Дисциплина Экспериментальная патобиохимия клетки

RAGE (рецептор конечных продуктов гликирования) был идентифицирован в 1992 году из легких крупного рогатого скота как белок, связывающий AGE дозозависимым образом (Wautier et al., 1994 ). У RAGE есть много лигандов, которые увеличиваются с возрастом, даже за пределами AGE, и это макромолекула клеточной поверхности. RAGE содержит внеклеточные домены, состоящие из одного домена V (вариабельного) типа и двух иммуноглобулиноподобных доменов C (константного) типа (C1 и C2); за ними следует одна трансмембранная спираль (Koch et al., 2010 ) и цитоплазматический домен, который важен для передачи сигнала (Xue et al., 2014).). RAGE связывает разнообразную группу лигандов, включая AGE, по крайней мере, некоторых членов S100 / калгранулинов, высокоподвижную группу Box-1 (HMGB1), Mac-1 и пептид-амилоид-β, особенно его олигомерные формы (Herold et al. , 2007 ).

Механизмы, с помощью которых AGEs могут изменять сосудистую сеть и увеличивать артериальную жесткость, включают образование воспаления (Chavakis et al., 2004 ) и окислительный стресс (Tan et al., 2007 ). Кроме того, связывание AGE с RAGE на поверхности эндотелиальных клеток может приводить к стимуляции НАДФН-оксидазы, тем самым увеличивая продукцию активных форм кислорода (ROS) (Wautier et al., 2001 ). Дополнительные механизмы, такие как митохондриальный стресс, могут еще больше увеличить производство АФК (Rubattu et al., 2013 ; Li et al., 2014 ; Montezano and Touyz, 2014).). Предыдущие исследования предположили, что одним из механизмов, посредством которого AGE / RAGE способствует эндотелиальной дисфункции, является регуляция продукции и экспрессии фактора некроза опухоли (TNF) -α. Ядерный фактор фактора транскрипции-κB (NF-κB), запускаемый воспалением и ROS, играет ключевую роль в экспрессии цитокинов и медиаторов воспаления, тем самым усугубляя микроваскулопатию и опосредуя патологические изменения в экспрессии генов, по крайней мере, частично через лиганд RAGE. Взаимодействие с RAGE и активация передачи клеточного сигнала (Gao et al., 2008 ; Kay et al., 2016 ).

Доказательства опосредованного RAGE возмущения in vivo также были продемонстрированы. Диабетические мыши с дефицитом аполипопротеина E ( ApoE ), которые также лишены Ager (ген, кодирующий RAGE), демонстрируют сниженный атеросклероз и более низкую экспрессию молекулы адгезии сосудистых клеток (VCAM) -1 и тканевого фактора (Kislinger et al., 2001 ). AGE также индуцируют экспрессию фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) в эндотелиальных клетках микрососудов (Yamagishi et al., 1997), что может иметь последствия, например, для диабетической сетчатки. В дополнение к обсуждавшимся выше хроническим состояниям образования AGE, таким как старение, диабет и хронические воспалительные состояния, исследования показали, что AGE также могут быстро образовываться в условиях острого стресса. Например, эндотелиальные клетки, подвергнутые гипоксии in vitro, высвобождают AGE в течение нескольких минут после воздействия пониженных уровней кислорода (Chang et al., 2008 ). Эти соображения указывают на важность определения средств для блокирования взаимодействий AGE-RAGE в сосудистой сети.

В исследованиях на животных лечение растворимым RAGE (sRAGE), растворимыми внеклеточными доменами RAGE, которые секвестрируют AGE и лиганды RAGE, тем самым блокируя их взаимодействие с RAGE, продемонстрировало значительное уменьшение площади атеросклеротического поражения (Park et al., 1998 ) в способом, не зависящим от изменений уровня липидов или глюкозы. В других исследованиях лечение sRAGE на грызунах значительно уменьшало гиперпроницаемость сосудов при диабете (Schmidt et al., 1999 ).

Халлам и его коллеги продемонстрировали, что у 24-месячных крыс Fischer 344 наблюдается более высокая экспрессия RAGE в сосудах в аорте и более высокая экспрессия фермента пути полиола, альдозоредуктазы (AR), который стимулирует метаболические пути, которые увеличивают образование AGE. Связанная со старением сосудистая дисфункция была очевидна у этих крыс из-за нарушения релаксации эндотелия в ответ на ацетилхолин (Hallam et al., 2010 ). Обработка старых крыс Fischer 344 sRAGE улучшала эндотелиально-зависимую релаксацию в ответ на ацетилхолин (Hallam et al., 2010 ). Взятые вместе, эти исследования показывают, что повышенная нагрузка AGE и экспрессия RAGE опосредуют сосудистую дисфункцию и что эти нарушения могут быть подавлены введением антагонистов взаимодействий лиганд-RAGE.in vivo .

Перейти к:

Глиоксалаза 1 (GLO1) и усиление накопления AGE

В дополнение к увеличению количества прямых медиаторов повреждения при старении, защитные механизмы также могут быть ослаблены при старении. (GLO1) способствует регуляции уровней пре-AGE метилглиоксаля (MG) и AGE, производных от MG (Giacco et al., 2014 ). MG, образующийся в основном внутри клеток, является мощным гликирующим агентом (Rabbani and Thornalley, 2014 ).

Опубликованная работа предполагает связь между RAGE и Glo1 . Воздействие высоких уровней глюкозы на культивируемые эндотелиальные клетки увеличивает экспрессию RAGE и различных лигандов RAGE, таких как S100B, AGE и HMGB1; это предотвращалось сверхэкспрессией Glo1 (Brouwers et al., 2011 , 2014 ). Рейнигер и его коллеги показали, что накопление AGE в почках способствует дисфункции почек и что, когда Ager удаляется у мышей с диабетом OVE26, это приводит к снижению патологических и функциональных нарушений в почках, параллельно со снижением уровней MG и более высокими уровнями GLO1 в почках (Reiniger и др., 2010 ). Эти авторы показали, что в Агеренулевой диабет OVE26 почки, уровни MG были ниже, чем у контрольных OVE26 с диабетом дикого типа, несмотря на равные уровни высокого уровня глюкозы. Reiniger с коллегами проследили механизм RAGE-зависимого подавления мРНК Glo1 и активности при диабете (Reiniger et al., 2010 ). Таким образом, активация RAGE может увековечивать накопление AGE, а удаление Ager может оказывать его защиту, по крайней мере частично, за счет подавления Glo1 .

Возможно, что увеличение экспрессии и / или активности GLO1 может замедлить возрастное повреждение, поскольку ускорение гликирования у старых крыс ослаблялось трансгенной (Tg) экспрессией Glo1 у этих животных (Jo-Watanabe et al., 2014 ). Интересно, что тренировка у старых крыс приводила к активации GLO1 с последующим уменьшением образования MG и CML, наряду с более низкой экспрессией RAGE в аорте (Gu et al., 2014 ). В целом агенты, которые увеличивают GLO1 для блокирования образования AGE, могут служить терапевтическими стратегиями для предотвращения осложнений сосудистых заболеваний, при которых накапливаются AGE.

Перейти к:

Ось передачи сигнала RAGE / DIAPH1: связь с сосудистой дисфункцией

RAGE требует своего цитоплазматического домена для передачи сигнала. Hudson и др. Продемонстрировали взаимодействие цитоплазматического домена хвоста RAGE с diaphanous 1 или DIAPH1 млекопитающих (Hudson et al., 2008 ). Цитоплазматический домен или хвост RAGE (ctRAGE) специфически связывается с доменом гомологии 1 (FH1) DIAPH1 (Hudson et al., 2008 ). Формины представляют собой актин-связывающие молекулы, которые вносят вклад в последующие сигналы Rho GTPase (Hudson et al., 2008 ) в клетках, таких как сосудистые клетки, моноциты / макрофаги и трансформированные клетки. Также было показано, что DIAPH1 является эффектором факторов сывороточного ответа (SRF), которые связаны с механизмами регуляции генов и клеточными сигнальными механизмами, такими как AKT и GSK-3beta (Toure et al., 2012).

В SMC, DIAPH1 необходим для индуцированной лигандом RAGE (S100B) транслокации c-Src к плазматической мембране, активации RAC1, генерации ROS и клеточной миграции. RAC1 модулирует актиновый цитоскелет, расположение которого регулирует подвижность клеток и регулирует пути передачи сигналов (Toure et al., 2012). Чтобы проверить взаимодействие RAGE-DIAPH1, Шехтман и его коллеги использовали ЯМР-спектроскопию для идентификации четырех ключевых аминокислот в цитоплазматическом домене RAGE (Q3, R4, R5 и Q6, соответствующих Q364, R365, R366 и Q367 полноразмерного домена). RAGE), которые необходимы для взаимодействия ctRAGE с доменом FH1 DIAPH1. Когда R5 / Q6 были мутированы в остатки аланина и экспрессировались в мышиных SMC, передача сигналов AKT, а также клеточная миграция и пролиферация в ответ на лиганд S100B RAGE, но не на лиганды не-RAGE, были значительно снижены (Rai et al., 2012 ).

Также была продемонстрирована роль DIAPH1 в передаче сигналов RAGE в макрофагах. В макрофагах, лишенных Diaph1 , была предотвращена опосредованная гипоксией активация фактора транскрипции Egr1 , который активирует воспалительные и протромботические медиаторы (Xu et al., 2010 ). Чтобы проверить эти моменты in vivo и роль DIAPH1 в опосредовании эффектов лигандов RAGE, проводятся исследования на животных, страдающих диабетом, старением и сосудистыми нарушениями, чтобы исследовать потенциальное влияние DIAPH1 на сосудистую дисфункцию.

Вместе взятые, появляются обширные доказательства участия AGE и RAGE в патогенезе сосудистых нарушений, которые стимулируют процессы, ведущие к развитию артериальной жесткости, что является предвестником сердечно-сосудистых заболеваний и старения. AGE посредством RAGE стимулируют эндотелиальные клетки для генерации ROS и активации клеточных сигнальных путей, по крайней мере, частично через цитоплазматический домен связывания RAGE с DIAPH1; процессы, которые приводят к активации факторов семенной транскрипции, таких как NF-κB (рис.​(Рисунок 1).1). В дополнение к AGE-RAGE активации эндотелиальных клеток и опосредованию эндотелиальной дисфункции, AGE через RAGE могут также стимулировать макрофаги и другие иммунные клетки, чтобы вызвать миграцию и рекрутирование воспалительных клеток в нагруженные AGE очаги в тканях. Кроме того, исследования показали, что естественный анти-AGE механизм, фермент GLO1, который детоксифицирует пре-AGE виды, подавляется действием RAGE, например, в диабетической почке. Следовательно, активация AGE-RAGE стимулирует петлю прямой связи, в которой взаимодействие AGE-RAGE вызывает сосудистые пертурбации и, параллельно, механизм для сохранения продукции и накопления AGE.

Рис.1 Формирование AGE и механизмы их накопления и патобиологические действия через рецептор передачи сигнала RAGE