемоглобина в крови людей различных возрастов может иметь такие показатели:

  • мужчины в возрасте от 18 лет – от 120 до 150 г/л;
  • женщины в возрасте от 18 лет – от 110 до 130 г/л;
  • новорожденные и дети в возрасте до 18 лет – 200 г/л.

Увеличение или снижение количества свободного гемоглобина в крови может спровоцировать переход белка в другую форму – патологическую.

Отмечают ряд методов стабилизации его количества, поэтому если результаты анализов указывают на превышенный или сниженный показатель, нужно незамедлительно обращаться к доктору. В связи с наличием большой численности различных форм гемоглобина, определить присутствующую в организме в состоянии только профессиональный врач в лабораторных условиях. Обнаружение ее становится возможным при биохимическом анализе крови.

Нормальная физиология: конспект лекций Светлана Сергеевна Фирсова

3. Виды гемоглобина и его значение

Гемоглобин относится к числу важнейших дыхательных белков, принимающих участие в переносе кислорода от легких к тканям. Он является основным компонентом эритроцитов крови, в каждом из них содержится примерно 280 млн молекул гемоглобина.

Гемоглобин является сложным белком, который относится к классу хромопротеинов и состоит из двух компонентов:

2) белка глобина – 96 %.

Гем является комплексным соединением порфирина с железом. Это соединение довольно неустойчивое и легко превращается либо в гематин, либо в гемин. Строение гема идентично для гемоглобина всех видов животных. Отличия связаны со свойствами белкового компонента, который представлен двумя парами полипептидных цепей. Различают HbA, HbF, HbP формы гемоглобина.

В крови взрослого человека содержится до 95–98 % гемоглобина HbA. Его молекула включает в себя 2 ?– и 2 ?-полипептидные цепи. Фетальный гемоглобин в норме встречается только у новорожденных. Кроме нормальных типов гемоглобина, существуют и аномальные, которые вырабатываются под влиянием генных мутаций на уровне структурных и регуляторных генов.

Внутри эритроцита молекулы гемоглобина распространяются по-разному. Вблизи мембраны они лежат к ней перпендикулярно, что улучшает взаимодействие гемоглобина с кислородом. В центре клетки они лежат более хаотично. У мужчин в норме содержание гемоглобина примерно 130–160 г/л, а у женщин – 120–140 г/л.

Выделяют четыре формы гемоглобина:

1) оксигемоглобин;

2) метгемоглобин;

3) карбоксигемоглобин;

4) миоглобин.

Оксигемоглобин содержит двухвалентное железо и способен связывать кислород. Он переносит газ к тканям и органам. При воздействии окислителей (перекисей, нитритов и т. д.) происходит переход железа из двухвалентного в трехвалентное состояние, за счет чего образуется метгемоглобин, который не вступает в обратимую реакцию с кислородом и обеспечивает его транспорт. Карбоксигемоглобин образует соединение с угарным газом. Он обладает высоким сродством с окисью углерода, поэтому комплекс распадается медленно. Это обусловливает высокую ядовитость угарного газа. Миоглобин по структуре близок к гемоглобину и находится в мышцах, особенно в сердечной. Он связывает кислород, образуя депо, которое используется организмом при снижении кислородной емкости крови. За счет миоглобина происходит обеспечение кислородом работающих мышц.

Гемоглобин выполняет дыхательную и буферную функции. 1 моль гемоглобина способен связать 4 моля кислорода, а 1 г – 1,345 мл газа. Кислородная емкость крови
– максимальное количество кислорода, которое может находиться в 100 мл крови. При выполнении дыхательной функции молекула гемоглобина изменяется в размерах. Соотношение между гемоглобином и оксигемоглобином зависит от степени парциального давления в крови. Буферная функция связана с регуляцией pH крови.

Из книги
Сезонные заболевания. Весна
автора

Владислав Владимирович Леонкин

Из книги
Нормальная физиология: конспект лекций
автора

Светлана Сергеевна Фирсова

Из книги
Нормальная физиология
автора

Марина Геннадиевна Дрангой

Из книги
Пропедевтика внутренних болезней: конспект лекций
автора

А.

Ю. Яковлева

Из книги
Прогнозирующая гомеопатия Часть 1 Теория подавления
автора

Прафулл Виджейкар

Из книги
Избранное
автора

Абу Али ибн Сина

Из книги
Секреты целителей Востока
автора

Виктор Федорович Востоков

Из книги
Лечение сердца травами
автора

Илья Мельников

Из книги
Целительные комнатные растения
автора

Юлия Савельева

Из книги
Лечение соками
автора

Илья Мельников

автора

Елена В. Погосян

Из книги
Учимся понимать свои анализы
автора

Елена В. Погосян

Из книги
Питание
автора

Светлана Васильевна Баранова

Из книги
Квантовое целительство
автора

Михаил Светлов

Из книги
Система доктора Наумова. Как запустить механизмы исцеления и омоложения
автора

Ольга Строганова

Из книги
Целебный яблочный уксус
автора

Николай Илларионович Даников

Гемоглобин
(сокращенно Hb) – это железосодержащий кислородо-переносящий металлопротеин , содержащийся в эритроцитах позвоночных животных.


Гемоглобин – основной белок крови

Гемоглобин представляет собой белок, включающий 4 гемсодержащие белковые субъединицы. Между собой протомеры соединяются гидрофобными, ионными, водородными связями по принципу комплементарности. При этом они взаимодействуют не произвольно, а определенным участком – контактной поверхностью. Этот процесс высокоспецифичен, контакт происходит одновременно в десятках точек по принципу комплементарности. Взаимодействие осуществляют разноименно заряженные группы, гидрофобные участки, неровности на поверхности белка.

Белковые субъединицы в нормальном гемоглобине могут быть представлены различными типами полипептидных цепей: α, β, γ, δ, ε, ξ (соответственно, греч. – альфа, бета, гамма, дельта, эпсилон, кси). В состав молекулы гемоглобина входят по две цепи двух разных типов.

Гем соединяется с белковой субъединицей, во-первых, через остаток гистидина координационной связью железа, во-вторых, через гидрофобные связи пиррольных колец и гидрофобных аминокислот. Гем располагается как бы «в кармане» своей цепи и формируется гемсодержащий протомер.

Нормальные формы гемоглобина

Существует несколько нормальных вариантов гемоглобина:

  • HbР – примитивный гемоглобин, содержит 2 ξ- и 2 ε-цепи, встречается в эмбрионе между 7-12 неделями жизни;
  • HbF – фетальный гемоглобин, содержит 2 α- и 2 γ-цепи, появляется через 12 недель внутриутробного развития и является основным после 3 месяцев;
  • HbA – гемоглобин взрослых, доля составляет 98 %, содержит 2 α- и 2 β-цепи, у плода появляется через 3 месяца жизни и к рождению составляет 80 % всего гемоглобина;
  • HbA 2 – гемоглобин взрослых, доля составляет 2 %, содержит 2 α- и 2 δ-цепи;
  • HbO 2 – оксигемоглобин, образуется при связывании кислорода в легких, в легочных венах его 94-98 % от всего количества гемоглобина;
  • HbCO 2 – карбогемоглобин, образуется при связывании углекислого газа в тканях, в венозной крови составляет 15-20 % от всего количества гемоглобина.

Патологические формы гемоглобина

  • HbS – гемоглобин серповидно-клеточной анемии;
  • MetHb – метгемоглобин, форма гемоглобина, включающая трехвалентный ион железа вместо двухвалентного. Такая форма обычно образуется спонтанно, в этом случае ферментативных мощностей клетки хватает на его восстановление. При использовании сульфаниламидов, употреблении нитрита натрия и нитратов пищевых продуктов, при недостаточности аскорбиновой кислоты ускоряется переход Fe 2+ в Fe 3+ . Образующийся metHb не способен связывать кислород и возникает гипоксия тканей. Для восстановления ионов железа в клинике используют аскорбиновую кислоту и метиленовую синь;
  • Hb-CO – карбоксигемоглобин, образуется при наличии СО (угарный газ) во вдыхаемом воздухе. Он постоянно присутствует в крови в малых концентрациях, но его доля может колебаться от условий и образа жизни. Угарный газ является активным ингибитором гем-содержащих ферментов, в частности, цитохромоксидазы, 4-го комплекса дыхательной цепи;
  • HbA 1С –

Оксигемоглобин, действие ПАВ – Справочник химика 21





    Отравляющее действие ядовитых газов можно наблюдать и при вполне достаточном и даже избыточном содержании кислорода во вдыхаемом воздухе. Наибольшую опасность отравления представляет окись углерода. Она вытесняет кислород из оксигемоглобина крови и [c.25]

    При превращении оксигемоглобина в гемин происходит окисление железа (И) в железо(П1). Этот процесс происходит также в том случае, если насыщенную кислородом кровь оставить стоять длительное время. При этом образуется красно-коричневый метгемоглобин. Соответствующее ему соединение, не содержащее глобина, было названо гематином. Действие оксида углерода как дыхательного яда основано на том, что он прочнее связывается с гемоглобином, чем кислород, и тем самым блокирует действие гемоглобина. [c.613]










    Общий характер действия на человека. М. является классическим ядом с широким спектром действия. Наиболее характерны для М. нейротоксические, желудочно-кишечные и дерматологические расстройства. Токсические свойства М. зависят от его химического состояния — трехвалентные соединения М. токсичнее пятивалентных. Токсичность мышьяксодержащих веществ усиливается с увеличением растворимости. Особыми свойствами обладает газообразное соединение мышьяка — арсин (АзНз), образующийся в результате воздействия сильной кислоты на различные соединения мышьяка. Это высокотоксичный яд, обладающий выраженным гемолитическим действием. Являясь сильным восстановителем, арсин взаимодействует с кислородсодержащими макромолекулами организма, и прежде всего с оксигемоглобином. Основные расстройства, обусловленные соединениями М.(Ш) и М.(У), связаны с нарушением тканевых окислительных процессов. [c.471]

    Метгемоглобин — пигмент, образующийся при действии некоторых ядов. Представляет собой соединение гемоглобина с кислородом, причем, в отличие от оксигемоглобина, это соединение прочное, поэтому не может быть переносчиком кислорода к тканям. [c.853]

    Гемоглобин легко соединяется с окисью углерода, образуя карб-оксигемоглобин. При этом нарушается перенос кислорода в организме, чем и объясняется ядовитое действие окиси углерода.[c.712]

    Токсическое действие. Большею частью кровяные яды, вызывающие превращение оксигемоглобина в метгемоглобин, а также дегенеративные изменения в эритроцитах и распад последних. Этот эффект, по принятому взгляду, зависит не от действия самих рассматриваемых веществ, а вызывается образующимися из них продуктами окисления или восстановления. При этом как из нитро-, так и из аминосоединений образуются одни и те же вещества, чем и объясняется сходство картины отравления теми и другими. Так, превращения анилина и нитробензола в организме, может быть, идут по следующей схеме  [c.399]

    Все указанные факты, как уже упоминалось выше, подтверждают предположение о том, что железо гема соединено с имидазольной группой гистидина. Известно, однако, что спектры поглощения гемоглобина и оксигемоглобина, легко смещающиеся при воздействии разведенных кислот, устойчивы к действию концентрированных растворов щелочей [144]. Эти последние данные свидетельствуют, скорее, в пользу того, что железо гема соединено с кислотной группой, например с карбоксильной [126] или сульфгидрильной, Сульфгидрильные группы не обнаруживаются в нативном глобине при нейтральной реакции раствора они появляются, однако, при подщелачивании растворов глобина [145] или при денатурации его [146].[c.245]










    На фиг. 42, в верхней части микрофотограммы, видно превращение шестигранных кристаллов пластинок гемоглобина в длинные иглы оксигемоглобина, происходящее под действием [c.248]

    Физиологическое действие мышьяка заключается в разрушении красных кровяных шариков, что ведет к малокровию. При систематическом действии мышьяковистый водород вызывает гемолиз эритроцитов и образование метгемоглобина. Отравления мышьяковистым водородом всегда носят острый характер и являются неожиданными. Токсикологическое действие продукта, вероятно, объясняется тем, что его окисление протекает за счет отнятия кислорода от оксигемоглобина. ПДК равен 0,000 1 мг/л. [c.209]

    Характер действия. Окись углерода вызывает поражение центральной нервной системы. Попадая через легочные пути в кровь, она вытесняет кислород из оксигемоглобина крови и благодаря своему большому сродству с гемоглобином (в 300 раз более сильному, чем кислород) вступает с ним в соединения, образуя карбоксигемоглобин. Таким образом, кровь теряет способность переносить достаточное количество кислорода от легких к тканям, вследствие чего наступает кислородное голодание (удушье). [c.503]

    Сульфгемоглобин может образоваться при продолжительном лечении сульфамидными препаратами или серой. Из сульфамидных препаратов под действием ферментов кишечных бактерий может образоваться сероводород, который с оксигемоглобином дает сульфгемоглобин. [c.364]

    Совершенно иной механизм биологического окисления лежит в основе действия гемоглобина, используемого в опыте В. Гемоглобин способен непосредственно вступать во взаимодействие с кислородом воздуха, образуя так называемый оксигемоглобин, имеющий в растворе янтарно-желтый цвет. Глюкоза отнимает кислород от оксиге-моглобина, превращаясь в карбоновую кислоту, а оксигемоглобин превращается при этом в гемоглобин, который, как известно, имеет в растворе ярко-красную окраску. Таким образом, в данном случае гемоглобин является переносчиком кислорода, т. е. биологическим окислителем. [c.143]

    К числу наиболее важных природных хелатирующих агентов относятся производные порфина, молекула которого схематически изображена на рис. 23.6. Порфин может образовывать координационные связи с ионом металла, роль доноров при этом выполняют четыре атома азота. При комплексообразовании с металлом происходит замещение двух указанных на рисунке протонов, которые связаны с атомами азота. Комплексы, полученные с участием производных порфина, называк тся шорфи-ринами. Различные порфирины отличаются друг от друга входящими в них металлами и фуппами заместителей, присоединенными к атомам углерода на периферии лиганда. Двумя важнейшими порфиринами являются гем, который содержит атом желе-за(П), и хлорофилл, который содержит атом магния(П). О свойствах гема мы уже говорили в разд. 10.5, ч. 1. Молекула гемоглобина-переносчика кислорода в крови (рис. 10.10)-содержит четыре гемовые структурные единицы. В геме четыре атома азота порфиринового лиганда, а также атом азота, который принадлежит бе1сковой структуре молекулы гемоглобина, координированы атомом железа, который может координировать еще молекулу кислорода (в красной форме гемоглобина, называемой оксигемоглобином) либо молекулу воды (в синей форме гемоглобина, называемой де-зоксигемоглобином). Схематическое изображение оксигемоглобина дано на рис. 23.7. Как отмечалось в разд. 10.5, ч. 1, некоторые группы, например СО, действуют на гемоглобин как яды, поскольку они образуют с железом более прочные связи, чем О2. [c.376]

    ФЕНИЛЕНДИАМИНЫ eHi (NH ) , — известны три изомера все они бесцветные кристаллы, темнеющие на свету и на воздухе, хорошо растворяются в спирте, эфире, хлороформе, горячей воде. Получают о-Ф. восстановлением о-нит-роанилина м-Ф. восстановлением л-ди-нитробензола п-Ф. восстановлением и-нитроанилина или л-аминоазобензола. Ф. широко применяют в производстве красителей, для синтезов и в аналитической химии. Так, о-Ф. служит реактивом на дикетоны, карбоновые кислоты, альдегиды м-Ф,— реактив на нитрит-ион м-Ф. и п-Ф. применяют для синтеза красителей. Все Ф. токсичны, действуют на центральную нервную систему, расширяют сосуды слизистых оболочек, действуют на кровь, превращая оксигемоглобин в feтгeмoглoбин, вызывают сильное раздражение кожи. [c. 260]

    Наиболее мощными буферными системами крови являются гемо-глобиновый и оксигемоглобиновый буферы, которые составляют примерно 75% всей буферной емкости крови. Буферные свойства гемоглобина по своему механизму действия идентичны белковым буферным системам кислые продукты обмена веществ взаимодействуют с калиевой солью гемоглобина с образованием эквивалентного количества их калиевых солей и свободного гемоглобина, обладающего свойством слабой органической кислоты. Кроме того, система окси-гемоглобин — гемоглобин участвует в еще одном своеобразном механизме поддержания постоянства pH крови. Как известно, венозная кровь содержит большие количества углекислоты в виде бикарбонатов, а также СО2, связанной с гемоглобином. Через легкие углекислота выделяется в воздух однако сдвига pH крови в щелочную сторону не происходит, так как образующийся оксигемоглобин является более сильной кислотой, чем гемоглобин. В тканях, в артериальной крови под влиянием низкого парциального давления кислорода оксигемоглобин диссоциирует и кислород диффундирует в ткани. Образующийся при этом гемоглобин, однако, не обусловливает изменения pH крови в щелочную сторону, так как в кровь из тканей поступает углекислота. [c.82]










    Другой пример аллостерического действия в случае гемоглобина был уже рассмотрен в предыдущем разделе. Эффект Бора можно считать результатом действия протонов, играющих в данном случае роль аллостерических эффекторов, присоединяющихся к амино- и имидазоль-ным группам, которые участвуют в образовании солевых мостиков. Физиологическим эффектором является также двуокись углерода, обратимо связывающаяся с концевыми МНг-группами а- и р-субъединиц с образованием карбамино(карбамат, —NH—G00 )-групп [77, 78]. Сильнее сродство к СОг выражено у дезокси-формы гемоглобина. Вследствие этого отдача кислорода оксигемоглобином облегчается в тканях, богатых СОг. Гемоглобин переносит значительную часть СОг к легким, где его оксигенация облегчает отщепление СОг от карбами-но-групп.[c.313]

    Кривая связывания кислорода гемоглобином зависит от pH при данной величине р(Ог) сродство к кислороду уменьшается номере уменьшения pH (эффект Бора). Гликолиз представляет собой анаэробный процесс, приводящий к образованию молочной кислоты и диоксида углерода. Оба эти соединения имеют тенденцию к понижению pH и способствуют высвобождению кислорода из оксигемоглобина там, где в этом есть необходимость, В дезоксигемоглобине, напротив, содержатся немного более основные, чем у оксигемоглобина, группы (азот имидазола His-146 в р-цепях и His-122 в а-цепях, а также аминогрупп Val-1 в а-цепях), в силу чего дезоксигемоглобин связывает протон после высвобождения кислорода, что важно для обратного транспорта диоксида углерода к легким. Карбоангидраза катализирует образование бикарбоната в эритроцитах из диоксида углерода и воды, и ионы бикарбоната могут связываться с протонированными группами дезокси-гемоглобина. В легких дезоксигемоглобин перезаряжается кислородом, эффект Бора вызывает высвобождение бикарбоната, из которого под действием карбоангидразы образуется диоксид углерода, который затем выдыхается. Транспорт диоксида углерода дезоксигемоглобином приводит также к образованию производных карбаминовой кислоты с аминогруппами белка (схема (9) . Хотя оксигемоглобин также связывает диоксид углерода, у дезоксигемо-глобина эта способность выше ввиду большей доступности аминогрупп. [c.558]

    Действие на кровь объясняется следующим образом. В организме человека образуется, например, из нитробензола / -нитрозо-фенол. Последний окисляет гемоглобин в метгемоглобин а самый -нитро30фенол при этом благодаря восстановлению превращается в хинонимин, вызывающий также образование метгемоглобина. Из анилина в организме образуется сначала / -аминофенол, окисляемый оксигемоглобином в хинонимин последний, как мы видели, является причиной образования метгемоглобина. [c.109]

    Гемоглобин (НЬ) относится к группе сложных белков хромопротеинов. Он состоит из белка глобина и простетической группы — гема, содержащего двухвалентное железо. Гемоглобин легко соединяется с кислородом воздуха, образуя оксигемоглобин НЬОа. В этом виде в крови содержится основная часть гемоглобина. При вдыхании угарного газа СО в крови образуется карбок-сигемоглобин НЬСО, соединение более проч юе, чем оксигемоглобин, что приводит к отравлению организма. При действии на кровь окислителей двухвалентное железо гемоглобина окисляется в трехвалентное и гемоглобин превращается в метгемоглобин (МНЬ), который, как и карбоксигемоглобин, неспособен присоединять кислород. Гемоглобин и его производные обладают способностью поглощать излучение различной длины волн и давать характерные спектры поглощения. Исследование спектров поглощения производных гемоглобина имеет большое значение при диагностике некоторых заболеваний и отравлений, при определении степени профессиональной вредности производства, в судебно-медицинской практике. [c.189]

    Физиологическое действие. Все органические вещества — это соединения кислорода, поэтому кислород является жизненно важным элементом почти для всех живых организмов (исключение состанляют анаэробные бактерии), О процессах дыхания и ассимиляции см. 14.3. Кислород поступает в кровь через легкие. В крови кислород слабо связывается с гемоглобином (хромофор красных кровяных телец) с образованием оксигемоглобина и в таком виде подводится к клеткам. Под действием ферментов кислород окисляет приносимый также кровью виноградный сахар (глюкозу), превращая его в диоксид углерода и воду освобождаемая при этом энергия используется для протекания различных жизненных процессов (работа мускулов, нагревание тела И Т. д.). [c.362]

    Из белков крови наибольшее буферное действие принадлежит гемоглобину. Его особое значение в буферном действии объясняется влиянием оксигенации на его способность связывать или освобождать ионы водорода. Восстановленный гемоглобин является более слабой кислотой или соответственно более сильным сопряженным основанием, чем оксигемоглобин (константа кислотной диссоциации гемоглобина равна 6,6- 10 9, а оксигемогло-бина 2,4-10 ). Проходя через ткани, кровь отдает кислород и поглощает СОг при этом НЬОг превращается в НЬ. Насыщение крови СОг должно было бы повысить ее кислотность, однако этого не происходит, так как появившиеся ионы водорода полностью связываются сильным основанием — анионом восстановленного гемоглобина. [c.35]

    Органические катализаторы ХХХ1П. Пероксидазное действие различных оксигемоглобинов. [c.182]

    В теле животных он удаляется из крови в результате многих химических реакций с метаболитами клеток. Многие из этих реакций можно проводить in vitro со стерильными энзиматическими системами, в которых место оксигемоглобина занимает свободный газообразный кислород. Из этого можно сделать вывод, что вообще биохимическая функция гемоглобина скорее физической, чем химической природы. Однако некоторые реагенты, например окись углерода или цианиды, действуют как яды, препятствующие образованию оксигемоглобина. Тем самым они тормозят перенос молекулярного кислорода к живым клеткам. [c.283]

    Биологические функции имидазола самым тесным образом связаны с основностью его молекулы. Именно по этой причине остаток гистидина в белке содержит в физиологической области pH около 7,4 одновременно заметные количества свободного основания и протонированного имидазолия. Это означает, что он может функционировать как акцептор и как донор протонов в зависимости от потребностей своего ближайшего окружения. Такую же роль играют остатки гистидина и в различных ферментах, например в рибонуклеазе, альдолазе, некоторых протеазах. Другим важным результатом проявления основных свойств имидазола является буферное действие гистидина в системе гемогло-бин-оксигемоглобин [7]. Отмечалось [7], что имидазольная группа в гистидиновой единице полипептидов — самое сильное основание, какое присутствует в каких-либо количествах при физиологических значениях pH, а катион имидазолия является самой сильной из кислот, обнаруженных в заметной концентрации (колебания р/(а зависят от местного окружения). [c.439]

    Подобно молекуле О , но значительно более прочно, может связываться с железом гемоглобина молекула, СО. Токсичное действие окиси углерода на животный организм обусловлено этим блокированием простетической группы гемоглобина, которая при этом не способна выполнять свою нормальную функцию. Карбоксиге-моглобин, подобно оксигемоглобину, является обратимым соединением и превращается в оксигемоглобин, когда парциальное давление кислорода велико. [c.454]

    При действии на оксигемоглобин окислителей образуется метгемоглобин (MPlb). При этом, нроисходит окисление гема двухвалентного железа в трехвалентное и метгемоглобин теряет способность участвовать в переносе кислорода. Образование мет-гемоглобина может наблюдаться и in vivo, например, при отравлении K IO3, нитросоединениями, пирогаллолом и другими соединениями. Компонентами метгемо-глобина являются белок глобин и пигмент гематин, отличающийся от гема тем, что содержит F+ . [c.183]

    Карбоксигемоглобин (НЬСО). Насытить кровь светильным газом, который всегда содержит окись углерода. Кровь при этом приобретает ярко-розовый цвет. Разбавить ее водой в 30 раз и наблюдать в спектроскопе спектр карбоксигемоглобина — две полосы поглощения (572—537 ммк) между линиями О и Е. Этот сиектр очень сходен со спектром поглощения оксигемоглобина. Для того чтобы отличить спектр НЬСО от спектра НЬОг, к раствору карбоксигемоглобина прибавить несколько капель реактива, содержащего 2 г Ре304 и 3 г винной кислоты в 100 мл воды. При этом в противоположность НЬОг не происходит никакого изменения спектра, так как карбоксигемоглобин не переходит при действии реактива в гемоглобин. [c.184]

    Для получения так называемого восстановленного гемоглобина к раствору оксигемоглобина приливают несколько капель реактива Стокса. Двухвалентное железо, являющееся действующим началом реактива Стокса, легко окисляется, отнимая от оксигемоглобина кислород и превращая его в восстановленный гемоглобин. Следует отметить, что вообще соли железа легче окисляются, чем железо порфи– [c.238]

    Всо встречающиеся на практике А. о. физиологически активны. Так, NjO в смеси с к JTopoдoм — слабый наркотик в высоких концент1)ациях вызывает удушье. Окись азота N0 действует на центральную нервную систему, в больших концентрациях переводит оксигемоглобин в метгемоглобин. Двуокись — четырехокись азота раздражающе действует на легкие, в тяжелых случаях вызывает отек, понижает кровяное давление. Помимо непосредственного действия, А. о. вызывает также и различные хромич. заболевания нри длительной работе в атмосфере, содержащей эти окислы. [c.36]

    В клетках, где давление кислорода относительно низкое, ок-снгемоглобин распадается, и освободившийся кислород диффундирует в те области, где он нужен для биологического окисления (4). Одним из продуктов окисления является двуокись углерода. Ее давление в клетках относительно велико, и она диффундирует в плазму (5), а отсюда к эритроцитам (6), где под действием фермента карбоангидразы быстро превращается в угольную кислоту (7). Поскольку Н СО, хотя и слабая, но все же кислота, при ее диссоциации (8) образуется ион водорода (а также бикарбонат-ион). Ион водорода способствует быстрейшей диссоциации оксигемоглобина происходит так называемый изоводородный сдвиг (9). Этот сдвиг фактически способствует ионизации угольной кислоты (8). Бикарбокат-ион переходит в плазму. Для сохранения электронейтральности на каждый бикарбонат-ион, выходящий в плазму, в эритроциты входит один хлорид-ион (10), это так называемый хлоридный сдвиг. Большая часть двуокиси углерода переносится к легким в виде бикарбонат-ионов. Когда эритроциты возвращаются с венозной кровью к легким, где давление двуокиси углерода относительно низкое, двуокись углерода переходит в выдыхаемый воздух (И) — (15), и цикл начинается снова. [c.448]

    В32. Barron Е. S. G., Johnson Р., Rad. Res., 5, 290—302 (1956), Изучение механизма действия ионизирующих излучений. XV. Облучение рентгеновскими лучами оксигемоглобина и родственных соединений. [c.338]

    Общий характер и теория действия на организм. Подобно другим ароматическим нитро-, нитрозо- и аминосоединениям кровяной яд, вызывающий превращение оксигемоглобина в метгемоглобин, а также нервный яд. В то же время обладает и рядом специальных особенностей он вызывает, во-первых, расширение сосудов слизистых оФолочек, дыхательных путей и вследствие этого усиленное отделение сливи, [c.453]

    Для здоровья человека опасны определенные концентрации в воздухе газов СО, НгЗ, НСК, К Нз, СО2. В обычных условиях дыхания кислород воздуха поступает в кровь человека, соединяется с гемоглобином крови (красными кровяными тельцами), образуя оксигемоглобин, который, распадаясь в тканях тела, доставляет клеткам организма кислород. Если же в воздухе появится окись углерода СО, то она действует активнее кислорода и, соединяясь с гемоглобином, образует карбооксигемоглобин. Кровь становитс.ч неспособной выполнять окислительные функции, в результате наступает асфиксия (прекращение дыхания вследствие недостатка кислорода) тканей с тяжелыми последствиями. Следовательно, отравление СО — результат кислородного голодания. При вдыхании воздуха с содержанием 0,05% СО (0,6 мг на 1 л воздуха) появляются первые, ясно выраженные признаки отравления при вдыхании воздуха с содержанием 0,4—0,5% СО в течение 20 мин может наступить смерть.[c.197]

    Хорошо известно, что окись углерода вытесняет кислород из соединения с гемоглобином. Спектр поглощения, форма кристаллов и некоторые другие свойства карбоксигемоглобина напоминают свойства оксигемоглобина. Главное различие между этими двумя соединениями состоит в том, что карбоксигемоглобин представляет собой гораздо более стойкое соединение, чем оксигемоглобин, и его диссоциация на гемоглобин и окись углерода происходит значительно медленнее [164]. Кроме того, карбоксигемо-1 лобин расщепляется на свои компоненты на свету [165], причем каждая молекула карбоксигемоглобина поглощает 1 квант [166]. В отличие от гемоглобина и оксигемоглобина карбоксигемоглобин не имеет полосы поглощения в области, близкой к инфракрасной (X =900—1 ООО т л) [167]. Карбоксигемоглобин легко отличить от оксигемоглобина по яркокрасной окраске его растворов, которая сохраняется даже после обработки растворов сульфатом меди, едким натром или таннином. Оксигемоглобин после такой обработки превращается в соединение, имеющее коричневый цвет. Устойчивость карбоксигемоглобина к действию указанных выше веществ также свидетельствует о большей стабильности молекулы карбоксигемоглобина по сравнению с молекулой оксигемоглобина, которая, расщепляясь при этих условиях, образует производные гемина, имеющие коричневый цвет. [c.249]

    В клинических лабораториях. Так как ни гемоглобин, ни оксигемоглобин не являются стойкими соединениями, они не могут быть использованы в качестве стандартов. Часто в качестве стандарта применяют раствор кислого гематина, имеющий коричневую окраску. Исследуемая кровь при этом методе предварительно смешивается с разведенной соляной кислотой. Необходимо, однако, отметить, что указанный метод дает часто ошибочные данные в связи с помутнением растворов вследствие постепенной флокуляции пигмента. Это помутнение означает, что падающий на раствор свет не только поглощается, но и рассеивается [209]. Помутнение растворов может быть обусловлено также липидами крови [210] или флокуляцией белков плазмы [211]. Более надежные результаты получаются при колориметри-ровании щелочных растворов, наилучшим же методом является колориметрическое или фотометрическое определение цианида метгемоглобина [212], образующегося при прибавлении к крови соляной кислоты и цианистого калия [213]. Этот метод был испытан в различных лабораториях, и полученные результаты оказались очень хорошими [214]. Большим преимуществом этого метода является также то, что можно использовать в качестве стандарта циангематин, который имеет такую же окраску и такой же спектр поглощения, как и цианид метгемоглобина. Хорошие результаты при определении гемоглобина дает также газовый метод Ван-Слайка. Содержание гемоглобина в крови нормальных людей при определении указанными методами оказалось равным 15,7—16,1% [215]. Метгемоглобин в присутствии гемоглобина может быть определен путем насыщения крови кислородом или окисью углерода до и после восстановления крови дитионитом (Ыа23204) [216]. Эта соль является одним из немногих восстановителей, которые могут быть использованы для превращения оксигемоглобина или метгемоглобина в гемоглобин, так как большинство других восстановителей одновременно необратимо денатурируют глобин. Однако некоторым недочетом этого метода является то, что небольшие количества неактивного пигмента , не способного присоединять кислород, также превращаются при действии N328204 в гемоглобин [217]. Очень малые количества кислорода и оксигемоглобина могут быть определены полярографическим методом [218]. Карбоксигемоглобин и метгемоглобин можно определять также путем спектрофотометрии в инфракрасном свете [219]. Спектрофотометрические методы применяются и тогда, когда необходимо определить какое-либо производное гемоглобина, находящееся в смеси с другими его производными [171, 220]. [c.255]

    Обычно промышленный яд проявляет избирательное действие, называемое элективным. Так, алифатические и ароматические углеводороды обладают элективным действием по отношению к нервной системе, вызывая наркоз. Многие хлорированные углеводороды при хроническом воздействии на организм поражают печень, вызывая белковое или жировое перерождение печеночной ткани. Такие яды получили название печеночных или гепатотропных. Существуют кровяные яды, представителем которых является окись углерода. Она вытесняет кислород из оксигемоглобина, образуя карбоксигемоглобин. Вследствие этого кровь перестает быть переносчиком кислорода из легких в ткани и наступает кислородное голодание организма. Основой элективного действия окиси углерода является высокое сродство ее к оксигемоглобину. [c.72]

    Если рассматривать эти представления с точки зрения современных взглядов, то проще всего допустить, что соединение, легко диссоциирую-1цее с выделением кислорода , представляет собой не что иное, как перекись, ибо в животном организме, помимо оксигемоглобина, выделяющего молекулярный кислород, не имеется богатых х ислородом соединений. К тому же богатые кислородом нитраты и нитриты оказывают задерживающее действие на реакцию (Аблус и Алуа). Салицилазу следует, таким образом, рассматривать как систему пероксидаза — перекись водорода . Опыты Дони-Эно и ван Дурена не дают еще никаких доказательств против ее ферментативной природы. Что в их опытах действие фермента определялось концентрацией субстрата, объясняется тем, что они всегда применяли фермент в большом избытке (экстракт из 100 г печени). Как известно, к действию ферментов применяется общее правило — при избытке субстрата превращение пропорционально количеству фермента, а при избытке [c.33]


Клинические методики и интерпретация результатов диагностики

КЛИНИЧЕСКИЕ МЕТОДИКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИАГНОСТИКИ

     Согласно используемым физическим принципам диагностики методы неинвазивной прижизненной спектрофотометрии позволяют оценивать in vivo (in situ) биохимический состав мягких тканей человека и его динамику во времени, включая изучение кратковременных и ритмичных флуктуаций всех наблюдаемых параметров, возникающих вследствие ритмичной работы сердечно-сосудистой и нервно-рефлектроной систем. Наиболее легко определяемыми в тканях параметрами являются: процентное содержание в крови различных фракций гемоглобина (оксигемоглобин, восстановленный гемоглобин и др. ), водонасыщение тканей (их гидратация), содержание в поверхностных тканях меланина, жира, коллагена, кератина, порфириновых и ряда других важных ферментов. Изучение кратковременных флуктуаций параметров периферической микрогемодинамики на отрезках времени порядка 3-5 минут позволяет оценивать функциональное состояние сосудистого русла биологических тканей. А оценка длительных изменений в регистрируемых параметрах на протяжении суток, недель и месяцев позволяет проводить мониторинг эффективности лечения пациента и оценивать действие различных отдельных лечебных процедур. Поэтому, неинвазивная лазерная диагностика (спектрофотометрия) в медицине может быть эффективна в самых разных ее областях, от онкологии и дерматологии до профпатологии, физиотерапии и других направлений медицины.
 
     В части регистрации параметров микрогемодинамики наиболее легко регистрируемыми методами неинвазивной биоспектрофотометрии являются: параметр перфузии тканей кровью, параметры некоторых основных сосудистых флуктуаций (вазомоций), особенно кардиоритма и дыхательных ритмов, зависящих, в том числе, от эластичности сосудов, нервно-рефлекторной и гуморальной регуляции периферического кровообращения, а также параметры транспорта и утилизации кислорода в системе микроциркуляции, такие как: артериальная (SaO2) и средняя артерио-венозная (тканевая – StO2) сатурация оксигемоглобина крови микроциркуляторного русла клеточной биоткани, удельное потребление кислорода тканями (введенный нами параметр). Наибольшей информативностью по нашим данным методы неинвазивной медицинской спектрофотометрии (НМС) обладают при использовании различных функциональных нагрузочных тестов на систему микроциркуляции крови (окклюзионный тест, лекарственная проба, тепловой тест с локальным нагревом и др.). Функциональные тесты, в общем случае, обладают меньшими погрешностями и разбросами результатов измерений (подробнее – см. здесь). В частности, с помощью окклюзионной пробы достаточно наглядно, воспроизводимо и быстро можно получить данные о типе микрогемодинамике у пациента (нормоциркуляторный тип микроциркуляции, ангиоспастический или гиперемический тип микроциркуляции). С помощью прибора “Спектротест”, пригодного для этих измерений, в 2002-2003 гг. нами было также установлено, что в системе микроциркуляции крови, наряду с низкочастотными вазомоторными ритмами в перфузии тканей кровью, присутствуют и ритмы тканевой сатурации (StO2) крови микроциркуляторного русла биоткани (см.  Tchernyi V.V., Rogatkin D.A. et. al. “Complex noninvasive spectrophotometry in examination of patients with vibration disease”, Proc. SPIE, vol. 6078, 2006. – pp.363-370.). Это открывает дополнительные возможности для функциональной диагностики системы микроциркуляции крови, однако, надо понимать, что существующие приборы еще очень далеки от совершенства. Плохо проработана метрология и методика таких измерений. Поэтому поспешная интерпретация результатов диагностики в медицинском плане часто чревата ошибками. В качестве примера можно привести ситуацию с российскими приборами и методами лазерной доплеровской флоуметрии (подробнее см. здесь).

     Во всем мире одной из наиболее привлекательных областей применения неинвазивной лазерной диагностики в медицине считается онкология. Очень большое число публикаций касается вопросов применения лазерной флюоресцентной (флуоресцентной) диагностики и спектроскопии рассеяния для целей раннего выявления злокачественных новообразований кожи, слизистых оболочек полости рта, желудочно-кишечного тракта, мочеполовой системы. Мы пока не получили столь обнадеживающих данных, что лазерными методами, неинвазивно, возможна сколько-нибудь точная и уверенная верификация злокачественных и доброкачественных новообразований, т.к., например, методы флюоресцентной диагностики, обладая большой чувствительностью, имеют очень низкую специфичность. Изменение эндогенной флюоресценции в тканях вызывается очень многими причинами: наличием опухоли, анаэробной микрофлоры, гнойных и язвенных процессов, процессов некроза биоткани и т.д. Поэтому надежно верифицировать доброкачественные и злокачественные процессы с помощью флюоресцентной спектроскопии in vivo очень сложно. Однако результаты наших исследований достоверно показывают, что лазерные методы диагностики могут быть при умелом использовании достаточно эффективны, например, при оценке и прогнозе эффективности лучевого и химиолучевого лечения онкологических больных. В частности, в одной из серий экспериментов нами была выявлена и показана определенная корреляция данных флюоресцентной диагностики с наличием в тканях хронической тканевой гипоксии на основе регистрации флюоресценции эндогенных порфиринов (см. , например, наши публикации здесь и здесь). Поскольку гипоксия является одной из основных причин радиорезистентности опухолей, определение кислородного статуса опухолиin situ” позволяет дополнительно строить объективный прогноз результатов лучевого лечения и обоснованно назначать применение пациенту различных радиосенсибилизаторов, повышающих содержание кислорода в клетках опухоли. Аналогично, гипоксия сопровождает различные воспалительные процессы в тканях, что позволяет методами флюоресцентной спектроскопии in vivo контролировать развитие локального воспаления в тканях и органах, в. т.ч. интраоперационно (подробнее см. здесь). Но и при интерпретации результатов флюоресцентной спектроскопии in vivo надо быть весьма осторожным. Регистрируемый сигнал зависит от очень многих параметров, от кровенаполнения и нелинеен относительно концентрации флюорофора в среде. Его трактовка в терминах биохимического состава ткани – нетривиальная задача. Подробнее – см. результаты в наших публикациях в журналах Медицинская физика (здесь), J. Opt. Tech. (здесь) и Journal of Fluorescence (здесь).  
  
                     << Назад   

Структура, соединения и основные разновидности гемоглобина

Кровеносная система выполняет транспортную функцию в организме всех теплокровных животных, доставляя к тканям питательные вещества и кислород. Транспортировка кислорода и углекислого газа осуществляется благодаря красным тельцам крови, в состав которых входит важное вещество – гемоглобин. В этой статье мы рассмотрим виды и соединения гемоглобина.

Что такое гемоглобин

Гемоглобин – это компонент эритроцитов, относящийся к группе белков. Состоит из 96% белкового вещества глобина и 4% вещества с атомом 2-валентного железа – гем. В 1 клетке эритроцита его содержится порядка 280 млн молекул, что и формирует красный цвет крови.

Главное свойство гемоглобина – это способность железа присоединять и отщеплять газы, формируя перемещение кислорода из лёгких к тканям и углекислого газа от тканей к лёгким. Таким образом, его роль в процессе газообмена в организме незаменима.

Структура и виды гемоглобина крови человека

На разных стадиях развития человеческого организма состав гемоглобина отличается по структуре полипептидных цепей. В зависимости от того, какие полипептидные цепи содержит гемоглобиновая структура, виды гемоглобина у человека следующие:

  1. Взрослый гемоглобин (HbA) встречается в доминантном количестве (около 98-99% от общего количества в крови) у взрослых людей. HbA состоит из 2 и 2 полипептидных цепей. В каждой из аминокислотных спиралей содержится компонент гема с атомом, отвечающим за сродство с молекулой кислорода. HbA обладает меньшей способностью к сродству с кислородом нежели другие виды гемоглобина, но в то же время он более устойчив к колебаниям pH и t.
  2. Фетальный (HbF) синтезируется у плода ещё в утробе матери начиная с 6-7 недель беременности с последующим его замещением на HbA. Уже с 1 месяца жизни синтез HbF замедляется, общий объём крови увеличивается, усиливается и синтез HbA, который к трём годам жизни ребёнка доходит до процентного соотношения состава крови взрослого человека. Фетальный гемоглобин от взрослого отличается составом цепей глобина, вместо цепи здесь присутствует тип спирали. HbF, по сравнению с HbA, обладает меньшей степенью устойчивости к изменениям pH крови и колебаниям температуры организма.
  3. Эмбриональный (HbE). Первичная форма дыхательного белка вырабатывается у эмбриона ещё до формирования плаценты (уже на первой неделе беременности) и продолжается до 6-7 недель. Структура отличается наличием цепей и ζ-типов.

Патологические виды гемоглобина

В ряде случаев под влиянием генетических дефектов возникает аномальный синтез гемоглобиновых клеток. Патологические виды гемоглобина от физиологических отличаются составом полипептидных связей, а точнее, их мутацией.

В результате мутации ДНК, синтез компонентов эритроцитов осуществляется не с глутаминовой, а валиновой аминокислотой. Эта «кадровая» замена приводит к образованию белковой структуры типа 2 с «липким» участком на поверхности, способным присваивать структуры себе подобные. Таким образом, происходит полимеризация HbS-молекул и, как следствие, оседание тяжёлых и плохо транспортируемых эритроцитов в кровеносных сосудах. Данное отклонение носит название “серповидная анемия”.

Нормы содержания гемоглобина у человека

Содержание белковых дыхательных структур в крови у людей может отличаться в зависимости от пола, возрастной категории, образа жизни и некоторых других особенностей, как, например, беременность.

Нормальные значения содержания гемоглобина в крови, не считающиеся патологическим отклонением:

  • У мужчин – 130-150 г/л.
  • У женщин – 120-140 г/л.
  • У детей до года 100-140 г/л, причём в первый месяц эти значения могут достигать до 220 г/л за счёт повышенной концентрации фетального гемоглобина. У детей с года до 6 лет – 110-145 г/л, а с 6 года жизни – 115-150 г/л вне зависимости от пола ребёнка.
  • При беременности наблюдается снижение концентрация HbA до 110 г/л, что однако не считается анемией.
  • У пожилых людей нормой считается тенденция понижения на 5 единиц от заявленной нормы в зависимости от пола пациента.

По возрастному цензу отличается и состав крови, содержащей одновременно разные виды гемоглобина. Так, например, у взрослого человека естественным соотношением является 99% HbA и до 1% HbF. У детей до года процент HbF значительно выше, чем у взрослых, что объясняется постепенным распадом изначально имеющейся формы фетального гемоглобина.

Физиологические формы

Поскольку дыхательный красный пигмент непрерывно участвует в газообменных процессах в организме, то его главным свойством является способность образовывать соединения с молекулами различных газов. В результате подобных реакций создаются физиологические виды гемоглобина, которые считаются нормальным явлением.

  • Оксигемоглобин (Hb)– соединение с молекулой кислорода. Процесс происходит в органах дыхания, в альвеолах лёгких. Оксигенированные красные тельца окрашивают кровь в алый цвет, которая называется артериальной и движется от лёгких к тканям, обогащая их кислородом, необходимым для окислительных процессов.
  • Дезоксигемоглобин (HbH) – восстановленный гемоглобин образуется в момент, когда красные тельца отдают кислород тканям, но ещё не успели забрать от них углекислый газ.
  • Карбоксигемоглобин (Hb) образуется при выведении углекислого газа из тканей и выведении его к лёгким, завершая процесс дыхания человека. Карбоксигемоглобин придаёт венозной крови тёмный цвет – бордовый.

Патологические соединения

Эритроциты могут присоединять не только газы, участвующие в дыхательном процессе, но и другие, образуя патологические виды гемоглобина, представляющие опасность для человеческого здоровья и даже жизни. Эти соединения обладают низкой степенью распада, поэтому приводят к кислородному голоданию тканей и серьёзным нарушениям дыхательного процесса.

  • Карбгемоглобин (HbCO) – крайне опасное соединение в крови человека, надышавшегося угарным газом. Блокирует способность красных телец переносить кислород к тканям. Даже незначительная концентрация угарного газа в воздухе 0,07% может привести к летальному исходу.
  • Метгемоглобин (HbMet) образуется при отравлении нитробензольными соединениями, примерами которых являются алифатические растворители смол, эфиров, целлюлозы, широко применимые в текстильной промышленности. Нитраты при взаимодействии с гемоглобином преобразуют содержащиеся в геме 2-х валентное железо в 3-х валентное, что также приводит к гипоксии.

Диагностика гемоглобина

Для выявления концентрации глобиновых дыхательных структур в крови человека проводятся качественные и количественные виды анализов. Гемоглобин также исследуется на количество содержания в нём ионов железа.

Основным количественным методом определения концентрации гемоглобина сегодня является колориметрический анализ. Он представляет собой исследование цветовой насыщенности биологического материала при добавлении к нему специального реактива.

Качественные методы включают исследование крови на содержание в нём соотношения типов HbA и HbF. Также к качественному анализу относится определение количества содержания в крови молекул гликолизированного гемоглобина (соединения с углеродами) – метод используется для диагностики сахарного диабета.

Отклонение концентрации гемоглобина от нормы

Баланс HbA может варьировать как ниже, так и выше нормы. В любом случае это приводит к негативным последствиям. При понижении HbA ниже установленной нормы возникает патологический синдром, который носит название “железодефицитная анемия”. Выражается вялостью, упадком сил, невнимательностью. Негативно влияет на нервную систему, особенно опасен в детском возрасте, так как часто является причиной отставания в психо-моторном развитии.

Повышенный гемоглобин не является отдельным заболеванием, это, скорее, синдром, свидетельствующий о различных патологиях, таких как сахарный диабет, лёгочная недостаточность, порок сердца, заболевания почек, переизбыток фолиевой кислоты или витаминов группы В, онкология и др.

Замена гена α-глобина на β-глобин восстанавливает баланс гемоглобина в гемопоэтических стволовых и прогениторных клетках, полученных из β-талассемии

  • 1.

    Galanello, R. & Origa, R. Бета-талассемия. Orphanet J. Rare Dis. 5 , 11 (2010).

    ПабМед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 2.

    Mentzer, W.C. & Kan, Y.W. Перспективы исследований гематологических заболеваний: серповидно-клеточная анемия и талассемия. JAMA 285 , 640–642 (2001).

    КАС
    пабмед

    Google Scholar

  • 3.

    Элерс, К. Х., Джардина, П. Дж., Лессер, М. Л., Энгл, М. А. и Хилгартнер, М. В. Продление выживаемости у пациентов с большой бета-талассемией, получавших дефероксамин. Ж. Педиатр. 118 , 540–545 (1991).

    КАС
    пабмед

    Google Scholar

  • 4.

    Меттананда С., Гиббонс Р. Дж. и Хиггс Д. Р. Альфа-глобин как молекулярная мишень при лечении бета-талассемии. Кровь 125 , 3694–3701 (2015).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 5.

    Дай, Д. Э., Брамелд, К. Дж., Максвелл, С., Голдблатт, Дж. и О’Лири, П. Влияние отдельных генов и хромосомных нарушений на госпитализацию взрослого населения. Дж.Сообщество Генет. 2 , 81–90 (2011).

    ПабМед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 6.

    Fleischhauer, K. et al. Отторжение трансплантата после трансплантации гемопоэтических стволовых клеток от неродственного донора при талассемии связано с непермиссивным несоответствием HLA-DPB1 в направлении хозяин-трансплантат. Кровь 107 , 2984–2992 (2006).

    КАС
    пабмед

    Google Scholar

  • 7.

    Puthenveetil, G. et al. Успешная коррекция основного фенотипа бета-талассемии человека с использованием лентивирусного вектора. Кровь 104 , 3445–3453 (2004).

    КАС
    пабмед

    Google Scholar

  • 8.

    Негре, О. и др. Генная терапия бета-гемоглобинопатий путем лентивирусного переноса гена бета(A(T87Q))-глобина. Гул. Джин Тер. 27 , 148–165 (2016).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 9.

    Thompson, A.A. et al. Генная терапия у больных трансфузионно-зависимой бета-талассемией. Н. англ. Дж. Мед. 378 , 1479–1493 (2018).

    КАС
    пабмед

    Google Scholar

  • 10.

    Breda, L. et al. Терапевтические уровни гемоглобина после переноса генов у мышей с бета-талассемией и в гемопоэтических клетках пациентов с бета-талассемией и серповидно-клеточной анемией. PLoS ONE 7 , e32345 (2012).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 11.

    Cavazzana-Calvo, M. et al. Независимость от трансфузии и активация HMGA2 после генной терапии бета-талассемии человека. Природа 467 , 318–322 (2010).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 12.

    Marktel, S. et al. Внутрикостная генная терапия гемопоэтическими стволовыми клетками у взрослых и детей с трансфузионно-зависимой ss-талассемией. Нац. Мед. 25 , 234–241 (2019).

    КАС
    пабмед

    Google Scholar

  • 13.

    Сюй Л. и др. CRISPR-редактированные стволовые клетки у пациента с ВИЧ и острым лимфоцитарным лейкозом. Н. англ. Дж. Мед. 381 , 1240–1247 (2019).

    КАС
    пабмед

    Google Scholar

  • 14.

    Stadtmauer, E.A. et al. CRISPR-инженерные Т-клетки у пациентов с рефрактерным раком. Наука 367 , eaba7365 (2020).

  • 15.

    Canver, M.C. et al. Рассечение энхансера BCL11A с помощью Cas9-опосредованного насыщающего мутагенеза in situ. Природа 527 , 192–197 (2015).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 16.

    Альтер Б. П. Эритропоэз плода при стрессовом кроветворении. Экспл. Гематол. 7 , 200–209 (1979).

    ПабМед

    Google Scholar

  • 17.

    Stamatoyannopoulos, G., Veith, R., Galanello, R. & Papayannopoulou, T. Продукция Hb F при стрессовом эритропоэзе: наблюдения и кинетические модели. Энн. Н. Я. акад. науч. 445 , 188–197 (1985).

    КАС
    пабмед

    Google Scholar

  • 18.

    Бак, Р. О., Девер, Д. П. и Портеус, М. Х. Редактирование генома CRISPR/Cas9 в гемопоэтических стволовых клетках человека. Нац. протокол 13 , 358–376 (2018).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 19.

    Martin, R. M. et al. Высокоэффективное и безмаркерное редактирование генома плюрипотентных стволовых клеток человека с помощью CRISPR-Cas9 RNP и гомологичной рекомбинации, опосредованной донором AAV6. Cell Stem Cell 24 , 821–828 (2019).

    КАС
    пабмед

    Google Scholar

  • 20.

    Павел-Дину М.и другие. Коррекция гена SCID-X1 в долгоживущих гемопоэтических стволовых клетках. Нац. коммун. 10 , 1634 (2019).

    ПабМед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 21.

    Гомес-Оспина, Н. и др. Гемопоэтические стволовые клетки с отредактированным геномом человека фенотипически корректируют мукополисахаридоз типа I. Nat. коммун. 10 , 4045 (2019).

    ПабМед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 22.

    Широли, Г. и др. Точное редактирование генов сохраняет функцию гемопоэтических стволовых клеток после временной реакции на повреждение ДНК, опосредованной p53. Cell Stem Cell 24 , 551–565 e558 (2019).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 23.

    Schiroli, G. et al. Доклиническое моделирование подчеркивает терапевтический потенциал редактирования генов гемопоэтических стволовых клеток для коррекции SCID-X1. Науч.Перевод Мед. 9 , eaan0820 (2017).

    ПабМед

    Google Scholar

  • 24.

    Dever, D. P. et al. Таргетинг гена бета-глобина CRISPR/Cas9 в гемопоэтических стволовых клетках человека. Природа 539 , 384–389 (2016).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 25.

    Pattabhi, S. et al. In vivo результат направленной по гомологии репарации гена hbb в hsc с использованием альтернативных методов доставки донорской матрицы. Мол. тер. Нуклеиновые кислоты 17 , 277–288 (2019).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 26.

    DeWitt, M. A. et al. Бесселекционное редактирование генома серповидной мутации в гемопоэтических стволовых/прогениторных клетках взрослого человека. Науч. Перевод Мед. 8 , 360ра134 (2016).

    ПабМед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 27.

    Де Равин С.С. и др. Репарация гена CRISPR-Cas9 гемопоэтических стволовых клеток пациентов с Х-сцепленным хроническим гранулематозным заболеванием. Науч. Перевод Мед. 9 , eaah4480 (2017).

    ПабМед

    Google Scholar

  • 28.

    Thein, S.L. Молекулярная основа бета-талассемии. Гавань Колд Спринг. Перспектива. Мед. 3 , а011700 (2013).

    ПабМед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 29.

    Weatherall, D. Адрес премии Уильяма Аллана 2003 года. Талассемии: роль молекулярной генетики в развивающейся глобальной проблеме здравоохранения. утра. Дж. Хам. Жене. 74 , 385–392 (2004).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 30.

    Hendel, A. et al. Химически модифицированные направляющие РНК улучшают редактирование генома CRISPR-Cas в первичных клетках человека. Нац. Биотехнолог. 33 , 985–989 (2015).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 31.

    Бринкман, Э. К., Чен, Т., Амендола, М. и ван Стенсел, Б. Простая количественная оценка редактирования генома путем разложения следов последовательности. Рез. нуклеиновых кислот. 42 , e168 (2014).

    ПабМед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 32.

    Кредик Т.Дж., Цю П., Ли К.М., Файн, Э.Дж. и Бао, Г. COSMID: веб-инструмент для выявления и проверки нецелевых сайтов CRISPR/Cas. Мол. тер. Нуклеиновые кислоты 3 , e214 (2014).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 33.

    Charlesworth, C.T. et al. Примирование репопуляции гемопоэтических стволовых клеток и клеток-предшественников человека для нацеливания на ген Cas9/sgRNA. Мол. тер. Нуклеиновые кислоты 12 , 89–104 (2018).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 34.

    Дульмовиц Б.М. и др. Помалидомид обращает замалчивание гамма-глобина посредством перепрограммирования транскрипции взрослых гемопоэтических предшественников. Кровь 127 , 1481–1492 (2016).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 35.

    Hu, J. et al. Выделение и функциональная характеристика эритробластов человека на разных стадиях: последствия для понимания нормального и неупорядоченного эритропоэза in vivo. Кровь 121 , 3246–3253 (2013).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 36.

    Bak, R. O. et al. Мультиплексная генная инженерия гемопоэтических стволовых клеток и клеток-предшественников человека с использованием CRISPR/Cas9 и AAV6. eLlife 6 , e27873 (2017).

    Google Scholar

  • 37.

    Андреани М. и др. Сохранение смешанного химеризма у пациентов, перенесших трансплантацию для лечения талассемии. Кровь 87 , 3494–3499 (1996).

    КАС
    пабмед

    Google Scholar

  • 38.

    Андреани, М. и др. Отдаленная выживаемость больных эксталассемией со стойким смешанным химеризмом после трансплантации костного мозга. Трансплантант костного мозга. 25 , 401–404 (2000).

    КАС

    Google Scholar

  • 39.

    Феррари, С. и др.Эффективное редактирование генов долгосрочных гемопоэтических стволовых клеток человека подтверждено путем отслеживания клонов. Нац. Биотехнолог. 38 , 1298–1308 (2020).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 40.

    Sharma, R. et al. Метод TRACE-Seq отслеживает аллели рекомбинации и определяет динамику клональной реконструкции гемопоэтических стволовых клеток человека, нацеленных на гены. Нац. коммун. 12 , 472 (2021).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 41.

    Magoc, T. & Salzberg, S.L. FLASH: быстрая корректировка длины коротких считываний для улучшения сборки генома. Биоинформатика 27 , 2957–2963 (2011).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 42.

    Макдермотт, С. П., Эпперт, К., Лехман, Э. Р., Доденс, М.и Дик, Дж. Э. Сравнение приживления пуповинной крови человека между линиями мышей с ослабленным иммунитетом. Кровь 116 , 193–200 (2010).

    КАС
    пабмед

    Google Scholar

  • 43.

    Wunderlich, M. et al. Эффективность ксенотрансплантата ОМЛ значительно повышается у мышей NOD/SCID-IL2RG, конститутивно экспрессирующих человеческий SCF, GM-CSF и IL-3. Лейкемия 24 , 1785–1788 (2010).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 44.

    Хан, И. Ф., Хирата, Р. К. и Рассел, Д. В. Методы нацеливания генов, опосредованные AAV, для клеток человека. Нац. протокол 6 , 482–501 (2011).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 45.

    Aurnhammer, C. et al. Универсальная ПЦР в реальном времени для обнаружения и количественного определения последовательностей инвертированных терминальных повторов, происходящих от аденоассоциированного вируса серотипа 2. Гул. Джин Тер. Методы 23 , 18–28 (2012).

    КАС
    пабмед

    Google Scholar

  • 46.

    Cromer, M.K. et al. Глобальный транскрипционный ответ на редактирование генома на основе CRISPR/Cas9-AAV6 в CD34( + ) гемопоэтических стволовых клетках и клетках-предшественниках. Мол. тер. 26 , 2431–2442 (2018).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 47.

    Бак, Р. О. и Портеус, М.H. Опосредованная CRISPR интеграция больших генных кассет с использованием донорных векторов aav. Cell Rep. 20 , 750–756 (2017).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 48.

    Park, S.H. et al. Высокоэффективное редактирование гена бета-глобина в полученных от пациентов гемопоэтических стволовых клетках и клетках-предшественниках для лечения серповидно-клеточной анемии. Рез. нуклеиновых кислот. 47 , 7955–7972 (2019).

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 49.

    Немати Х., Бахрами Г. и Рахими З. Быстрое разделение глобиновых цепей человека у здоровых пациентов и пациентов с талассемией с помощью ОФ-ВЭЖХ. Мол. биол. 38 , 3213–3218 (2011).

    КАС
    пабмед

    Google Scholar

  • Симптомы, лечение, анализы и восстановление

    Обзор

    Что такое талассемия?

    Красные кровяные тельца переносят кислород по всему телу; гемоглобин — это белок в красных кровяных тельцах, который фактически переносит кислород.Талассемия (thal-uh-SEE-me-uh) представляет собой группу заболеваний, влияющих на способность организма вырабатывать нормальный гемоглобин.

    У больных талассемией вырабатывается меньше здоровых белков гемоглобина, а их костный мозг вырабатывает меньше здоровых эритроцитов.

    Талассемия может вызывать легкую или тяжелую анемию и другие осложнения, которые могут возникнуть с течением времени (например, перегрузка железом). Симптомы анемии включают утомляемость, затрудненное дыхание, головокружение и бледность кожи.

    Кто подвержен риску заболеть талассемией?

    Талассемия чаще встречается среди определенных этнических групп, включая людей итальянского, греческого, ближневосточного, азиатского и африканского происхождения.Талассемии являются наследственным заболеванием, что означает, что они передаются от родителей к ребенку.

    Симптомы и причины

    Какие бывают виды талассемии?

    Четыре белковые цепи составляют гемоглобин — 2 цепи альфа-глобина и 2 цепи бета-глобина. Существует 2 основных типа талассемии — альфа-талассемия и бета-талассемия , названные в честь дефектов, которые могут возникать в этих белковых цепях.

    Альфа-талассемия

    Четыре гена, по 2 от каждого родителя, необходимы для создания белковых цепей альфа-глобина.Когда 1 или более генов отсутствуют, возникает альфа-талассемия. Эта таблица описывает различные типы альфа-талассемии.

    • Отсутствующие альфа-гены: 1
      • Болезнь: молчаливое носительство
      • Симптомы анемии: нет
      • Другие названия: альфа-талассемия – 2 признак, минимальная альфа-талассемия
    • Отсутствующие альфа-гены: 2
      • Нарушение: признак
      • Симптомы анемии: легкая
      • Другие названия: альфа-талассемия – 1 признак, малая альфа-талассемия
    • Отсутствующие альфа-гены: 3
      • Нарушение: гемоглобин H
      • Симптомы анемии: умеренные
      • Другие названия: болезнь гемоглобина Н
    • Отсутствуют альфа-гены: 4
      • Заболевание: серьезное
      • Симптомы анемии: фатальные
      • Другие названия: Hydrops fetalis с гемоглобином Barts

    Каковы симптомы альфа-талассемии?

    Люди, у которых отсутствует один альфа-ген (молчащие носители), обычно не имеют никаких симптомов.Болезнь гемоглобина Н часто проявляется симптомами при рождении и может вызывать пожизненную анемию от умеренной до тяжелой.

    Бета-талассемия

    Обычно имеется 2 гена бета-глобина, по одному от каждого родителя. Бета-талассемия — это изменение одного или обоих генов бета-глобина. В этой таблице описаны различные типы бета-талассемии.

    • Пораженные бета-гены: 1
      • Нарушение: скрытое носительство
      • Симптомы анемии: легкая
      • Другие названия: Малая бета-талассемия
    • Пораженные бета-гены: 1
      • Нарушение: признак
      • Симптомы анемии: легкая
    • Пораженные бета-гены: 2
      • Нарушение: промежуточное
      • Симптомы анемии: умеренные
    • Пораженные бета-гены: 2
      • Заболевание: серьезное
      • Симптомы анемии: тяжелые
      • Другие названия: анемия Кули

    Каковы симптомы бета-талассемии?

    Симптомы бета-талассемии включают проблемы роста, аномалии костей, такие как остеопороз, и увеличенную селезенку (орган в брюшной полости, который играет роль в борьбе с инфекцией).

    Люди с талассемией могут получать слишком много железа в организме (перегрузка железом) либо из-за частых переливаний крови, либо из-за самого заболевания. Избыток железа может нанести вред сердцу, печени и эндокринной системе, включая железы, вырабатывающие гормоны, регулирующие процессы во всем организме.

    Люди, страдающие талассемией, могут страдать от тяжелых инфекций. Одной из причин может быть большое количество переливаний крови, в которых нуждаются эти пациенты; инфекции могут переноситься в крови, которую они получают при переливании.

    Диагностика и тесты

    Как диагностируется талассемия?

    Умеренные и тяжелые талассемии часто диагностируются в детстве, поскольку симптомы обычно появляются в течение первых 2 лет жизни ребенка.

    Для диагностики талассемии используются различные анализы крови:

    • Полный анализ крови (CBC), который включает показатели гемоглобина и количества (и размера) эритроцитов. У людей с талассемией меньше здоровых эритроцитов и меньше гемоглобина, чем в норме; люди с альфа- или бета-талассемией могут иметь эритроциты меньшего размера, чем обычно.
    • Количество ретикулоцитов (показатель молодых эритроцитов) может указывать на то, что ваш костный мозг не производит достаточное количество эритроцитов.
    • Исследования железа покажут, является ли причиной анемии дефицит железа или талассемия (дефицит железа не является причиной анемии у людей с талассемией).
    • Электрофорез гемоглобина используется для диагностики бета-талассемии.
    • Генетическое тестирование используется для постановки диагноза альфа-талассемии.

    Управление и лечение

    Как лечится талассемия?

    Стандартными методами лечения больных большой талассемией являются переливание крови и хелатирование железа.

    • Переливание крови включает инъекцию эритроцитов через вену для восстановления нормального уровня здоровых эритроцитов и гемоглобина. Трансфузии повторяют каждые 4 месяца у пациентов с умеренной или тяжелой талассемией и каждые 2-4 недели у пациентов с большой бета-талассемией.Иногда могут потребоваться переливания крови (например, во время инфекции) при болезни гемоглобина H или промежуточной бета-талассемии.
    • Хелатообразование железа – удаление избыточного железа из организма. Опасность переливания крови заключается в том, что оно может вызвать перегрузку железом, что, в свою очередь, может привести к повреждению других органов. Из-за этого пациентам, которые получают частые переливания крови, также требуется терапия хелаторами железа, которую можно назначать в форме таблеток.
    • Пищевые добавки, в виде добавок фолиевой кислоты и мониторинг уровня B12 важны, поскольку эти питательные вещества являются ключевыми компонентами для создания здоровых клеток крови.
    • Пересадка костного мозга и трансплантация стволовых клеток от совместимого родственного донора — единственный метод лечения талассемии. Это самое эффективное лечение. Совместимость означает, что донор имеет те же типы белков, называемые человеческими лейкоцитарными антигенами (HLA), на поверхности своих клеток, что и человек, которому будет сделана трансплантация. Трансплантация костного мозга от совместимого брата или сестры дает наилучшие шансы на излечение. Однако у большинства пациентов с талассемией нет подходящего родственного донора.В больнице делают пересадку костного мозга. В течение 1 месяца трансплантированные стволовые клетки костного мозга начнут производить новые, здоровые клетки крови. Учитывая высокие риски трансплантации костного мозга, ее обычно не рекомендуют людям с легкой или умеренной талассемией.

    Профилактика

    Можно ли предотвратить талассемию?

    В настоящее время талассемия не может быть предотвращена, поскольку это наследственное (передаваемое от родителей к ребенку) заболевание крови. Выявить носителей этого заболевания можно с помощью генетического тестирования.

    Перспективы/прогноз

    Каков прогноз (перспективы) для больных талассемией?

    Пациенты с легкой формой талассемии могут рассчитывать на нормальную продолжительность жизни. Пациенты с умеренной или тяжелой талассемией имеют хорошие шансы на долгосрочное выживание, если они соблюдают свою программу лечения (переливание крови и терапия хелаторами железа). Сердечно-сосудистые заболевания, вызванные перегрузкой железом, являются основной причиной смерти пациентов с талассемией, поэтому чрезвычайно важно соблюдать терапию хелаторами железа.Пересадка костного мозга может вылечить талассемию. Пациентам с талассемией может потребоваться хирургическое вмешательство для исправления проблем со скелетом.

    Жить с

    Какой постоянный уход мне потребуется?

    Потребуются частые общие анализы крови и анализы на содержание железа в крови. Каждый год необходимы тесты функции сердца и печени, а также тесты на вирусную инфекцию (поскольку наличие талассемии увеличивает риск некоторых серьезных инфекций). Вам также потребуется ежегодный тест на перегрузку железом печени.

    Восстановление почечной анемии после терапии этелкальцетидом при рефрактерном вторичном гиперпаратиреозе: клинический случай с мини-обзором | Заместительная почечная терапия

  • 1.

    Goicoechea M, Gomez-Campdera F, Polo JR, Tejedor A, Ruiz MA, Vazquez I, et al. Вторичный гиперпаратиреоз как причина резистентности к лечению эритропоэтином: эффект паратиреоидэктомии. Клин Нефрол. 1996;45(6):420–1.

    КАС
    пабмед

    Google Scholar

  • 2.

    Goicoechea M, Vazquez MI, Ruiz MA, Gomez-Campdera F, Perez-Garcia R, Valderrabano F. Внутривенный кальцитриол улучшает анемию и снижает потребность в эритропоэтине у пациентов, находящихся на гемодиализе. Нефрон. 1998;78(1):23–7.

    КАС
    пабмед
    Статья

    Google Scholar

  • 3.

    Oshiro Y, Tanaka H, ​​Okimoto N. Пациент, находящийся на хроническом диализе, у которого почечная анемия была успешно устранена путем лечения цинакальцетом. Клин Эксп Нефрол.2011;15(4):607–10.

    КАС
    пабмед
    Статья

    Google Scholar

  • 4.

    Танака М., Ёсида К., Фукума С., Ито К., Мацусита К., Фукагава М. и др. Влияние лечения вторичного гиперпаратиреоза на улучшение состояния при анемии: результаты исследования MBD-5D. ПЛОС Один. 2016;11(10):e0164865.

    ПабМед
    ПабМед Центральный
    Статья

    Google Scholar

  • 5.

    Блок Г.А., Бушински Д.А., Ченг С., Каннингем Дж., Демель Б., Друке Т.Б. и др.Влияние этелкальцетида по сравнению с цинакальцетом на сывороточный паратиреоидный гормон у пациентов, получающих гемодиализ с вторичным гиперпаратиреозом: рандомизированное клиническое исследование. Джама. 2017;317(2):156–64.

    КАС
    пабмед
    Статья

    Google Scholar

  • 6.

    Фукагава М., Ёкояма К., Шигемацу Т., Акиба Т., Фуджи А., Курамото Т. и др. Фаза 3, многоцентровое, рандомизированное, двойное слепое, плацебо-контролируемое исследование с параллельными группами для оценки эффективности и безопасности нового внутривенного кальцимиметика этелкальцетида (ONO-5163/AMG 416) при вторичном гиперпаратиреозе у японских пациентов, находящихся на гемодиализе.Трансплантация нефролового циферблата. 2017;32(10):1723–30.

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный

    Google Scholar

  • 7.

    Barbour GL. Влияние паратиреоидэктомии на анемию при хронической почечной недостаточности. Arch Intern Med. 1979;139(8):889–91.

    КАС
    пабмед
    Статья

    Google Scholar

  • 8.

    Fukagawa M, Kitaoka M, Inazawa T, Kurokawa K. Визуализация паращитовидной железы при хронической почечной недостаточности: диагностические и терапевтические аспекты.Curr Opin Nephrol Hypertens. 1997;6(4):349–55.

    КАС
    пабмед
    Статья

    Google Scholar

  • 9.

    Tominaga Y, Kakuta T, Yasunaga C, Nakamura M, Kadokura Y, Tahara H. Оценка паратиреоидэктомии при вторичном и третичном гиперпаратиреозе Обществом паратиреоидных хирургов Японии. The Apher Dial. 2016;20(1):6–11.

    ПабМед
    Статья

    Google Scholar

  • 10.

    Шаша С.М., Беттер О.С., Винавер Дж., Чаймовиц С., Барзилай А., Эрлик Д. Улучшение анемии у гемодиализных пациентов после субтотальной паратиреоидэктомии. Доказательства роли вторичного гиперпаратиреоза в этиологии анемии хронической почечной недостаточности. Isr J Med Sci. 1978;14(3):328–32.

    КАС
    пабмед

    Google Scholar

  • 11.

    Урена П., Эккардт К.У., Сарфати Э., Зинграф Дж., Зинс Б., Рулле Дж.Б. и др. Сывороточный эритропоэтин и эритропоэз при первичном и вторичном гиперпаратиреозе: эффект паратиреоидэктомии.Нефрон. 1991;59(3):384–93.

    КАС
    пабмед
    Статья

    Google Scholar

  • 12.

    Трунзо Дж.А., МакГенри Ч.Р., Шулак Дж.А., Вильгельм С.М. Влияние паратиреоидэктомии на анемию и дозировку эритропоэтина у пациентов с терминальной стадией почечной недостаточности с гиперпаратиреозом. Операция. 2008;144(6):915–8 обсуждение 919.

    PubMed
    Статья

    Google Scholar

  • 13.

    Рао Д.С., Ши М.С., Мохини Р.Влияние сывороточного паратиреоидного гормона и фиброза костного мозга на реакцию на эритропоэтин при уремии. N Engl J Med. 1993;328(3):171–5.

    КАС
    пабмед
    Статья

    Google Scholar

  • 14.

    Albitar S, Genin R, Fen-Chong M, Serveaux MO, Schohn D, Chuet C. Высокие дозы альфакальцидола уменьшают анемию у пациентов, находящихся на гемодиализе. Трансплантация нефролового циферблата. 1997;12(3):514–8.

    КАС
    пабмед
    Статья

    Google Scholar

  • 15.

    Капуано А, Серио В, Пота А, Мемоли Б, Андреуччи В.Е. Благоприятные эффекты лучшего контроля вторичного гиперпаратиреоза с помощью парикальцитола у пациентов с хроническим диализом. J Нефрол. 2009;22(1):59–68.

    КАС
    пабмед

    Google Scholar

  • 16.

    Matias PJ, Jorge C, Ferreira C, Borges M, Aires I, Amaral T, et al. Добавление холекальциферола у пациентов, находящихся на гемодиализе: влияние на минеральный обмен, воспаление и параметры сердечного размера.Clin J Am Soc Нефрол. 2010;5(5):905–11.

    КАС
    пабмед
    ПабМед Центральный
    Статья

    Google Scholar

  • 17.

    Кендрик Дж., Таргер Г., Смитс Г., Чонхол М. Дефицит 25-гидроксивитамина D и воспаление и их связь с уровнями гемоглобина при хроническом заболевании почек. Am J Нефрол. 2009;30(1):64–72.

    КАС
    пабмед
    Статья

    Google Scholar

  • 18.

    Патель Н.М., Гутьеррес О.М., Андресс Д.Л., Койн Д.В., Левин А., Вольф М. Дефицит витамина D и анемия на ранних стадиях хронического заболевания почек. почки инт. 2010;77(8):715–20.

    КАС
    пабмед
    Статья

    Google Scholar

  • 19.

    Sim JJ, Lac PT, Liu IL, Meguerditchian SO, Kumar VA, Kujubu DA, et al. Дефицит витамина D и анемия: перекрестное исследование. Энн Хематол. 2010;89(5):447–52.

    КАС
    пабмед
    Статья

    Google Scholar

  • 20.

    Блок Г.А., Мартин К.Дж., де Франсиско А.Л., Тернер С.А., Аврам М.М., Сураньи М.Г. и др. Цинакальцет при вторичном гиперпаратиреозе у пациентов, находящихся на гемодиализе. N Engl J Med. 2004;350(15):1516–25.

    КАС
    пабмед
    Статья

    Google Scholar

  • 21.

    Виана Х., Лобос В.А., Ресина С., Лопес Р.Дж., Герра А., Коста Ф.Т. и др. Лечение вторичного гиперпаратиреоза цинакалцетом связано с повышением уровня гемоглобина.Порт Джей Нефрол Гиперт. 2007;21(3):225–9.

    Google Scholar

  • 22.

    Battistella M, Richardson RM, Bargman JM, Chan CT. Улучшение контроля паратиреоидного гормона с помощью цинакалцета связано со снижением потребности в дарбэпоэтине у пациентов с терминальной стадией почечной недостаточности. Клин Нефрол. 2011;76(2):99–103.

    КАС
    пабмед
    Статья

    Google Scholar

  • 23.

    Fusaro M, D’Angelo A, Naso A, Frigo AC, Miozzo D, Gallieni M, et al.Лечение кальцимиметиком (цинакальцет) изменяет требования к дозировке эпоэтина у диализных пациентов: предварительный отчет. Рен Фэйл. 2011;33(7):732–5.

    КАС
    пабмед
    Статья

    Google Scholar

  • Инъекция железа восстанавливает дефицит железа и гемоглобина в мозге у перинатальных крыс с дефицитом меди | Журнал питания

    Аннотация

    Дефицит меди (Cu) во время перинатального развития у крыс связан с анемией, снижением содержания железа в плазме (Fe) и железа в головном мозге.Были проведены эксперименты по введению декстрана Fe крысятам с дефицитом Cu (Cu-), чтобы попытаться изменить эти условия. Предыдущая работа с более старыми крысами Cu- не устраняла анемию после инъекции Fe. Самки начинали получать Cu-адекватную (Cu+) или Cu- диету, начиная с 7-го эмбрионального возраста и продолжая до отъема. В доп. 1, детеныши после каждого диетического лечения получали одну дозу Fe, 20 мг Fe/кг, или физиологический раствор (S) на 11-й постнатальный день (P11). Плазменные Fe и гемоглобин были выше в группах, которым вводили Fe на P13.Дефицит Fe в мозге и усиление рецепторов трансферрина в мозге были устранены в группе Cu-, которой вводили Fe, по сравнению с щенками Cu-S, что подтверждает связь между низким Fe в плазме и низким Fe в мозге. В доп. 2, обработка Fe была увеличена до 45 мг Fe/кг. Между Р5 и Р18 было сделано четыре инъекции (общая доза 5–7 мг Fe). На P20 концентрации Fe в 4 областях мозга (кора, мозжечок, продолговатый мозг / мост и гипоталамус) в целом были выше во всех группах, чем у детенышей Cu-S. На P25 нарушение постановки стопы, вызванное вибриссами, было очевидным у крыс Cu-S и не улучшалось инъекцией Fe.Однако на П26 дефицит железа в головном мозге у детенышей Cu-S устранялся инъекцией железа. Инъекции Fe у детенышей Cu- повышали Fe в плазме, Fe в головном мозге и гемоглобин, но не устраняли низкий уровень оксидазы цитохрома c или аномальное поведение полосатого тела.

    Введение

    Адекватное питание микроэлементами важно для правильного развития млекопитающих. Известно, что дефицит железа (Fe) во время развития вызывает анемию, но более серьезной проблемой может быть лишение Fe центральной нервной системой (1).Медь (Cu) — еще один микроэлемент, имеющий решающее значение для развития центральной нервной системы как в структурном, так и в функциональном отношении (2). Любопытно, что концентрация железа в мозгу у крысят с дефицитом меди после гестационного и лактационного дефицита была значительно ниже, чем у крысят с адекватным содержанием меди (3). У детенышей с дефицитом меди наблюдалось значительное увеличение экспрессии рецептора трансферрина 1 (TfR1) 3 в мозге, что соответствовало дефициту Fe. Разумная гипотеза, подтвержденная некоторыми данными, заключается в том, что Fe в мозге ниже у щенков с дефицитом Cu, потому что Fe в плазме ниже (4).

    Недавние эксперименты показали, что у крысят с дефицитом меди в результате действия нескольких механизмов (5) в плазме снижается содержание Fe в плазме (5). Нарушение функции ферроксидазы ограничивает перенос Fe через плаценту от самок к детенышам (6). Матери с дефицитом Cu производят молоко с более низким содержанием Fe, что продолжает ограничивать Fe для детенышей (7). У детенышей развивается нарушение переноса Fe энтероцитами из-за снижения функции или экспрессии гефестина, что еще больше снижает Fe в плазме (5). У этих анемичных крысят с дефицитом меди активность церулоплазмина (Cp) в плазме ниже при рождении; однако накопления железа в печени не происходит.Интересно, что у мышей с нулевым Cp не всегда развивается анемия или низкий уровень Fe в плазме (8).

    У крыс после отъема дефицит Cu в рационе снижает абсорбцию Fe в кишечных энтероцитах (9). Эти крысы с дефицитом Cu имеют более низкие уровни Fe в плазме и анемичны. Активность ЦП у животных с дефицитом Cu снижена, что, возможно, ухудшает способность выводить Fe из макрофагов и запасов печени и, таким образом, может способствовать снижению Fe в плазме (10). Интересно, что у крыс с дефицитом Cu после отъема, несмотря на более низкий уровень Fe в плазме, уровень Fe в головном мозге не снижается (3).

    У свиней, крыс и мышей добавки Fe использовались в качестве метода лечения анемии у животных с дефицитом меди с неоднозначными результатами. Свиньям дополнительное введение Fe внутрибрюшинно или в/в. не влияли на анемию или уровни Fe в плазме во время постнатального развития (11). У крыс Williams et al. (12) обнаружили, что добавки Fe повышали уровень гемоглобина у крыс с дефицитом Cu, но не до контрольных уровней. Исследование, проведенное Reeves и DeMars (13) на крысах после отлучения от груди с дефицитом меди, показало, что добавление железа в рацион или путем инъекций не помогло устранить анемию или повысить содержание железа в плазме.Инъекция железа пожилым мышам с дефицитом меди также не повышала уровень гемоглобина по сравнению с инъекцией меди (14). Тем не менее, одна инъекция железа кормящим мышам с дефицитом меди привела к обратному развитию анемии, предполагая, что у этих кормящих мышей, как и у крысят, дефицит железа (15).

    Текущие эксперименты были разработаны для проверки гипотезы о том, что более низкое содержание железа в мозгу у крыс с дефицитом меди связано с более низким содержанием железа в плазме. После перинатального дефицита меди крысятам вводили дополнительное количество железа в виде инъекций декстрана железа в попытке повысить уровень железа в плазме и головном мозге.Вторичная цель заключалась в том, чтобы определить, реагируют ли концентрации гемоглобина у детенышей с дефицитом меди на инъекции Fe, чтобы оценить, можно ли устранить или уменьшить анемию у детенышей крыс с дефицитом меди, как это было продемонстрировано ранее у мышей-сосунков с дефицитом меди. Фенотип детенышей крысы с дефицитом Cu после инъекции Fe также сравнивали, чтобы определить, связано ли аномальное поведение частично с дефицитом Fe.

    Материалы и методы

    Уход за крысами и рационы.

    беременных крысы Holtzman были приобретены на коммерческой основе (Harland Sprague Dawley). Крысам была предложена диета с дефицитом меди (Teklad Laboratories), аналогичная диете AIN-76A, но модифицированная путем исключения карбоната меди из минеральной смеси AIN-76A, как описано ранее (16). Эта диета содержала 0,32 мг Cu/кг и 47 мг Fe/кг по данным химического анализа. Cu-адекватным (Cu+) крысам давали пить деионизированную воду с сульфатом Cu (20 мг Cu/л). Крысы с дефицитом меди (Cu-) пили деионизированную воду без меди.

    Было проведено два эксперимента по перинатальному питанию.Самок кормили коммерческим неочищенным кормом, достаточным для меди и железа, до начала диетического лечения в эмбриональный день 7, аналогично установленным недавно протоколам (3). В доп. 1, 4 плотины были Cu+ и 4 плотины были Cu-. В доп. 2, 6 плотин были Cu+ и 6 плотин Cu-. В обоих экспериментах размеры помета были сокращены до 10 детенышей на постнатальный день 0 (P0). В доп. 2, оставшиеся крысята P20 были отняты от груди и помещены на такое же диетическое лечение, что и их самки. Все крысы имели свободный доступ к пище и питьевой воде и содержались при температуре 24°C и относительной влажности 55% в течение 12-часового светового цикла (07:00–19:00 свет).Все протоколы были одобрены Комитетом по уходу за животными Миннесотского университета.

    Форсунки Fe.

    декстрана Fe (Sigma) смешивали с 0,22 мкм м отфильтрованного 0,15 моль/л NaCl (физиологический раствор) до концентрации 50 мг Fe/л. В доп. 1, крысятам на P11 вводили 20 мг Fe/кг массы тела (МТ) внутримышечно. в двуглавой мышце бедра. Доза была составлена ​​на основе исследования добавок Fe на белградских крысах (17). В доп. 2, щенкам вводили более высокую дозу Fe (45 мг Fe/кг массы тела), т.е.м. в двуглавой мышце бедра. Это было сделано из-за результатов гемоглобина Expt. 1, и определить общую дозу на основе предыдущего исследования на крысах с дефицитом меди (13). Инъекции начинались на P5 и продолжались каждые 4-5 дней и заканчивались на P18 после введения 4 доз. Кумулятивная доза Fe варьировала от 5 до 7 мг. В обоих экспериментах крысам контрольной группы инъекций вводили физиологический раствор (S). Таким образом, были изучены 4 группы: инжектированные Cu-Fe (Cu-Fe), инжектированные Cu-S (Cu-S), инжектированные Cu+ Fe (Cu+Fe) и инжектированные Cu+S (Cu+S).

    Сбор тканей.

    В обоих экспериментах были взяты образцы

    потомков мужского пола, инъецированных Fe и контрольных S из каждого помета. В доп. 1, ткани были собраны на P0 (детеныши без инъекций) и P13. В доп. 2, ткани собирали на P0, P20 и P26. В доп. 1, детенышей убивали обезглавливанием на Р13. Кровь из ствола собирали в пробирку с гепарином. Печень и мозг удаляли для анализа металлов. В доп. 2, детенышей в P0 убивали обезглавливанием.На P20 крыс взвешивали и анестезировали путем инъекции кетамина/ксилазина и перфузировали гепарином (4 кЕд/л) PBS, pH 7,4, в течение 2 мин. На P26 крыс взвешивали, затем анестезировали кетамином/ксилазином и умерщвляли обезглавливанием. У крысят собирали головной мозг, верхнюю часть тонкой кишки (15 см), печень и ткани крови. Кровь из ствола собирали в пробирку с гепарином на П0, П13 и П26. Кровь забирали путем пункции сердца на Р20. Просветы кишечника промывали S для удаления переваривания, промокали салфеткой и сушили до постоянного веса перед анализом металлов.Мозг удаляли и препарировали на охлажденной стеклянной пластине (18). Все ткани взвешивали и либо обрабатывали для биохимического анализа, либо замораживали в жидком азоте и хранили при -75°C до использования.

    Биохимические анализы.

    Гемоглобин определяли спектрофотометрически как метциангемоглобин. Активность купропротеина Cp плазмы (EC 1.16.3.1) измеряли путем последующего окисления или -дианизидина при 37°C (19). Ткани и корм подвергали влажному расщеплению с помощью HNO 3 (Trace Metal Grade, Fischer Scientific), а остаток растворяли в 0.1 моль/л HNO 3 . Образцы анализировали на содержание металлов с помощью пламенной атомно-абсорбционной спектроскопии (модель 1100 B, Perkin-Elmer) (19). Данные по Fe в мозге были скорректированы на загрязнение Fe в крови, если только крысы не подвергались перфузии (3). Содержание железа в плазме измеряли с помощью пламенной атомно-абсорбционной спектроскопии (ААС) после обработки трихлоруксусной кислотой (20). Вкратце, плазму обрабатывали 1 объемом 200 г/л трихлоруксусной кислоты и нагревали для осаждения загрязняющего гемоглобина и высвобождения Fe, связанного с трансферрином.С помощью этого метода удаляется более 95% Fe, связанного с гемоглобином. После центрифугирования надосадочную жидкость разбавляли 5 объемами воды и затем анализировали с помощью ААС.

    Активность цитохрома c оксидазы (CCO) измеряли с использованием метода, описанного ранее (19). Активность CCO измеряли, контролируя потерю ферроцитохрома c (исходная концентрация 50 мк моль/л) при 550 нм. Общий белок оценивали с использованием модифицированной процедуры Лоури (21).

    Вестерн-блоттинг.

    мозжечка от крыс P13 разбавляли 9 объемами 0,05 моль/л калий-фосфатного буфера (pH 7,0) с ингибиторами протеазы (Protease Inhibitor Cocktail, Sigma) и гомогенизировали. Половину использовали для анализа CCO. Половину образца для иммуноблоттинга повторно гомогенизировали с 1% Triton X-100 (5 г/л) и затем центрифугировали при 14 000 × г ; 15 мин при 4°С. Супернатант сохраняли для анализа. Вестерн-блоты обрабатывали способом, описанным ранее (22).Вкратце, 20 мкг г белка наносили на гели 10% SDS-PAGE. После фракционирования по размеру белки переносили на нитроцеллюлозные мембраны размером 0,2- мкм мкм. Мембраны инкубировали с разведениями 1:500 против человеческого TfR (Zymed Labs), против человеческого шаперона Cu для супероксиддисмутазы (CCS) (23) или против лактатдегидрогеназы кролика (AB1222, Chemicon International). Для субъединицы CCO IV (COX IV) (AB21348, Molecular Probes) соотношение антител составляло 1:4000. Кстати, вторичные антитела наносили в соотношении 1:10000.После проявления блотов и фиксации хемилюминесценции на пленке мы выполнили денситометрию (Kodak Image Station 2000MM) и проанализировали интенсивность полос.

    Анализ поведения.

    Одностороннее размещение передних конечностей, вызванное вибриссами, было протестировано на P25 для сравнения с недавними исследованиями после перинатального дефицита Fe (24). Крысу удерживали за туловище, позволяя одной передней конечности свободно свисать. Вибриссы на ипсалатеральной стороне касались края стола.Успешная реакция происходила, когда крыса немедленно клала ипсалатеральную переднюю конечность на поверхность стола. Для каждой крысы с каждой стороны было проведено десять комфортных испытаний. Успешное испытание оценивали как 1. Средние значения рассчитывали после подсчета баллов после 20 испытаний на крысу.

    Статистика.

    Для всех данных были рассчитаны средние значения и SEM. Равенство дисперсии проверялось тестом Бартлетта, α = 0,05. Были обнаружены значительные неравные отклонения.Следовательно, эффекты лечения в 4 группах (диета, инъекция или номер эксперимента для детенышей P0) оценивали с помощью однофакторного дисперсионного анализа и F-критерия Шеффе, α = 0,05. Данные ANOVA анализировали с использованием KaleidaGraph (Synergy Software).

    Результаты

    Расш. 1.

    В P0 МТ крысят не зависела от диеты (таблица 1). Детеныши Cu- имели более низкую активность Cp и концентрацию Cu в печени, чем детеныши Cu+.

    ТАБЛИЦА 1

    Характеристики крысят Хольцмана при рождении 1 2

    3 мкг / г

    . Доп. 1
    .
    Доп. 2
    .
    . Cu+
    .
    Медь-
    .
    Cu+
    .
    Медь-
    .
    BW, г 6.9 ± 0,2 7.4 ± 0,5 7.3 ± 0,2 7,0 ± 0,2
    CP, U / L 44.6 ± 2.5 13,8 ± 5.7 B 42,4 ± 4.5 A 9,5 ± 3.9 B
    Puver CU, 3 мкг / г 24,5 ± 2,8 1,53 ± 0.24 B 17,5 ± 1,85 A 0,72 ± 0,16 7 9253
    214 ± 69,4 А, б   184 ± 10 б   276 ± 14.4 а 143 ± 8,3 б

    9.0 ± 0,2

    3 мкг / г

    . Доп. 1
    .
    Доп. 2
    .
    . Cu+
    .
    Медь-
    .
    Cu+
    .
    Медь-
    .
    BW, г   6,9 ± 0,2  7.4 ± 0.5 6.3 ± 0.2

    7,0 ± 0,2
    CP, U / L U / L 44,6 ± 2.5 A 13.8 ± 5.7 B 42,4 ± 4,5 A 9.5 ± 3.9 B B 9
    24,5 ± 2.8 A 1,53 ± 0,24 B 17,5 ± 1,85 A 0,72 ± 0.16 b  
    Печень Fe, 3 мкг/г   214 ± 69.4 A, B 184 ± 10 B 276 ± 14.4

    276 ± 14.4 A 143 ± 8.3 B

    Таблица 1

    Таблица 1

    Характеристики щенок Holtzman R при рождении 1 2

    . Доп. 1
    .
    Доп. 2
    .
    . Cu+
    .
    Медь-
    .
    Cu+
    .
    Медь-
    .
    BW, г 6.9 ± 0,2

    7.4 ± 0,5 7.4 ± 0.5 6.3 ± 0,2 7,0 ± 0,2
    CP, U / L 44,6 ± 2,5 A 13.8 ± 5.7

    13.8 ± 5.7 B 9 42,4 ± 4,5 A 9,5 ± 3,9 B
    Liver Cu, 3 мкг / г 24.5 ± 2.8 1,53 ± 0.24 B 17,5 ± 1,85

    17,5 ± 1,85 A

    0,72 ± 0,16 г
    Liver Fe, 3 мкг / г 214 ± 69,4 A, B 184 ± 10 B 9 276 ± 14.4 A 143 ± 8.3 B

    3 мкг / г

    . Доп. 1
    .
    Доп.2
    .
    . Cu+
    .
    Медь-
    .
    Cu+
    .
    Медь-
    .
    BW, г 6.9 ± 0,2

    7.4 ± 0,5 7.4 ± 0.5 6.3 ± 0,2 7,0 ± 0,2
    CP, U / L 44,6 ± 2,5 A 13,8 ± 5,7 б   42.4 ± 4.5 A 9,5 ± 3.9 B
    24,5 ± 2,8 A 1,53 ± 0,24 B 17,5 ± 1,85 0.72 ± 0.16 B
    Liver Fe, 3 мкг / г 214 ± 69,4 A, B 184 ± 10 B 276 ± 14.4 а   143 ± 8.3 b  

    На P13 после инъекции декстрана Fe (0,6 мг Fe) ни диета, ни инъекция Fe не повлияли на массу тела крысят (таблица 2). Активность Cp была значительно снижена при диетическом лечении, при этом группы Cu- демонстрировали более низкие уровни. Важно отметить, что низкие уровни Cp в группе Cu-Fe свидетельствуют о том, что раствор декстрана Fe содержит мало или совсем не содержит загрязняющую медь. Концентрация Cu в печени продемонстрировала ту же картину, что и Cp, с эффектом только диетического лечения.Группы Cu- имели более низкие концентрации, чем группы Cu+. Однако инъекционное лечение влияло на концентрацию Fe в печени. Как и ожидалось, группы, которым вводили Fe, имели более высокие концентрации Fe в печени по сравнению с обеими группами S. Концентрации Cu в тонком кишечнике продемонстрировали влияние диетического лечения группами Cu- с более низкими концентрациями, чем группами Cu+. Концентрации Fe в тонком кишечнике не зависели от диеты или инъекций Fe.

    ТАБЛИЦА 2

    Характеристики крысят самцов P13 в Expt.1 1

    . Cu+
    .
    Cu–
    .
    . С
    .
    Fe
    .
    С
    .
    Fe
    .
    BW, г 35,3 ± 1,0

    35,2 ± 2,7 31,8 ± 0,8 33,4 ± 1,4
    CP, U / L 51.2 ± 2.6 A

    46.7 ± 2.0 A 0.56 ± 0.20

    B 0,95 ± 0.58 B
    Puver Cu, мкг / г 56,6 ± 10.3 A 53.2 ± 4.2

    53.2 ± 4.2 A 1,21 ± 0,08 B 1,59 ± 0,0946

    1,59 ± 0,63 B
    Liver Fe, мкг / г 26,1 ± 1,5 B 88,3 ± 9,5 а   20.0 ± 1,7 B B 9 96,0 ± 6.2 96,0 ± 6.2 A
    Маленький кишечник Cu, 2 мкг / г 11,5 ± 1,6 A 11.6 ± 1,4 A 4,66 ± 4,66 ± 0.25 B B 9 4,71 ± 0,09 B
    Маленький кишечник Fe, 2 мкг / г 45,3 ± 2,5 51,8 – 11,5 52,0 ± 8,2 64,0 ± 5,7

    A

    . Cu+
    .
    Cu–
    .
    . С
    .
    Fe
    .
    С
    .
    Fe
    .
    BW, г 35,3 ± 1,0

    35,2 ± 2.7 31,8 ± 0,8 33,1,8 33,4 ± 1,4
    CP, U / L 51,2 ± 2,6 A 46.7 ± 2.0 A

    0.56 ± 0.20 B 0,95 ± 0,58

    г
    Liver CU, мкг / г 56,6 ± 10,3 A 53,2 ± 4.2 A 1.21 ± 0,08

    B B 9

    1,59 ± 0.63 B
    мкг / г 26,1 ± 1,5 B 88,3 ± 9,5 A 20,0 ± 1,7 б   96.0 ± 6.2 A

    Маленький кишечник Cu, 2 мкг / г 11,5 ± 1,6 A 11.6 ± 1,4 A 4,66 ± 0,25 B 4,71 ± 0.09 B B

    Маленький кишечник Fe, 2 мкг / г 45,3 ± 2.5 51.8 ± 11,5

    51,8 ± 11,5 52,0 ± 8,2 64,0 ± 5.7

    Таблица 2

    Характеристики мужчин Крысята P13 в Expt.1 1

    . Cu+
    .
    Cu–
    .
    . С
    .
    Fe
    .
    С
    .
    Fe
    .
    BW, г 35,3 ± 1,0

    35,2 ± 2,7 31,8 ± 0,8 33,4 ± 1,4
    CP, U / L 51.2 ± 2.6 A

    46.7 ± 2.0 A 0.56 ± 0.20

    B 0,95 ± 0.58 B
    Puver Cu, мкг / г 56,6 ± 10.3 A 53.2 ± 4.2

    53.2 ± 4.2 A 1,21 ± 0,08 B 1,59 ± 0,0946

    1,59 ± 0,63 B
    Liver Fe, мкг / г 26,1 ± 1,5 B 88,3 ± 9,5 а   20.0 ± 1,7 B B 9 96,0 ± 6.2 96,0 ± 6.2 A
    Маленький кишечник Cu, 2 мкг / г 11,5 ± 1,6 A 11.6 ± 1,4 A 4,66 ± 4,66 ± 0.25 B B 9 4,71 ± 0,09 B
    Маленький кишечник Fe, 2 мкг / г 45,3 ± 2,5 51,8 – 11,5 52,0 ± 8,2 64,0 ± 5,7

    A

    . Cu+
    .
    Cu–
    .
    . С
    .
    Fe
    .
    С
    .
    Fe
    .
    BW, г 35,3 ± 1,0

    35,2 ± 2.7 31,8 ± 0,8 33,1,8 33,4 ± 1,4
    CP, U / L 51,2 ± 2,6 A 46.7 ± 2.0 A

    0.56 ± 0.20 B 0,95 ± 0,58

    г
    Liver CU, мкг / г 56,6 ± 10,3 A 53,2 ± 4.2 A 1.21 ± 0,08

    B B 9

    1,59 ± 0.63 B
    мкг / г 26,1 ± 1,5 B 88,3 ± 9,5 A 20,0 ± 1,7 б   96.0 ± 6.2 A

    Маленький кишечник Cu, 2 мкг / г 11,5 ± 1,6 A 11.6 ± 1,4 A 4,66 ± 0,25 B 4,71 ± 0.09 B B

    Маленький кишечник Fe, 2 мкг / г 45,3 ± 2.5 51,8 – 11,5

    51,8 ± 11,5 52,0 ± 8,2 64,0 ± 5.7

    у детенышей Cu- и Cu+ на П11 повлияли данные крыс П13 (рис.1). Концентрация Fe в плазме продемонстрировала влияние инъекции Fe, но не диетического лечения. В группах, которым вводили Fe, концентрации были выше, чем в группах, которым вводили S. Реакция на гемоглобин показала значительную взаимосвязь между диетой и лечением. Группа Cu-S имела более низкий гемоглобин, чем все остальные группы. Уровень гемоглобина в группе Cu-Fe был эквивалентен контрольным щенкам (Cu+S), но все же ниже, чем в группе Cu+Fe.

    РИСУНОК 1 

    Влияние инъекции декстрана железа и дефицита Cu в рационе на Fe в плазме ( A ), гемоглобин ( B ), Fe в мозге ( C ) и мозг Cu ( D ) у самцов крыс P13 щенки (экспл.1). Значения представляют собой среднее ± SEM, n = 4. Средние значения без общего верхнего индекса различаются, P < 0,05. Все концентрации металлов в мозге основаны на сыром весе; 1 мк моль Cu = 63,55 мк г и 1 мк моль Fe = 55,85 мк г.

    РИСУНОК 1 

    Влияние инъекции декстрана железа и дефицита Cu в пище на Fe ( A ), гемоглобин ( B ), Fe в мозге ( C ) и Cu в мозге ( D ) у мужчин P13 крысята (Expt.1). Значения представляют собой среднее ± SEM, n = 4. Средние значения без общего верхнего индекса различаются, P < 0,05. Все концентрации металлов в мозге основаны на сыром весе; 1 мк моль Cu = 63,55 мк г и 1 мк моль Fe = 55,85 мк г.

    Концентрация металлов в мозге была проанализирована с помощью ААС и показала, что концентрация Fe в мозге с поправкой на загрязнение крови изменялась под влиянием диеты и инъекций Fe. Детеныши Cu-S имели более низкие концентрации Fe, чем все остальные группы.Концентрация Cu в мозге существенно влияла только на диету. Группы Cu- имели заметно более низкие концентрации, чем крысы Cu+.

    Активность фермента и экспрессию белка анализировали в мозжечке детенышей P13 (рис. 2). На активность CCO не влияло введение Fe, при этом обе группы Cu- проявляли более низкую активность CCO. Важно отметить, что активность CCO группы Cu-Fe оставалась низкой, несмотря на насыщение мозга железом. На экспрессию TfR1, используемого в качестве маркера дефицита Fe, значительно влияла инъекция Fe, поскольку группа Cu-S имела более высокие уровни TfR1 в мозжечке, чем все другие группы.Два других белка, о которых известно, что они изменяются при дефиците меди, также были исследованы. На CCS влияло только диетическое лечение, при этом обе группы Cu- имели более высокие уровни белка CCS. На ЦОГ IV также влияло только диетическое лечение. Обе группы Cu- имели более низкие уровни белка ЦОГ IV (рис. 2).

    РИСУНОК 2 

    Экспрессия мозжечкового белка после дефицита Cu в рационе и инъекции декстрана Fe (эксп. 1), самцы крысят P13. ( A ) Деятельность CCO. Значения представляют собой среднее ± SEM, ( n = 4).Средние значения без общего верхнего индекса различаются, P < 0,05. ( B ) Вестерн-иммуноблот-анализ TfR 1 у крыс Cu- (-) или Cu+ (+), которым вводили декстран Fe (Fe) или S. ( C ) Экспрессия COX IV и CCS. В качестве контроля загрузки использовали лактатдегидрогеназу.

    РИСУНОК 2 

    Экспрессия мозжечкового белка после дефицита Cu в рационе и введения декстрана Fe (эксп. 1), крысята-самцы P13. ( A ) Деятельность CCO. Значения представляют собой среднее ± SEM, ( n = 4).Средние значения без общего верхнего индекса различаются, P < 0,05. ( B ) Вестерн-иммуноблот-анализ TfR 1 у крыс Cu- (-) или Cu+ (+), которым вводили декстран Fe (Fe) или S. ( C ) Экспрессия COX IV и CCS. В качестве контроля загрузки использовали лактатдегидрогеназу.

    Доп. 2.

    Также были отобраны образцы

    крыс P0 и проанализированы 4 характеристики, чтобы убедиться, что детеныши аналогичны детенышам в Expt. 1 (табл. 1). На массу тела не влияли диета или эксперимент.У детенышей Cu- была более низкая активность Cp и концентрация Cu в печени, как у детенышей Cu- в Exp. 1. В доп. 2, уровни Fe в печени были ниже у детенышей Cu- по сравнению с детёнышами Cu+.

    В расш. 2, была введена более высокая доза декстрана Fe, но ни в Exp. 1 или 2 были обнаружены какие-либо побочные реакции на введение Fe. Шесть характеристик были измерены у щенков на P20 (таблица 3). BW были затронуты умеренно, при этом средние значения для группы Cu-Fe значительно ниже, чем для других групп. На активность ЦП влияли диета и инъекции Fe.Обе группы Cu- имели более низкие концентрации, чем группы Cu+. Интересно, что введение Fe снижало активность Cp в группе Cu+Fe. На концентрацию Cu в печени также влияли диета и лечение Fe, и реакция была аналогична изменениям активности Cp, при этом обе группы Cu- имели более низкие средние концентрации, чем группы Cu+, и группа Cu+Fe с более низкими концентрациями Cu в печени, чем группа Cu+S. . Концентрации Fe в печени оказывали лечебный эффект от инъекции Fe. В группах, которым вводили Fe, концентрации были намного выше, чем в группах, которым вводили S.Концентрации Cu в тонком кишечнике были ниже в обеих группах Cu-. Концентрация Fe в тонком кишечнике показала, что группа Cu+Fe имела более высокие концентрации Fe, чем группа Cu+/S.

    ТАБЛИЦА 3

    Характеристики крысят самцов P20 в Expt. 2 1

    A

    B

    . Cu+
    .
    Cu–
    .
    . С
    .
    Fe
    .
    С
    .
    Fe
    .
    BW, г 61,0 ± 2.6 A, B A, B 62,6 ± 1,3 A 56,3 ± 1,1 A, B 52,2 ± 3,4 B
    CP,

    CP, U / L 85,0 ± 8.9

    95,0 ± 8.9 62.1 ± 2.8 B 0.66 ± 0,15 C 0,09 ± 0,04 C
    Liver Cu, 2 мкг/г   19.7 ± 2.1 A

    10,3 ± 2.1 B 0,52 ± 0,08

    C 0,71 ± 0,12 C
    мкг / г мкг / г 14,4 ± 1,0 B B 115 ± 17,0

    115 ± 17,0 20.1 ± 0,51 B 159 ± 11.9 A
    Маленький кишечник Cu, 2 мкг / г 3,05 ± 0,71 A   1.68 ± 0.08 A, B 9 0.56 ± 0,08 B 0.54 ± 0,14

    B
    Маленький кишечник Fe, 2 мкг / г 6.02 ± 0.28 17.8 ± 1,64 A 9.3 ± 4.70 A, B 12.1 ± 1,31 A, B

    2 мкг / г

    . Cu+
    .
    Cu–
    .
    . С
    .
    Fe
    .
    С
    .
    Fe
    .
    BW, г 61,0 ± 2.6 A, B A, B 62,6 ± 1,3 A 56,3 ± 1,1 A, B 52,2 ± 3,4 B
    Cp, Е/л   85,0 ± 8,9 a   62.1 ± 2.8 B 9 0.66 ± 0.15

    C 0,09 ± 0,04 C
    Liver Cu, 2 мкг / г 19,7 ± 2,1 A 10,3 ± 2.1 B 9 0.52 ± 0,08

    C 0,71 ± 0.12

    C
    14,4 ± 1,0 B 115 ± 17,0 A 20.1 ± 0.51 B B 6 159 ± 11.9 A
    Маленький кишечник Cu, 2 мкг / г мкг / г 3,05 ± 0,71 A 1,68 ± 0,08 A, B 0,56 ± 0,08 B B 9 0.54 ± 0,14 B
    2 2 мкг / г 6.02 ± 0,28 млрд. Б 17,8 ± 1,64 A 14,3 ± 4.70 а,б   12.1 ± 1,31 a,b  

    ТАБЛИЦА 3 2 1

    . Cu+
    .
    Cu–
    .
    . С
    .
    Fe
    .
    С
    .
    Fe
    .
    BW, г   61.0 ± 2.6 A, B A, B 62.6 ± 1,3 A 56,3 ± 1,1 A, B A, B 52.2 ± 3.4 B
    CP, U / L 85,0 ± 8,9 A 62.1 ± 2.8

    62.1 ± 2.8 B 0.66 ± 0,15

    C 0,09 ± 0,04 C
    Puver Cu, 2 мкг / г 19,7 ± 2,1 A 10,3 ± 2,1 б   0.52 ± 0.08 C C C 0,71 ± 0.12

    C
    Liver Fe, 2 мкг / г мкг / г 14,4 ± 1,0 B 115 ± 17,0 A 20,1 ± 0,51 B B 9 159 ± 11.9

    A
    Маленький кишечник Cu, 2 мкг / г 3,05 ± 0,71 A 1,68 ± 0,08 A, B 0,56 ± 0,08 б   0.54 ± 0.14 b B 9
    Маленький кишечник Fe, 2 мкг / г 6.02 ± 0.28

    6.02 ± 0,28 B 17,8 ± 1,64 A 14,3 ± 4,70 A, B 12,1 ± 1,31 а,б  

    A

    A

    . Cu+
    .
    Cu–
    .
    . С
    .
    Fe
    .
    С
    .
    Fe
    .
    BW, г 61,0 ± 2.6 A, B A, B 62,6 ± 1,3 A 56,3 ± 1,1 A, B 52,2 ± 3,4 B
    CP, U / L U / L 85,0 ± 8,9 A A 62,1 ± 2.8 B 0,66 ± 0,15 C 0.09 ± 0,04 C C C
    печень Cu, 2 мкг / г 19,7 ± 2.1 A 10,3 ± 2.1 B 0,52 ± 0,08 C 0,71 ± 0.12 C C
    Liver Fe, 2 мкг / г 14,4 ± 1,0 B 115 ± 17,0 20,1 ± 0,51 B 159 ± 11.9 A
    Тонкий кишечник Cu, 2 мкг/г   3.05 ± 0.71 A 1,68 ± 0,08 A, B 0,56 ± 0,08 B 0.54 ± 0,14 B
    Маленький кишечник Fe, 2 мкг / г 6.02 ± 0.28 B B 17,8 ± 1,64 А 14,3 ± 4,70 А, B 12,1 ± 1,31 A, B

    Два кровоснациональных показателей статуса FE были измерены в P20 ( рис. 3). Концентрация Fe в плазме была значительно выше в группе Cu+Fe.Концентрация гемоглобина была выше в обеих группах, которым вводили Fe, по сравнению с группами S. Группа Cu-S имела более низкие концентрации, чем все остальные группы.

    РИСУНОК 3 

    Влияние инъекции декстрана Fe и дефицита Cu в рационе на Fe ( A ) и гемоглобин в плазме ( B ) у самцов крысят P20 (Эксперт. 2). Значения представляют собой среднее ± SEM, n = 4. Средние значения без общего верхнего индекса различаются, P < 0,05. 1 мк моль Fe = 55.85 мк г.

    РИСУНОК 3 

    Влияние инъекции декстрана Fe и дефицита Cu в рационе на Fe ( A ) и гемоглобин ( B ) в плазме у самцов крысят P20 (Эксперт. 2). Значения представляют собой среднее ± SEM, n = 4. Средние значения без общего верхнего индекса различаются, P < 0,05. 1 мк моль Fe = 55,85 мк г.

    Концентрации металлов в мозге перфузированных крыс анализировали в 4 различных областях (рис. 4). Инъекции Fe влияли на концентрацию железа в головном мозге в лобной коре, мозжечке и продолговатом мозгу/варолиевом мосту, поскольку в этих группах концентрация железа была выше, чем в группах, которым вводили S.Из-за неравной дисперсии в наборе данных о Fe мозга группы Cu-S не имели значительно более низких концентраций Fe, чем группы Cu+S по тесту Шеффе. Однако анализ логарифмически преобразованных данных коры с помощью того же теста показал устойчивую разницу между группами Cu+S и Cu-S ( P <0,01). Данные по Fe в гипоталамусе были самыми изменчивыми, вероятно, из-за размера образца ткани. Статистических различий обнаружено не было.

    РИСУНОК 4 

    Влияние инъекции декстрана Fe и дефицита Cu в пище на региональные концентрации Fe ( A ) и Cu ( B ) в перфузированных самцах крыс P20 в Exp.2. Значения представляют собой среднее значение ± SEM, n = 4. Средние значения без общего верхнего индекса различаются, P < 0,05. Все концентрации металлов в мозге основаны на сыром весе; 1 мк моль Cu = 63,55 мк г и 1 мк моль Fe = 55,85 мк г. Рис. 2. Среднее значение ± SEM, n = 4.Средние значения без общего верхнего индекса различаются, P < 0,05. Все концентрации металлов в мозге основаны на сыром весе; 1 мк моль Cu = 63,55 мк г и 1 мк моль Fe = 55,85 мк г.

    Уровни меди были измерены в тех же 4 областях мозга (рис. 4). В лобной коре, мозжечке, продолговатом мозге и гипоталамусе только диетическое лечение влияло на уровни Cu, причем группы Cu- имели значительно более низкие концентрации, чем группы Cu+.

    Окончательный сбор тканей производился на P26, через 6 дней после отнятия от груди и через 8 дней после введения крысам последней дозы Fe.Два параметра крови были измерены для оценки статуса Fe. Диета существенно влияла на Fe в плазме (рис. 5). Группы Cu- имели более низкие уровни Fe в плазме, чем группы Cu+. Концентрация гемоглобина была выше в группах Cu+ и на нее влияла инъекция Fe только в группе Cu-Fe. Концентрация Fe в мозге зависела от диеты и инъекций Fe. Группа Cu-S имела более низкую концентрацию Fe, чем другие группы. У группы, которой вводили Cu-Fe, уровни Fe в мозге были эквивалентны группам Cu+. На концентрацию Cu в мозге влияла только диета.Группы Cu- имели заметно более низкие концентрации Cu, чем группы Cu+.

    РИСУНОК 5 

    Влияние инъекции декстрана Fe и дефицита Cu в пище на концентрацию Fe в плазме ( A ), уровень гемоглобина ( B ), концентрацию Fe в мозге ( C ) и концентрацию Cu в мозге ( D ) самцов крысят P26 в Expt. 2. Значения представляют собой среднее ± SEM, n = 4. Средние значения без общего верхнего индекса различаются, P < 0.05. Все концентрации металлов в мозге основаны на сыром весе; 1 мк моль Cu = 63,55 мк г и 1 мк моль Fe = 55,85 мк г.

    РИСУНОК 5 

    Влияние инъекции Fe декстрана и дефицита Cu в пище на концентрацию Fe в плазме ( A ), уровень гемоглобина ( B ), концентрацию Fe в мозге ( C ) и концентрацию Cu в мозге ( D ) ) самцов крысят P26 в Expt. 2. Среднее значение ± SEM, n = 4.Средние значения без общего верхнего индекса различаются, P < 0,05. Все концентрации металлов в мозге основаны на сыром весе; 1 мк моль Cu = 63,55 мк г и 1 мк моль Fe = 55,85 мк г.

    Для подтверждения и расширения данных из P13 в Expt. 1, активность Cb CCO измеряли в мозжечке крыс P26. Инъекция Fe не влияла на активность CCO, но диетическое лечение влияло ( P <0,0001), а активность была (Ед/мг белка, n = 4) 0.32 ± 0,02 в группе Cu+S, 0,36 ± 0,02 в группе Cu+Fe, 0,08 ± 0,01 в группе Cu–S и 0,08 ± 0,01 в группе Cu–Fe.

    Крысы, по 10 в группе лечения, были протестированы на положение стопы, вызванное вибриссами, на P25 за 1 день до отбора проб (рис. 6). После в общей сложности 20 испытаний инъекции Fe не влияли, в то время как диетическое лечение влияло на положение стопы. В обеих группах Cu- было меньше мест для ног по сравнению с группами Cu+.

    РИСУНОК 6 

    Вызванное вибриссами размещение стопы у отъемышей крыс P25 после инъекции декстрана Fe и дефицита Cu в пище у Expt.2. Значения представляют собой среднее значение ± стандартная ошибка среднего ( n = 10 крыс) расположения стоп. Крыс тестировали 10 раз с левой и 10 раз с правой стороны и суммировали. Средние значения без общего верхнего индекса различаются, P < 0,05.

    РИСУНОК 6 

    Вызванные вибриссами положения стопы у отъемышей крыс P25 после инъекции декстрана Fe и дефицита меди в пище у Exp. 2. Значения представляют собой среднее значение ± стандартная ошибка среднего ( n = 10 крыс) расположения стоп. Крыс тестировали 10 раз с левой и 10 раз с правой стороны и суммировали.Средние значения без общего верхнего индекса различаются, P < 0,05.

    Обсуждение

    детеныша крысы Cu- в обоих текущих экспериментах были рождены самками, получавшими диету с достаточным содержанием железа, но при рождении у них наблюдался дефицит железа, судя по содержанию железа в печени, очевидному в Expt. 2. Предыдущие исследования показали, что содержание Fe во всем теле детенышей Cu-P0 также было ниже, чем у детенышей Cu+ (5). Вероятно, это связано с нарушением плацентарного транспорта железа при дефиците меди (6). Детеныши Cu-P13 в текущих исследованиях также имели признаки, согласующиеся с состоянием дефицита железа, включая анемию, более низкий уровень железа в плазме и более низкий уровень железа в головном мозге.

    Введение Fe щенкам с дефицитом меди повысило содержание Fe в плазме и, в свою очередь, в мозге, что свидетельствует о том, что детеныши могут утилизировать дополнительное количество Fe, которое они получают. Кроме того, детеныши Cu-S имели более высокую экспрессию TfR1 в головном мозге, чем все группы, что согласуется с дефицитом Fe (3). Детеныши Cu-Fe имели уровни экспрессии TfR 1, эквивалентные обеим группам Cu+, что позволяет предположить, что дефицит железа в мозге был устранен путем введения инъекции железа. Интересно, что восстановление концентрации Fe в мозге у детенышей Cu- не увеличивало активность CCO или экспрессию COX IV.Таким образом, снижение CCO при дефиците Cu маловероятно из-за вторичного эффекта дефицита Fe. Для полного изучения этого наблюдения потребуется более длительное время восполнения. Однако данные на P26 также не показали влияния нагнетания Fe. Эти детеныши Cu-Fe, вероятно, имели нормальное содержание железа в мозге от P8 до P26, но все же имели на 80% более низкую активность CCO на P26, эффект, аналогичный эффекту детенышей Cu-S. Другие постулировали, что дефицит CCO является последующей целью дефицита Fe в рационе, связанного с ненормальным поведением (25).Инъекция Fe не изменила фенотип Cu-мозжечка, так как уровни CCS оставались более высокими, а уровни субъединиц COX IV оставались более низкими по сравнению с группами Cu+, как ранее было зарегистрировано в мозжечке Cu-крыс (26).

    Доп. 2 был разработан для доставки большей нагрузки Fe щенкам с дефицитом меди в перинатальном периоде, отчасти из-за реакции гемоглобина после однократной инъекции Fe в Exp. 1. После перфузии, чтобы избавить мозг от загрязняющего Fe из крови, Fe в мозге крыс Cu-, которым вводили Fe, было повышено в 4 различных областях, что позволяет предположить, что дефицит Cu снижает Fe в мозге во многих областях, и этот дефект корректируется путем повышения Fe в плазме. .Этот подтверждающий эксперимент поддерживает недавнюю работу, которая предполагает, что причиной низкого содержания Fe в мозге у крыс Cu- является низкий уровень Fe в плазме (4).

    Крысы демонстрируют неврологические последствия перинатального дефицита меди даже после длительного восполнения запасов меди (27,28). Неизвестно, были ли стойкие поведенческие аномалии вызваны перинатальным дефицитом Cu или Fe. Поскольку концентрации Fe у крыс Cu- были повышены до уровней, равных уровням детенышей Cu+, был проведен поведенческий тест, чтобы определить, является ли дефицит Cu или дефицит Fe ответственным за изменения в неврологической функции.Предыдущие тесты на крысах в перинатальной модели с дефицитом Fe показали сниженную реакцию на положение стопы, вызванное вибриссами, что свидетельствует об изменении функции полосатого тела (24). У крыс Cu-Fe в текущих исследованиях восстановление железа в мозгу не устраняло дефицит поведения при постановке ног. Это уникальное открытие предполагает, что дефицит Cu изменяет поведение гиппокампа/полосатого тела и что ограничение Fe не объясняет фенотип. Потребуются дополнительные исследования, чтобы полностью исключить Fe как мешающую переменную в измененном поведении, вызванном перинатальным дефицитом Cu.Предыдущие исследования показали, что у детенышей крысы с дефицитом меди наблюдаются поражения полосатого тела, в том числе более низкая концентрация дофамина (29–31). Измененная дофаминергическая функция связана с аберрантным поведенческим фенотипом дефицита железа (32).

    Классическим признаком дефицита меди является анемия, которая в этих исследованиях была определена как концентрация гемоглобина ниже нормы (33). Концентрация гемоглобина у крыс Cu- во всех точках отбора проб после введения Fe была повышена в обоих экспериментах.Так было в Expt. 2, даже несмотря на то, что конечная точка отбора проб была через 8 дней после инъекции, а Fe в плазме снизилось. Это согласуется с нашими недавними данными, которые предполагают, что крысята с дефицитом Cu имеют дефицит Fe (5). Это также подтверждает нашу более раннюю работу на медных детёнышах мышей, которым вводили Fe (15). Тем не менее, эти результаты контрастируют с предыдущей работой, опубликованной Reeves и DeMars (13) на крысах после отлучения от груди, у которых не наблюдалось никакого эффекта дополнительного введения Fe в виде диеты или инъекций, направленного на купирование анемии, несмотря на повышение уровня Fe в плазме.Доза Fe в этих исследованиях инъекций была аналогична дозе в текущем Expt. 2 (5,6 мг всего Fe). Работа, проделанная Williams et al. (12) у крыс с дефицитом Cu после отлучения от груди после инъекции Fe наблюдалось повышение уровня гемоглобина. Однако в этом исследовании использовалась диета со сгущенным молоком без добавок, в которой было недостаточно как Cu, так и Fe. У крыс с избытком Cu, которым вводили 5 мг Fe, уровень гемоглобина был значительно выше, чем у крыс с дефицитом Cu, которым вводили Fe. Точно так же у свиней с дефицитом Cu, которым вводили Fe, также не было реакции гемоглобина или эритропоэза (11).Таким образом, млекопитающие, сосущие медь, реагируют так, как если бы у них был дефицит Fe, в то время как более старые млекопитающие с дефицитом Cu не могут обратить вспять анемию даже после того, как Fe в плазме восстановится до контрольных уровней, что предполагает разные возрастные механизмы анемии.

    Интересно, что молодые мыши с дефицитом Cu имеют нормальные концентрации Fe в плазме и, следовательно, нормальные концентрации Fe в головном мозге (4). Однако у этих мышей с дефицитом Cu заметно более низкий уровень гемоглобина. Анемия, наблюдаемая у мышей с дефицитом Cu, может быть вызвана другим механизмом, чем у крыс, даже несмотря на то, что дополнительное введение Fe будет повышать уровень гемоглобина у молодых мышей с дефицитом Cu, но не у мышей старшего возраста с дефицитом Cu (14).Предполагалось, что анемия у мышей с дефицитом меди связана с нарушением функции гефестина и задержкой Fe в кишечнике (34). Тем не менее, недавняя работа продемонстрировала, что, несмотря на умеренное увеличение содержания Fe в кишечнике у мышей с дефицитом Cu, дефицит Cu не повлиял на Fe во всем организме (4). Механизм меддефицитной анемии у млекопитающих до сих пор неизвестен и является областью будущей работы.

    Интересным открытием в этом эксперименте является то, что дополнительное введение железа контрольным (Cu+) щенкам повысило уровень гемоглобина по сравнению с контролем, введенным S, в Expt.2. Хотя может показаться, что у этих детенышей дефицит железа, это, скорее всего, является результатом преодоления физиологического блока, ограничивающего количество транспорта железа к детенышу. Kochanowski и Sherman (35) показали, что уровни гемоглобина у крысят на P20 не реагировали на увеличение Fe в рационе самок до 150 мг/кг, вероятно, потому, что уровни Fe в молоке не реагировали на Fe в рационе. Когда кормовые энтеральные добавки Fe увеличиваются через желудочно-кишечный тракт для кормящих детенышей с адекватным содержанием Fe, гемоглобин увеличивается (36).Таким образом, щенки-сосуны, даже при достаточном количестве Fe, могут реагировать более высоким уровнем гемоглобина, если молочно-кишечный барьер нарушен.

    Текущие данные об инъекциях и предыдущие данные о грызунах подтверждают гипотезу о том, что низкое содержание железа в мозге является результатом низкого содержания железа в плазме (4). Эти эксперименты были разработаны, чтобы создать серьезный дефицит Cu, который привел к анемии. Однако анемия не всегда проявляется у крыс с дефицитом Cu, даже когда Fe в плазме низкое, как у самок крыс с дефицитом Cu (5). Реальным риском во время неонатального развития является низкий уровень Fe в плазме, поскольку он потенциально ограничивает транспорт Fe в мозг.Хорошо известно, что неонатальный дефицит Fe представляет собой риск необратимых когнитивных нарушений у людей (37). Аномальное поведение может существовать без анемии в младенчестве. Предполагается, что младенцы с дефицитом меди и низким содержанием железа в плазме могут подвергаться риску дефицита железа в головном мозге. Первоначальная идентификация младенцев с дефицитом Cu сообщала о низком уровне Fe в плазме в дополнение к низкому уровню Cu в плазме (38). Эти факты подчеркивают необходимость точной оценки содержания микроэлементов в питании в младенчестве и незамедлительного лечения в случае обнаружения дефицита Cu или Fe.

    Благодарим Маргарет Бродериус, Кайл Нельсон и Анну Гибину за отличную техническую помощь.

    Цитированная литература

    1.

    Борода

    JL

    ,

    Коннор

    JR

    .

    Состояние железа и функционирование нервной системы

    .

    Annu Rev Nutr.

    2003

    ;

    23

    :

    41

    58

    .2.

    Смит

    ринггитов

    .

    Медь и развивающийся мозг

    .In:

    Dreosti

    IE

    ,

    Smith

    RM

    , редакторы.

    Нейробиология микроэлементов.

    Клифтон (Нью-Джерси)

    :

    Humana Press

    ;

    1983

    . п.

    1

    40

    .3.

    Прохаска

    JR

    ,

    Гибина

    АА

    .

    Концентрация железа в головном мозге крыс ниже вследствие перинатального дефицита меди

    .

    J Нейрохим.

    2005

    ;

    93

    :

    698

    705

    .4.

    Пятсковит

    JW

    ,

    Прохазка

    JR

    .

    У крыс и мышей с дефицитом меди развивается анемия, но только у крыс наблюдается более низкий уровень железа в плазме и головном мозге

    .

    Comp Biochem Physiol C Toxicol Pharmacol.

    2008

    ;

    147

    :

    316

    23

    .5.

    Пятсковит

    JW

    ,

    Прохаска

    JR

    .

    Множественные механизмы объясняют более низкий уровень железа в плазме у молодых крыс с дефицитом меди

    .

    Биометаллы.

    2008

    ;

    21

    :

    343

    52

    .6.

    Andersen

    HS

    ,

    Азартные игры

    L

    ,

    Holtrop

    G

    ,

    McArdle

    HJ

    .

    Влияние дефицита меди в пище на метаболизм железа у беременных крыс

    .

    Бр Дж Нутр.

    2007

    ;

    97

    :

    239

    46

    .7.

    Cohen

    NL

    ,

    Keen

    CL

    ,

    Hurley

    LS

    ,

    Lonnerdal

    B

    .

    Детерминанты медьдефицитной анемии у крыс

    .

    Дж Нутр.

    1985

    ;

    115

    :

    710

    25

    .8. .

    Направленное разрушение гена показывает важную роль церулоплазмина в оттоке клеточного железа

    .

    Proc Natl Acad Sci USA.

    1999

    ;

    96

    :

    10812

    7

    .9.

    Ривз

    PG

    ,

    ДеМарс

    LC

    .

    Дефицит меди снижает абсорбцию железа и биологический период полураспада у самцов крыс

    .

    Дж Нутр.

    2004

    ;

    134

    :

    1953

    7

    .10.

    Осаки

    S

    ,

    Джонсон

    DA

    ,

    Фриден

    E

    .

    Возможное значение железооксидазной активности церулоплазмина в нормальной сыворотке человека

    .

    J Biol Chem.

    1966

    ;

    241

    :

    2746

    51

    .11.

    Картрайт

    GE

    ,

    Гублер

    CJ

    ,

    Буш

    JA

    ,

    Wintrobe

    8 MM

    3 .

    Исследования метаболизма меди. XVII. Дальнейшие наблюдения над анемией из-за дефицита меди у свиней

    .

    Кровь.

    1956

    ;

    11

    :

    143

    53

    .12.

    Williams

    DM

    ,

    Kennedy

    FS

    ,

    Зеленый

    BG

    .

    Накопление железа в печени у крыс с дефицитом меди

    .

    Бр Дж Нутр.

    1983

    ;

    50

    :

    653

    60

    .13.

    Ривз

    PG

    ,

    ДеМарс

    LC

    .

    На признаки дефицита железа у крыс с дефицитом меди не влияют добавки железа, вводимые с пищей или в виде инъекций

    .

    J Nutr Biochem.

    2006

    ;

    17

    :

    635

    42

    .14.

    Prohaska

    J

    ,

    Bailey

    W

    ,

    Cox

    D

    .

    Неспособность инъекций железа обратить медь-зависимую анемию у мышей

    . In:

    Mills

    CF

    ,

    Bremner

    I

    ,

    Chesters

    JK

    , редакторы.

    Микроэлементы в организме человека и животных 5.

    Farnham Royal, Slough (UK)

    :

    Сельскохозяйственное бюро Содружества

    ;

    1985

    .п.

    27

    32

    .15.

    Прохазка

    JR

    .

    Воспитание мышей с дефицитом меди и пестрых мышей медью или железом

    .

    Дж Нутр.

    1984

    ;

    114

    :

    422

    30

    .16.

    KUO

    YM

    ,

    GYBINA

    AA

    ,

    AA

    ,

    Pyatskowit

    JW

    ,

    Gitschier

    J

    ,

    Prohaska

    JR

    .

    Уровни транспортного белка меди (ctr1) у мышей тканеспецифичны и зависят от статуса меди

    .

    Дж Нутр.

    2006

    ;

    136

    :

    21

    6

    .17.

    Garrick

    M

    ,

    SCOTT

    D

    ,

    D

    ,

    Walpole

    S

    ,

    Finkelstein

    E

    ,

    Whitbred

    J

    ,

    Chopra

    S

    ,

    Trinikram

    L

    ,

    Майес

    D

    ,

    Родос

    D

    и др.

    Добавки железа уменьшают, но не излечивают белградскую анемию

    .

    Биометаллы.

    1997

    ;

    10

    :

    65

    76

    .18.

    Гловински

    J

    ,

    Иверсен

    LL

    .

    Регионарные исследования катехоламинов в мозге крыс

    .

    J Нейрохим.

    1966

    ;

    13

    :

    655

    69

    .19.

    Прохазка

    JR

    .

    Изменения активности Cu,Zn-супероксиддисмутазы, цитохром-с-оксидазы, глутатионпероксидазы и глутатионтрансферазы у мышей и крыс с дефицитом меди

    .

    Дж Нутр.

    1991

    ;

    121

    :

    355

    63

    .20.

    Олсон

    AD

    ,

    Хэмлин

    WB

    .

    Новый метод определения железа сыворотки и общей железосвязывающей способности с помощью атомно-абсорбционной спектрофотометрии

    .

    Клин. Хим.

    1969

    ;

    15

    :

    438

    44

    .21.

    Markwell

    MA

    ,

    Haas

    SM

    ,

    Bieber

    LL

    ,

    Tolbert

    NE

    .

    Модификация процедуры Лоури для упрощения определения белка в образцах мембран и липопротеинов

    .

    Анальная биохимия.

    1978

    ;

    87

    :

    206

    10

    .22.

    Прохаска

    JR

    ,

    Брокате

    Б

    .

    Дефицит меди в рационе изменяет уровень белка крысиной дофамин-β-монооксигеназы и тирозинмонооксигеназы

    .

    Exp Biol Med.

    2001

    ;

    226

    :

    199

    207

    .23.

    Запад

    ЕС

    ,

    Прохаска

    JR

    .

    Cu,Zn-супероксиддисмутаза ниже, а медный шаперон CCS выше в эритроцитах крыс и мышей с дефицитом меди

    .

    Exp Biol Med.

    2004

    ;

    229

    :

    756

    64

    .24.

    WOOK

    KL

    ,

    TKAC

    I

    ,

    Jing

    Y

    ,

    ,

    ,

    Beard

    B

    J

    ,

    CONNOR

    J

    ,

    Schallert

    T

    ,

    Георгиев

    МК

    ,

    Рао

    Р

    .

    Гестационный и лактационный дефицит железа изменяет развивающийся метаболом полосатого тела и связанное с ним поведение у молодых крыс

    .

    Дж Нутр.

    2007

    ;

    137

    :

    1043

    9

    .25.

    de deungria

    de deungria

    M

    ,

    RAO

    R

    ,

    Wobken

    R

    ,

    Wobken

    JD

    ,

    Luciana

    M

    ,

    Nelson

    CA

    ,

    Georgeff

    MK

    .

    Перинатальный дефицит железа снижает активность цитохром-с-оксидазы (CytOx) в отдельных областях головного мозга новорожденных крыс

    .

    Педиатр Рез.

    2000

    ;

    48

    :

    169

    76

    .26.

    Гибина

    АА

    ,

    Прохаска

    JR

    .

    Вариабельный ответ отдельных купротротеинов в сосудистых сплетениях и мозжечке крыс после перинатального дефицита меди

    .

    Гены и питание.

    2006

    ;

    1

    :

    51

    60

    .27.

    Пенленд

    JG

    ,

    Прохаска

    JR

    .

    Аномальная двигательная функция сохраняется после восстановления после перинатального дефицита меди у крыс

    .

    Дж Нутр.

    2004

    ;

    134

    :

    1984

    8

    .28.

    Прохаска

    JR

    ,

    Хоффман

    RG

    .

    Слуховая реакция испуга снижена у крыс после выздоровления от перинатального дефицита меди

    .

    Дж Нутр.

    1996

    ;

    126

    :

    618

    27

    .29.

    Карлтон

    WW

    ,

    Келли

    WA

    .

    Нервные поражения у потомства самок крыс, получавших диету с дефицитом меди

    .

    Дж Нутр.

    1969

    ;

    97

    :

    42

    52

    .30.

    Феллер

    DJ

    ,

    О’Делл

    BL

    .

    Дофамин и норэпинефрин в отдельных областях мозга крыс с дефицитом меди

    .

    J Нейрохим.

    1980

    ;

    34

    :

    1259

    63

    .31.

    Прохаска

    JR

    ,

    Бейли

    WR

    .

    Региональная специфичность изменений содержания меди и катехоламинов в головном мозге крыс после перинатального дефицита меди

    .

    J Нейрохим.

    1994

    ;

    63

    :

    1551

    7

    .32.

    Борода

    Дж

    ,

    Эриксон

    КМ

    ,

    Джонс

    БК

    .

    Неонатальный дефицит железа приводит к необратимым изменениям функции дофамина у крыс

    .

    Дж Нутр.

    2003

    ;

    133

    :

    1174

    9

    .33.

    Фокс

    PL

    .

    Медно-железные хроники: история интимных отношений

    .

    Биометаллы.

    2003

    ;

    16

    :

    9

    40

    .34.

    Чэнь

    H

    ,

    Huang

    G

    ,

    SU

    T

    ,

    GAO

    H

    ,

    attieh

    ZK

    ,

    McKie

    AT

    ,

    Anderson

    GJ

    ,

    Вульпе

    CD

    .

    Снижение активности гефестина в кишечнике мышей с дефицитом меди вызывает системный дефицит железа

    .

    Дж Нутр.

    2006

    ;

    136

    :

    1236

    41

    .35.

    Кохановский

    BA

    ,

    Шерман

    AR

    .

    Статус железа у крысят-сосунов под влиянием рациона матери во время беременности и лактации

    .

    Бр Дж Нутр.

    1983

    ;

    49

    :

    51

    7

    .36.

    Kling

    PJ

    ,

    Willeitner

    A

    ,

    Дворак

    B

    ,

    Блоховяк

    SE 9.

    Энтеральный эритропоэтин и железо стимулируют эритропоэз у крысят-сосунков

    .

    J Pediatr Gastroenterol Nutr.

    2008

    ;

    46

    :

    202

    7

    .37.

    Lozoff

    B

    ,

    CLARK

    км

    ,

    jing

    y

    ,

    y

    ,

    R

    ,

    R

    ,

    Angelilli

    мл

    ,

    Jacobson

    SW

    .

    Зависимость доза-реакция между дефицитом железа с анемией или без нее и социально-эмоциональным поведением младенцев

    .

    J Педиатр.

    2008

    ;

    152

    :

    696

    702

    .38.

    Брубейкер

    C

    ,

    Осетр

    P

    .

    Дефицит меди у младенцев; синдром, характеризующийся гипокупремией, железодефицитной анемией и гипопротеинемией

    .

    AMA J Dis Ребенок.

    1956

    ;

    92

    :

    254

    65

    .

    Сокращения

    • AAS

    • AAS

      атомная поглощение спектроскопии

    • BW

    • CCS

      CU CU CCS

      CU CU

    • CP

    • CCO

    • COX IV

      Cytochrome Oxidase Subunit IV

    • CU + S

      CU + S

      Медный адекватный солевой раствор вводят

    • CU-S

      CORE-дефицитный физиологический раствор вводят

    • CU + FE

      медь-адекватный железо впрыскивают

    • CU-FE

      медь инъекционный дефицит железа

    •  

    • P

    •  

    • S

    •  

    • TfR1

    © Американское общество питания, 2008 г.

    Добавки железа улучшают время восстановления гемоглобина после сдачи крови — ScienceDaily

    Среди доноров крови с нормальным уровнем гемоглобина пероральные добавки железа в низких дозах, по сравнению с отсутствием добавок, сокращали время до восстановления постдонорского снижения концентрации гемоглобина у доноров с низкий или более высокий уровень маркера общего запаса железа (ферритина), согласно исследованию, опубликованному в выпуске JAMA от 10 февраля.

    Подсчитано, что от 25 до 35 процентов доноров крови испытывают недостаток железа в результате регулярного донорства крови. Хотя в США сдача крови разрешена каждые 8 ​​недель, восстановление уровня гемоглобина до принятого в настоящее время стандарта часто задерживается, и у некоторых доноров развивается анемия. Уровень гемоглобина и статус железа привлекают повышенное внимание как вопрос безопасности доноров на основании растущих данных о том, что истощение запасов железа связано с утомляемостью, снижением физической активности и нейрокогнитивными изменениями, согласно справочной информации в статье.

    Джозеф Э. Кисс, доктор медицины, Институт трансфузионной медицины, Питтсбург, и его коллеги случайным образом распределили 215 подходящих участников исследования (которые не сдавали цельную кровь или эритроциты в течение 4 месяцев) для получения одной таблетки глюконата железа (37,5 мг). элементарного железа) ежедневно или без железа в течение 24 недель после сдачи единицы цельной крови (500 мл). Исследование проводилось в четырех региональных центрах крови в США. Основными результатами исследования были время до восстановления 80-процентного снижения гемоглобина после донорства и восстановление уровня ферритина (показатель общего количества железа, хранящегося в организме).

    Исследователи обнаружили, что по сравнению с участниками, которые не получали железосодержащие добавки, у тех, кто их принимал, время восстановления гемоглобина до 80 % сокращалось как в группах с низким ферритином (в среднем 32 дня против 158 дней), так и в группах с высоким ферритином (в среднем 31 день против 158 дней). 78 дней). Восстановление запасов железа у всех участников, получавших добавки, заняло в среднем 76 дней; для участников, не принимавших железо, среднее время восстановления превышало 168 дней. Без добавок железа 67 процентов участников не восстанавливали запасы железа к 168 дням.

    «Хотя абсолютное снижение уровня гемоглобина было относительно небольшим и имело незначительные клинические последствия после однократной сдачи крови, сдача крови представляет собой итеративный [повторяющийся] процесс, который приводит к прогрессирующей потере железа и анемии у некоторых частых доноров крови, поэтому важно чтобы снижение гемоглобина после сдачи крови восстановилось до следующей сдачи крови», — пишут авторы.

    Источник истории:

    Материалы предоставлены JAMA — Journal of the American Medical Association . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

    Глицин и фолиевая кислота улучшают состояние моделей врожденной сидеробластной анемии

    Abstract

    Сидеробластные анемии — это приобретенные или наследственные анемии, которые приводят к снижению способности синтезировать гемоглобин в эритроцитах и ​​приводят к наличию отложений железа в митохондриях предшественников эритроцитов. Распространенный подтип врожденной сидеробластной анемии обусловлен аутосомно-рецессивными мутациями в гене SLC25A38 .Текущее лечение врожденной сидеробластной анемии SLC25A38 представляет собой хроническое переливание крови в сочетании с хелатированием железа. Функция SLC25A38 не известна. Здесь мы сообщаем, что белок SLC25A38 и его дрожжевой гомолог Hem25 являются митохондриальными переносчиками глицина, необходимыми для инициации синтеза гема. Для этого мы воспользовались тем фактом, что митохондриальный глицин играет несколько ролей помимо синтеза гема, включая синтез производных фолиевой кислоты через систему расщепления глицина.Данные согласуются с тем, что Hem25 не является единственным митохондриальным импортером глицина, и мы идентифицируем второго члена семейства SLC25 Ymc1 как потенциального вторичного митохондриального импортера глицина. Основываясь на этих выводах, мы заметили, что высокие уровни экзогенного глицина или 5-аминолевулиновой кислоты (5-Ala), метаболита ниже Hem25 в пути биосинтеза гема, способны восстанавливать уровни гема до нормальных значений в дрожжевых клетках, лишенных функции Hem25. Хотя ни глицин, ни 5-Ala не могли улучшить врожденную сидеробластную анемию SLC25A38 в модели рыбок данио, мы определили, что добавление фолиевой кислоты с глицином способно восстановить уровни гемоглобина.Это различие, вероятно, связано с тем, что дрожжи могут синтезировать фолиевую кислоту, тогда как у рыбок данио фолиевая кислота является важным витамином, который необходимо получать экзогенно. Учитывая переносимость глицина и фолиевой кислоты у людей, это исследование указывает на потенциальное новое лечение врожденной сидеробластной анемии SLC25A38 .

    Резюме автора

    Мутации в гене SLC25A38 вызывают наследственную анемию. В этом исследовании мы определили, что функция SLC25A38 и его дрожжевого гомолога Hem25 заключается в том, чтобы действовать как митохондриальные импортеры глицина, обеспечивая молекулярное объяснение того, почему пациенты с мутациями SLC25A38 имеют низкий уровень гемоглобина и становятся анемичными.Используя эти новые знания, мы продолжаем определять, что добавки с глицином и фолиевой кислотой восстанавливают уровни гемоглобина в модели заболевания у рыбок данио, что указывает на потенциально новое, безопасное и экономически эффективное лечение врожденной сидеробластной анемии.

    Образец цитирования: Фернандес-Мюррей Дж. П., Прихожий С. В., Дюфай Дж. Н., Стил С. Л., Гастон Д., Насралла Г. К. и др. (2016) Глицин и фолиевая кислота улучшают модели врожденной сидеробластной анемии. Генетика PLoS 12(1):
    е1005783.https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1005783

    Редактор: Gregory S. Barsh, Медицинский факультет Стэнфордского университета, США

    Получено: 29 августа 2014 г.; Принято: 11 декабря 2015 г.; Опубликовано: 28 января 2016 г.

    Авторские права: © 2016 Fernández-Murray et al. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

    Доступность данных: Все соответствующие данные содержатся в документе и в файлах вспомогательной информации.

    Финансирование: Эта работа была поддержана Genome Canada в качестве крупномасштабного проекта прикладных исследований при финансовой поддержке Фонда медицинских исследований Далхаузи, Исследовательского инновационного фонда Новой Шотландии и Департамента здравоохранения и благополучия Новой Шотландии. Спонсоры не участвовали в разработке исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

    Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

    Введение

    Сидеробластные анемии представляют собой группу заболеваний, главным образом определяемых снижением уровня гемоглобина в эритроцитах (эритроцитах) и наличием патологических отложений железа в перинуклеарных митохондриях эритробластов (предшественники эритроцитов, обнаруживаемые в костном мозге) [1]. –5]. Сидеробластные анемии могут быть врожденными или приобретенными, причем обе они в первую очередь связаны с дефектом синтеза гема/гемоглобина.Одной из основных причин приобретенной сидеробластной анемии является дефицит витамина B6 (пиридоксина) в питании, поскольку некоторые ферменты, необходимые для синтеза гема и предшественников гема, нуждаются в пиридоксаль-5′-фосфате (PLP) в качестве кофактора. Злоупотребление алкоголем, дефицит меди, отравление свинцом, прием некоторых противомикробных препаратов и миелодиспластический синдром также могут привести к приобретенной сидеробластной анемии. Мутации в нескольких генах вызывают врожденные сидеробластические анемии (CSA), в том числе ALAS2 , SLC25A38 , ABCB7 , GLRX5 , SLC19A2 , PUS1 и YAR2 .

    Двумя наиболее распространенными типами CSA являются Х-сцепленная форма из-за мутаций в ALAS2 и недавно идентифицированная аутосомно-рецессивная форма из-за мутаций в SLC25A38 [6-9]. ALAS2 и SLC25A38 в основном экспрессируются в эритроидных предшественниках и эритроцитах. ALAS2 представляет собой PLP-зависимый фермент, который катализирует первую ферментативную стадию пути биосинтеза гема/гемоглобина с использованием глицина и сукцинил-КоА для синтеза 5-аминолевулиновой кислоты (5-Ala).Подмножество из пациентов с ALAS2 и пациентов с CSA, имеющих мутации, снижающие связывание PLP, можно лечить высокими уровнями пиридоксина. ALAS2 пациентов с CSA с мутациями за пределами области связывания PLP и все SLC25A28 пациенты с CSA не поддаются лечению пиридоксином.

    Пиридоксин-резистентные пациенты с CSA страдают тяжелыми клиническими последствиями, включая микроцитарную трансфузионно-зависимую анемию, которая обычно появляется в младенчестве, приводя к последствиям, типичным для хронической трансфузионной терапии, и может страдать значительной долгосрочной заболеваемостью и смертностью, связанными с перегрузкой железом [10].Недавнее внедрение эффективных и переносимых пероральных хелатообразователей железа предсказывает увеличение ожидаемой продолжительности жизни, сравнимое с таковым, обнаруженным у адекватно хелатируемых пациентов с гемоглобинопатиями, зависящих от переливания крови [11]. Несмотря на эти достижения, пероральные хелаторы железа несут свои риски [12], а переливание крови в течение жизни связано с высоким финансовым бременем для качества жизни, с дополнительными медицинскими осложнениями, включая аллоиммунизацию и передачу приобретенных инфекционных агентов, включая гепатиты В и С [13].Существует очевидная потребность в снижении трансфузионной зависимости у пациентов с CSA. Здесь мы используем дрожжи и рыбок данио в качестве дополнительных доклинических моделей для определения функции SLC25A38 и продолжаем предлагать потенциальную терапию для SLC25A38 пациентов с CSA.

    Результаты

    Определение функции SLC25A38

    Функция SLC25A38 неизвестна (рис. 1А). Чтобы определить, как мутации SLC25A38 вызывают CSA, мы попытались определить его функцию, используя модель дрожжей.Гомолог Saccharomyces cerevisiae SLC25A38 YDL119c , который мы назвали HEM25 ( Hem e синтез членом семейства SLC 25 ), инактивировали в геноме дрожжей и определяли уровень гема. Дрожжевые клетки hem25 Δ показали снижение уровня гема на 50% (рис. 1В). Человеческий SLC25A38 экспрессировали в клетках hem25 Δ, чтобы определить, может ли человеческий белок дополнять отсутствие дрожжевого белка.Уровень гема восстанавливался до нормы при экспрессии человеческого белка SLC25A38 в дрожжевых клетках с инактивированным геном HEM25 , что указывает на сохранение функции между белками дрожжей и человека. SLC25A38 является членом митохондриального семейства SLC25, которые подразделяются на переносчики кетокислот, адениновых нуклеотидов и аминокислот [14]. Филогенетический анализ человеческого SLC25A38 сгруппировал SLC25A38 с аминокислотными носителями (S1 фиг.1). Это согласуется с предыдущими предсказаниями, что SLC25A38 может быть митохондриальным переносчиком глицина или серина, необходимым для синтеза гема [6].

    Рис. 1. SLC25A38 кодирует митохондриальный импортер глицина.

    A) Иллюстрация потенциальной роли SLC25A38 в синтезе гема. Предполагается, что SLC25A38 действует как импортер глицина или серина для последующего синтеза гема/гемоглобина. B) Клетки дрожжей указанных генотипов выращивали до средней логарифмической фазы и клетки обрабатывали для определения гема. Содержание гема в клетках дикого типа составляло 31,1 фмоль/мкг белка. Значения гема представляют собой среднее значение ± стандартная ошибка среднего по крайней мере шести независимых определений с 90 831 p 90 832 значениями, определенными с использованием t-критерия.

    https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1005783.g001

    Сначала мы попытались определить, является ли Hem25 митохондриальным импортером глицина. Для этого мы использовали два отдельных сценария, в которых для роста дрожжевых клеток требовалось эффективное поглощение глицина митохондриями. В первом сценарии мы воспользовались тем, что глицин может использоваться клетками дрожжей в качестве единственного источника азота, но только в том случае, если глицин эффективно импортируется в митохондрии для превращения в NH 3 с помощью системы расщепления глицина (GCV) ( Рис 2А).Определяли способность клеток hem25 Δ расти с глицином в качестве единственного источника азота. Инактивация гена HEM25 нарушала способность клеток к росту, когда глицин был единственным источником азота, хотя и не в такой степени, как инактивация фермента GCV, дигидролипоамиддегидрогеназы, кодируемой LPD1 (рис. 2B). Результаты согласуются с тем, что Hem25 является важным импортером глицина в митохондрии.

    Рис. 2.Hem25 необходим для эффективного импорта глицина в митохондрии.

    A) Глицин может служить единственным источником азота в S . церевисиае . GCV превращает глицин в NH 3 , поскольку GCV находится в митохондриях, использование глицина в качестве источника азота требует эффективного поглощения глицина митохондриями. Б) Инактивация гена HEM25 у дрожжей существенно снижала их способность расти на глицине как единственном источнике азота.Клетки выращивали в среде SD, содержащей 30 г/л глицина в качестве источника азота. Рост определяли по оптической плотности (ОП) культуры при 600 нм. Представленные данные представляют собой среднее значение ± SEM для четырех повторов для клеток дикого типа и lpd1 Δ и девяти повторов для hem25 Δ клеток. C) Серин синтезируется из промежуточного гликолитического соединения 3-фосфоглицерата посредством ряда реакций, включающих фосфосеринтрансаминазу (PSAT1 у человека, Ser1 в S . cerevisiae ).Серин обычно является основным источником одноуглеродных единиц (CH 2 -THF, 5,10 метилентетрагидрофолат и его метаболиты) в клетках. Инактивация гена SER1 у дрожжей приводит к образованию дрожжевых клеток, ауксотрофных по серину. Добавка глицина также может преодолеть мутацию в гене SER1 , поскольку глицин может служить метаболическим источником как серина, так и одноуглеродных единиц. Однако эта способность полностью зависит от митохондриального импорта глицина. Импорт глицина в митохондрии может генерировать одноуглеродные единицы в форме CH 2 -THF за счет активности системы расщепления глицина (GCV).Кроме того, митохондриальная серингидроксиметилтрансфераза (SHMT2 у человека, Shm1 у дрожжей) катализирует синтез серина из глицина и CH 2 -THF, при этом серин экспортируется в цитоплазму для использования в нескольких анаболических путях, включая синтез CH 2. -ТГФ. Одновременно CH 2 -ТГФ, образующийся из глицина, окисляется до формиата и также экспортируется в цитоплазму в качестве источника цитоплазматических одноуглеродных единиц. D) Неспособность импортировать глицин в митохондрии предотвращает добавление глицина от предоставления серина и одноуглеродных единиц клеткам с инактивированным геном SER1 .Это было обнаружено при инактивации гена дрожжей HEM25 . Клетки выращивали до середины логарифмической фазы в среде SD, содержащей 1 мМ серин, и серийные разведения 1:10 высевали на среду SD без добавок или с добавками серина или глицина.

    https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1005783.g002

    Во втором сценарии мы использовали наблюдение, что в клетках дрожжей с инактивированным геном SER1 [15] глицин поддерживает рост ser1 Δ клеток, но только если глицин может быть эффективно импортирован в митохондрии.В этом контексте глицин становится основным источником одноуглеродных звеньев за счет его катаболизма митохондриальной системой расщепления глицина (GCV) с образованием CH 2 -THF и серина через митохондриальную серингидроксиметилтрансферазу, которая сама требует CH 2 -THF. (рис. 2C) [16–19]. Чтобы определить, требуется ли Hem25 для эффективного импорта глицина в михондрии, ген HEM25 был инактивирован на фоне ser1 Δ и способности ser1 Δ и ser1 Δ Δ hem25 Δ расти в присутствии штаммов. серина или глицина.Как и ожидалось, серин поддерживал рост всех штаммов (рис. 2D). В соответствии с зависимостью от GCV для образования одноуглеродных единиц и последующего синтеза серина клетки ser1 Δ плохо росли на среде без добавок. Важно отметить, что отсутствие Hem25 в клетках ser1 Δ усугубляло дефект роста. Глицин поддерживал рост клеток ser1 Δ, однако клетки ser1 Δ hem25 Δ плохо росли в среде, содержащей низкие концентрации глицина (рис. 2D), что согласуется с тем, что Hem25 необходим для эффективного импорта глицина в митохондрии.Интересно, что по мере того, как уровни глицина повышались, наблюдалось увеличение роста клеток ser1 Δ hem25 Δ, что указывает на то, что могут существовать другие митохондриальные переносчики глицина (с более низким сродством к глицину).

    Чтобы определить, могут ли другие члены семейства дрожжей SLC25 быть вторичными переносчиками глицина, каждый ген, кодирующий предполагаемый переносчик аминокислот, который был членом семейства SLC25, был инактивирован одновременно с геном HEM25 .Определяли способность каждого одиночного и двойного мутанта синтезировать гем в присутствии глицина или 5-Ala. Если какой-либо из этих членов семейства SLC25 кодирует вторичный переносчик глицина, то 5-Ala, но не высокие уровни глицина, должны восстановить уровни гема до hem25 Δ клеток, также лишенных специфического члена семейства SLC25. Это наблюдали для клеток hem25 Δ ymc1 Δ. Двойные мутанты hem25 Δ ymc1 Δ имели значительное снижение содержания гема по сравнению с одиночными мутантами ymc1 Δ или hem25 Δ (рис. 3), что согласуется с тем, что оба гена находятся на параллельных путях, внося свой вклад в один и тот же нисходящий путь. продукт, в данном случае гем.Двойные мутантные клетки, выращенные на среде с добавлением 5 мМ глицина, не показали увеличения содержания гема, тогда как двойные мутантные клетки с добавлением 5-Ala показали увеличение содержания гема, хотя и не до уровней дикого типа.

    Рис. 3. Идентификация предполагаемого второго митохондриального импортера глицина.

    Дрожжевые клетки указанных генотипов выращивали до средней логарифмической фазы без добавок или с добавлением 5 мМ глицина или 50 мкг/мл 5-Ala. Клетки обрабатывали для определения гема.

    https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1005783.g003

    Данные убедительно подтверждают мнение о том, что SLC25A38/Hem25 является переносчиком глицина, необходимым для синтеза гема. Однако также ясно, что у дрожжей Hem25 не является единственным митохондриальным переносчиком глицина, и существуют вторичные переносчики глицина. Мы идентифицируем Ymc1 как предполагаемый вторичный митохондриальный переносчик глицина, который способствует синтезу гема при высоких концентрациях глицина.

    Цитоплазматическая треонинальдолаза является основным источником

    De Novo синтезированного глицина, используемого для синтеза гема

    Затем мы попытались определить de novo источник(и) глицина, используемого для синтеза гема.Гены, кодирующие ферменты, которые синтезируют глицин в условиях выращивания на глюкозе, представляют собой GLY1 , кодирующий цитоплазматическую треонинальдолазу, SHM2 , кодирующий цитоплазматическую серингидроксиметилтрансферазу, и SHM1 , кодирующий митохондриальную серингидроксиметилтрансферазу (рис. 4А). Гены GLY1 , SHM1 и SHM2 инактивировали и определяли уровни глицина и гема в одиночных мутантных клетках gly1 Δ, shm2 Δ и shm1 Δ.Инактивация гена GLY1 , кодирующего цитоплазматическую треонинальдолазу, уменьшала клеточный гем на 75% и массу глицина на 90% (рис. 4В). При инактивации как цитоплазматической, так и митохондриальной серингидроксиметилтрансфераз наблюдали 50% снижение глицина, однако уровень гема достоверно не отличался от такового в клетках дикого типа. Поскольку Gly1 продуцирует глицин в цитоплазме, это согласуется с тем, что цитоплазматический источник глицина вносит основной вклад в синтез гема за счет его импорта митохондриальными переносчиками глицина SLC25A38/Hem25 для последующего использования в качестве субстрата на первом ферментативном этапе синтеза гема. катализируется ALAS2/Hem1.

    Рис. 4. Цитозольная треонинальдолаза является основным источником глицина для синтеза гема.

    A) Глицин может быть синтезирован в дрожжах, выращенных на глюкозе, с помощью трех ферментов: Gly1 (треонинальдолаза), цитозольной (Shm2) и митохондриальной (Shm1) серингидроксиметилтрансфераз. B) Клетки дрожжей указанных генотипов выращивали до средней логарифмической фазы и клетки обрабатывали для определения глицина и гема. Глицин дикого типа составлял 6,0 нмоль/10 8 клеток. C) Клетки указанных генотипов выращивали до середины логарифмической фазы и серийные разведения 1:10 высевали на среду SD без добавок.

    https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1005783.g004

    Hem25 не является переносчиком серина

    Вторая гипотеза функции SLC25A38/Hem25 заключалась в переносе серина. Это было основано на метаболическом пути, при котором серин, однажды импортированный в митохондрии, может быть преобразован в глицин митохондриальной серингидроксиметилтрансферазой (Shm1) для последующего использования ALAS2 (Hem1 у дрожжей) для инициации синтеза гема (рис. 1А и 4А). Если бы это было так, то потеря функции Shm1 должна была бы привести к значительному снижению уровня гема, однако в клетках shm1 Δ уровень гема был сходен с диким типом (рис. 4Б), в отличие от глубокого эффекта на уровне гема наблюдается в клетках hem25 Δ (рис. 1В).

    Для дальнейшего изучения того, может ли Hem25 быть переносчиком серина, мы воспользовались тем фактом, что сообщалось, что клетки shm1 Δ растут со скоростью, близкой к клеткам дикого типа, тогда как клетки shm2 Δ демонстрируют нарушение роста, связанное с нехватка одноуглеродных единиц, которую можно уменьшить добавлением формиата (формиат транспортируется между митохондриями и цитоплазмой как часть фолатного цикла (рис. 2C) [15]. В соответствии с этим наблюдением, есть два исследования, которые показали, что шм2 Клетки Δ shm1 Δ имеют нарушенный рост по сравнению с клетками shm2 Δ [15,20] с добавлением экзогенного формиата, восстанавливающего рост до уровня дикого типа.Если бы Hem25 был переносчиком серина, фенотип роста клеток shm2 Δ hem25 Δ был бы хуже, чем у клеток shm2 Δ, поскольку отсутствие Hem25 препятствовало бы проникновению серина в митохондрии и ограничивало бы образование одного из них. -углеродные агрегаты по Шм1. Однако не было никакой разницы в росте клеток shm2 Δ по сравнению с shm2 Δ hem25 Δ клеток (рис. 4C). Поскольку отсутствие Hem25 не ухудшает фенотип роста клеток shm2 Δ, это позволяет предположить, что Hem25 не является переносчиком серина.

    Третий эксперимент, который мы провели, чтобы определить, является ли Hem25 импортером серина, был основан на наблюдении McNeil [15] et al , в котором сообщалось, что клетки shm2 Δ gcv1 Δ имели небольшой дефект роста, который значительно ухудшился. путем инактивации SHM1 . Скорость роста обоих штаммов была восстановлена ​​до дикого типа добавлением формиата. Если бы Hem25 участвовал в импорте серина, клетки shm2 Δ gcv1 Δ hem25 Δ должны были бы расти медленнее по сравнению с клетками shm2 Δ gcv1 Δ, так как отсутствие в них субстрата Hem21 лишило бы их Hem21 серина. образование одноуглеродных звеньев.Мы определили, была ли разница в росте штаммов shm2 Δ gcv1 Δ и штаммов shm2 Δ gcv1 Δ hem25 Δ, и обнаружили, что двойные и тройные мутантные штаммы росли с одинаковой скоростью (S). , что снова указывает на то, что Hem25 не вносит значительного вклада в импорт серина в митохондрии для его последующего превращения в глицин с помощью Shm1.

    Глицин и 5-Ala спасают дефект биосинтеза гема в дрожжевой модели CSA

    Мы выдвинули гипотезу о трех сценариях улучшения дефекта синтеза гема в клетках hem25 Δ (i) добавление экзогенного глицина для увеличения доступности субстрата для первого этапа синтеза гема, (ii) добавление избытка серина для стимулирования эндогенного синтеза глицина в митохондрии или (iii) добавление нижестоящего метаболита, 5-Ala, в пути биосинтеза гема.Каждое соединение добавляли к клеткам дикого типа, hem25 Δ и hem1 Δ. Серин не оказывал влияния на рост любого из этих штаммов. Добавление 5-Ala восстанавливало нормальный уровень гема в клетках hem1 Δ и hem25 Δ, тогда как только добавление экзогенного глицина восстанавливало уровень гема до нормального в клетках hem25 Δ (рис. 5А). Эти последние два результата согласуются с тем, что Hem25 лежит выше Hem1 в синтезе гема. Мы также определили уровень гема в клетках hem25 Δ gly1 Δ и обнаружили, что он существенно не уменьшился по сравнению с наблюдаемым только в клетках gly1 Δ (рис. 5B), что согласуется с двумя белками на линейном пути синтеза. один и тот же последующий продукт.

    Рис. 5. Восстановление роста и содержания гема в дрожжевых моделях врожденной сидеробластной анемии.

    A) Клетки дрожжей выращивали до средней логарифмической фазы в отсутствие или в присутствии 5 мМ глицина, 1 мМ серина или 50 мкг/мл 5-Ala (штамм hem1 Δ обычно растет в присутствии 0,5 мкг /мл 5-Ala, чтобы обеспечить рост со скоростью дикого типа), и клетки обрабатывали для определения гема. Значения гема представляют собой среднее значение ± стандартная ошибка среднего по крайней мере шести независимых определений. B) Дрожжевые клетки указанных генотипов выращивали до средней логарифмической фазы и обрабатывали для определения гема.C) Клетки выращивали до средней логарифмической фазы в среде SD, содержащей 1 мМ серин, и серийные разведения 1:10 высевали на среду SD, содержащую глицин, 5-Ala или серин. D) Клетки выращивали до средней логарифмической фазы в отсутствие или в присутствии 5 мМ глицина, 1 мМ серина или 50 мкг/мл 5-Ala и обрабатывали для определения гема.

    https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1005783.g005

    Интересно, что мы отметили дефект роста клеток gly1 Δ и hem25 Δ gly1 Δ, который можно было по-разному восстановить путем добавления 5-Ала (рис. 5С).Для одиночного мутанта gly1 Δ 5-Ala не увеличивал рост, тогда как глицин восстанавливал рост до уровней дикого типа. Таким образом, хотя уровень гема истощен в клетках gly1 Δ, его уровень не ограничивает рост клеток, так как 5-Ala не восстанавливает рост. Какой-то другой процесс, зависящий от глицина, должен ограничивать gly1 Δ рост клеток при нормальном уровне гема. В отсутствие добавок рост двойного мутанта hem25 Δ gly1 Δ был медленнее, чем любой из одиночных мутантов по отдельности.Добавление глицина или 5-Ala к двойному мутанту hem25 Δ gly1 Δ восстанавливало гем до нормальных уровней (рис. 5D). Подобно клеткам gly1 Δ, добавление 5-Ala частично восстанавливало рост клеток, в то время как глицин полностью восстанавливал рост клеток, что указывает на то, что нарушение роста двойного мутанта лишь частично связано со снижением уровня гема.

    В отсутствие экзогенного глицина цитоплазматический Gly1 является основным поставщиком глицина для синтеза гема, что согласуется с потребностью в высокоаффинном митохондриальном переносчике глицина, необходимом для синтеза гема.Когда функция Gly1 инактивирована, глицин становится ограничивающим для клеточных функций, что приводит к нарушению роста, с одновременной потерей функции Hem25, что приводит к более серьезному дефекту роста. Дефект роста клеток gly1 Δ и hem25 Δ gly1 Δ не может быть восстановлен за счет восстановления синтеза гема только за счет добавления 5-Ala, но может быть восстановлен за счет добавления глицина, что подразумевает другие зависимые от глицина функции которые нарушают рост клеток.

    Спасение данио модели CSA

    Гомолог SLC25A38 рыбок данио дублируется в геноме рыбок данио, как и многие гены рыбок данио. Чтобы лучше понять фенотипы потери функции как slc25a38a , так и slc25a38b , мы изучили их экспрессию с помощью гибридизации in situ через 24 и 34 часа после оплодотворения (hpf), моменты времени, в которые каждый из двух волны дефинитивного кроветворения возникают у рыбок данио [21].Через 24 часа после оплодотворения slc25a38b экспрессировался преимущественно в заднем кровяном островке, задней кардинальной вене и циркулирующей крови. Напротив, slc25a38a также экспрессировался в сомитах, головном мозге и сетчатке через 24 часа после оплодотворения (фиг. 6A и фиг. S3). Через 34 часа после оплодотворения паттерны экспрессии обоих генов стали более строго ограничиваться задним островком крови и циркулирующими клетками крови.

    Рис. 6. Спасение модели рыбок данио с врожденной сидеробластной анемией.

    A) Гибридизация всего препарата in situ с зондами для slc25a38a и slc25a38b на стадиях развития 24 и 34 часов после оплодотворения демонстрирует преобладающую эритроидную экспрессию.Для каждой стадии и зонда показаны виды головы и хвоста, а места экспрессии помечены. Сокращения: pbi – задний кровяной островок, pcv – задняя кардинальная вена, ss – сомиты, bl – кровь, ret – сетчатка, br – мозг, h – сердце. Экспрессия slc25a38b наблюдалась в заднем кровяном островке, крови и задней кардинальной вене, что согласуется с его предпочтительной экспрессией в эритроидных предшественниках и эритроцитах, тогда как slc25a38a имел те же характеристики, связанные с кровью, и также экспрессировался в сетчатке, головном мозге. и сомиты через 24 часа после оплодотворения.B) Репрезентативные изображения для окрашивания гемоглобина с использованием o -дианизидина эмбрионов рыбок данио через 48 часов после рождения, которым вводили морфолино slc25a38a+b , или стандартное контрольное морфолино (STD MO), обработанное 100 мМ глицином, 1 мМ фолиевой кислотой натрия или обоими, начиная с 4 часов после инъекции. Для контроля специфичности морфолино мы также вводили 5-несовместимые (5MM) версии тех же морфолино slc25a38a+b и окрашивали инъецированные эмбрионы о-дианизидином. Для морфантов STD MO и 5MM представлены изображения только из необработанной группы STD MO из-за низкой вариабельности показателей o -дианизидина у необработанных эмбрионов по сравнению с теми, где присутствовали глицин и/или фолиевая кислота.C) График показателей окрашивания гема o -дианизидином у эмбрионов рыбок данио через 48 часов после оплодотворения, которым вводили либо slc25a38a+b morpholinos (slcMO), либо STD MO, а затем обрабатывали от 4 до 48 часов после оплодотворения глицином, фолиевой кислотой или обоими глицинами. плюс фолиевая кислота. Все эмбрионы оценивали как имеющие «низкий», «средний» или «нормальный» уровень гемоглобина слепым методом на основе визуального осмотра окрашивания o -дианизидином. Указано общее количество (правая ось) забитых эмбрионов в общей сложности из трех независимых экспериментов.«***» указывает, что значение p между числом эмбрионов в различных оценочных категориях для морфантов slc25a38a+b , обработанных глицином и фолатом, по сравнению с необработанной группой морфантов slc25a38a+b составляет <0,001.

    https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1005783.g006

    Нокдаун по морфолино как slc25a38a , так и slc25a38b был необходим для возникновения анемии у рыбок данио, как определено с использованием окрашивания 2 – 9083 содержание гемоглобина (рис. 6В и [6]).Специфичность используемых олигонуклеотидов морфолино контролировали с помощью пяти вариантов несоответствия, а также контрольного морфолино, инъекция которого приводила к нормальным фенотипам полученных морфантов (рис. 6В). Мы наблюдали 50% снижение уровня гемоглобина у морфантов slc25a38a+b и более крупных, более незрелых клеток с менее компактными ядрами. Это было несмотря на отсутствие патологических сидеробластов в эритроидных клетках (рис. S4). Это открытие согласуется с другими моделями CSA у рыбок данио, такими как мутант sauternes ( sau ), что приводит к потере функции ортолога рыбок данио ALAS2 [22].Отсутствие кольцеобразных сидероцитов у рыбок данио может быть результатом раннего периода эмбриогенеза, когда клетки анализируются без достаточного времени либо для эндогенной перегрузки железом, либо для избытка железа, который накапливается в результате трансфузионной терапии у пациентов.

    Затем мы определили, может ли добавление глицина или 5-Ala восстановить способность slc25a38a+b или alas2 нокдаун-рыб синтезировать гем. Оптимизацию доз глицина и 5-Ala проводили на эмбрионах рыбок данио дикого типа путем исследований токсичности, оценивающих частоту гибели и аномалий развития по отношению к дозе препарата, для лечения была выбрана доза ~50% от максимально переносимой дозы (S1 Таблица).В яичную воду морфантов slc25a38a+b или alas2 добавляли глицин или 5-Ala и использовали окрашивание o -дианизидином для оценки содержания гемоглобина. Интересно, что ни глицин, ни 5-Ala не смогли восстановить уровень гемоглобина у морфантов alas2 или slc25a38a+b (рис. 6B и 6C и S5).

    Из нашей работы с дрожжами, у которых отсутствует функция Hem25, мы знаем, что снижение способности de novo синтезировать глицин нарушает рост клеток, что подразумевает процессы, зависящие от глицина, помимо неспособности синтезировать гем, что может повлиять на приспособленность клеток.Одним из этих нижестоящих зависимых от глицина процессов является синтез фолиевой кислоты. Интересно, что дрожжи, которые могут синтезировать фолат de novo , в то время как высшие эукариоты, включая рыбок данио и человека, нуждаются в фолиевой кислоте с пищей. Имея это в виду, мы попытались определить, может ли совместное добавление экзогенного глицина и фолиевой кислоты улучшить модель CSA у рыбок данио. Когда к морфантам slc25a38a+b добавляли глицин и фолиевую кислоту в комбинации, уровень гемоглобина повышался до 80% по сравнению с нормальными рыбками данио (рис. 6B и 6C).

    Обсуждение

    Мы определили, что Hem25, дрожжевой гомолог человеческого SLC25A38, является митохондриальным переносчиком глицина, который играет важную роль в обеспечении глицина для первой ферментативной стадии синтеза гема, который катализируется в митохондриях Hem1 у дрожжей и ALAS2. в эритроцитах и ​​их предшественниках у человека. Функцию Hem25 определяли путем оценки фенотипов в дрожжевых клетках, лишенных функции Hem25, где для роста дрожжевых клеток требовался импорт глицина в митохондрии, и включало использование глицина в качестве единственного источника азота и глицина в качестве источника одноуглеродных единиц.Мы также определили, что Hem25 не является митохондриальным импортером серина, используя три линии доказательств. Во-первых, инактивация гена, кодирующего митохондриальный фермент, превращающий серин в глицин, SHM1 , не снижала уровень гема; во-вторых, инактивация гена SHM1 в клетках, лишенных функции Shm2, приводит к дефекту роста из-за снижения способности синтезировать одноуглеродные единицы, в то время как инактивация гена HEM25 в клетках, лишенных функции Shm2, не снижает рост; и в-третьих, подобно клеткам, лишенным Shm1, клетки, лишенные GCV, также медленно растут в клетках, лишенных функции Shm2, из-за неспособности синтезировать одноуглеродные единицы.Инактивация HEM25 в клетках, лишенных как Shm2, так и GCV, не приводила к дальнейшему снижению роста. Экспрессия человеческого SLC25A38 в дрожжевых клетках, где был делетирован ген HEM25 , была способна восстанавливать гем до нормального уровня, что указывает на сохранение функции. Мы заключаем, что Hem25 и SLC25A38 являются митохондриальными импортерами глицина. Будущими направлениями будут эксперименты по биохимическому транспорту глицина для определения сродства к субстрату и того, является ли SLC25A38 облегчающим переносчиком или существует вторичный активный метаболит.

    Вывод о том, что Hem25 и SLC25A38 являются митохондриальными импортерами глицина, был подтвержден нашей работой, которая определила de novo источник глицина для синтеза гема в дрожжах. Мы обнаружили, что Gly1, цитозольная треонинальдолаза, была основным источником глицина для синтеза гема, в то время как митохондриальная и цитозольная серингидроксиметилтрансфераза, Shm1 и Shm2 соответственно, не вносили значительного вклада в синтез гема. Цитозольный источник глицина de novo в качестве основного источника глицина для синтеза гема согласуется с потребностью в высокоаффинном импортере глицина для последующего синтеза гема.Как и ожидалось из этого вывода, потеря функции Gly1 вместе с Hem25 не приводила к дальнейшему снижению уровня гема, поскольку оба находятся на линейном пути синтеза гема. Интересно, что потеря функции Gly1 вместе с Hem25 приводит к дефекту роста. Этот дефект роста был частично восстановлен добавлением 5-Ala и полностью восстановлен добавлением глицина. Это указывает на то, что нарушение роста двойного мутанта частично связано со снижением уровня гема и частично из-за второй важной роли глицина в митохондриях, такой как синтез одноуглеродных единиц и/или синтез серина.В соответствии с этим выводом было наше наблюдение, что не было нарушения роста в клетках, лишенных только функции Hem25, и как глицин, так и 5-Ala восстанавливали уровень гема до нормального в клетках, лишенных Hem25.

    Впоследствии мы определили, могут ли глицин или 5-Ala повышать уровень гемоглобина в более сложной модели CSA у позвоночных. Мы использовали модель рыбок данио, поскольку значительное количество заболеваний крови человека, включая наследственные анемии, были точно воспроизведены у рыбок данио [23,24].Как и многие гены, SLC25A38 дублируется в геноме рыбок данио, поэтому морфолино, блокирующие трансляцию, были разработаны для нацеливания на эмбрионы-морфанты slc25a38a+slc25a38b , которые продемонстрировали пониженное содержание гемоглобина. Удивительно, но добавление глицина или 5-Ala в половине максимально переносимой дозы не восстанавливало уровень гемоглобина. В случае 5-Ala может потребоваться более высокая доза, так как было обнаружено, что 2 мМ 5-Ala спасает морфанты, у которых экспрессия белка, необходимого для связывания PLP с alas2 ( clpxa ), была снижена [25], тогда как мы использовали дозу 0.3 мМ, поскольку мы наблюдали некоторые аномалии развития, возникающие при дозах 5-Ala выше 1 мМ. Другим объяснением является то, что clpxa может не обеспечивать столь полного блокирования активности синтазы 5-аминолевулиновой кислоты по сравнению со снижением экспрессии самого alas2 . Кроме того, 5-Ala не смогла восстановить рост некоторых фоновых штаммов дрожжей, в которых отсутствуют гены за пределами HEM25 , что означает, что требования метаболизма глицина для клеток помимо синтеза гема могут повлиять на способность 5-Ala восстанавливать приспособленность клеток.Удивительно, но добавление глицина также не смогло повысить уровень гемоглобина в морфантах slc25a38a+b , особенно потому, что глицин восстанавливал гем и рост дрожжей, лишенных HEM25 , и штаммов дрожжей, лишенных HEM25 , в сочетании с нарушенным метаболизмом глицина.

    Неспособность глицина повышать уровень гемоглобина у рыбок данио побудила нас рассмотреть различия между дрожжевыми и позвоночными организмами, которые могут влиять на метаболизм глицина.Основное различие заключается в способности дрожжей синтезировать собственный фолат, тогда как у рыбок данио и высших эукариот фолиевая кислота является витамином, который необходимо потреблять с пищей. Митохондрии содержат до 40% всего клеточного фолата [26, 27], и в сочетании с тем фактом, что фолиевая кислота и ее метаболиты обычно обнаруживаются на уровне, близком к уровню, необходимому для использования в фолат-зависимом катализе, изменение доступности фолиевой кислоты может иметь значительные последствия [26, 27]. 18]. Также известно, что неспособность импортировать фолиевую кислоту в митохондрии клеток яичника китайского хомячка приводит к потребности в глицине для выживания клеток [28,29].Наконец, CH 2 -ТГФ-зависимый синтез глицина из серина с помощью серингидроксиметилтрансфераз играет существенную роль в одноуглеродном метаболизме в митохондриях клеток млекопитающих [30-32]. Мы обнаружили, что добавление глицина и фолиевой кислоты существенно повышало уровень гемоглобина в модели врожденной сидеробластной анемии у рыбок данио SLC25A38 . В отсутствие функции slc25a38a+b способность поставлять митохондриальный глицин становится ограничивающей. Поскольку для синтеза митохондриального глицина de novo требуются производные фолиевой кислоты, добавление фолиевой кислоты будет увеличивать митохондриальный глицин, обеспечивая глицин для производства гема/гемоглобина (рис. S6).

    Эритроциты человека в первую очередь зависят от CH 2 -ТГФ-зависимых сериновых гидроксиметилтрансфераз ферментов SHMT1 и SHMT2 для эндогенного синтеза глицина [33,34], поскольку гомолог треонинальдолазы человека ( GLY1 ) является нефункциональным псевдогеном [33,34]. 35], а альтернативный источник глицина, обнаруженный у многих эукариот треониндегидрогеназы (включая мышей и рыбок данио, но не дрожжей), также является нефункциональным псевдогеном у людей [36]. Это подразумевает повышенную надежность экзогенных глицина и фолиевой кислоты у людей.Замена обременительной с медицинской, социальной и финансовой точки зрения хронической трансфузионной терапии коммерчески признанными и доступными глицином и фолатом в настоящее время изучается в качестве потенциальной инновационной терапии для пациентов с SLC25A38 CSA в соответствии с клиническим протоколом, одобренным нашим институциональным советом по этике исследований.

    Материалы и методы

    Заявление об этике

    Все исследования с рыбками данио были одобрены Комитетом по лабораторным животным Университета Далхаузи (протокол № 11–130) и проводились в соответствии с рекомендациями Канадского совета по уходу за животными.

    Среда для дрожжей и условия культивирования

    Клетки дрожжей поддерживали в среде YEPD (1% бакто-дрожжевой экстракт, 2% бакто-пептон, 2% декстроза) или SD (0,67% бакто-дрожжевой азотистое основание без аминокислот, 2% декстроза) с добавками, необходимыми для плазмиды. поддержание и питательные ауксотрофы. Клетки дрожжей выращивали при 30°С.

    Штамм дрожжей и конструкция плазмиды

    Штаммы дрожжей, использованные в этом исследовании, показаны в таблице S2. Мутанты с одиночной делецией на фоне BY4741 были получены от Euroscarf.Генетический маркер KanMX6 заменяли геном ноурсеотрицинацетилтрансферазы (Nat) или генной кассетой устойчивости к гигромицину с использованием плазмиды pAG25 или pAG32 соответственно. Делеции гена были перенесены из штаммов BY4741 в фон W303 с помощью ПЦР-амплификации соответствующего селективного маркерного нарушенного гена, фланкированного с обоих концов ~ 0,2 т.п.о. геномной ДНК дрожжей, с последующей трансформацией дрожжевых клеток W303 и отбором и характеристикой трансформантов для удаление гена с помощью геномной ПЦР.Для проверки всех конструкций штаммов использовали геномную ПЦР. Для скрининга предполагаемого второго импортера глицина среди членов семейства SLC25 штаммы с двойной делецией гена были сконструированы на фоне BY4741 путем стандартных генетических скрещиваний hem25 Δ::NAT с тридцатью одним штаммом с делецией одного гена, несущими мутации для каждого члена. дрожжей семейства SLC25 с последующим спороношением и отбором гаплоидных клеток. Обычно клетки из фона BY4741 экспрессируют аллель дикого типа HAP1 из плазмиды.Открытую рамку считывания SLC25A38 человека амплифицировали с помощью ПЦР из библиотеки кДНК В-лимфоцитов и субклонировали в дрожжевой вектор экспрессии p416-GPD. Последовательность ДНК открытой рамки считывания SLC25A38 была подтверждена секвенированием по Сэнгеру.

    Определение гема

    Логарифмически растущие клетки собирали, промывали ледяной водой и ресуспендировали в 10 мМ трис-HCl, pH 8, 150 мМ NaCl. Клетки лизировали путем взбивания стеклянными шариками в течение двух периодов по 1 мин, интеркалированных с 1 мин на льду.Клеточный дебрис удаляли центрифугированием при 500 × g в течение 3 мин, в супернатантах определяли содержание гема и белка. Определение гема проводили с помощью набора Hemin Assay Kit от BioVision с использованием считывающего устройства для микропланшетов Thermo Labsystems Multiskan Ascent. Белок определяли модифицированным методом Лоури.

    Определение массы глицина

    Содержание свободного глицина в клетках дрожжей определяли нингидриновым методом. Вкратце, дрожжевые клетки, выращенные в логарифмической фазе в среде SD, собирали, промывали ледяной водой и ресуспендировали при плотности 4×10 8 клеток на мл 10% сульфосалициловой кислоты, содержащей 0.5 мМ норлейцина. Клетки разбивали стеклянными шариками в течение 4 минут, а экстракты цельных клеток очищали центрифугированием при 18000× g в течение 30 минут. Экстракты клеток подвергали количественному определению аминокислот с использованием анализатора аминокислот Biochrom 30.

    Инъекция морфолино

    рыбки данио Casper ( Danio rerio ) были выращены и спарены с использованием обычных процедур. Антисмысловые морфолино (МО) были заказаны в Gene Tools. Антисмысловые МО нацелены на область непосредственно в месте начала трансляции с последовательностями 5′-CCGGATGAGCCACAGAGAACTCCAT-3′ для slc25a38a и 5′-CAGGATGAGCCAGGGCAACTTCCAT-3′ для slc25a38b .Морфолино отрицательного контроля с 5 несоответствиями для slc25a38a представляли собой CCcGATGAcCCACAcAGAAaTCaAT MO, а для slc25a38b представляли собой CAGcATGAcCCAGcGCAAaTTCaAT, MO 5′-AACGAACGAACGAACGAACGAACGC-3’ также использовали в качестве дополнительного отрицательного контроля. Антисмысловой МО, блокирующий рыбок данио alas2 , 5′-CAGTGATGCAGAAAAGCAGACATGA-3′, использовали в качестве положительного контроля для фенотипов, связанных со сниженным синтезом гема/гемоглобина. Для каждого 1,5 нл МО микроинъецировали в зародыши каспера на одноклеточной стадии в концентрации 0.5 мМ, максимальная доза МО, вызывающая наименьшие явные аномалии развития в течение первых 48 часов эмбрионального развития. Попытки обнаружить белок, кодируемый slc25a38a или slc25a38b , с использованием нескольких коммерчески доступных антител не увенчались успехом. Кроме того, мы наблюдали, что инъекции мРНК, кодирующей рыбку данио slc25a38a+b или SLC25A38 человека, в возрастающих дозах приводили либо к отсутствию фенотипа, либо к гибели эмбриона, что делало невозможными эксперименты по спасению.

    Лечение эмбрионов рыбок данио глицином, 5-Ala и фолиевой кислотой

    Оптимизацию доз глицина и 5-Ala проводили на эмбрионах рыбок данио дикого типа путем исследований токсичности, оценивающих частоту гибели и аномалий развития по отношению к дозе препарата, при этом 50% максимально переносимой дозы выбирали для лечения, которое составляло 100 мМ для глицина и 1 нМ для 5-Ala. Через 24 часа после инъекции (hpi) МО, глицин или 5-Ala добавляли к яичной воде морфантов slc25a38a+b , alas2 и контрольных морфантов.Фолиевую кислоту превращали в ее натриевую соль и добавляли в воду для рыб до конечной концентрации 1 мМ через 6 часов после оплодотворения, а затем заменяли один раз через 24 часа после оплодотворения. Используемый уровень фолиевой кислоты был таким же, как ранее, для полного снижения токсичности селенита у эмбрионов рыбок данио [37]. Затем эмбрионы окрашивали раствором o -дианизидина.

    o – Окрашивание дианизидином

    При 48 HPI эмбрионы декорионировали и анестезировали 0,02% трикаином. Дехорионированные зародыши окрашивали в темноте в течение 15 мин в растворе o -дианизидина (0.6 мг/мл), содержащую 0,65 % перекиси водорода, 40 % этанола, 10 мМ ацетата натрия, pH 4,5) в течение 15 мин, фиксировали в 4 % парафомальдегиде в фосфатно-солевом буфере в течение ночи при 4°C, а затем заключали в 2,0 % /v) агароза с низкой температурой плавления для визуализации.

    На месте Гибридизация

    Гибридизацию РНК

    in situ для генов данио slc25a38a и slc25a38b проводили, как описано ранее [38]. Транскрипцию in vitro проводили с использованием набора для мечения РНК Roche DIG.Зонды были созданы из продуктов ПЦР, амплифицированных непосредственно из препарата кДНК рыбок данио, праймированного олиго-dT, через 24 часа после оплодотворения с использованием праймеров, специфичных для slc2538a и b

    Сортировка клеток с активацией флуоресценции (FACS) и сбор клеток

    Трансгенные эмбрионы gata1 :: EGFP были диссоциированы на отдельные клетки, как описано ранее [39], а затем отсортированы с использованием FACS Aria I в IWK Health Center FACS Core Facility. Положительно и отрицательно отсортированные клетки помещали на лед сразу после сбора, центрифугировали и немедленно обрабатывали для выделения РНК.Чистоту отсортированных клеточных популяций проверяли повторным FACS-анализом отсортированных клеток.

    Количественная ПЦР (кПЦР) анализы экспрессии генов

    РНК для экспериментов с количественной ПЦР экстрагировали из 100 000–500 000 клеток, отсортированных с помощью FACS, геномную ДНК удаляли и кДНК для анализа с помощью количественной ПЦР получали с использованием 9-мерных случайных праймеров и реверсии M-MuLV в присутствии ингибитора РНКазы Protector. Для количественного определения экспрессии на основе SYBR Green I мы использовали набор QuantiFast SYBR Green RT-PCR Kit (Qiagen).Анализы экспрессии гена qPCR для hbbe1 , hbbe3 , slc25a38a и slc25a38b и 18S рибосомной РНК были выполнены.

    Вспомогательная информация

    S1 Рис. Филогенетическое дерево максимального правдоподобия человеческих последовательностей в семействе белков SLC25 митохондриальных транспортеров.

    SLC25A38 отмечен звездочкой, а последовательности аннотированы в соответствии с их транспортными ролями. Члены семейства SLC25 были выбраны из Refseq на основе предыдущих анализов и сопоставлены с использованием HMMER и автоматически отредактированы с использованием алгоритма AliMask-CS (маскирование выравнивания с показателями достоверности).Филогенетическое дерево максимального правдоподобия было построено с использованием FastTree2 с матрицей замещения WAG, а результирующее дерево визуализировалось с помощью Figtree.

    10.1371/journal.pgen.1005783.s001

    (PDF)

    S2 Рис. Дефицит Hem25 не влияет на

    shm2 Δ gcv1 Δдвойной мутантный рост.

    Клетки указанных генотипов выращивали в среде SD при 30°С. Рост определяли по оптической плотности (ОП) культуры при 600 нм . Представленные данные представляют собой среднее ± SEM для пяти независимых сегрегантов для клеток shm2 Δ gcv1 Δ и шести независимых сегрегантов для клеток shm2 Δ gcv1 Δ hem25 Δ.

    10.1371/journal.pgen.1005783.s002

    (PDF)

    S3 Рис. Гибридизация всего препарата

    in situ с зондами для slc25a38a и slc25a38b на стадиях развития 24 и 34 часа после оплодотворения демонстрирует преобладающую эритроидную экспрессию.

    Для подтверждения предпочтительной экспрессии в эритроцитах EGFP -положительные эритроциты были выделены с помощью FACS из gata1 : EGFP (где клетки эритроидного происхождения помечены EGFP) трансгенных эмбрионов рыбок данио.Количественные ПЦР-анализы для hbbe1 , hbbe3 , slc25a38a и slc25a38b проводили на кДНК, полученной из FACS-сортированных положительных и отрицательных клеток. Значения количественной ПЦР экспрессии генов были нормализованы к значениям 18S рибосомной РНК. Представлены относительные значения экспрессии для EGFP-положительных клеток. Столбики погрешностей указывают стандартные ошибки количественных экспериментов ПЦР, проведенных на 3 отдельных образцах клеток, отсортированных с помощью FACS. *** р < 0,001, ** р < 0.01, * p <0,05 для t-критерия между значениями экспрессии для EGFP-положительных и отрицательных клеток.

    10.1371/journal.pgen.1005783.s003

    (PDF)

    S4 Рис. Эритроидные клетки, выделенные из морфантов

    slc25a38a+b , отличаются морфологически, но не содержат каких-либо патологических отложений железа по сравнению с клетками из контрольных морфантов.

    GFP-положительные клетки выделяли с помощью флуоресцентно-активированного сортинга клеток (FACS) из эмбрионов gata1 : : EGFP через 48 часов после оплодотворения, концентрировали на предметных стеклах с использованием стандартных цитоспиновых протоколов и окрашивали методом Райта-Гимзы для общей морфологии и идентификации эритроидных клеток ( слева) и берлинской лазури Перлза для месторождений железа (справа).Хотя в клетках-морфантах slc25a38a+b не было обнаружено патологических отложений железа, эти клетки крупнее с менее компактными ядрами, что указывает на другой уровень созревания по сравнению с контрольными клетками. Изображения случайно выбранных клеток из того же эксперимента. Эксперимент был повторен трижды с аналогичными результатами.

    10.1371/journal.pgen.1005783.s004

    (PDF)

    S5 Рис. 5-Аминолевулиновая кислота не восстанавливает уровень гемоглобина до морфантов

    alas2 или slc25a38a+b .

    Эмбрионы рыбок данио через 48 часов после оплодотворения окрашивали на гемоглобин o -дианизидином после микроинъекции (на стадии 1 клетки) alas2 или контрольного стандарта МО. A) Показаны типичные фенотипы контрольных эмбрионов, инъецированных стандартным морфолино (STD MO) и alas2 , которым вводили морфолино, окрашенных или -дианизидином. B) Морфанты инкубировали с добавлением или без добавления 0,3 мМ 5-Ala в яичную воду через 4 часа после инъекции. Уровень окрашивания гемоглобина o -дианизидин оценивали визуально как «низкий», «средний» или «нормальный» слепым методом, и пропорции эмбрионов в каждой категории представлены на графике.Результаты трех отдельных экспериментов представлены с фактическим количеством подсчитанных эмбрионов, указанным на правой оси графика. Статистически значимой разницы между необработанными и обработанными 5-Ala морфантами не было, что указывает на то, что добавление 5-Ala не повышало уровень гемоглобина.

    10.1371/journal.pgen.1005783.s005

    (PDF)

    S6 Fig.

    De novo Для синтеза митохондриального глицина требуется фолиевая кислота.

    Митохондриальный синтез глицина требует производных фолиевой кислоты для его синтеза из серина.В отсутствие существенного импорта глицина из-за мутации гена SLC25A38 митохондриям потребуется более высокий синтез глицина de novo для обеспечения глицина для последующего синтеза гема/гемоглобина. У позвоночных, таких как рыбки данио и люди, фолиевая кислота является витамином, который должен поступать с пищей и может стать ограничивающим фактором, в то время как у дрожжей S . cerevisiae обладает способностью синтезировать фолиевую кислоту.

    10.1371/журнал.pgen.1005783.s006

    (PDF)

    Благодарности

    Мы благодарим Марка Флеминга за полезные комментарии относительно рукописи.

    Вклад авторов

    Задумал и разработал эксперименты: JPFM SVP JND SLS DG GKN JNB CRM. Выполняли опыты: JPFM SVP JND SLS DG GKN AJC RSL. Проанализированы данные: JPFM SVP JND SLS CVF JNB CRM RSL. Предоставленные реагенты/материалы/инструменты для анализа: JPFM SVP JND SLS. Написал статью: JPFM SVP JND SLS DG CVF JNB CRM.

    Каталожные номера

    1. 1.Боттомли С.С. (2006)Врожденные сидеробластные анемии. Текущие гематологические отчеты 5: 41–49. пмид:16537045
    2. 2.
      Camaschella C (2009)Наследственные сидеробластные анемии: патофизиология, диагностика и лечение. Семинары по гематологии 46: 371–377. пмид:19786205
    3. 3.
      Cazzola M, Invernizzi R (2011) Кольцевые сидеробласты и сидеробластные анемии. Гематология 96: 789–792. пмид:21632840
    4. 4.
      Dailey HA, Meissner PN (2013)Биосинтез эритроидного гема и его нарушения.Перспективы Колд-Спринг-Харбор в медицине 3: a011676. пмид:23471474
    5. 5.
      Iolascon A, De Falco L, Beaumont C (2009)Молекулярная основа наследственной микроцитарной анемии из-за дефектов в приобретении железа или синтезе гема. Гематология 94: 395–408. пмид:1

      81
    6. 6.
      Гернси Д.Л., Цзян Х., Кампанья Д.Р., Эванс С.К., Фергюсон М. и соавт. (2009)Мутации в гене семейства митохондриальных носителей SLC25A38 вызывают несиндромальную аутосомно-рецессивную врожденную сидеробластную анемию.Генетика природы 41: 651–653. пмид:1

      78

    7. 7.
      Prades E, Chambon C, Dailey TA, Dailey HA, Briere J, et al. (1995)Новая мутация гена ALAS2 в большой семье с сцепленной с Х-хромосомой сидеробластной анемией. Генетика человека 95: 424–428. пмид:7705839
    8. 8.
      Cotter PD, Rucknagel DL, Bishop DF (1994)Х-связанная сидеробластная анемия: идентификация мутации в эритроид-специфическом гене дельта-аминолевулинатсинтазы (ALAS2) в исходном семействе, описанном Cooley.Кровь 84: 3915–3924. пмид:7

      8

    9. 9.
      Канненгиссер С., Санчес М., Суини М., Хетет Г., Керр Б. и др. (2011) Варианты Missense SLC25A38 играют важную роль в аутосомно-рецессивной наследственной сидеробластной анемии. Гематология 96: 808–813. пмид:213

    10. 10.
      Fleming MD (2011)Врожденные сидеробластные анемии: железо и гем теряются при митохондриальной трансляции. Гематология / Образовательная программа Американского общества гематологов Образовательная программа Американского общества гематологов 2011: 525–531.пмид:22160084
    11. 11.
      Telfer P, Coen PG, Christou S, Hadjigavriel M, Kolnakou A, et al. (2006)Выживаемость пациентов с талассемией, получавших медикаментозное лечение, на Кипре. Тенденции и факторы риска за период 1980–2004 гг. Гематологика 91: 1187–1192. пмид:16956817
    12. 12.
      Dubourg L, Laurain C, Ranchin B, Pondarre C, Hadj-Aissa A, et al. (2012) Деферазирокс-индуцированная почечная недостаточность у детей: растущая проблема педиатров. Детская нефрология 27: 2115–2122.пмид:22527533
    13. 13.
      Аллен Дж. П., Страмер С. Л., Карнейро-Пройетти А. Б., Мартинс М. Л., Лопес да Силва С. Н. и др. (2009) Инфекционные заболевания, передающиеся при переливании крови. Биологические препараты: журнал Международной ассоциации биологической стандартизации 37: 71–77.
    14. 14.
      Gutierrez-Aguilar M, Baines CP (2013)Физиологическая и патологическая роль митохондриальных носителей SLC25. Биохимический журнал 454: 371–386. пмид:23988125
    15. 15.
      McNeil JB, Bognar AL, Pearlman RE (1996) Анализ in vivo коферментов фолиевой кислоты и их компартментации в Saccharomyces cerevisiae.Генетика 142: 371–381. пмид:8852837
    16. 16.
      Депент Ф., Брюс В.Р., Шангари Н., Мехта Р., О’Брайен П.Дж. (2006) Митохондриальная функция и токсичность: роль витаминов группы В в путях одноуглеродного переноса. Химико-биологические взаимодействия 163: 113–132. пмид:16814759
    17. 17.
      Locasale JW (2013) Серин, глицин и одноуглеродные единицы: метаболизм рака в полном цикле. Обзоры природы Рак 13: 572–583. пмид:23822983
    18. 18.
      Тиббетс А.С., Эплинг Д.Р. (2010)Компартментализация одноуглеродного метаболизма млекопитающих, опосредованного фолиевой кислотой.Ежегодный обзор питания 30: 57–81. пмид:20645850
    19. 19.
      Wang W, Wu Z, Dai Z, Yang Y, Wang J и др. (2013) Метаболизм глицина у животных и человека: последствия для питания и здоровья. Аминокислоты 45: 463–477. пмид:23615880
    20. 20.
      Kastanos EK, Woldman YY, Appling DR (1997)Роль митохондриальных и цитоплазматических изоферментов серингидроксиметилтрансферазы в синтезе пурина de novo у Saccharomyces cerevisiae. Биохимия 36: 14956–14964. пмид:
    21. 20

    22. 21.Bertrand JY, Kim AD, Violette EP, Stachura DL, Cisson JL, et al. (2007) Окончательный гемопоэз инициируется посредством коммитированного эритромиелоидного предшественника в эмбрионах рыбок данио. Развитие 134: 4147–4156. пмид:17959717
    23. 22.
      Браунли А., Донован А., Пратт С.Дж., Поу Б.Х., Оутс А.С. и др. (1998) Позиционное клонирование гена рыбки данио Сотерн: модель врожденной сидеробластной анемии. Нат Жене 20: 244–250. пмид:9806542
    24. 23.
      Берман Дж., Пейн Э., Холл С. (2012)Рыбка данио как инструмент для изучения кроветворения, заболеваний крови человека и иммунной функции.Достижения в гематологии 2012: 425345. pmid:23082077
    25. 24.
      Shaw GC, Cope JJ, Li L, Corson K, Hersey C, et al. (2006) Митоферрин необходим для усвоения эритроидного железа. Природа 440: 96–100. пмид:16511496
    26. 25.
      Kardon JR, Yien YY, Huston NC, Branco DS, Hildick-Smith GJ, et al. (2015) Митохондриальный ClpX активирует ключевой фермент для биосинтеза гема и эритропоэза. Ячейка 161: 858–867. пмид:25957689
    27. 26.
      Лин Б.Ф., Хуанг Р.Ф., Шейн Б. (1993) Регуляция фолиевой кислоты и одноуглеродного метаболизма в клетках млекопитающих.III. Роль митохондриальной фолилполи-гамма-глутаматсинтетазы. J Biol Chem 268: 21674–21679. пмид:8408020
    28. 27.
      Shin YS, Chan C, Vidal AJ, Brody T, Stokstad EL (1976)Субклеточная локализация гамма-глутамилкарбоксипептидазы и фолатов. Биохим Биофиз Акта 444: 794–801. пмид:186108
    29. 28.
      Маккарти Э.А., Титус С.А., Тейлор С.М., Джексон-Кук С., Моран Р.Г. (2004)Мутация, инактивирующая переносчик фолата внутренней мембраны митохондрий, создает потребность в глицине для выживания клеток китайского хомяка.J Biol Chem 279: 33829–33836. пмид:15140890
    30. 29.
      Пфенднер В., Пайзер Л.И. (1980) Метаболизм серина и глицина в мутантных линиях клеток яичников китайского хомячка. Arch Biochem Biophys 200: 503–512. пмид:6776895
    31. 30.
      McBurney MW, Whitmore GF (1974)Выделение и биохимическая характеристика фолат-дефицитных мутантов клеток китайского хомячка. Ячейка 2: 173–182. пмид:4547236
    32. 31.
      Taylor RT, Hanna ML (1982)Фолатозависимые ферменты в культивируемых клетках яичника китайского хомяка: нарушение активности митохондриальной серингидроксиметилтрансферазы в двух дополнительных классах комплементации глицин-ауксотроф.Arch Biochem Biophys 217: 609–623. пмид:7138028
    33. 32.
      Stover PJ, Field MS (2011)Торговля внутриклеточными фолатами. Ад Нутр 2: 325–331. пмид:22332074
    34. 33.
      Wu C, Macleod I, Su AI (2013) BioGPS и MyGene.info: организация онлайн-информации, ориентированной на гены. Исследование нуклеиновых кислот 41: D561–565. пмид:23175613
    35. 34.
      Ву С., Ороско С., Бойер Дж., Леглиз М., Гудейл Дж. и др. (2009) BioGPS: расширяемый и настраиваемый портал для запросов и организации ресурсов аннотаций генов.Биология генома 10: R130. пмид:192
    36. 35.
      Edgar AJ (2005) Мыши имеют транскрибированный ген L-треонинальдолазы/GLY1, но человеческий ген GLY1 представляет собой необработанный псевдоген. BMC Genomics 6: 32. pmid:15757516
    37. 36.
      Edgar AJ (2002) Ген L-треонин-3-дегидрогеназы человека представляет собой экспрессированный псевдоген. Генетика BMC 3: 18. pmid:12361482
    38. 37.
      Ma Y, Wu M, Li D, Li XQ, Li P и др. (2012)Токсичность селенита для эмбрионального развития у рыбок данио (Danio rerio) и профилактика с помощью фолиевой кислоты.Food Chem Toxicol 50: 2854–2863. пмид:22583652
    39. 38.
      Thisse C, Thisse B (2008)Гибридизация in situ высокого разрешения с эмбрионами рыбок данио целиком. Протоколы природы 3: 59–69. пмид:181

    40. 39.
      Ковассин Л., Амиго Д.Д., Судзуки К., Теплюк В., Штраубхаар Дж. и соавт. (2006)Глобальный анализ экспрессии гематопоэтических и эндотелиальных генов сосудов с помощью профилирования тканеспецифических микрочипов у рыбок данио. Биология развития 299: 551–562. пмид: 16999953

    От медсестры к пациенту: лечение анемии восстанавливает силы, надежда

    Мэри Уайт работала медсестрой интенсивной терапии в больницах и клиниках Университета Айовы почти 30 лет, но большую часть 21-го века она провела в качестве пациента, ищущего лечение, чтобы помочь ее проблемы с пищеварением.

    Ее проблемы со здоровьем начались примерно через пять лет после того, как ей сделали операцию по поводу язвы двенадцатиперстной кишки (язва, которая образуется в первой части тонкой кишки, рядом с желудком).

    «У меня были приступы плохого самочувствия в течение четырех или пяти дней и много рвоты — просто огромные груды непереваренной пищи», — говорит Уайт.

    В то время она также боролась с депрессией и беспокойством. «Я ничего не делал с проблемами пищеварения. Я только начала принимать ибупрофен», — говорит она.

    У нее развилось желудочное кровотечение, которое она связывает с ибупрофеном, и она обратилась за медицинской помощью.

    «За эти годы у меня было около 50 эндоскопий, — говорит она. «Никто не знал, что случилось, и никто не мог предложить никакой помощи».

    В конце концов, Уайта направили к Йегудит (Джудит) Ассулин-Даян, доктору медицины, гастроэнтерологу в больницах и клиниках UI. Ассулин-Даян заподозрил гастропарез — состояние, при котором мышцы желудка теряют способность продвигать пищу по пищеварительному тракту.Уайт прошел исследование опорожнения желудка; она ела яйца с небольшим количеством радиоактивного материала, и сканер, обнаруживающий движение радиоактивного материала, использовался, чтобы выяснить, куда делась еда.

    «Мой никуда не делся», — говорит Уайт.

    Ее состояние было настолько тяжелым, что ей сделали операцию по удалению 70 процентов желудка, процедура, называемая обходным желудочным анастомозом по Ру. Процедура включает создание небольшого мешочка из желудка и присоединение его непосредственно к тонкой кишке, минуя большую часть желудка и двенадцатиперстной кишки (где у Уайта была язва).

    После процедуры у Уайт снова начались боли, и она снова начала принимать ибупрофен с тем же результатом, что и раньше: у нее снова началась рвота кровью. Ее гемоглобин — белок в красных кровяных тельцах, который переносит кислород из легких в остальную часть тела — упал до 3. Нормальный гемоглобин для взрослой женщины составляет 12 или выше.

    «Как только я достиг такого низкого уровня, я уже никогда не смог встать на ноги», — говорит Уайт. Ее несколько раз госпитализировали, но в других случаях она просто оставалась дома, не в силах есть и слишком слабая, чтобы делать что-либо еще.

    Ассулин-Даян направила Уайт в клинику лечения анемии UI, где Брук Орхус, PA-C, работала с Уайт над созданием эффективного плана лечения ее анемии и связанных с ней проблем.

    «Нарушение всасывания железа и других питательных веществ является частым побочным эффектом процедуры Roux-en-Y, поскольку она не затрагивает ту часть тонкой кишки, где большинство питательных веществ всасывается в организм», — говорит Орхус.

    Уайт не могла переносить пероральные препараты железа, поэтому каждые три-шесть месяцев ей делают внутривенные вливания железа.После одной инфузии уровень гемоглобина у нее поднялся до 7, а после второй инфузии до 12.

    «Я хожу несколько недель со всей этой энергией, о которой я даже не подозревал, — говорит Уайт. «Железо заставило все остальное в моем теле производить. Это просто удивительная разница».

    «Мы все еще пытаемся установить ее тенденцию, но мы думаем, что нашли ее баланс», — сказал Орхус. «Это будет пожизненное партнерство, чтобы ее система работала как можно лучше».

    В дополнение к настоям железа, Уайт принимает витамины и использует горячий душ, грелки и чай с мятой, чтобы облегчить боль.

    «Я сделала все максимально целостным, — говорит она. «Я ем шесть раз в день небольшими порциями и набрала вес, чему очень рада».

    Она также в восторге от Орхуса и лечения, которое она получила в Клинике лечения анемии.

    «Ко мне относятся с достоинством, добротой и уважением. Это именно то, что я хотел бы для члена семьи, и именно так я ухаживал за больным — лучший уход, в меру своих возможностей и с добротой», — говорит Уайт. «Брук заботится обо мне так, как я бы заботилась о ком-то.

    О клинике лечения анемии

    Клиника UI Anemia Management Clinic предлагает комплексную диагностику и терапию для лечения анемии при плановых операциях, беременности и хронических заболеваниях. Клиника, расположенная на берегу реки Айова в Коралвилле, открыта с 8:00 до 17:00. С понедельника по пятницу.

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.