Окислительная модификация нуклеиновых кислот. Повреждение ДНК.

Окислительное повреждение ДНК является одним из самых критических последствий окислительного стресса. Показано, что окислительные повреждения ДНК непосредственно связаны с повышенным риском мутагенеза, канцерогенеза, старения и патогенезом болезней пожилого возраста. Именно нарушения в хранении и реализации генетического материала связывают с развитием ряда заболеваний, таких как неиродегенеративные и ряд онкологических заболеваний.

Основными продуктами окислительного повреждения ДНК являются пиримидиновые димеры, ДНК-белковые сшивки, однонитевые разрывы ДНК, формамидопиримидиновые производные пуринов. Наиболее чувствительными к воздействию АФК в составе ДНК являются основания – гуанин, тимины, цитозины, аденин и деоксирибозный остаток. Известно более 200 типов окисленных оснований ДНК. ДНК в структуре хроматина защищена гистонами от воздействия свободных радикалов. Поэтому нуклеотиды в нуклеотидном пуле, в большей степени подвержены эндогенному повреждению и образованию АФК, чем ДНК. Затем поврежденный нуклеотид может быть встроен при репликации и системами репарации в ДНК, что приведет к трансверсии оснований в ДНК и появлению в ее составе 8-оксогунина.

8-оксогунин (8-оксо-7,8-дигидро- 2’-дезоксигуанозин, 8-ОГ) - один из самых опасных мутагенов, является одним из основных окислительных биомаркеров повреждения ДНК и может приводить к G T трансверсии эукариотический и прокариотических клетках, что может привести к точечному мутагенезу, нарушениям репликации и транскрипции и генетическим изменениям в организме. Известно, что 8-ОГ приводит к мутагенезу, канцерогенезу, и старению. В настоящее время показаны следующие свойства этого окисленного основания:

1) при включении в ДНК обладает неоднозначными кодирующими свойствами;

2) способен включаться в РНК;

3)оказывает влияние на клетки за счет связывания с ГТФ-зависимыми регуляторными белками.

Таким образом, окислительный стресс возникает, когда клетки не способны в достаточной степени регулировать уровень АФК и не в состоянии адекватно удалить или заменить окисленные макромолекулы.

Антиоксидантная и прооксидантная системы организма\

Окислительный стресс – это нарушение сбалансированности антиоксидантной и прооксидантной системы

АФК in vivo образуются при воспалении лейкоцитами с помощью мембраносвязанной NADPH-оксидазы, миелопероксидазой нейтрофилов, эозинофильной пероксидазой и NO-синтетазой. СР образуются в дыхательной цепи митохондрий (МТХ) в монаминооксидаз- ной реакции, протекающей на внешней митохондриальной мембране, в реакциях микросомального окисления с участием цитохрома Р-450. Интенсивность генерации АФК зависит от степени восстановления молекулы О₂ до воды в митохондриях. Все вместе эти процессы образуют прооксидантную систему организма.

Ответом на чрезмерное образование АФК является активизация антиоксидантной система (АОС) организма.Для нейтрализации избыточного количества АФК в клетках имеется многофункциональная многокомпонентная система антиоксидантной защиты в виде разнообразных перехватчиков АФК, а также ферментных систем нейтрализации радикалов.

Эти системы, на первый взгляд, строго противоположны друг другу, но на самом деле между ними имеется тесная взаимосвязь и рассматрививать их необходимо вместе. Прежде чем это сделать необходимо вернуться к началу нашего повествования – редокс-статусу клетки. Исторически термин редокс-состояние (redox-state) используется для описания соотношения взаимоконвертируемой окисленной и восстановленной формы специфической редокс-пары. Для ситуаций, в которых требуется описание сложных систем, коей и является живая клетка, предложено использовать термин «редокс-окружение» (redox environment). Редокс-окружение, образуемое взаимосвязанными редокс-парами в биологических жидкостях, органеллах, клетках или тканях, определяется суммированием восстановительного потенциала и восстановительной емкостью этих редокс-пар.