Роль каспаз в структурно-функциональных изменениях после пренатальной гипоксии

Есть основания полагать, что причины изменения общей плотности расположения клеток и изменения клеточного состава в ткани мозга животных после действия пренатальной гипоксии связаны скорее с усилением элиминации избыточного клеточного материала, вызванного нарушением миграции нейробластов в период эмбриогенеза, нежели с гибелью клеток от непосредственного действия гипоксии. Полученные нами данные свидетельствуют о повышении экспрессии и активности каспазы-3, а также об увеличении количества нейронов с повышенной экспрессией проапоптотических белков (Р53 и каспаза-3) в кортикальных отделах мозга крыс, перенесших пренатальную гипоксию, что можно интерпретировать в пользу гибели клеток по механизму каспазозависимого апоптоза. Молекулярные механизмы апоптоза весьма сложны и не полностью изучены, однако известно, что каспазозависимый апоптоз характеризуется наличием нескольких вариантов путей определения судьбы клеток и инициации их гибели, при этом общие терминальные этапы связаны с усилительным каскадом активации каспаз, центральными компонентами которого являются каспаза-9 и каспаза-3. Активированные каспазы оказывают влияние на многие белки в цитоплазме клетки, включая клеточные протеазы, вызывающие деградацию структурных и регуляторных белков на завершающих стадиях апоптоза. Имеются данные о том, что каспазы-9 и -8 также активируются при гипоксии и ишемии мозга. Считается, что повышение активности каспаз (прежде всего каспазы-3) в пре- и постсинаптических терминалях приводит к протеолизу многих синапс-ассоциированных белков и нарушению регуляции работы межнейронных контактов, причем мишенями для каспаз могут являться белки цитоскелета, рецепторы и регуляторные белки. Нарушение функций межнейронных контактов, в том числе аксо-шипиковых, наблюдаемое при различных патологиях, например при БA, также связывают с активацией каспаз при запуске апоптоза нейронов, вызванного накоплением Aβ. Такая концепция позволяет рассматривать возможность компенсации патологии, используя различные ингибиторы каспаз. Следует упомянуть, что описано немало случаев повышения содержания проапоптотических белков и активности касиаз без гибели клеток, что подтверждает их неапоптотические функции. Хотя избыточная активация касиаз в период эмбриогенеза приводит к комплексному нарушению формирования головного мозга, экспериментально вызванное снижение активности каспазы-3 у взрослых животных приводит к снижению способности к обучению. Предполагается, что изменение активности каспазы-3 влияет на синаптическую пластичность, поэтому ее снижение может сопровождаться когнитивными дисфункциями. Полученные нами предварительные данные показали, что системы регуляции экспрессии активной формы каспазы-3 в раннем постнатальном онтогенезе различаются у животных с нормальным эмбриональным развитием и перенесших пренатальную гипоксию. Было показано, что i.v. введение ингибиторов каспазы-3 (Z-DEVD-FMK или Ac-DEVD-CHO) на 18-25-е сутки после рождения изменяет активность этого фермента в кортикальных структурах головного мозга в течение первых трех суток после инъекции. При этом через 1-3 суток после инъекции у животных, перенесших пренатальную гипоксию и характеризующихся повышенным уровнем каспаз, активность каспазы-3 снижается до уровня контрольных животных. Примечательно, что у контрольных животных активность каспазы-3, напротив, увеличивается за счет компенсаторного повышения экспрессии активной формы этого фермента. Через месяц после инъекции ингибиторов экспрессия и активность каспазы-3 возвращается к исходным значениям, присущим каждой из исследованных групп.