Гиалуроновая кислота медико биологическое значение. Гиалуроновая кислота: что это такое и как она работает. Гиалуроновая кислота в эстетической сфере

Гиалуроновая кислота (гиалуронат) – это один из важнейших компонентов внеклеточных структур тканей, вещество, входящее в состав большинства биологических жидкостей и выполняющее целый ряд жизненно необходимых функций в человеческом организме. В теле молодого человека, весящего 70 кг, присутствует около 15 г данного соединения. При этом более трети его запасов ежедневно подвергается преобразованию (синтезируется или расщепляется).

Доказано, что с течением времени концентрация гиалуроновой кислоты в организме снижается. Так, например, в органах и тканях человека, достигшего 50-летнего возраста, присутствует на 30–40 % меньше этого соединения, чем в теле 17-летнего подростка. По этой причине современные диетологи рекомендуют каждому человеку, достигшему возраста 33–35 лет, увеличивать поступление этого вещества извне, то есть с пищевыми продуктами.

Впервые гиалуронат был выделен учеными К. Мейером и Д. Палмером из стекловидного тела коровьего глаза в 1934 году. Химическая структура этого соединения была определена значительно позже – во второй половине минувшего века. Что же касается медико-биологических свойств гиалуроновой кислоты, то их изучение продолжается до сих пор.

Биологические функции гиалуроната

Гиалуроновая кислота – это жизненно необходимое человеку вещество, выполняющее широкий спектр биохимических функций. На сегодняшний день доказано, что указанное соединение:

является важнейшим составным компонентом эпителиальных, соединительных и нервных тканей, биологических жидкостей;
повышает интенсивность натриевого, калиевого, магниевого обмена в клетках;
поддерживает оптимальный жидкостный баланс во всех тканях человеческого тела;
предотвращает преждевременное старение;
ускоряет процессы регенерации за счет активизации секретирующей способности фибробластов (клеток, из которых состоят соединительные ткани);
ускоряет процессы сращивания костных тканей при переломах и других повреждениях;
придает вязкую консистенцию синовиальной жидкости;
создает оптимальные условия для пролиферации (деления) и миграции клеток;
улучшает микроциркуляцию крови;
повышает скорость транспортировки полезных веществ по организму;
защищает органы и ткани от травмирования при сдавливании;
обеспечивает защиту кожных покровов от негативного действия прямых солнечных лучей;
стимулирует процессы, отвечающие за синтез эластина и коллагена;
оказывает выраженное противовоспалительное действие;
входит в число компонентов, из которых состоят суставные хрящи, обеспечивает их нормальное функционирование;
устраняет последствия внутренней интоксикации;
защищает организм от микробов (активизирует бактерицидные факторы на раневой поверхности и на кожных покровах);
изменяет активность лимфоцитов, укрепляя тем самым иммунитет человека;
является антиоксидантом;
способствует удалению из организма погибших клеточных структур и продуктов жизнедеятельности клеток;
предотвращает развитие целого ряда офтальмологических заболеваний, является структурным элементом стекловидного тела человеческого глаза и входит в состав других элементов зрительного аппарата, способствует прохождению световых лучей к глазной сетчатке, не допуская при этом их искажения;
препятствует появлению нарушений в работе суставов;
является модулятором контуров лица и тела;
обладает способностью удерживать влагу в кожных покровах, придает коже упругость, повышает ее устойчивость к влиянию неблагоприятных факторов и препятствует появлению возрастных и мимических морщин;
оказывает благотворное влияние на работу репродуктивной системы;
участвует в процессах внутриутробного развития и роста плода во время беременности.

Стоит отметить, что указанное соединение играет значимую роль и в процессе оплодотворения яйцеклетки. В норме ооцит, вышедший в периоде овуляции из яичника, покрыт двумя защитными оболочками (zona pellucida и corona radiata), содержащими большое количество гиалуроната. Оплодотворение его возможно только в том случае, если целостность этих оболочек не нарушена. При разрушении защитных слоев яйцеклетка теряет способность к оплодотворению сперматозоидами и погибает. Другими словами, недостаточное поступление гиалуроната в организм может стать причиной женского бесплодия.

В каких продуктах содержится гиалуроновая кислота?

В молодости организм человека способен синтезировать гиалуроновую кислоту и самостоятельно удовлетворять свою потребность в этом веществе. Однако с возрастом выработка данного соединения снижается, а его дефицит начинает оказывать отрицательное влияние на состояние кожи, суставов, на работу внутренних органов и систем. Одним из способов устранения неприятной симптоматики, сопровождающей нехватку гиалуроната, является включение в меню продуктов, богатых этим веществом или соединениями, стимулирующими его выработку.

Основным пищевым источником гиалуроновой кислоты считаются мясные продукты. При этом наибольшее количество этого вещества присутствует в тех сортах мяса (и блюдах, приготовленных на их основе), которые содержат достаточное количество суставов, сухожилий, хрящей и кожи. Так, например, восполнить утраченные запасы гиалуроната можно, регулярно включая в меню:

наваристые мясные бульоны;
отварное или тушеное мясо на кости;
холодец, приготовленный на основе индейки, свинины, курицы или говядины;
любые блюда, содержащие желатин (желе, мармелад, зефир и пр.).

Стоит отметить, что богатым источником гиалуроновой кислоты является и растительная пища. В частности, повышенные концентрации этого вещества были обнаружены в бобах сои, соевом молоке и овощах, содержащих большое количество крахмала. В конце XX века вещества, стимулирующие выработку гиалуроната, были обнаружены в кожице красного винограда. В результате в число растительных продуктов, позволяющих восполнить запасы этого уникального соединения в теле человека, были включены красные вина и натуральный виноградный сок.

Значительное количество гиалуроновой кислоты содержится и в некоторых лекарственных травах. В частности, богатым источником этого вещества признаны листья и плоды репейника, которые используют для приготовления полезных и вкусных травяных чаев.

Какие факторы влияют на синтез и усвоение гиалуроната в организме?

Существует несколько факторов, способных оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на процессы выработки и усвоения гиалуроновой кислоты. Так, например, синтез этого соединения и его усвояемость значительно повышаются при одновременном употреблении продуктов, обогащенных аскорбиновой кислотой и рутином. По этой причине диетологи рекомендуют лицам, страдающим от недостатка гиалуроновой кислоты, как можно чаще включать в свой рацион следующие продукты и блюда:

зеленый чай;
цитрусовые фрукты (лучше всего – грейпфруты, апельсины и лимоны);
рябину;
некоторые ягоды (ежевику, черную смородину, малину);
грецкие орехи;
абрикосы;
черешню;
зелень (петрушку, кинзу, укроп);
все разновидности капусты;
листовой салат;
шиповник и приготовленные на его основе настои;
томаты.

Одновременно с этим существуют факторы, которые могут существенно замедлять процессы выработки и всасывания гиалуроновой кислоты. Именно они и являются основными причинами развития дефицита этого вещества в организме.

Недостаток гиалуроновой кислоты и его последствия

Основными причинами формирования дефицита гиалуроновой кислоты в организме становятся:

курение;
злоупотребление спиртными напитками, имеющими повышенную крепость, употребление красного вина в дозах, превышающих допустимые (более 140 мл в течение дня);
недостаточное поступление витамина C, рутина и других полезных веществ;
чрезмерно долгое пребывание в солярии, под воздействием прямых солнечных лучей, отказ от использования солнцезащитных кремов;
возрастное уменьшение концентрации данного вещества в тканях человеческого тела.

Недостаток этого соединения может повлечь за собой широкий ряд неблагоприятных последствий. В частности, признаками формирования дефицита гиалуроната могут явиться:

ухудшение общего самочувствия, усталость, безразличие к происходящим событиям;
ослабление иммунных сил организма, частое возникновение простудных заболеваний;
обезвоживание, дряблость, чрезмерная сухость кожи;
изменение контуров лица и тела в худшую сторону;
развитие дерматологических заболеваний;
ухудшение зрения и появление других нарушений в работе зрительного аппарата;
раннее появление морщин и иных признаков старения организма;
развитие болезней суставов и возникновение других патологий в работе опорно-двигательного аппарата;
длительное заживление ран, медленное срастание костных тканей при переломах;
появление признаков интоксикации организма;
неспособность зачать ребенка в течение длительного времени;
появление нарушений во внутриутробном развитии плода, замедление его роста.

При обнаружении подобных симптомов необходимо пересмотреть свой рацион и обогатить его продуктами, богатыми гиалуроновой кислотой и веществами, активизирующими ее синтез. Помимо этого, необходимо отказаться от вредных привычек и максимально оградиться от действия факторов, отрицательно сказывающихся на выработке этого незаменимого соединения.

Гиалуроновая кислота – это поистине волшебное вещество, примечательное, в первую очередь, тем, что она вырабатывается непосредственно человеческим организмом. Во многих источниках, например, в Википедии, в различных лабораториях и медицинских центрах и просто в отзывах женщин разного возраста встречаются несхожие друг с другом описания гиалуронки и ее свойств.

Итак, прежде чем разобраться, что такое гиалуроновая кислота, следует заострить внимание на том, из чего состоит человеческий наружный покров. Кожа в медицинском понимании – это защитник от солнечных и ультрафиолетовых лучей, от механических внешних воздействий. Однако не все так просто. Оптимальное ее состояние помогают поддерживать три составляющие внутри кожного покрова:

эластин;
коллаген;
гиалуроновая кислота.

Эластин и коллаген оказывают прямое влияние на подтянутость и упругость кожи и ее глубокого слоя – дермы. Для организма человека значение этих веществ очень велико, но оно было незаметным, если бы не гиалуроновая кислота, которая представляет своего рода водный резервуар, находящийся внутри кожного покрова. Организм человека способен сам синтезировать гиалуронку в нужных количествах из необходимых веществ.

Гиалуроновая кислота намагничивает на себя воду, ее молекулы притягивают влагу и делают кожу чистой, влажной изнутри. Жидкость защищает наружный покров от сухости, от раздражений , сыпей, от пигментных пятен и солнца. В дерме жидкость удерживается в больших количествах благодаря гиалуронке.

Итак, а теперь вернемся к вопросу о том, что это такое – гиалуроновая кислота в организме человека. Это чрезвычайно сложный мукополисахарид . Его структура настолько непроста, что расщепить и выделить отдельные элементы очень трудно. Тем не менее ученые уже нашли способ создавать гиалуроновую кислоту искусственно, как бы копируя человеческую. Состав ее разнообразен – туда входят молекулы и частицы различных веществ и химических соединений. Как следствием этих составляющих выступают великолепные свойства гиалуронки в коже лица.

Однако стоит заметить, что, с медицинской точки зрения, это вещество, которое содержится не только в коже лица. Имеется она и в суставах, в слюне человека, в роговице глаза. Функции там выполняются все те же – максимальное увлажнение соединительных тканей, защита от внешних воздействий, от пересушивания и дефицита воды.

Гиалуроновую кислоту обнаружили в кожном покрове довольно давно – в 1930-х годах . С этого времени ученые постоянно занимались исследованием ее свойств и функций в лабораториях, а также возможностью воссоздать данное вещество искусственным путем . Сейчас во всех рекламах кремов и гелей гиалуроновую кислоту маркетологи преподносят как эликсир молодости, однако, чтобы добиться видимых результатов и улучшения качества кожного покрова, необходимо непременно посещать косметолога, в домашних условиях применение гиалуроновой кислоты может и не вызвать желаемого эффекта.

О чудесных свойствах гиалуронки знает сегодня, наверное, каждая женщина. Помогает гиалуроновая кислота от морщин, от нежелательных трещинок и складок, предотвращает преждевременное старение. Но нужно сказать, что очень действенно для состояния кожи будет уделять больше времени себе – сбалансированно питаться, заниматься спортом, например, плаванием и т. д.

Гиалуронка используется повсеместно в медицинских и косметологических центрах как средство не только омоложения, но и очищения кожи, избавления от ссадин, гематом, прыщей. Дело в том, что данное вещество входит в состав различных сывороток, кремов и гелей. Наряду с этим средством, широко используется и искусственный коллаген, который призван разгладить и подтянуть кожу.

Гиалуронка животного естественного происхождения может проявить у любой женщины массу аллергических реакций, что только ухудшит состояние кожи лица. Куда лучше для косметологического использования подходит гиалуроновая кислота, созданная искусственно, лабораторным методом.

Любой крем, состоящий, например, из коллагена, требуется просто нанести тонким слоем на кожу лица для получения результата. Использование гиалуроновой кислоты основывается на том, что она должна непосредственным образом взаимодействовать с молекулами воды. Гиалуроновая кислота также наносится на кожу одинаковым слоем, но перед нанесением лицо нужно обязательно увлажнить, чтобы гиалуронке было откуда брать влагу и действовать.

Применение гиалуроновой кислоты без предварительного увлажнения может вызвать обратный эффект – повреждение кожи, ее чрезмерную сухость.

Очень действенным способом, который помогает избавиться от морщин и складок, является введение гиалуроновой кислоты инъекционно внутрь под кожу. Так как вещество состоит из сложных структур, его использование на деле не так-то просто. Гиалуроновая кислота в виде уколов предполагает, конечно же, наблюдение врача-косметолога, его полезные советы.

Процедура введения под кожу инъекций проходит довольно болезненно, особенно в первый раз, несмотря на то, что укол делается обычной тонкой иглой. Более того, можно не ждать, что положительный эффект появится сразу же: в течение семи дней гиалуроновая кислота будет оказывать влияние на кожный покров изнутри, а настоящего видимого преображения можно достичь, делая регулярные процедуры у косметолога. Так что в этом случае красота требует не только жертв, но и времени.

Применение

Вопреки распространенному мнению, гиалуронка используется в косметологии не только как омолаживающий эликсир для женщин в возрасте после 40 лет. Вещество отлично проявляет себя и при взаимодействии с молодой кожей – оно удаляет прыщи, точки, пятна, рассасывает синяки, прекращает зуд и шелушения. А также используется гиалуроновая кислота для пластики губ, то есть в эстетической медицине. Такие разнообразные сферы применения гиалуроновой кислоты связаны с происхождением – человеческий организм сам ее синтезирует, именно поэтому она так эффективно воздействует на кожу, ведь оно не является чужеродным веществом для организма.

Итак, гиалуроновая кислота широко применяется в следующих областях:

биоревитализация;
гиалуронопластика;
увеличение губ;
мезатерапия;

Практически все сферы использования гиалуроновой кислоты предполагают уколы внутрь кожного покрова, поэтому выдержать процедуру – задача совсем не из легких. Однако, к примеру, такой способ, проходит без инъекций. Дело в том, что при ней крем или гель, содержащий гиалуроновую кислоту, наносится равномерно на лицо, а затем на нее воздействует ультразвук, который неминуемо вгоняет вещество в поры кожи, таким образом, уколы в этом случае не нужны.

Все эти указанные области относятся к индустрии косметологии, омоложения и красоты. Однако гиалуроновая кислота используется и в медицине, не относящейся к созданию нового молодого образа, из-за чего спектр ее действия еще больше расширяется.

А также существует и пищевая добавка Гиалурон. Люди, воспользовавшиеся ею, отмечают, что кожа начала преображаться, разглаживаться. Дело в том, что Гиалурон как раз помогает восполнить запасы гиалуроновой кислоты под кожей, которые с возрастом начинают неминуемо уменьшаться.

Итак, так как кислота гиалуроновая в естественной среде находится в суставах человека, роговице глаза, в соединительных тканях под кожным покровом, то она эффективно может быть использована в травматологии, офтальмологии, в лечении суставов и всего опорно-двигательного аппарата.

Также существует и пищевая добавка Гиалурон. Люди, воспользовавшиеся Гиалуроном, отмечают, что кожа начала преображаться, разглаживаться. Дело в том, что Гиалурон как раз помогает восполнить запасы гиалуроновой кислоты под кожей, которые с возрастом начинают неминуемо уменьшаться.

Виды вещества

Существует три фракции, или типа согласно молекулярному строю. Они по-разному воздействуют на организм и кожу человека, поэтому очень важно подобрать для каждого из нарушений подходящую гиалуроновую кислоту.

Итак, три фракции вещества выглядят следующим образом:

низкомолекулярная;
среднемолекулярная;
высокомолекулярная.

Первая призвана использоваться в случаях различных ожогов, сильных сыпей, псориаза, она действует на кожу рассасывающим образом.

Среднемолекулярная предотвращает миграции клеток, благодаря чему используется в основном в офтальмологии.

Наконец, третья фракция гиалуронки способна удерживать и притягивать огромное количество молекул воды. Следовательно, ее возможности очень велики и эффективны в плане воздействия на внешний покров человека. Именно эта фракция разглаживает кожу, уничтожает постепенно морщины и трещины, которые появляются при старении и замедлении процессов, происходящих в дерме. При ее использовании кожа заметно улучшает свой вид, становится чистой, приобретает здоровый блеск, делается постоянно увлажненной изнутри. Постоянное присутствие влаги дает свои плоды – появляется гладкость, проходит шелушение, кожные покровы никогда не бывают сухими при регулярных косметологических процедурах.

Эффект от применения

Гиалуроновая кислота – это настоящий источник молодости кожи. Тем не менее не следует ожидать, что при первом же нанесении геля или крема лицо преобразится до неузнаваемости. В этом деле нужно терпение и выдержка, частые сеансы у косметолога, покупка различных препаратов, содержащих гиалуронку.

А также стоит заметить, что все процессы, происходящие под кожей, для каждого человека уникальны, поэтому действие гиалуроновой кислоты носит индивидуальный характер. В данном случае основываться на отзывах других женщин можно только для ознакомления, необязательно переносить все на себя. Каждый человек воспринимает и чувствует препарат по-разному, строго индивидуально.

Тем не менее эстетическая медицина выделяет несколько положительных эффектов, которые в любом случае проявят себя при регулярных применениях гиалуроновой кислоты:

постоянная увлажненность, отсутствие сухости;
ровный кожный рельеф, уничтожение бороздок, трещин;
будет возвращен естественный цвет, поскольку одним из следствий использования гиалуроновой кислоты является уничтожение пигментных пятен;
лицо будет, без сомнения, подтягиваться, соответственно, морщины уберутся, возвратится былая упругость;
происходит очищение дермы изнутри, следовательно, минимален риск высыпаний, прыщей.

Как уже было сказано, гиалуроновая кислота содержится во многих сыворотках, кремах российских и иностранных производителей. Перед применением любого препарата обязательно рекомендуется прочесть внимательно инструкцию. Многие кремы, содержащие гиалуроновую кислоту, подразделяются на дневные и ночные. Это неспроста, поэтому для достижения эффекта желательно следовать рекомендациям производителей.

Регулярность нанесения крема или сыворотки на кожу зависит от всевозможных факторов, в том числе от возраста женщины или от степени проблем с кожей. Переусердствовать в этом плане тоже нельзя, поскольку это может отрицательно сказаться на состоянии наружного покрова. Лучше всего записываться на прием к косметологам и получать советы из их уст, поскольку использование препаратов во многих случаях носит индивидуальный характер.

Видео

Поделитесь записью

Гиалуронан представляет собой гликозаминогликан, который образует во внеклеточном матриксе огромные комплексы с протеогликанами. Особенно в большом количестве эти комплексы присутствуют в хрящевой ткани, где гиалуронан посредством линкерного белка связывается с протеогликаном агреканом

Гиалуронан несет сильный отрицательный заряд и поэтому во внеклеточном пространстве связывается с катионами и с молекулами воды. Это приводит к увеличению жесткости внеклеточного матрикса и создает между клетками водяную подушку, которая гасит силы сжатия

Гиалуронан состоит из повторяющихся единиц дисахаридов, связанных в длинные цепи

В отличие от других гликозаминогликанов, гиалуронановые цепи синтезируются на цитозольной поверхности плазматической мембраны и затем выходят из клетки

Клетки связываются с гиалуронанами с участием семейства рецепторов, известных под названием гиаладгерины, которые инициируют сигнальные процессы, контролирующие миграцию клеток и сборку цитоскелета

Гиалуронан (ГК), также известный под названием гиалуроновая кислота или гиалуронат, представляет собой глюкозаминогликан (ГАГ). В отличие от других гликозаминогликанов (ГАГ), связанных с внеклеточном матриксом, гиалуронан не связан ковалентной связью с протеогликанами сердцевинных белков, а образует очень большие комплексы с секретируемыми протеогликанами.

К числу таких наиболее важных комплексов относятся комплексы, присутствующие в хрящевой ткани, где молекулы ГК , секретируемые хондроцитами (хрящеобразующие клетки), связываются примерно со 100 копиями протеоглика-на агрекана. Агрекановые сердцевинные белки через небольшой линкерный белок связываются с одной молекулой ГК через 40-нм интервалы. Такие комплексы в длину могут достигать более 4 мм и обладать мол массой, превышающей 2 х 108 дальтон. Таким образом, с участием ГК во внеклеточном матриксе хрящевой ткани создаются большие гидратированные пространства.

Эти пространства играют особенно важную роль в тканях с низкой плотностью кровеносных сосудов, поскольку они обеспечивают диффузию питательных компонентов и выведение продуктов обмена из внеклеточного пространства.

Гиалуроновая кислота (ГК) обладают очень простой структурой. Подобно всем ГАГ, они являются линейными полимерами одного из дисахаридов, глюкуроновой кислоты, связанной с N-ацетилглюкозамином посредством (3 (1-3) связи. Как показано на рисунке ниже, молекулы ГК содержат в среднем 10 000 (и до 50 000 этих дисахаридов, связанных b(1-4) связью. Поскольку дисахариды несут отрицательный заряд, они связывают катионы и молекулы воды.

Подобно протеогликанам , ГК увеличивают жесткость внеклеточного матрикса и служат в качестве смазки в таких соединительнотканных структурах, как . Гидратированные молекулы ГК также образуют между клетками водяную подушку, которая позволяет тканям гасить силы сжатия.

CD44 образует гомодимеры или гетеродимеры с рецепторами Erb2.
Эти комплексы связываются с рядом сигнальных молекул,
которые контролируют организацию цитоскелета и экспрессию генов.

Молекулы гиалуроновой кислоты (ГК) гораздо крупнее, чем другие ГАГ. Из-за этого клетки должны расходовать на их формирование большие количества энергии. Подсчитано, что для формирования одной среднего размера цепи ГК, необходимо 50 000 эквивалентов АТФ, 20 000 кофакторов НАД и 10 000 групп ацетил-КоА. Поэтому в большинстве клеток синтез ГК находится под жестким контролем.

Синтез гиалуроновой кислоты (ГК) катализируется трансмембранными ферментами, ГК синтазами, локализованными в плазматической мембране. Эти ферменты несколько необычны в том смысле, что они собирают полимер ГК на цитозольной стороне плазматической мембраны, а затем переносят его через мембрану во внеклеточное пространство. Это принципиально отличается от синтеза других ГАГ, которые образуются в аппарате Гольджи и ковалентно связываются с протеогликанами сердцевинных белков по мере их прохождения по секреторному пути.

Важнейшим способом регуляции синтеза гиалуроновой кислоты (ГК) является изменение экспрессии ферментов, ГК синтаз. Экспрессия этих ферментов индуцируется специфичными для клеток факторами роста. Например, фактор роста фибробластов и интерлейкин-1 являются индукторами экспрессии ферментов в фибробластах, в то время как глюкокортикоиды подавляют экспрессию в этих же клетках. Эпидермальный фактор роста стимулирует экспрессию в кератиноцитах, но не в фибробластах. Секреция ГК контролируется независимо от их синтеза, и это обеспечивает, по крайней мере, два способа контроля уровня ГК в тканях.

Наряду с участием в гидратации тканей, гиалуроновая кислота (ГК) связывается со специфическими поверхностными рецепторами, что приводит к стимуляции внутриклеточных сигнальных путей, контролирующих такие процессы, как миграция клеток. Основным рецептором ГК является CD44, относящийся к семейству белков, называемых гиладгеринами, которые связываются с ГК. К остальным представителям этого семейства относятся протеогликаны (например, версикан, агрекан, бревикан) и линкерный белок, который связывает ГК с агреканом в хрящевой ткани. Множественные формы CD44 образуются при альтернативном сплайсинге транскриптов одного гена, хотя функциональные различия между этими изоформами остаются неясными.

CD44 существует в виде гомодимеров, которые экспрессируются во многих типах клеток или в виде гетеродимеров с ErbВ, тирозинкиназой, которая экспрессируется на эпителиальных клетках.

Цитоплазматический участок CD44 обладает несколькими функциями. Он необходим для правильного связывания с ГК и для сортинга рецепторов на клеточной поверхности. Он также участвует в процессах внутриклеточной передачи сигнала. Картирование функциональных областей в цитоплазматическом участке CD44 проводилось при изучении экспрессии мутантных форм CD44 в культуре клеток, и активации сигнальных путей после прикрепления клеток к ГК.

Из этих исследований мы знаем, что гомодимеры CD44 и гетеродимеры CD44/ErbB активируют нерецепторные тирозинкиназы, например Src, а также представителей семейства небольших G-белков, Ras. Эти киназы активируют такие сигнальные белки, как протеинкиназа С, МАР киназа и ядерные факторы транскрипции.

Наряду с этим, как показано на рисунке ниже, сигналы, передающиеся с участием CD44 , могут изменять сборку актинового цитоскелета у поверхности клеток. Это происходит при активации таких белков, связывающих актин, как фодрин и небольшого G-белка, Rac-1. Одним из последствий реорганизации актина является стимуляция миграции клеток под влиянием связывания CD44 с ГК. В опухолях усиление экспрессии CD44 и секреции ГК коррелирует с увеличением ее агрессивности, и является плохим прогностическим признаком.

Обычно считается, что гиалуроновая кислота (ГК ) играет двоякую роль в стимуляции миграции клеток. Во-первых, за счет связывания с внеклеточным матриксом ГК нарушает межклеточные взаимодействия и взаимодействие клеток с матриксом. Мыши, у которых не происходит экспрессии ГК, характеризуются незначительной величиной межклеточного пространства, вследствие чего животные не могут развиваться нормально. Поскольку ГК обладает большим гидратированным объемом, повышенная секреция ГК в опухоли нарушает целостность внеклеточного матрикса, что приводит к образованию больших промежутков, через которые могут мигрировать опухолевые клетки.

Во-вторых, при связывании ГК с рецепторами CD44 могут активироваться внутриклеточные процессы передачи сигналов, непосредственно приводящие к перегруппировкам цитоскелета и к активации миграции клеток. Это подтверждается данными, полученными в экспериментах по добавлению ГК к клеткам в культуре. Клетки, экспрессирующие CD44, начинают мигрировать сразу же после контакта с ГК, и соединения, разрушающие внутриклеточные сигнальные молекулы и связывающиеся с CD44, ингибируют эту миграцию.

В данном историческом обзоре, посвященном гиалуроновой кислоте , мы постарались привлечь внимание посетителя вебсайта к наиболее важным открытиям и исследованиям, на которых строились все последующие работы в области изучения этого уникального полисахарида. Выбор данных и источников для обзора является полностью субъективным.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящий момент никаких принципиально новых данных о гиалуроновой кислоте не существует, поэтому мы решил сделать темой этой небольшой статьи «Гиалуроновая кислота - история». При существующем в настоящее время темпе движения научной мысли далеко не каждый человек имеет достаточно времени для того, чтобы оглянуться назад и просмотреть данные литературы, в которой описаны ключевые открытия в области гиалуроновой кислоты , поэтому мы постарались кратко изложить существующие результаты. Выбор источников и данных основан только на наших знаниях и мнении, поэтому может расходиться с взглядами других людей.

КАК ВСЕ НАЧИНАЛОСЬ

Венгерский ученый Bandi Balazs эмигрировал из Венгрии в 1947 году. Приехав в Швецию, он начала работать в Стокгольме над проблемой биологической роли внеклеточных полисахаридов, причем особенно много внимания он уделял именно гиалуронату .

В те годы культуральная работа с клетками выглядела совсем по-другому. До появления антибиотиков все манипуляции выполнялись в строго стерильных условиях близких к условиям в операционной. Клетки растили на подвешенных сгустках фибрина. Фибробласты выделялись из измельченных куриных сердец, кусочки которых клались на фибриновые сгустки, а скорость роста культуры определялась по изменению площади колонии, которая указывала на скорость и расстояние миграции клеток.

Одним из первых открытий было выделение из ткани пуповины гиалуроната для того, чтобы затем вводить его в культуру фибробластов.

Гиалуронат выделялся из пуповинной крови и преципитировался в спирту. Затем его очищали от белков путем встряхивания экстракта в смеси хлороформа и изоамилового спирта (по методу Sewag). Была предпринята попытка разработать метод стерилизации вязкого раствора гиалуроната. Его нельзя было подвергать фильтрации, поэтому в конечном итоге ученые пришли к использованию автоклавирования.

В самом начале работы было сделано три очень важных наблюдения, которые заложили основу для дальнейших исследований.

Во-первых, удалось выделить гиалуронат из ткани пуповины, причем при разных ионных условиях был получен материал с различной степенью вязкости. Самая высокая вязкость была у раствора, приготовленного на дистиллированной воде. Ученые предположили, что вязкость раствора гиалуроната может колебаться в зависимости от значения рН и ионной силы растворителя. Сейчас это уже знает каждый, однако на тот момент этот феномен был описан Raymond Fuoss только для растворов синтетических полиэлектролитов. В журнале «Journal of Polymer Chemistry» была опубликована статья "The viscosity function of hyaluronic acid as a polyelectrolyte" (Показатель взякости гиалуроновой кислоты как полиэлектролита). С этого момент ученые вплотную занялись исследованиями физических и химических свойств гиалуроната.

Во-вторых, при попытке простерилизовать гиалуронат с помощью УФ-излучения он полностью утратил вязкость в растворе. В дальнейшем было показано, что при воздействии потока электронов гиалуронат также полностью подвергается деградации. Сейчас уже можно сказать, что то наблюдение было одним из первых описаний свободнорадикального расщепления гиалуроната.

В-третьих, исследовались и биологические эффекты гиалуроната и ряда сульфатированных полисахаридов - гепарина, гепарансульфата (который в те годы назывался «гепарин-односерной кислотой») и синтетически сульфатированного гиалуроната. Ученые сравнили их влияние на рост культуры клеток, антикоагулянтную активность и антигиалуронидазную активность. Главной задачей было выяснить действительно ли гепарин представляет собой сульфатированный гиалуронат, как это утверждалось в работах Asboe-Hansen, однако был сделан вывод, что это утверждение было ошибочно.

Гиалуронат, в отличие от сульфатированных полисахаридов, ускорял рост клеток и это, пожалуй, было одно из первых описаний взаимодействия гиалуроната с живыми клетками - сегодня мы знаем, что это взаимодействие опосредовано клеточным рецептором. Интересно, что это было также одно из первых исследований, посвященных изучению биологической активности гепарансульфата.

Все вышесказанные исследования были выполнены в короткий промежуток времени, начиная с сентября 1949 по декабрь 1950, то есть заняли лишь немногим больше 1 года.

ОТКРЫТИЕ ГИАЛУРОНАТА И ГИАЛУРОНИДАЗЫ

Karl Meyer открыл гиалуронат в 1934 году во время работы в глазной клинике в Университете штата Колумбия. Он выделил это соединение из стекловидного тела глаза коровы в кислых условиях и назвал его гиалуроновой кислотой от греческого hyalos - стекловидный и уроновой кислоты, которая входила в состав этого полимера. Сразу следует сказать, что до этого были выделены и другие полисахариды (хондроитинсульфат и гепарин). Более того, еще в 1918 году Levene and Lopez-Suarez выделили из стекловидного тела и пуповинной крови полисахарид, состоявший из глюкозамина, глюкуроновой кислоты и небольшого количества сульфат-ионов. Тогда его назвали мукоитин-серной кислотой, однако в настоящее время он боле известен как гиаулуронат, который в их работе был выделен с небольшой примесью сульфата.

В течение следующих десяти лет Karl Meyer и еще целый ряд авторов выделили гиалуронат из различных тканей. Так, например, он был обнаружен в суставной жидкости, пуповине и ткани петушиного гребня. Самым интересным было то, что в 1937 году Kendall удалось выделить гиалуронат из капсул стрептококков. В дальнейшем практически из всех тканей организма позвоночных был выделен гиалуронат.

Еще до открытия гиалуроната Duran-Reynals обнаружил в семенниках некий биологически активный фактор. В дальнейшем его стали называть «распространяющийся фактор». Похожим действием обладали яд пчел и медицинских пиявок. При его введении подкожно в смеси с тушью отмечалось очень быстрое распространение черного окрашивания. Этим фактором оказался фермент, разрушающий гиалуронаты , который в дальнейшем назвали гиалуронидазой . Даже в крови млекопитающих присутствует определенное количество гиалуронидаз, но их активация происходит только при кислотных значениях рН.

ВЫДЕЛЕНИЕ ГИАЛУРОНАТА

Самый первый метод выделения гиалуроната был стандартным протоколом для выделения полисахаридов, то есть по методу Sewag или с помощью протеаз из экстракта удалялся весь белок. Затем полимер преципитировался на фракции добавлением этилового спирта.

Большим шагом вперед стало разделение разнозаряженных полисахаридов, которое разработал John Scott при исследовании методов преципитации с катионным детергентом (ЦПХ, цетилпиридинхлоридом), в котором изменялась концентрация солей. Гиалуронат с высокой эффективностью отделялся от сульфатированных полисахаридов. Этим методом также можно было пользоваться и для фракционирования по молекулярной массе. По своей сути, схожие результаты могут быть получены при использовании метода ионно-обменной хроматографии.

СТРУКТУРА И КОНФОРМАЦИЯ ГИАЛУРОНАТА

Химическая структура полисахаридной молекулы была расшифрована Karl Meyer и его коллегами в 1950-е. Сейчас все знают, что гиалуронат является длинной полимерной молекулой, состоящей из дисахаридных звеньев, компонентами которых являются N-ацетил-D-глюкозамин и D-глюкуроновая кислота, связанные между собой В1-4 и В1-3 связями. Karl Meyer не пользовался стандартным методом для исследования структуры интактного полисахарида. Вместо этого он проводил гиалуронидазное расщепление полисахарида, получив смесь дисахаридов и олигосахаридов, которую ему удалось полностью охарактеризовать. На основании полученных им результатов он и сделал свой вывод о возможной структуре исходной полимерной молекулы.

Конформационный анализ «волокон», состоящих из гиалуроната был впервые предпринят с использованием метода рентгеновской кирсталлографии. На конференции в г. Турку в 1972 году шли горячие споры между группами специалистов о том, имеет ли гиалуронат спиральную структуру или нет. Очевидно, что гиалуронат может формировать спирали различной структуры в зависимости от ионного состава растворителя и доли воды в нем. В 70-е и 80-е годы в литературе появлялись самые различные версии структуры гиалуроната.

Прорывом в этой области стала работа John Scott. Опираясь на то, что гиалуронат обладает малой реакционной способностью при пероксидазном окислении в водном растворе, он сделал вывод о том, что в воде он принимает конформацию с внутрицепочечными водородными связями. В дальнейшем его гипотеза нашла свое подтверждение при ЯМР-анализе, а в 1927 году Atkins с соавторами охарактеризовали конформацию как двойную спиральную.

ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Пятьдесят лет назад не была известна химическая структура гиалуроната и его макромолеуклярные свойства - масса, гомогенность, форма молекулы, степень гидратированности и взаимодействия с прочими молекулами. В последние 20 лет это стало объектом внимания A. G. Ogston и его сотрудников в Оксфорде, доктора Balazs с коллегами в Бостоне, Torvard С Laurent, работающего в Стокгольме, и еще нескольких лабораторий.

Основной проблемой являлось выделение гиалуроната, очищенного от белков и прочих компонентов, которое необходимо проводить перед любыми физическими методами исследования. Всегда имеется риск деградации полимерной структуры в процессе очистки. Ogston использовал технику ультрафильтрации, предположив, что свободные белки преодолеют фильтр, а белки, связанные с гиалуронатом , будут задержаны фильтром. Объектом исследования стал комплекс с содержанием белка равным 30%. Другие авторы пытались использовать разнообразные методы физической, химической и ферментативной очистки, которые позволяли снижать содержание белка до нескольких процентов. В то же время результаты физико-химического анализа дали более полное описание молекулы гиалуроната . Ее молекулярный вес близок к нескольким миллионам, хотя разброс между образцами был достаточно высок. Рассеивание света показало, что молекула ведет себя как случайным образом скрученная, достаточно плотно упакованная цепь с радиусом изгиба порядка 200 нм. Упакованность и малоподвижность цепи связана с наличием внутрицепочечных водородных связей, о которых уже говорилось выше. Случайно скрученная структура полностью соответствует полученному соотношению вязкости и молекулярной массы вещества. Ogston и Stanier использовали методы седиментации, диффузии, разделения в зависимости от градиента скорости сдвига и вязкости а также метод двойного преломления, которые показали, что молекула гиалуроната имеет форму высоко гидратированной сферы, что вполне отвечает известным свойствам молекул с упаковкой в виде случайно скрученной спирали.

АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДИКИ

Единственно возможным путем количественного исследования гиалуроновой кислоты было выделение полисахарида в чистом виде и измерение содержания в нем уроновой кислоты и/или N-ацетилглюкозамина. Методами выбора в данном случае являлись карбазольный методы Дише для оценки содержания уроновой кислоты и реакция Эльсона-Моргана на уровень гексозамина.

В данном случае трудно переоценить важность использования карбазольного метода. При анализе гиалуроната иногда приходилось использовать миллиграммы вещества.

Следующим шагом стало открытие специфичных ферментов. Гиалуронидаза грибов Streptomyces действовала только на гиалуронат , при этом образовывались ненасыщенные гекса- и тетрасахариды. При анализе содержания гиалуроната можно было использовать это свойство грибов, особенно при наличии в среде других полисахаридов и примесей, а ненасыщенная форма гиалуроновой кислоты может использоваться для снижения лимита обнаружения продукта. Ферментативный метод значительно повысил чувствительность обнаружения гиалуроната, доведя ее до уровня микрограммов.

Последним этапом стало использование аффинных белков, специфично связывающихся с гиалуронатом. Tengblad использовал гиалуронат-связывающие белки из хрящей, а Delpech в дальнейшем использовал гиалуронектин, выделенный из головного мозга. Эти белки могут использоваться при анализе по аналогии с иммунологическими методами, а после разработки этого метода точность количественного определения гиалуроната возросла до уровня нанограммов, что позволило определять содержание гиалуроната в образцах тканей и физиологических жидкостях. Метод Tengblad стал основой для большей части работ Uppsala, выполненных позже.

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ГИАЛУРОНАТА

Обнаружение гиалуроната в срезах тканей тесно связано с анализом полимеров в тканевой жидкости. С самого начала использовались методы неспецифического окрашивания со стандартными красителями. John Scott удалось повысить специфичность по такому же принципу, которым он руководствовался при разработке метода фракционирования анионных полисахаридов в детергентах. Он окрашивал их красителем алциановый синий в разных ионных концентрациях, при этом ему удалось добиться различимого окрашивания разных полисахаридов. В дальнейшем он перешел на использование купромеронового синего.

В то же время гиалуронат можно хорошо выявлять на срезах ткани с помощью специфично связывающихся с ним белков. Первые сообщения о таком методе были опубликованы в 1985. Этот метод использовался с большим успехом и, благодаря ему, были получены ценные данные о распределении содержания гиалуроната в разных органах и тканях.

Гиалуронат также может быть обнаружен при электронной микроскопии. На первых изображениях, которые были опубликованы Jerome Gross к сожалению, не удалось увидеть каких-либо тонких деталей структуры. Первой хорошо объяснявшей результаты работой можно считать статью Fessler и Fessler. В ней было указано, что гиалуронат имеет протяженную одноцепочечную структуру.

Затем Robert Fraser описал еще один изящный метод визуализации околоклеточно расположенного гиалуроната . Он добавлял суспензию частиц гиалуроната к культуре фибробластов. Частицы не были обнаружены в толстом слое, окружающем культуру фибробластов. Таким образом было показано, что в околоклеточном пространстве имеется гиалуронат, подвергающийся расщеплению под действием гиалуронидазы.

ЭЛАСТИЧНОСТЬ И РЕОЛОГИЯ

Исходя из размеров одной из самых крупных молекул гиалуроната , несложно предположить, что при концентрации порядка 1 г/л они практически полностью насыщают раствор. При высоких концентрациях молекулы перепутываются, а раствор представляет собой некую сеть из цепей гиалуроната. Точка полимеризации определяется достаточно легко - это момент насыщения раствора, после которого его вязкость резко увеличивается по мере увеличения концентрации. Еще одним свойством раствора, которое зависит от его концентрации является скорость сдвига вязкости. Это явление описали Ogston и Stanier. Эластические свойства раствора изменяются по мере нарастания концентрации и молекулярной массы полимеров. Текучесть чистого гиалуроната была впервые определена Jensen и Koefoed, и более подробный анализ вязкости и эластичности раствора был выполнен Gibbs et al.

Является ли такое интересное поведение раствора следствием сугубо механического переплетения цепочек полимеров или оно связано и с их химическим взаимодействием? В ранних работах, опубликованных Ogston, обсуждались возможные взаимодействия, опосредованные через белки. Welsh с соавторами получил указания на существование взаимодействий цепочек между собой. Это было достигнуто путем добавления коротких цепочек гиалуроната (60 дисахаридов) к раствору, что вызывало уменьшение его эластичности и вязкости. Очевидно, что при этом происходило конкурентное взаимодействие коротких и длинных цепей. В более поздних работах John Scott было показано, что конформация гиалуроната с наличием гидрофобных связей между цепочками хорошо соответствовала склонности гиалуроната к формированию спиралей с находящимися рядом молекулами, которые стабилизировались гидрофобными связями. Таким образом, наиболее вероятным является межцепочечное взаимодействие, которое во многом и определяет реологические свойства гиалуроната .

ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ГИАЛУРОНОВЫХ ПОЛИМЕРОВ

Открытие переплетение цепочек гиалуроната при нарастании концентрации, которое может происходить в тканях, стало основой для предположения, что гиалуронат может быть задействован во многих физиологических процессах за счет создания большой трехмерной сети цепочек. Обсуждались самые разнообразные свойства таких сетей.

Вязкость. Очень высокая вязкость концентрированных растворов гиалуроната, а также зависимость сдвига от вязкости, могут быть использованы для суставной смазки. Гиалуронат всегда присутствует во всех пространствах, разделяющих подвижные элементы организма - в суставах и между мышц.

Осмотическое давление. Осмотическое давление растворов гиалуроната в значительной мере зависит от их концентрации. При высоких концентрациях коллоидно-осмотическое давление такого раствора оказывается выше, чем у растворов альбуминов. Это свойство может быть использовано в тканях для поддержания гомеостаза.

Сопротивление потоку . Плотная сеть цепочек является достаточно хорошим препятствием току жидкости. Гиалуронат действительно может формировать препятствия для тока жидкости в тканях, что впервые было показано Day.

Исключенный объем. Трехмерная сеть цепочек вытесняет из раствора все остальные макромолекулы. Доступный объем может быть измерен в опыте диализного уравнивания раствора гиалуроната и буферного раствора, при этом оказалось, что полученный эффект совпал с расчетным по данным теоретических исследований, проведенных Ogston. Эффект исключения обсуждался в связи с разделением белка, содержащегося в сосудистом русле и внеклеточном пространстве, однако он также рассматривался и в качестве механизма накопления физиологических и патологических молекул в соединительной ткани. Исключение полимеров снижает растворимость многих белков.

Диффузионный барьер. Движение макромолекул через раствор гиалуроната может быть измерено при седиментационном и диффузионном анализе. Чем больше молекула тем ниже будет скорость ее движения. Этот эффект связали с формированием в тканях диффузионных барьеров. Например, околоклеточный слой гиалуроната может защищать клетки от воздействия макромолекул, выделяемых другими клетками.

ГИАЛУРОН-СВЯЗЫВАЮЩИЕ БЕЛКИ (ГИАЛАДГЕРИНЫ)

Протеогликаны. До 1972 года считалось, что гиалуронат является инертным соединением и не взаимодействует с другими макромолекулами. В 1972 Hardingham и Muir показали, что гиалуронат может связываться с протеогликанами хрящевой ткани. Исследования Hascall и Heinegard показали, что гиалуронат может специфично связываться с N-концевым доменом глобулярной части протеогликанов и соединительных белков. Данная связь является достаточно прочной и на одну цепь гиалуроната могут садиться несколько протеогликанов, в результате чего в хряще и иных тканях формируются крупные агрегации молекул.

Рецепторы гиалуроната. В 1972 Pessac и Defendi и Wasteson с соавторами показали, что суспензии некоторых клеток начинают агрегировать при добавлении гиалуроната. Это было первым сообщением, указывавшим на специфичное связывание гиалуроната с поверхностью клеток. В 1979 Underhill и Toole показали, что гиалуронат действительно связывается клетками, а в 1985 году был выделен отвечающий за это взаимодействие рецептор. В 1989 году сразу 2 группы авторов опубликовали работы, в которых было показано, что рецептор хоуминга лимфоцитов CD44 обладает способностью связываться с гиалуронатом в хрящевой ткани. Вскоре было показано, что рецептор, выделенный Underhill и Toole был полностью идентичен CD44. Еще одним гиалуронат -связывающим белком, выделенным позднее из супернатанта культуры клеток 3T3 в 1982 году Turley с соавторами оказался РГРП (рецептор гиалуроната, опосредующий подвижность). После этих работ был открыт еще целый ряд гиаладгеринов.

РОЛЬ ГИАЛУРОНАТА В КЛЕТКЕ

Вплоть до открытия гиаладгеринов считалось, что гиалуронат оказывает влияние на клетки только за счет физических взаимодействий. Данные о том, что гиалуронат может играть роль в биологических процессах были единичными и, в большинстве своем, были построены на отсутствии или наличии гиалуроната при разных биологических процессах. Многие из спекуляций того времени были построены на методах неспецифического гистологического окрашивания.

В начале 1970-х в Бостоне было выполнено очень интересное исследование. Bryan Toole и Jerome Gross показали, что во время регенерации конечности у головастиков гиалуронат синтезируется в самом начале, а затем его количество уменьшается под действием гиалуронидазы, при этом происходит замещение гиалуроната хондроитинсульфатом. Таким же образом развиваются события и при формировании роговицы у цыпленка. Toole указал, что накопление гиалуроната совпадает с периодами миграции клеток в ткани. Как уже было сказано выше, Toole также провел первые исследования мембранно-связанных гиаладгеринов, а с открытием рецепторов гиалуроната у нас есть все больше оснований полагать, что гиалуронат играет роль регуляции клеточной активности, например, при движении клеток. В последние 10 лет можно наблюдать всплеск числа публикаций, посвященных роли гиалуроната в миграции клеток, митозе, воспалении, опухолевом росте, ангиогенезе, оплодотворении и т.д.

БИОСИНТЕЗ ГИАЛУРОНАТА

Исследования биосинтеза гиалуроната можно условно разделить на 3 фазы. Первым автором и наиболее выдающимся ученым в первую фазу был Albert Dorfman. Он и его коллеги еще в начале 50-х описали источник моносахаридов, которые встраивались в гиалуроновые цепочки стрептококков. В 1955 году Glaser и Brown впервые показали возможность синтеза гиалуроната отдельной синтетической системой вне клетки. Они использовали фермент, выделенный из клеток куриной саркомы Rous и вводили в состав гиалуроновых олигосахаридов меченую изотопом 14С УТФ-глюкуроновую кислоту. Группа Dorfman также выделила молекулы-предшественники УТФ-глюкуроновой кислоты и УТФ-N-ацетилглюкозамина из экстракта стрептококков, а также синтезировала гиалуронат , пользуясь для этого ферментативной фракцией, выделенной из стрептококков.

Во второй фазе стало понятно, что гиалуронат должен синтезироваться по пути, отличному от гликозаминогликанов. Синтез гиалуроната, в отличие от сульфатированных полисахаридов, не требует активного синтеза белка. Ответственная за это синтаза расположена в мембране протопласта бактерий и плазматической мембране эукариотических клеток, но не в аппарате Гольджи. Синтетический аппарат, предположительно расположен на внутренней стороне мембраны, так как он оказался нечувствительным к воздействию внеклеточных протеаз. Кроме того, гиалуроновая цепочка пронизывает мембрану, так как воздействие на клетки гиалуронидазы усиливало продукцию гиалуроната . В 80-ые годы были предприняты несколько безуспешных попыток выделить синтазу из эукариотических клеток.

В начале 90-ых было показано, что гиалуронат -синтаза является фактором вирулентности стрептококков группы А. Взяв эти данные за основу, две группы авторов смогли определить ген и локус, отвечающий за синтез гиалуроновой капсулы. Вскоре удалось и клонировать ген этой синтазы и полностью его просеквенировать. Гомологичные белки, выделенные в последние годы у всех позвоночных, дали ценную информацию о ее строении. Важной областью исследования может стать изучение механизмов регуляции активности этой синтазы.

МЕТАБОЛИЗМ И ДЕГРАДАЦИЯ ГИАЛУРОНАТА

Обнаружение гиалуроната в крови, а также его переноса от тканей по лимфатической системе стало основой для проведения совместного исследования, проводившегося доктором Robert Fraser в Мельбурне и лабораторией в г. Уппсала. Следовые количества полисахарида, меченого тритием по ацетильной группе были обнаружены в крови после введения его кроликам и людям, а метка соединения исчезала с периодом полувыведения равным нескольким минутам. Вскоре стало понятно, что большая часть радиации была накоплена печенью, где полимер быстро подвергался расщеплению. Меченая тритием вода обнаруживалась в крови через 20 минут. Авторадиограммы показали, что накопление радиации происходило также в селезенке, лимфоузлах и костном мозге. Методом фракционирования клеток было также показано, что в печени накопление происходило в основном в эндотелии синусов, что было позднее подтверждено при исследовании in vitro и при радиографии in situ. На этих клетках имеется рецептор для эндоцитоза гиалуроната, который принципиально отличается от прочих гиалуронат-связывающих белков. Далее полисахарид расщепляется в лизосомах. Исследования гиалуроната проводились и в других тканях, и теперь существует цельная картина метаболизма этого полисахарида.

В последнее время еще один аспект катаболизма гиалуроната стал объектом большого числа исследований. Из работ Gunther Kreil (Австрия) и Robert Stern и его коллег (Сан-Франциско) стали известны структуры и свойства различных гиалуронидаз. Эти данные стали основой для исследований, прояснивших биологическую роль этих ферментов.

ГИАЛУРОНАТ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ

С самого начала интерес ученых был прикован к свойствам гиалуроната, содержащегося в суставной жидкости, особенно к изменению его уровня при заболеваниях суставов. Было также показано, что гиперпродукция гиалуроната наблюдается при целом ряде заболеваний, например, при злокачественных опухолях - мезотелиомах, однако в то время еще не существовало достаточно точных и чувствительных методов обнаружения гиалуроната. Такая ситуация имела место вплоть до 1980 годов, когда были разработаны новые аналитические методики, что вновь привлекло интерес ученых к колебаниям содержания гиалуроната при разных заболеваниях. Были определены содержание гиалуроната в крови в норме и при патологии, особенно при циррозе печени. При ревматоидном артрите содержание гиалуроната в крови возрастало при физических нагрузках, особенно по утрам, что давало объяснение симптому «утренней скованности» в суставах. При различных воспалительных заболеваниях уровень гиалуроната в крови повышался как местно, так и системно. Органные дисфункции также могли быть объяснены накоплением гиалуроната, что вызывало интерстициальные отеки тканей.

КЛИНИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Основной прорыв в медицинском использовании гиалуроната целиком является заслугой д-ра Balazs. Он разработал основные положения и идеи, первым синтезировал форму гиалуроната, которую хорошо переносили больные, продвигал идею промышленного производства гиалуроната и популяризовал идею применения полисахаридов в качестве лекарственных средств.

В 50-ые годы Balazs сконцентрировал усилия на изучении состава стекловидного тела и начал проводить опыты с заменителями для возможного протезирования при лечении отслойки сетчатки. Одним из наиболее серьезных препятствий на пути применения гиалуроновых протезов стала высокая сложность выделения чистого гиалуроната, свободного от всех примесей, вызывающих воспалительную реакцию.

Balazs разрешил эту проблему и получившийся в итоге препарат получил название НВФ-NaГУ (невоспалительная фракция гиалуроната натрия). В 1970 гиалуронат был впервые введен в суставы беговым лошадям, страдавшим от артритов, причем был получен клинический выраженный ответ на лечение с уменьшением симптомов заболевания. Двумя годами позже Balazs смог убедить руководство компании Pharmacia AB в г. Уппсала начать производство гиалуроната для использования в клинической и ветеринарной практике. Miller и Stegman по совету д-ра Balazs начали использовать гиалуронат в составе имплантируемых внутриглазных линз и гиалуронат быстро стал одним из самых употребительных компонентов в хирургической офтальмологии, получив торговое название Healon®. С того момента были предложены и испытаны многие другие варианты использования гиалуроната. Его производные (например, поперечно структурированные гиалуронаты ) также были испытаны для использования в клинике. Особенно хочется отметить, что еще в 1951 году Balazs уже сообщал о биологической активности самых первых из полученных тогда производных гиалуроната.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном докладе нам удалось охватить лишь основные и наиболее значимые события в истории исследования гиалуроната, и еще многие другие интересные факты и данные будут обсуждаться на нашем веб-сайте. Из представленных статей будет ясно, что исследования гиалуроната становятся все более актуальными и необходимыми. Сегодня ежегодно в научной литературе публикуется от 300 до 400 статей, посвященных гиалуронату .

Первая международная конференция, целиком посвященная гиалуронату, проводилась в г. Сен-Тропез в 1985 году, после чего были проведены конгрессы в Лондоне (1988), Стокгольме (1996) и Падуе (1999).

Рост интереса связан, во многом, с успешными работами Endre Balazs, который сделал очень много в области исследования свойств гиалуроната, получил самые первые данные о нем, указал на возможность клинического применения гиалуроната и является вдохновителем, подвигающим научное сообщество на новые исследования.

Гиалуроновая кислота [ГК] найдена во внеклеточном матриксе позвоночных тканей, в поверхностном покрытии определенных видов Streptococcus и болезнетворных бактериальных микроорганизмов Pasteurella, а также на поверхности некоторых частично пораженных вирусом морских водорослей. Синтазы гиалуроновой кислоты [ГКС], это ферменты, которые полимеризуют ГК, используя UDP-сахарные предшественники, которые найдены во внешних мембранах этих организмов. Были идентифицированы гены ГКС из всех вышеупомянутых источников. Кажется, существуют два отличных класса ГКС, что основано на различиях в аминокислотной последовательности, предсказанной топологии в мембране и предполагаемом механизме реакции.

Все ГКС были определены как синтазы класса I, за исключением ГКС у вида Pasteurella. Был также объяснен каталитический способ работы единственной ГКС класса II (пмГКС). Этот фермент удлиняет внешние ГК-присоединяемые олигосахаридные акцепторы путем добавления индивидуальных моносахаридных единиц к неуменьшающемуся концу, чтобы сформировать длинные полимеры in vitro; ни одна ГКС класса I не имеет такой способности. Способ и направление полимеризации ГК, катализируемой ГКС класса I, остаются неясными. Фермент пмГКС также был проанализирован на предмет двух имеющихся у него активностей: GlcUA-трансферазной и GlcNAc-трансферазной. Таким образом, два активных участка существуют в одном пмГКС полипептиде, опровергая широко принятую догму гликобиологи: "один фермент - один модифицированный сахар". Предварительные свидетельства позволяют предполагать, что у ферментов класса I может также быть два участка активности.

Каталитический потенциал фермента пмГКС может использоваться, чтобы создать новые полисахариды или проектировать олигосахариды. Из-за множества потенциальных ГК-базирующихся медицинских методов лечения, эта хемоэнзиматическая технология обещает принести пользу на пути нашего стремления к хорошему здоровью.

Ключевые слова

Гиалуроновая кислота (ГК), хондроитин, гликозилтрансфераза, синтаза, катализ, механизм, химерные полисахариды, монодисперсные олигосахариды

Введение

Гиалуронан [ГК] - очень богатый глюкозаминогликан в организме позвоночных, имеющий и структурную, и сигнальную роли. Определенные патогенные бактерии, а именно, группы А и С вида Streptococcus и тип А Pasteurella multocida, производят внеклеточный покрывающий ГК, называемый капсулой. У обоих видов ГК капсула и является фактором ядовитости, который обеспечивает бактериям сопротивляемость фагоцитам и комплементарность. Другой организм, производящий ГК - это морская водоросля хлорелла, инфицированная определенным большим двухцепочечным ДНКовым вирусом PBCV-1. Роль ГК в жизненном цикле этого вируса пока не ясна на данный момент.

Иллюстрация 1. Реакция биосинтеза ГК.

Ферменты класса гликозилтрансфераз, которые полимеризируют ГК, называются ГК-синтазами (или ГКС), по старой терминологии, включающей также ГК-синтетазы. Все известные ГК-синтазы - это разновидности одного полипептида, ответственные за полимеризацию цепи ГК. UDP-сахарные предшественники, UDP-GlcNAc и UDP-GlcUA используются ГК-синтазами в присутствии двухвалентного катиона (Mn и/или Mg) при нейтральном pH (рис. 1). Все синтазы являются мембранносвязанными белками в живой клетке и обнаружены в мембранной фракции после лизиса клеток.

Между 1993 - 1998 были идентифицированы и клонированы на молекулярном уровне ГК-синтазы групп A и С Streptococcus [спГКС и сеГКС соответственно], ГК-синтазы позвоночных животных [ГКС 1,2,3], ГК-синтаза водорослевого вируса [свГКС], а также ГК-синтаза типа A вида Pasteurella multocida [пмГКС]. Первые три типа ГК-синтаз, кажется, очень похожи в размере, аминокислотной последовательности и предсказанной топологии в мембране. ГК-синтаза вида Pasteurella, напротив, больше и обладает существенно отличающейся от других синтаз последовательностью и предсказанной топологией. Поэтому, мы предположили существование двух классов ГК-синтаз (таблица 1). Ферменты класса I включают стрептококковые, позвоночные и вирусные белки, в то время как белок вида Pasteurella в настоящее время единственный член класса II. У нас также есть некоторые свидетельства того, что каталитические процессы ферментов класса I и класса II отличаются.

Таблица 1. Два класса ГК-синтаз:

Хотя ГК-синтаза вида Pasteurella был последним обнаруженным ферментом из всех, некоторые особенности пмГКС способствовали существенному продвижению в его изучении в сравнении с некоторыми членами ферментов класса I, которые исследовались четыре десятилетия. Ключевая особенностью пмГКС, которая позволила разъяснить молекулярное направление полимеризации и идентификацию ее двух активных участков - это способность пмГКС удлиннять внешне расположенный акцепторный олигосахарид. Рекомбинантная пмГКС добавляет одиночные моносахариды повторным способом к ГК-ассоциированному олигосахариду in vitro. Внутренняя особенность каждой передачи моносахарида ответственна для того, чтобы формировать альтернативное повторение дисахаридов в этом глюкозаминогликане; одновременное формирование дисахаридной единицы не требуется. С другой стороны, никакое подобное удлиннение внешних акцепторов не было доказано ни для какого фермента класса I. Через фундаментальное научное исследование мы теперь развили некоторые биотехнологические применения замечательного белка класса ГК-синтаз вида Pasteurella.

Материалы & методы

Реагенты

Все реактивы для молекулярнобиологических исследований без специальной пометки были от Promega. Стандартные олигонуклеотиды были от Great American Gene Company. Все другие реактивы высокой чистоты, если иначе не отмечено, были от Sigma или от Fisher.

Усечение пмГКС и точечные мутанты

Был произведен ряд усеченных полипептидов, путем амплификации pPm7А вставки методом полимеразной цепной реакцией с Taq-полимеразой (Fisher) и синтетическими олигонуклеотидными праймерами, соответствующими различным частям пмГКС, с открытой рамкой считывания. Ампликоны затем были клонированы в плазмиду для экспрессии pKK223-3 (tac промотор, Pharmacia). Получившимися рекомбинантными конструкциями были трансформированы клетки Escherichia coli штамма TOP 10F" (Invitrogen) и выращены на среде LB (Luria-Bertani) с ампициллиновой селекцией. Мутации были сделаны, используя метод QuickChange сайт-направленного мутагенеза (Stratagene) с плазмидой pKK/пмГКС как ДНК шаблон.

Приготовление фермента

Для приготовления мембраны, содержащей рекомбинантный пмГКС полной длины, пмГК1-972 был изолирован из E.coli, как описано. Для растворимых усеченных пмГКС белков, пмГКС1-703, пмГКС1-650 и пмГКС1-703 - содержащих мутантов, клетки были извлечены с помощью В-PerТМ II Bacterial Protein Extraction Reagent (Pieree) согласно инструкции производителя, за исключением того, что процедура была выполнена при 7°C в присутствии ингибиторов протеаз.

Ферментные пути полимеризации ГК. GlcNAc модификация или GlcUA модификация

Три варианта было разработано, чтобы обнаружить происходит ли (а) полимеризация длинных цепей ГК или (b) добавление одиночного GlcNAc к GlcUA-конечному акцепторному олигосахариду ГК , или (c) добавление одиночного GlcUA к GlcNAc-конечному акцепторному олигосахариду ГК . Полная активность ГКС была оценена для раствора, содержащего 50 mM Tris, pH 7.2, 20 mM MnCl2, 0.1 M (NH4)2SO4, 1 M этиленгликоля, 0.12 mM UDP-(14C)GlcUA (0.01 μCi; NEN), 0.3 mM UDP-GlcNAc и различный набор ГК олигосахаридов, полученный из тестикул путем обработки гиалуронидазой [(GlcNAc-GlcUA)n, n= 4-10] при 30°C в течение 25 минут в объеме реакционной смеси 50 мкл. GlcNAc-трансферазная активность была оценена в течение 4 минут в той же буферной системе с различным набором ГК олигосахаридов, но только с одним сахаром в роли предшественника - 0.3 mM UDP-(3H)GlcUA (0.2 μCi; NEN). GlcUA-трансферазная активность была оценена в течение 4 минут в той же самой буферной системе, но только с 0.12 mM UDP-(14C)GlcUA (0.02 μCi) и с нечетным набором ГК олигосахаридов (3.5 мкг уроновой кислоты), приготовленных при помощи воздействия ацетата ртути на ГК-лиазу Streptomyces. Реакции были прекращены путем добавления SDS до 2% (w/v). Продукты реакции были отделены от субстратов путем бумажной (Whatman 3M) хроматографии с этанолом/1 М сульфат аммония, pH 5 5, как основной растворитель (65:35 для ГКС и оценки GlcUA-Tase; 75:25 для оценки GlcNAc-Tase). Для оценки ГКС образец бумажной полосы был промыт водой, и объединение радиоактивных сахаров в полимер ГК было обнаружено по сцинтилляции жидкости, рассчитанной при помощи BioSafe II коктейля (RPI). Для реакций полуиспытания образец и расположенные вниз по течению 6 см полосы были посчитаны по частям в 2 см. Все оценочные эксперименты были просчитаны таким образом, чтобы быть линейными относительно времени инкубации и концентрации белка.

Гель-фильтрационная хроматография

Размер ГК полимеров был проанализирован хроматографически на колонках Phenomenex PolySep-GFC-P 3000, элюция производилась 0.2 M нитратом натрия. Колонка была стандартизована флуоресцентными декстранами различного размера. Радиоактивные компоненты были обнаружены с помощью датчика LB508 Radioflow (EG & G Berthold) и коктейля Zinsser. По сравнению с полной оценкой ГКС, используя бумажную хроматографию, описанную выше, эти 3-минутные реакции содержали дважды UDP-сахарные концентрации, 0.06 μCi UDP-(14C)GlcUA и 0.25 нанограмма ряда ГК олигосахаридов. Кроме того, использовалось добавление кипящего (2 минуты) этилендиамина тетрациловой кислоты (финальная концентрация 22 mM), чтобы закончить реакции вместо добавления SDS.

Результаты и обсуждение

Утилизация и специфичность акцептора ГКС

Некоторые олигосахариды были проверены, в качестве акцепторов для рекомбинантного пмГКС1-972(Таблица 2). ГК олигосахариды были получены из тестикул путем гиалуронидазного щепления, а удлиннены пмГКС с помощью доставляемых подходящих UDP-сахаров. Восстановление борогидратом натрия не нарушает активность акцептора. С другой стороны, олигосахариды, полученные из ГК при помощи отщепления лиазой, не поддерживают удлиннение; дегидратированные ненасыщенные невосстановленные концевые остатки GlcUA нуждаются в гидроксильных группах, которые смогли бы присоединить входящий сахар из UDP-предшественника. Поэтому пмГКС-катализируемое удлиннение происходит в случае невосстановленных концевых групп. В ряде параллельных экспериментов было обнаружены рекомбинантные формы синтаз класса I - спГКС и х1ГКС, которые не удлинняют ГК-получаемые акцепторы. Принимая во внимание направление активности ферментов класса I, противоречивые сообщения были сделаны и необходимы дальнейшие исследования.

Таблица 2. Специфика олигосахаридных акцепторо пмГКС:

Интересно, что хондроитин сульфат пентамер является хорошим акцептором для пмГКС. Другие структурно связанные олигосахариды такие, как хитотетроза или хепарозан пентамер, однако, не служат акцепторами для пмГКС. В целом, пмГКС, кажется, требует, β-связанных GlcUA-содержащих акцепторных олигосахаридов. Мы выдвигаем гипотезу, что участок связывания олигосахаридов промежуточен в цепи удерживания ГК во время полимеризации.

Молекулярный анализ активности пмГКС трансферазы: два активных участка в одном полипептиде

Возможность измерить два компонента гликозилтрансферазной активности ГК синтазы, GlcNAc-трансфераза и GlcUA-трансфераза, позволил молекулярный анализ пмГКС. Мы отметили, что короткий дублированный мотив последовательности: Asp-Gly-Ser (Аспарагиновая к-та-Глицин-Серин), присутствовал в пмГКС. Из анализа сравнения гидрофобных групп многих других гликозилтрансфераз, которые производят β-связанные полисахариды или олигосахариды предположили, что вообще, существует два типа доменов: области "A" и "Б". ПмГКС, синтаза класса II, тем и уникальна, что содержит два "А" домена (личная коммуникация, B.Henrissat). Было предложено, что определенные члены класса I ГК синтаз (спГКС) содержат одиночные "А" и одиночные "Б" области. Различное удаление или точечные мутанты пмГКС были оценены для их способности полимеризовать ГК цепи или их способность добавлять одиночный сахар к ГК акцепторному олигосахариду (Таблица 3). Суммируя сказанное, пмГКС содержит два отличных друг от друга активных участка. Мутагенез аспартата мотива DGS (остаток 196 или 477) по обоим сайтам приводи к потере ГК полимеризации, но активность другого сайта оставалась относительно незатронутой. Таким образом, двойная активность ГК синтазы была преобразована в два различных одиночных действия гликозилтрансферазы.

Таблица 3. Активность пмГКС с удаленным участком или точечной мутацией.

Удаление последних 269 остатков от конечной карбоксильной группы преобразовало слабо выраженный мембранный белок в хорошо выраженный растворимый. Рассмотрение аминокислотной последовательности белка пмГКС в этой области, однако, не показывает типичных особенностей вторичной структуры, которые обеспечили бы прямое взаимодействие фермента с двойным слоем липида. Мы выдвигаем гипотезу, что конечная карбоксильная группа каталитического фермента пмГКС стыкуется с направляющим мембраносвязанным полисахарида транспортного аппарата живущей бактериальной клетки.

Первая "A" область пмГКС, А1, является GlcNAc-тазой, в то время как вторая "A" область, A2, является GlcUA-тазой (рис. 2). Это - первая идентификация двух активных участков для фермента, который производит гетерополисахарид, так же как ясное доказательство, что один фермент может действительно передать два различных сахара. Отличный от типа F фермент вида P. multocida, названный пмЦС, был найден, и вяснено, что он катализирует формирование несульфатируемого полимера хондроитина. ГК и хондроитин идентичны в структуре, за исключением упомянутого выше полимера, который содержит N-ацетилглюкозамин вместо GlcNAc. И пмГКС, и пмЦС на 87 % идентичны на уровне аминокислот. Большинство изменений в остатках находятся в области А1, что вполне совместимо с гипотезой о том, что эта область ответственна за передачу гексозамина.

Иллюстрация 2. Схематическое изображение пмГКС областей.
Два независимых трансферазных домена, А1 и A2, ответственны за катализ полимеризации цепи ГК. Повторяющиеся последовательные добавления одиночных сахаров быстро строят цепь ГК. Похоже, что карбоксильный конец пмГКС некоторым способом взаимодействует с мембранносвязанным транспортным аппаратом бактериальной клетки.

Иллюстрация 3. Модель биосинтеза ГК при помощи пмГКС.
Одиночные сахара добавляются к каждому "A" домену повторным способом к невосстанавливающемуся концу цепи ГК. Внутренняя точность каждой стадии активности трансферазы поддерживает повторение структуры дисахаридов ГК. Возникающая цепь ГК вероятно сохраняется пмГКС во время катализа через олигосахарид-связывающий участок.

Мы продемонстрировали эффективную передачу одиночного сахара с помощью пмГКС in vitro несколькими типами экспериментов, поэтому, мы выдвинули гипотезу, что цепи ГК формируются быстрым, повторяющимся добавлением одиночного сахара синтазой класса II (рис. 3). К настоящему времени, одна линия свидетельства предполагает, что фермент класса I также обладает двумя участками трансферазы. Мутация лейцинового остатка 314 на валин в ммГКС1, в части предварительного участка GlcUA-тазы, как сообщали, преобразовала эту ГКС позвоночного животного в хито-олигосахаридную синтазу. Ни один участок с соответствующей активностью GlcNAc-трансферазы не был идентифицирован.

Прививание полимера полисахаридными синтазами: добавление ГК к молекулам или твердым частицам

Исследование пмГКС в научно-исследовательской лаборатории преобразовало представления о ГК синтазах от царства трудных, упорных животноподобных чудовищ до потенциальных биотехнологических рабочих лошадок. Новые молекулы могут быть сформированы, используя способность пмГКС привить длинные цепи ГК на коротких ГК полученных цепях или хондроитин-производных акцепторах. Например, полезные акцепторы могут состоять из маленьких молекул или лекарств с ковалентно связанной ГК или хондроитин-олигосахаридные цепи (длиной в 4 сахара, например). В другом случае, цепи ГК могут быть добавлены к олигосахаридному праймеру, иммобилизованному на твердой поверхности (таблица 4). Таким образом, длинные цепи ГК могут быть мягко добавлены к чувствительным веществам или тонким устройствам.

В другом приложении, новые химерные полисахариды могут быть сформированы потому, что использование пмГКС олигосахаридным акцептором не столь же строго, как сахаридная трансферазная специфика. Хондроитин и хондроитин-сульфат признаны как акцепторы пмГКС и удлинняются ГК цепью различных длин (рис. 4). Наоборот, пмЦС очень гомлогичная хондроитин синтазе, распознает и удлинняет ГК акцепторы цепями хондроитина. Химерные молекулы глюкозаминогликана сформированы, содержа естественные, определенного соединения связи. Эти привитые полисахариды могут служить, чтобы присоединиться к клетке или ткани, которая связывает ГК с другой клеткой или ткань, связывающей хондроитин или хондроитин-сульфат. В определенных аспектах, привитые глюкозаминогликаны напоминают протеогликаны, которые являются существенными компонентами матрикса в тканях позвоночных. Но так как никакие компоновщики белка не присутствуют в химерных полимерах, то антигенность и проблемы протеолизиса, возникающие вокруг медицинского использования протеогликанов, устранены. Риск передачи инфекционных агентов тканями, извлеченными из животных, человеческому пациенту также уменьшен при использовании химерных полимеров.

Таблица 4. ПмГКС-инициированное прививание ГК на бусинки полиакриламида. Реакционная смесь содержит пмГКС, несущий радиоактивную метку UDP-(14C)GlcUA и UDP-(3H)GlcNAc, а также различные иммобилизованные праймеры сахаров (акцепторы, соединенные восстановительным аминированием в аминобусины) были представлены. Бусинки были промыты и радиоактивно инкорпорированы на другие бусины, измеренные методом расчета жидкостной сцинтилляции. ГК цепи были привиты на пластиковые бусины при использовании подходящего праймера и пмГКС.

Иллюстрация 4. Схематическое изображение привитых полисахаридных структур. ГК синтаза вида Pasteurella или хондроитин синтаза будут удлиннять определенные другие полимеры на невосстанавливающемся конце in vitro, чтобы сформировать новые химерные глюкозаминогликаны. Изображены некоторые примеры.

Синтез монодисперсной ГК и ГК-связанных олигосахаридов

В дополнение к добавлению большой полимерной ГК цепи к молекулам акцептора, пмГКС синтезируют определенные меньшие ГК олигосахариды в диапазоне от 5 до 24 сахаров. Используя фермент дикого типа и различные условия реакции, был относительно легко получен ГК олигосахарид, содержащий 4 или 5 моноахаридов, удлиненных несколькими сахарами до более длинных версий, которые очень часто трудно получить в больших количествах. Мы выяснили, что, комбинируя растворимый мутант GlcUA-Tase и растворимый мутант GlcNAc-Tase в той же самой смеси реакции позволяет формирование ГК полимера, если система снабжена акцептором. В течение 3-х минут была сделана цепь из примерно 150 сахаров (-30 кДа). Любая одиночная мутант-синтаза не сформирует в результате цепь ГК. Поэтому, если дальнейший контроль реакции сделан путем выборочного комбинирования различных ферментов, UDP-сахаров и акцепторов, то могут быть получены определенные монодисперсные олигосахариды (рис. 5).

Иллюстрация 5. Приготовление определенных олигосахаридов.
В этом примере, акцептор ГК тетрасахарид удлинняется одиночной хондроитин дисахаридной единицей, используя два шага с иммобилизованным мутантом синтазы вида Pasteurella (показано белыми стрелками). Изображенный продукт является новым гексасахаридом. Повторение цикла еще раз производит олигосахарид, два цикла формируют декасахарид, и т.д. Если акцептор был ранее соединен с другой молекулой (например препарат или лекарство), тогда новый конъюгат был бы удлиннен коротким ГК, хондроитином или гибридной цепью как и желательно.

Например, в одном воплощении, смесь UDP-GlcNAc, UDP-GlcUA и акцептора постоянно циркулирует через отдельные биореакторы с иммобилизованными мутант-синтазами, которые передают только одиночный сахар. С каждым циклом инкубации биореактора другая сахарная группа добавляется к акцептору, чтобы сформировать маленькие определенные ГК олигосахариды. Использование похожего пмЦС мутанта (например GalNAc-Tase) в одном из шагов позволило происходить формированию смешанных олигосахаридов при использовании UDP-GlcNAc. Биологическая активность и терапевтический потенциал маленьких ГК олигосахаридов - сложная область для исследования, которая потребует определенных, монодисперсных сахаров для однозначной интерпретации.

Заключение

Очевидно, существуют два различных класса ГК синтаз. Наиболее хорошо охарактеризован фермент класса II вида Рasteurella, удлинняющий цепь ГК повторяющимся присоединением одиночного сахара на невосстанавливающийся конец цепи ГК. Направление и способ работы синтаз класса I (стрептококковые, вирусные и ферменты позвоночных) остаются неясными. Относительно прикладных наук, способность пмГКС удлиннять экзогенно расположенные акцепторные молекулы полезна для создания новых молекул и/или устройств с потенциальным медицинским применением.