А.В. Червяков «Нарушение молекулярной асимметрии аминокислот (D\L — энантиомеры) при нормальном старении и нейродеенеративных заболеваниях» (С. 77-112)

А.В. Червяков

НАРУШЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ АСИММЕТРИИ АМИНОКИСЛОТ (D\L-ЭНАНТИОМЕРЫ) ПРИ НОРМАЛЬНОМ СТАРЕНИИ И НЕЙРОДЕГЕНЕРАТИВНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ

НЦ Неврологии РАМН, Москва, Россия


В обзоре представлены данные относительно появления D-аминокислот в организме человека и животных, их метаболизме, методах идентификации, участие в механизмах старения и патогенезе ряда нейродегенеративных заболеваний. Обсуждается роль молекулярной асимметрии аминокислот (соотношение D и L энантиомеров) как фундаментальной основы живой материи. Ключевые слова: D-аминокислоты, NMDA-рецепторы, молекулярная асимметрия, рацемаза, оксидаза D-аминокислот.

Введение. В истории исследования живой природы известно немало примеров, когда свойства биологических структур и функций оказывались не только уникальными, но на первый взгляд, даже противоречащим существующим физическим представлениям. Оптическая активность биоорганического материала, обнаруженная Луи Пастером почти полтора столетия тому назад (Pasteur, 1860; Pasteur, 1884; цит. По Пастер, 1960)–один из таких примеров. Нужно заметить, что вращение плоскости линейно поляризованного света при прохождении через вещество было в то время явлением новым и тоже достаточно загадочным – оптическая активность была описана только после появления квантовой теории взаимодействия света с веществом. Однако уже тогда, в середине прошлого века, и работы Пастера сыграли важную роль. Было осознано, что оптическая активность обусловлена, прежде всего, свойствами молекул и молекулярных структур по отношению к операции зеркального отражения (Van’t Hoff, 1874; Le Bel, 1874).

Как известно, операция зеркального отражения (или пространственной инверсии) позволяет рассортировать пространственные структуры на два класса. Один класс – это объекты, пространственная структуры которых неинвариантна к операции зеркального отражения, т.е. структура, полученная зеркальным отражением исходной, не совместима с последней никаким набором перемещений и поворотов. К этому классу относятся молекулы не обладающие плоскостью и центром симметрии. Они могут существовать в виде двух зеркально-антиподобных, «диссимметричных», как их назвал Пастер, конфигурациях, и называются хиральными (от греческого «χειρ» - рука). Именно такие молекулы обладают оптической активностью. Другой класс образуют ахиральные молекулы, структура которых имеет плоскость или центр симметрии и поэтому инвариантна к зеркальному отражению. Такие молекулы не обладают оптической активностью (Аветисов, Гольданский, 1996).

На рисунке 1 показана молекула аминокислоты, тетраэдрическая структура которой содержит асимметричный центр – атом углерода С*, связанный с четырьмя разными заместителями. Как известно, из таких молекул-звеньев построены белковые полимерные цепи, образующие важнейшие функциональные структуры клетки – ферменты.

Если молекула имеет один асимметричный центр, то существует только два оптических изомера такой молекулы, а именно, два её зеркальных изомера, которые называются энантиомерами и обозначаются соответственно как L (левый) и D (правый). Если же молекула содержит N асимметричных центров, то всего имеется 2N её оптических изомеров. В живом организме помимо аминокислот встречается целый ряд хиральных соединений, в ряду которых нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК, углеводы).

Что касается растворов оптически активных и неактивных соединений, то если молекулы ахиральны, то раствор инвариантен к операции зеркального отражения и оптически неактивен. Если молекулы вещества хиральны, но смесь содержит равные концентрации L и D-энантомеров, то такая смесь, называемая рацемической, тоже инвариантна к операции зеркального отражения и тоже оптические не активна. Однако, если концентрация одного из энантиомеров больше, чем другого, то зеркальное отражение уже не является тождественным преобразованием и смесь будет оптически активна. Раствор, содержащий только один энанантиомер, обладает максимальной оптической активностью и называется оптически чистым (Аветисов, Гольданский, 1996).

Рис. 1. Пространственная структура хиральной молекулы с одним асимметричным центром С* (из Аветисов, Гольданский, 1996).

Итак, исследуя растворы различных продуктов жизнедеятельности организмов, Пастер обнаружил, что они оптически активны. Более того, используя рацемический раствор питательного субстрата, Пастер показал, что некоторые бактерии выбирают только один энантиомер субстрата, оставляя другой энантиомер в растворе. В результате он пришел к исключительно важному выводу о том, что молекулярная основа жизни не только хиральна, но и асимметрична (Pasteur, 1860; Pasteur, 1884). При этом, как предполагается уже сейчас, единственным фундаментальным физическим источником асимметрии в природе является слабое взаимодействие, «отдающие предпочтение» именно L-АМК и D- сахарам (Mason, 1983; Mason, 1884).

Необходимо подчеркнуть, что в некоторых бактериях обнаружены L- сахара и D-АМК. Поэтому биоорганический мир в целом не обнаруживает хиральной частоты, скорее каждый конкретный биологический вид имеет индивидуальный «энантиомерный портрет» метаболизма (Малыгин, 1972; Дегли, 1973), который воспроизводится в процессе репликации. Это последнее свойство обусловлено тем, что определенные группы ферментов там, где это необходимо, выполняют стереоспецифические функции. Именно такие ферменты распознают энантиомеры хирального субстрата, как, например, в экспериментах Пастера по выращиванию бактерий на рацемических питательных средах, или осуществляют энантиомерный контроль хиральных органических соединений непосредственно в ходе их биосинтеза (Диксон, Уэбб, 1982). Интересно отметить, что энантиомерный контроль осуществляется и на системном уровне: определенные группы ферментов разрушают «неприродные» энантиомеры, возникающие спонтанно, в процессе старения, либо под действием вредных экологических факторов, например, ионизирующего излучения (Кемп, 1983; Bada 1971; Jacobson et al., 1974).

Механизмы действия некоторых лекарств, например антибиотиков, основан на том, что разные энантиомерные формы одного и того же лекарственного препарата могут привести к прямо противоположным результатам (Аветисов, Гольданский, 1996). Известен случай трагических последствий игнорирования этого обстоятельства, когда испытания оптически чистой формы талидомида дали хорошие результаты, а выпуск рацемической формы этого препарата привел к массовым тяжелейшим заболеваниям. Как потом выяснилось, виной всему оказался другой энантиомер, который тоже обладал сильной, но «отрицательной» биологической активностью. Кроме того, широко применяемый препарат L-ДОПА применяется только в данной оптической форме, так как D энантиомер просто не проникает через гематоэнцефалический барьер (Аветисов, Гольданский, 1996).

Таким образом, можно выделить два важнейших аспекта хиральной специфичности биоорганического мира. Во-первых, структурный – гомохиральность макромолекул, играющих ключевую роль в механизме биологической репликации. Во- вторых, функциональный – энантиоселективность функций, обеспечивающих репликацию гомохиральных молекул.

Как отмечалось выше аминокислоты (АМК) одни из наиболее важных молекул в природе и представлены в форме двух оптических изомеров – L и D формы. После вывода сделанного Пастером, к определенному моменту сложилось мнение, что только L формы АМК входят в состав природных белков и полипептидов (Lamzin et al., 1995). Предполагается, что выбор L-АМК для сборки полипептидов в процессе эволюции вида мог быть обусловлен случайностью (Prelog, 1976), также это может быть связано с энергетической стабильностью полипептида при применении одной изомерной формы АМК (Mason, 1984). В результате гомохиральность характерна для всей живой материи, что и определяет пространственную архитектуру биологических полимеров и, следовательно, играет важную роль в ферментной специфичности и пространственном взаимодействии (Sabine et al., 2005).

До настоящего времени считалось, что все живые организмы содержат и используют в своей жизнедеятельности только L- аминокислоты, и что D-аминокислоты элиминировались пред возникновением жизни. В этой связи наличие и функция D-АМК в живых организмах, исключая клеточную стенку микроорганизмов (Corrigan, 1969), не были исследованы. Т.о., было показано, что микроорганизмы могут продуцировать и метаболизировать D- АМК.

Первые данные о наличие D-АМК в тканях животных выявлены у амфибий и беспозвоночных животных. Используя метод хроматографии, свободный D-аланин был выделен из крови некоторых насекомых (Auclair, Patton, 1950), впоследствии стали появляться множество работ описывающих наличие D-АМК, таких как D-аланина, D-фенилаланина, D- глутамата, D-орнитина, D-серина, D- аспарагина, D-метионина и D- цистеина (Beatty et al., 1959; Corrigan, Srinivasan, 1966; Kreil, 1994; Preston, 1987) в составе полипептидов у животных. Было предположено, что D- АМК у млекопитающих появились из продуктов жизнедеятельности эндогенной флоры или при спонтанной рацемизации L-АМК в структуре полипептидов в процессе старения (Helfman et al., 1977).

Первые работы показали, что D- аспарагиновая кислота (D-Асп) была найдена в различных тканях организма, например в хрусталике (Masters et al, 1977; Fujii et al., 1994), головном мозге (Shapira, Chou, 1987; Roher et al., 1993), а также зубах коже, костях, аорте, эритроцитах, легких и связках при старении (Fujii, 2005). Другая АМК – D-серин – была найдена в β-амилоиде при болезни Альцгеймера (Roher et al., 1993; Kaneko et al, 1995).

Последующие исследования подтвердили, что некоторые D-АМК присутствуют в тканях ЦНС млекопитающих и в периферических тканях в неожиданно высоких концентрациях, иногда в более высоких, чем их L-энантиомеры (Hashimoto et al., 1993). Эти D-АМК выполняют в организме специфическую биологическую функцию. Так D-серин играет важную роль в нейротрансмиссии и D-аспартат в процессе развития и эндокринной регуляции. Изменение уровня D-АМК может быть связано с различными патологическими состояниями, о чем будет подробнее сказано ниже.

Распространенность и физиологическая роль D- аминокислот в норме и при нормальном старении. Как показали одни за первых работ уровни всех D- АМК сильно зависят от возраста животных. D-аспартат показывает достоверно повышенные концентрации в ЦНС. В течение эмбрионального развития крыс, D- аспартат первым появляется к коре мозга, стриатуме, среднем мозге, промежуточном мозге и мозжечке. Его низкие концентрации зафиксированы в мосте, продолговатом мозге (Wolosker et al., 2000; Sakai et al., 1998). Знаменательно, что концентрация D- аспартата в лобной коре мозга человека на 14 неделе гестации превышает концентрацию L формы (Hashimoto et al., 1993). С возрастом концентрация D-аспартата снижается в крови, сетчатке, надпочечниках, шишковидной железе и семейниках (Neidle A., D.S. Dunlop, 1990; Hamase et al., 1997). Концентрация свободного D-аспартата у новорожденных крыс в полушариях мозга составляет 164 нмоль\г, что составляет 8,4% от общего содержания аспартата.

Некоторые другие D-АМК были идентифицированы в ЦНС: D-аланин, D-лейцин, D-пролин и D-глутамат (Hamase et al., 2001; Kera et al., 1995). D-глутамат был также выделен из печени и почек, где его концентрации превышали концентрации D-аспартата (Kera et al., 1995). Различные D-АМК найдены у человека в сыворотке крови, моче, ЦСЖ, амниотической жидкости, с наибольшими концентрациями в моче и с наименьшими в амниотической жидкости и ЦСЖ. Концентрации D-АМК были менее 1% от концентрации L-АМК (Armstrong et al., 1993). D-серин также был идентифицирован в значительных количествах в мозге грызунов и человека (Hashimoto et al., 1992).

Появление, метаболизм и деградация D-аминокислот. После появления первых данных о наличие D-АМК в тканях и жидкостях огранизма встал законный вопрос, каким путем данные нантомеры появились в тканях и как метаболизируются. Механизмы появления D-АМК у млекопитающих включают потребление D-АМК с пищей, при метаболизме кишечной флоры, спонтанная рацемизация при старении и биосинтез (рацемазы). D- аланин главным образом получается за счёт деятельности кишечных бактерий (Konno et al., 1990; Konno et al., 1993), в то время как D-метионин поступает с пищей (Konno et al., 1988). Биосинтез наиболее важен для D-аспартата.

Деградация D-АМК происходит путем окислительного дезаминирования оксидазой D- аминокислот (DААО) (Zaar et al., 2002).

Оксидаза D-аминокислот (DAАO) является FAD-содержащим ферментом. В результате реакции образуются пероксид водорода и имино кислота. Далее иминокислота неферментативно гидролизуется до α- кето кислоты и иона аммония (реакция 1) (Хоренкова, Тишков, 2008).

Характерной особенностью всех DAАO является высокая специфичность именно к D-изомерам аминокислот, в то время как с L- формами каталитическая активность практически не детектируется.

Впервые DAАO была описана Кребсом в 1935 году (Krebs, 1985). Этот фермент сдостаточно широко распространен в природе – от микроорганизмов до млекопитающих. В последнем случае DAАO локализована в различных тканях мозга, почках и печени, причем ее наличие в печени зависит от вида организма (Хоренкова, Тишков, 2008).

DAАО – белок и мРНК повсеместно встречается у млекопитающих, с наибольшей экспрессией в почках, печени и ЦНС, наименьшими концентрациями в периферических тканях (Yamada et al., 1988).

У микроорганизмов DAAO обеспечивает использование экзогенных D-аминокислот в качестве источника углерода, азота и энергии (. В случае эукариот его роль заключается в поддержании определенного уровня D-аминокислот в клетке. Поскольку D-аминокислоты участвуют в регуляции самых разнообразных процессов (старение, деятельность нервной системы, секреция гормонов и т.д.), то изменение активности DAAO в клетке самым непосредственным образом сказывается на организме в целом. Например, было установлено, что наличие избыточного количества некоторых D-аминокислот в тканях мозга мышей способствует длительной потенциации в гиппокампе и пространственному обучению. Авторы проводили обучение в водном лабиринте Морриса обычных и мутантных мышей, у которых был удален ген DAAO (Maekawa et al., 2005). Было показано, что мутантные мыши обучались значительно быстрее, чем особи из контрольной группы. Таким образом, если D-АМК столь широко представлены в организме и сформирован ферментный аппарат для их метаболизма, логично будет предположить, что они должны выполнять строго определенные функции в тканях и органах.

Физиологические функции D- аминокислот. Среди работ, опубликованных в течение последних 5–7 лет, около 50% исследований посвящено изучению роли D-Сер в качестве нейромодулятора рецепторов N-метил-D-аспартата (NMDA), которые играют важную роль во многих патофизиологических процессах.

С помощью метода хроматографии свободный D-серин был найден в различных отделах мозга грызунов и человека: передний мозг, в высоких концентрациях в коре мозга, гиппокампе, стриатуме, лимбическом мозге, промежуточном и среднем мозге и в более низких концентрациях в мосте, продолговатом мозге, мозжечке и спинном мозге (Hashimoto et al., 1993; Nagata et al., 1994). Концентрация D-серина в мозге крыс составлял 1\3 от концентрации L- серина. Иммуногистохимическим методом определено, что наибольшая концентрация D-серина зафиксирована в астроцитах.

Концентрация D-серина изменяется с возрастом в различных областях мозга грызунов. На третьей неделе после рождения концентрация D- серина повышается в коре мозга. В мозжечке уровень D-серина начинает повышаться на первой недели постнатального развития и достигает наивысших значений ко второй недели (Hashimoto et al., 1995; Horiike et al., 1987). В мозге человека, наивысшие концентрации D-серина определены в лобной коре на 14 неделе гестации и остается на данной концентрации до момента рождения (Hashimoto et al., 1993). Далее уровень D-серина постепенно снижается с возрастом (Hashimoto et al., 1993). Человек может получать D-серин с пищей, из жизнедеятельности гастроицестинальных бактерий, путем высвобождения из протеинов, при спонтанной рацемизации при старении и входе биосинтеза L-серина.

Наибольшее значение в появление D- серина играет его биосинтез под действием специфического фермента – серин рацемазы, превращающий L форму в D в присутствии пиридоксаль фосфата, ионов магния и АТФ (рис. 2) (De Miranda et al., 2002; Wolosker et al., 1999).

Рис. 2. Биохимическая взаимосвязь L, D – серина и глицина. I – серин рацемаза, II – серин гидроксиметил трансфераза, II – синтез фосфолипидов и фосфоглицеридов из цитидин дифосфодиацилглицерол и палмитол – коэнзим АI, IV – 3-фосфосерин фосфотаза, V – 3 – фосфоглицерат дегидрогеназа;

Рецепторы Н-метил-D-аспартата (NMDA) являются ключевыми, возбуждающими рецепторами в головном мозге и вовлечены во множество физиологических процессов, включая формирование памяти, синаптичекую пластичность и развитие (Danysz, Parsons, 1998; Collingridge, 1987). NMDA рецепторы состоят из множества субъединиц и их активация регулирует множество механизмов, с вовлечением различные лигандов и промежуточных белков (Paoletti, Neyton, 2007). Действие на NMDA рецепторы приводит к повышению проницаемости мембраны клетки для ионов кальция (Ca2+), которые, как известно, играют роль в синаптической пластичности и механизмах передачи сигналов (Danysz, Parsons, 1998).

Гиперстимуляция NMDA рецепторов приводит к формированию эффекта токсичности, наблюдающегося при острых нарушениях мозгового кровообращения и некоторых нейродегенартивных заболеваниях (Choi, Rothman, 1990).

Глутамат является главным агонистом NMDA рецепторов, но он не активирует рецепторы, если не происходит связывание ко-агонистов с активным сайтом рецептора — NR1 (Johnson JW & Ascher, 1990; McBain et al., 1989). D-серин, является D-АМК, найденной в мозге млекопитающих, и, как предполагается, является физиологическим лигандом NMDA рецепторов, связывающимся в качестве ко-агониста с активным сайтом рецептора, что приводит к NMDA-опосредованным процессам (Gustafson et al., 2007; Junjaud et al., 2006; Yang et al., 2003; Wolosker et al., 2008). Ко-агонистом сайта NMDA рецептора может также являться глицин. Отсюда, сайт ко-агониста также именуется как «глициновый сайт». Cвязывание ко-агониста повышает афинность рецептора к глутамату (Fadda et al., 1988), снижает его десенсебилизацию (Lerma et al., 1990) и производит обновление NMDA рецептора при его интернализации (Nong et al., 2003).

По сравнению с глицином D-серин – лиганд с высокой степенью сродства к сайту ко-агониста NMDA рецептора, при чем его афинность втрое выше, чем афинность глицина (Furukawa, Gouaux, 2003; Matsui et al., 1995). При этом D-серин не является физиологичеким лигандом НМДА рецепторов. Не смотря на это, эндогенный D-серин участвует в нескольких NMDA зависимых физиологических и патологических процессах, включая нормальную NMDA рецепторную передачу сигнала, синаптическую пластичность (Gustafson et al., 2003; Junjaud et al., 2006; Mothet et al., 2000; Panatier et al., 2006, Yang et al., 2003), миграцию клеток (Kim et al., 2005) и нейротоксичность (Katsuki et al., 2004; , Kartvelishvily et al., 2006; Wu et al., 2004).

Структурное обоснование селективного эффекта D-серина на NMDA рецепторы стало ясным после изучения пространственной структуры центра связывания NR1 субъединицы NMDA рецептора. D-серин связывается с рецептором более плотно в сравнении с глицином, так как формируются три дополнительные водородные связи и вытесняет молекулу воды из центра связывания (Furukawa, Gouaux, 2003).

Определены высокие уровня D-серина в мозге млекопитающих и значительно более низкие в периферических тканях. Содержание D-серин в мозге составляет 1\3 от содержания L-серина и его концентрация максимальна, среди существующих D-АМК (Hashimoto et al., 1993; Hashimoto et al., 1992). В отличие от L-АМК, D-серин не включается в протеины и белки, т.о. они составляют пул свободных АМК. Эксперименты по микродиализу мозга показали, что внеклеточная концентрация D-серина дважды выше, чем глицина в стриатуме и сопоставима с концентрацией глицина в коре мозга (Hashimoto et al., 1995).

Hashimoto et al. впервые показали, что D-серин широко представлен в переднем мозге крыс, в то время как NMDA рецепторы также богато представлены в этом отделе (Hashimoto et al., 1993). Позднее, иммуногистохимические исследования произведенные группой Schell показали, что региональная представленность D-серина в мозге крыс также соотносится с распространением NMDA рецептаров (Schell et al., 1993; Schell et al., 1995).

Концентрация D-серина ниже в каудальной части мозга, включая мозжечок и ствол мозга. Это связано с тем, что появление DАAО у взрослых животных, у которых наблюдается снижение D-серина также наблюдается в этих регионах (Schell et al., 1995; Horiike et al., 1994).

В отличие от D-серина, иммунореактивность глицина выше в каудальных отделах мозга, где плотность NMDA рецепторов ниже (Schell et al., 1997). Такая инверсия локализации D-серина и глицина объясняется Schell et al. большим физиологическим сродством D-серина и NMDA рецепторов.

Как предполагается D-серин содержится в цитоплазме астроцитов и туда поступает в синаптическую щель (Schell et al., 1997; Schell et al., 1993).

Для подтверждения роли D-серина, как ко-агониста глутамата в работе NMDA рецепторов, на культуре клеток смоделировали отсутствие D-серина, с помощью фермента DААО, избирательно разрушающего D-АМК. Показано, что в таком эксперименте на 60% снизилась спонтанная активация NMDA рецепторов на постсинаптической мембране, в то время как ответ от АГМИ рецептов (Mothet et al., 2000). Более того, доказано, что D-серин, по сходному механизму, способствует продолжительной синаптической активации в нейронах гиппокампа, что ассоциировано с процессами запоминания и обучения (Junjaud et al., 2006, Mothet et al., 2006; Wolosker et al., 2008).

Уровни D-серина наибольшие в мозжечке новорожденный крыс, снижаются до очень низких значений в 3 недели жизни под действием DАО (Horiike et al., 1994).

D-серин в большей степени синтезируется из L-серина под действием серин рацемазы (De Miranda et al., 2002; Wolosker et al., 1999).

Предварительные исследования показали, что у линии трансгенных мышей с «выбитым» геном серин-рацемазы зафиксировано 80-90% снижение концентрации D-серина в мозге (Basu et al., 2007; Ma et al, 2007; Mustafa et al., 2007; Zhao et al.,2007).

Также у этих мышей зафиксировано снижение передачи сигнала через NMDA рецепторы, ухудшилось длительное потенцирование синаптической активности в гиппокампе, также животные этой линии были более устойчивыми к нарушению мозгового кровообращения после искусственной окклюзии средней мозговой артерии (Ma et al, 2007; Mustafa et al., 2007). Нельзя забывать, что при этом D-серин не является нейронным трансмиттером, а является глиальным трансмиттером, так как синтезируется в астроцитах.

При этом, в последнее время стали появляться данные, что D-серин и D- серин рацемаза также встречаются в нейронах переднего мозга (при недостатке DАAО), в пирамидных нейронах (Yasuda et al., Kartvelishvily et al., 2006). Возможная схема действия нейронального и глиального D-серина представлена на рисунке 4.

Рис. 4. Возможные механизмы и точки приложения действия нейронального и астроцитарного D-серина (из Wolosker et al., 2008). 1 – Под действием глутамата, выделяемого нейроном, на мембране астроцита активируются глиальные АМРА рецепторы, что приводит к выделению D-серина из астроцита в синаптическую щель (Schell et al., 1995); 2 – D-серин в синаптической щели активирует NMDA рецепторы постсинаптической мембраны нейрона; при этом D-серин может подвергаться обратному захвату из синаптической щели астроцитами или же синтезироваться из L-серина (с опосредованным участием глюкозы) под действием серин-рацемазы. 3 – действие D-серина на постсинаптическую мембрану, совместно с глутаматом, приводит к её деполяризации (Kartvelishvily et al., 2006); 4 – Часть, выделенного нейроном D-серина активирует NMDA рецепторы, часть поступает в астроциты. 5 – так как нейроны не могут синтезировать L-серин из глюкозы (Hirabayashi Y & Furuya et al., 2008), как это происходит в астроцитах, то L-серин поступает в нейроны из астроцитов для последующего превращения в свой оптический изомер.

Показано, что в центральной нервной системе (ЦНС), D-аспартат также может потенцировать NMDA рецепторы, посредством стимуляции глутаматного сайта рецептора (Fagg, Matus, 1984; Olverman et al., 1988), но сродство NMDA рецептора к D- аспартату в 10 раз ниже, чем к L- глутамату (Olverman et al., 1988) и локализация D-аспартата не коррелирует с распределением NMDA рецепторов (Schell et al., 1997). D- аспартат может, однако, усиливать активность NMDA рецепторов после ферментного метилирования метилтрансферазой (D’Aniello et al., 2000).

В других тканях и органах D- аспартат участвует в секреции некоторых гормонов в эндокринных железах, стимулирует высвобождение тестостерона (D’Aniello et al., 2000; Nagata et al., 1999), окситоцина (Wang et al., 2000), соматотропного и лютинезирующего гормонов (Wang et al., 2000). D-аргинин играет роль в орнитиновым цикле (Saavedra-Molina et al., 1991). Одним из важнейших регуляторов гормональной секреции является D- аспарагиновая кислота. D-Асп в значительных количествах присутствует в тканях головного мозга, причем с возрастом концентрация D-аспартата увеличивается со скоростью до 0,14% в год (Man et al., 1987; Poinar et al., 1999). Наиболее высокая концентрация D-Асп наблюдается в железах внутренней секреции (Dunlop et al., 1986; Furuchi, Homma, 2005).

Физиологическая функция D-Асп заключается в регуляции секреции таких гормонов, как мелатонин (Takigawa et al., 1998), пролактин (D’Aniello et al., 2000), тестостерон (D’Aniello et al., 1996), лютеинизирующий гормон и гормон роста (D’Aniello et al., 2000). Содержание D-Асп также увеличивается с возрастом в хрусталике, дентине, коленном хряще и белом веществе головного мозга (Helfman, Bada, 1975; Man et al., 1983; Ohtani et al., 1995; Fisher et al., 2007).

Показана роль D-АМК в регуляции кровяного давления. NG-нитроаргинин существует в клетке в виде L- и D- изомеров, при чем изначально синтезируется NG-нитро-D-Арг, из которого затем образуется L-форма.

Оба соединения причастны к повышению кровяного давления, однако реакция организма на D-изомер значительно медленнее и меньше по величине, чем в случае L-формы (Wang, Poon, Pang, 1993). Детальные исследования показали, что высокая активность NG-нитро-D-Арг связана с тем, что он является высокоэффективным ингибитором фермента NO синтазы (Wang et al., 1999) – одного из ключевых регуляторов различных процессов в клетке, включая возникновение артериальной гипертензии (Кузнецова и соавт., 2008). Пролонгированное действие NG-нитро-D-Арг обусловлено достаточно медленным процессом его рацемизации в почках. Установлено, что одним из основных ферментов, катализирующих процесс рацемизации NG-нитро-D-аргинина, является почечная DAAO (Xin et al., 2005).

D-аминокислоты при нормальном старении. Как известно, большую роль в старении играет перекисное окисление липидов – именно частичной утратой активности ферментов, удаляющих активные формы кислорода (каталаза, пероксидаза) объясняют сокращение продолжительности жизни. Очевидно, что появление даже единичных замен АМК остатков на их D-изомеры может приводить как к полной потере функциональности белков, так и к снижению ферментативной активности. Во всех это может сопровождаться снижением продолжительности жизни (Твердислов и соавт., 2007).

Количественное соотношение L\D энантиомеров изменяется в процессе развития и старения организма. Как предполагается рядом исследователей в процессе старения основную роль играет рацемизация L-АМК с последующим переходом их в D- форму.

Аспарагиновая кислота является одной из 20 АМК, которая в наибольшей степени подвержена рацемизации. Следовательно, появление D-Асп в стареющих тканях происходит благодаря процессу рацемизации Асп в белках. Накопление D-АМК в белках приводит к изменению третичной и четвертичной структуры белка и, следовательно, снижению его функциональной активности (Fujii, 2005; Fujii, Saito, 2004). D-Асп найдена при катаракте в хрусталике, в головном мозге при болезни Альцгеймера и в стенке аорты при атеросклерозе у пожилых доноров (Fujii, 2005; Твердислов и соавт., 2007). Наиболие часто D-Асп входит в состав двух белков А и В-кристаллина (Fujii et al., 1994) и β-амилоида (Fujii, 2005).

Ранее проводимые исследования показали, что с возрастом D-Асп накапливается в белках человеческого хрусталика (Masters et al, 1977). Как показано на рисунке 5 неферментативное формирование β-D-Асп в белках может быть объяснено следующим образом: 1) под воздействием различных факторов на карбонильную группу L-α-Асп формируется L-сукцинимид, способный формировать внутримолекулярные циклы; 2) L- сукцинимид может перейти в D- сукцинимид через промежуточное звено [I] которое имеет прохиральную α-карбонильную группу в плоскости цикла; 3) Протонирование промежуточного продукта приводит к появлению равной вероятности появления радикала сверху или снизу от плоскости в белке (рацемизация); 4) D и L- сукцинимид гидролизуются на обеих сторонах от плоскости молекулы, на обеих карбонильных группах, что приводит к формированию β и α Асп. Скорость формирования сукцинимида зависит от скорости формирования промежуточного звена. Чем короче цепочка АМК (глицин, аланин, серин), тем легче происходит формирование сукцинимида, так как нет никаких стерических препятствий (Tyler-Cross, Schirch, 1991; Fujii, 2005).

Рис. 5. Неферментная рацемизация L-Асп.

Кроме того, в клетках шишковидной железы у крыс уровень D-аспартата увеличивается до 30-40% от свободного аспартата в период между 4 и 10 неделями жизни и постепенно снижается к 36 неделе.

С другой стороны, эксперименты, проведенные в 70х годах, уверенно показывают увеличение содержания D-АМК в белках тканей организмов человека и животных в процессе старения. Показано, что рацемизацию ускоряет действие ультрафиолетового излучения. В организме 60-и летних людей около 8% всей аспарагиновой кислоты находится в D-форме. D- аспарагиновая кислота найденая в фрагментах коллагена типа 1 в моче пожилых людей.

Следует отметить, что как показано в исследованиях, отношение D/L форма Аспартата в человеческих белках не превышает 1.

Определены также изменения к концентрации D-серина, способного вызывать пролонгированную потенциацию синаптической активности в нейронах гиппокампа, что связано с процессами обучения и памяти (Junjaud et al., 2006; Mothet et al., 2006). Показано, что у стареющих мышей уровень D-серина и серин рацемазы в гиппокампе снижается (Mothet et al., 2006) в сравнении с молодыми. Аналогично изменяются и показатели пролонгированной потенциации синаптической активности.

Также в клетке концентрация D- Про вместе c D-Лей находится на четвертом месте после D-Сер, D-Асп и D-Ала (Hamase et al., 2005; Pernot et al.,2008). В настоящее время в литературе идет дискуссия о физиологической роли D-Про. В клетках долгоживущих тканей (дентин, зубная эмаль, хрусталик и др.) наблюдается четкая корреляция между возрастом человека и концентрацией D-оксипролина и D- аспартата (Хоренкова, Тишков, 2008). Активно обсуждаются данные о нейро-,гепато- и нефротоксичности D-пролина для крыс (Kampel et al., 1990; Schieber et al., 1997). Изучение содержания D-пролина в различных тканях обычных и мутантных мышей (у которых ген daao отсутствовал) показало, что у последних D-Про в значительных количествах накапливается в почках, а его избыток выводится из организма естественным путем (Hamase et al., 2006).

D-аминокислоты при патологии. D-аминокислоты и боковой амиотрофический склероз (БАС). БАС – хроническое неуклонно прогрессирующее заболевание нервной системы, характеризующиеся массивной селективной гибелью мотонейронов, появлением специфических включений в оставшихся нейронах и астроцитах, а также глиозом вокруг умерших нейронов вентральных рогов спинного мозга (Bruijn et al, 2004).

Приблизительно 90% случаев БАС являются спорадическими, но 10% имеют наследственную природу. Около 20% наследственных случаев имеют мутацию в гене, кодирующем фермент СОД1 (Rosen et al, 1993). Среди нескольких предложенных гипотез патогенеза БАС, теория глутаматной эксайтотоксичности является наиболее важной при анализе механизмов гибели нейронов (Bruijn et al, 2004; Van Damme et al, 2005). Эта теория подтверждена наблюдениями о том, что в цереброспинальной жидкости (ЦСЖ) пациентов с БАС зафиксировано трехкратное повышение уровня глутамата в результате снижения усвоения глутамата астроцитами (Rothstein et al, 1995).

При семейных и спорадических формах заболевания выявлено угнетение глутаматного транспорта (Rothstein et al., 1995), нарушение различных звеньев метаболизма данного нейромедиатора (Couratier et al, 1993; Shaw et al., 1995) и повышенная чувствительность нейронов к глутамат-опосредовванным эксайтотоксическим эффектам (Rothstein et al., 1993; Ikonomidou C., et al., 1996).

Основным фактором синаптической активации глутамата и предотвращения его эксайтотоксичности является трнспорт глутамата из синаптичекого пространства в астроциты, осуществляемый, как минимум, четырьмя белками-транспортерми EAAT1-4. В исследовании Лин и соавторов в 1998 году было показано, что у 70% больных спорадической формой БАС имеется глубокий дефицит астроцитарного глутаматного транспортера EAAT2 в моторной коре и спинальных мотонейронах, обусловленный нарушением процессинга мРНК и синтезом анамального белкового продукта, подвергающегося быстрой деградации с потерей активности. Авторы предполагают, что данный молекулярный дефект может быть результатом окислительного повреждения ДНК и белков, регулирующих транскрипцию гена EAAT2 в периферических и центральных мотонейронах (Lin et al., 1998). Сходный механизм нарушения синтеза ключевых белков клетки характерен также для болезни Альцгеймера. Можно заключить, что данный механизм, включающий в определенный момент времени применимо к разным клеточным белкам и способствующий нарушению их физиологического кругооборота, является одним из универсальных звеньев патогенеза спорадических форм конформационных болезней мозга.

Учитывая крайнюю важность механизма эксаайтотоксичности, объясняется действие ингибитора глутамата (Рилузола), единственного препарата, показавший свою клиническую эффективность при БАС. Кроме того, определено, что снижение транспортеров глутамата зафиксировано у мышей с моделью БАС с мутацией в гене СОД1 (Howland et al, 002). Это означает, что глутаматная эксайтотоксичность играет роль как в патогенезе спорадической, так и наследственной формы БАС. Однако, детальные механизмы лежащие в основе глутаматной эксайтотоксичности в мотонейронах остаются не изученными.

Существует три класса интотропных глутаматных рецепторов: рецепторы Н-метил-D-аспартата (NMDA), α-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолеропропионовая кислота (АГМИ) и каинтатные рецепторы (Van Damme et al, 2005). АГМИ рецепторы играют ключевую роль БАС ассоциированной глутаматной эксайтотоксичности, так как дефект в мРНК, кодируемый GluR2, проявляется в повышении внутриклеточного кальция у пациентов со спорадическим БАС (Kawahara et al, 2004). Также немаловажное значение имеют НМДА рецепторы. Важно отметить, что для активации этих рецепторов необходимо наличие ко-агонистов. D- Серин, как отмечалось выше, физиологически доминантный эксайтотоксичный ко-агонист к специфической части рецептора (Shleper et al, 2005; Panatier et al, 2006), который эндогенно конвертируется из L-Серина серин рацемазой. Серин рацемаза экспресируется большей частью в клетках глии (Wolosker et al, 1999a) и участвует в её активации (Wu and Barger, 2004; Wu et al, 2004). Принимая во внимание, что повреждение мотонейронов происходит при активированной глии (Pramatarova et al, 2001; Clement et al, 2003; Boillee et al, 2006) было предположено, что D-Ser при БАС генерируется активированной глией и может вносить вклад в развитие глутаматоной эксайтотоксичности.

Для того, чтобы исследовать потенциальную роль D-серина при БАС, проводилось иммунофлюорисцентный анализ (ИФ) с анти-D-серин поликлональными антителами на замороженном спинном мозге G93A-SOD1 трансгенных мышей на 9, 16 и 21 недели. Найдено, что концентрация D-серина повышается совместно с прогрессированием заболевания, начиная с досимптомной стадии. Т.о. повышение концентрации D-серина коррелирует с прогрессированием заболевания (Jumpei et al., 2007).

На втором этапе было изучено распределение D-серина в спинном мозге мышей с БАС. Двойной ИФ анализ с анти-D-серин антителами и нейронными маркерами показали, что D-серин накапливается вокруг вакуолизированных мотонейронов в передних рогах спинного мозга уже на начальной стадии заболевания, что доказывает взаимосвязь между накоплением D-серина и повреждением нейронов. Повышение уровня D-серина также наблюдалось не только в нейрональных клетках серого, но и белого вещества. D-серин был найден в активированной микроглии и астроцитах на всех стадиях заболевания (Jumpei et al., 2007).

Изучалось участие D-серина в глутаматной токсичности опосредованно через NMDA рецепторы. Показано, что D-серин, в отличие от L-АМК, потенцирует NMDA токсичность опосредованно через связывание с глициновым участком NMDA рецептора.

Тем не менее, остается открытым вопрос о механизме появления D- серина. D-серин первично производится из L-серина под действием серин рацемазы (СР), располагающейся по большей части в глиальных клетках (Wolosker et al, 1999a). Для определения уровня продуцирования D-серина описанным путем в глии, был произведен ИФ анализ с анти СР антителами у здоровых мышей и трансгенных мышей с БАС. Выявлено, что количество СР позитивных клеток повышалось по мере развития заболевания. Иммуноблотинг показал преобладание в 1,4 раза СР в спинном мозге мышей с БАС по сравнению со здоровыми мышами (Jumpei et al., 2007).

Уровень D-серина также постоянно регулируется его деградацией. Как и другие D-АМК, D-серин может селективно метаболизироваться пероксисомным флавопротеином DААО, находящимся в астроцитах (Urai et al, 2002). Количество DAAO позитивных клеток увеличивалось по мере развития заболевания. Но при этом, уровень экспрессии DAAO не различался у здоровых мышей и мышей с БАС. Данные результаты дают возможность предположить, что повышение DAAO было недостаточномым относительно повышения активности серин рацемазы и деградация D-серина DAAO не могла компенсировать его производства по средствам серин- рацемазы (Jumpei et al., 2007). Было сделано предположение, что повышение концентрации D-серина у мышей с БАС связано именно с дисрегуляции серин рацемазы. Кроме того, повышение уровня данной АМК при БАС может свидетельствовать о дисбалансе между продукцией АМК в активированной микроглии и выведении\деградации в астроцитах.

Описаны два основных механизма, приводящих к повышению продукцией D-серина глиальными клетками: 1) провоспалительные факторы индуцируют экспрессию серин- рацемазы в микроглии (Wu and Barger, 2004) и 2) стимуляция глутаматом АГМИ рецепторов, что индуцирует повышение ферментной активности серин-рацемазы в микроглии.

Экспрессия серин-рацемазы индуцируется в микроглии в состоянии воспаления через активацию c-Jun N-terminal киназного (JNK) пути (Wu and Barger, 2004), также происходит и с серин-рацемаза локализованной в астроцитах и в популяции здоровых нейронов (Schell et al, 1995; Williams et al, 2006). Иммуноблотинг показал, что экспрессия серин-рацемазы регулируется воздействием липополисахаридов, возможно через активацию киназного пути в клетках микроглии. Напротив, совместное культивирование первичной культуры микроглии с ингибированием киназного пути, SP600125, приводит к снижению экспрессии серин-рацемазы. Экспрессия уровня Iba1 отражает уровень активации микроглии, так как экспрессия Iba1 ассоциируется с активации микроглии при некоторых патологических состояниях (Imai and Kohsaka, 2002).

Для определения вклада мутации СОД1 в регуляцию серин-рацемазы, клетки были инфицированы аденовирусами, кодирующими дикий тип СОД1 и G93A-СОД1 в микроглии. Иммуноблотинг показал, что принужденная экспрессия G93A- SOD1, но не дикого типа СОД1, приводит к повышению экспрессия серин-рацемазы в соответствии с повышением регуляции Iba1 в клетках микроглии. Причем данное повышение не ассоциировано с активацией каспазного пути в течение 72 часов после инфицирования (Jumpei et al., 2007).

Далее проводились исследования уровеня фосфорилированной c-Jun N- terminal киназы в спинном мозге у «нетрансгенных» мышах и мышей с БАС, пользуясь ИФ анализом. Количество фосфорилированной c-Jun N-terminal киназы — позитивных клеток повышается на поздних стадиях БАС у мышей, но не изменялась у здоровых мышей и фосфорилированный c-Jun N- terminal-позитивные одновременно встречается и в активированной микроглией и в астроцитах. Эти результаты показывают что воспаление индуцированной фосфорилированной c-Jun N-terminal киназы было связано с сохранением транскрипции серин-рацемазы, также как и c-Jun N-terminal независимая мутантная СОД1 (Jumpei et al., 2007).

У людей определение D-серина проводилось посмертно и на очень небольшом материале. Был произведен посмертный иммуногистохимический анализ спинного мозга людей с БАС с анти-D-серин – антителами. При семейных формах БАС (n=1) и в двух случаях из трех спорадического БАС в спинном мозге (как в нейронах, так и в клетках глии) определялись повышенные уровни D-серина, в отличие от контрольных измерений. Результаты подтверждают теорию, что глутаматная токсичность увеличивается под действием D- серина, играет роль не только на модели мышей, но и у людей. Также иммуногистохимический анализ показал, увеличение серин-рацемаза позитивных клеток зафиксировано в двух случаях из 3 спорадической формы БАС и не зафиксировано при семейной форме. Найдено увеличение DAAO-позитивных глиальных клеток при БАС в сравнении с группой контроля (Jumpei et al., 2007).

Таким образом, была сформулирована новая гипотеза гибели нейронов при БАС. Повышение активации серин-рацемызы, индуцированная активацией глии или мутацией СОД1, повышает концентрацию D-серина в активированной глии. Повышение D- серина в экстрацелюлярном пространстве запускает увеличение глутаматной эксайтотоксичности в мотонейронах через NMDA – рецепторы.

D-аминокислоты и болезнь Альцгеймера (БА). Болезнь Альцгеймера (БА) – прогрессирующее нейродегенеративное заболевание. При данном заболевании в клетках поражененного мозга появляется β- амилойд (βА), который, как предполагается, играет центральную роль в патогенезе БА. В настоящее время до конца не установлено, где появляется βА, и его действие, которое определяет прогрессирование заболевания. Ингибирование формирования βА, является одним из разрабатываемых терапевтических направлений. В этом аспекте, были идентифицированы D-АМК, составляющие βА. Как известно, D- АМК менее подвержены протеазам и менее иммуногены, чем L-энантомеры. Сперва было показано, что 12 D- пептидов специфично входят в состав βА в мозге пациентов с БА.

Конкретно у данных пациентов в составе β-амилойда найдены D-АМК. β-амилойд состоит из 42 АМК. При этом Asp-1, Asp-7 (Roher et al., 1993) и Ser-26 (Kaneko et al., 1995) рацемизуются. Однако, количество D- Асп в β-амилойде было ниже, чем в белках хрусталика. Отношение Асп-7 D/L форм около 1. Большинство модификаций Асп-7 в β-амилойде изомеризуется из αАсп в βАсп (60%), βАсп7 не рацемизует. Roher et al. предположили, что β-амилойд сгруппирован из рацемизированных АМК и аккумулирован в мозге (Roher et al., 1993). Позднее было достоверно определено влияние D-АМК на полимеризацию βА и его токсичность.

Наличие D-АМК снижает размер βА агрегатов, но повышает их количество (Wiesehan et al., 2008).

Также при болезни Альцгеймера содержание D-Аланина в сером веществе головного мозга примерно в 2,2 раза выше, чем у здоровых людей (Fisher et al., 1991; D’Aniello et al., 1992). Кроме того, в спинномозговой жидкости таких больных отмечено повышенное содержание свободных D-Асп и D-Сер и общего количества D-аминокислот (Fisher et al., 1998). Данный эффект объясняют совокупным действием двух факторов – снижением активности DAAO и повышением активности соответствующих рацемаз по сравнению с таковыми в организме здорового человека.

Другие исследования подтвердили повышение концентрации D-аспартата в ЦСЖ у пациентов с БА по сравнению с нормальной ЦСЖ (Fisher et al., 1994), но отметили, что содержание свободного D-аспартата было достоверно ниже в регионах мозга с патологическими изменениями (D’Aniello et al., 1998), а также в белом веществе пациентов с БА по сравнению со здоровым мозгом (Fisher et al., 1991).

При этом, не найдено никаких достоверных различий в общем содержании L-АМК у пациентов с БА и здоровых людей с ЦСЖ, но L-глицин и L-гистамин были достоверно выше у пациентов с БА. Определялись свободные D-АМК в ЦСЖ при поясничной и вентрикулярной пункции пациентов с БА в сравнении с ЦСЖ здоровых людей и пациентов с Рассеянным склерозом. Свободные D- АМК появляются в достоверно Больших концентрациях в ЦСЖ пациентов с БА, в то время как у пациентов с РС содержание D-АМК в у здоровых. Общее содержание D- АМК в вентрикулярном пунктате в 1,48 раз выше у пациентов с БА по сравнению с контролем. Общее содержание D-АМК в поясничном пунктате в 1,43 раза выше у пациентов с БА по сравнению с контролем. Содержание D-аспартата в 2,74 раза превышает таковую у пациентов с БА в вентрикулярной ЦСЖ в сравнении со здоровыми. В поясничной ЦСЖ концентрация D-аспартата в 1,5 раза выше у больных с БА, чем в группе контроля (Fisher et al., 1994).

Уровни мРНК серин рацемазы были повышены при БА в гиппокампе, по сравнению с группой контроля. В многочисленных исследованиях также показано, что β-амилойд способствует нейродегенерации, через стимуляцию микроглии для выделения АМК, включая D-серин (Fisher et al., 1998, Sheng-Zhou, 2004).

D-аминокислоты и шизофрения. Одним из важнейших значений D- серина при патологии выражается в гипофункции NMDA рецепторов, приводящих к шизофрении (Goff, Coyle, 2001; Chumakov et al, 2002). Поэтому уменьшение концентрации D- Сер снижает функциональную активность NMDA-рецепторов, что может являться одной из причин развития шизофрении (Nishikawa, 2005; Cloninger, 2002; Harrison, Owen, 2003; Hashimoto et al., 2007; Corvin et al., 2007).

В последнее время именно эта гипотеза принята за рабочую, так как в ее пользу свидетельствуют многочисленные экспериментальные данные (MacDonald, Chafee, 2006). В то же время другими исследователями не обнаружено взаимосвязи между полиморфизмом генов daao и белка pGL72 и пред расположенностью к шизофрении (Chung et al., 2007; Vilella et al., 2008).

В других работах, было показано, что комбинация аллелей гена G72 и гена DAAO увеличивает вероятность развития шизофрении (Schumacher et al., 2004; Chumakov et al., 2002; Owen et al., 2005). Повышение уровня экспресссии гена G72 (Korostishevsky et al., 2004) приводит к росту активности DAAO в тканях мозга человека. Это, в свою очередь, вызывает снижение уровня D-Сер, который с высоким сродством может взаимодействовать с глицин связывающим сайтом NMDA- рецепторов (Nishikawa, 2005).

Таким образом, выделены 2 гена, мутации в которых повышаю риск развития шизофрении: Ген активатора оксидазы D-АМК DAAO, находящийся на 13 хромосоме и кодирующей белок G72, которых активирует фермент DAO, что приводит к снижению концентрации D-серина и гипофунекции NMDA рецепторов. Второй ген оксидазы D-АМК DАО, также находлится на 13 хромосоме. В гиппокампе больных шизофренией экспрессия и активность фермента DАО в два раза выше, чем в норме, отсюда большен D-серина метаболизируется и не участвует в коактивации глутаматных рецепторов. Известен и полиморфный вариант гена серин-рацемазы, который менее активен, из-за чего производит меньше одноименного фермента, что выражается уменьшении концентрации D-серина в мозге и гипофункции NMDA-рецепторов (Сеньков, 2010).

Применение антагонистов NMDA рецепторов, таких как фенциклидин, вызывает шизофреноподобные симптомы здоровых волонтеров (Goff, Coyle, 2001). У мышей низкая экспрессия NR1 фрагмента NMDA рецептора, отвечающего за связывание с глицином и D-серином, приводило к поведенческим нарушениям, ввиде снижения моторной активности, стереотипии, нарушения межвидового и межполового контакта (Mohn et al., 1999).

При этом у пациентов с шизофренией имеет место высокие значения отношения L-серина к D- серину в крови и ЦСЖ (Bendikov et al., 2007; Hashimoto et al., 2005; Hashimoto et al., 2003). Вовлеченность D-серина в патогенез шизофрении также доказывается проведенными генетическими исследованиями по изучению полиморфизма гена серин рацемазы и DААО у данной группы больных (Chumakov et al., 2002).

D-аминокислоты и болезнь Паркинсона (БП). Роль D-АМК в патогенез БП прицельно не изучался. Считается, что важную роль в развитии данного заболевания также как при БА и БАС играет глутаматная эксайтотоксичность (Koutsilieri, 2007). В работе Li et al. (2009) методом капиллярного электрофореза определялся уровень D и L серина в среднем мозге у мышей с болезнью Паркинсона. Было показано, что концентрации D, L серина у мышей с болезнью Паркинсона были достоверно отличны.

Согласно другим данным при Болезни Паркинсона и Болезни Альцгеймера концентрации D-серина в височной, теменной и префронтальных областях, достоверно не изменялись (Chouinard et al., 1993; Kumashiro et al., у пациентов с БП антагонисты глициновых сайтов NMDA рецепторов показали хорошую эффективность при моторных нарушениях (Carlsson,. Carlsson, 1990).

D-аминокислоты и эпилепсия. В ходе исследования роли D-АМК показано, что они вовлечены в патогенез эпилепсии (Meldrum et al., 1999). Стимуляция D-серином глицинового сайта может вызывать судороги (Meldrum, 1985; Singh et al, 1990), а антагонисты глицинового сайта – купировать судороги (De Sarro et al., 1993; Peterson et al., 1995).

Другие исследования дают иную информацию, что D-серин усиливает активность антиконвульсантов (Peterson et al., 1991) и повышает порог судорожной готовности (Loscher et al., 1994). Для объяснения данного феномена была предложена своеобразная гипотеза. Предположено, что при эпилепсии происходит растормаживании сетей ЦНС. Активация NMDA рецепторов необходима для стимуляции ингибирования ГАМКА рецепторов. Нарушение данной активации может привести к торможению рецепторов, что приводит к растормаживанию и склонности к эпилепсии. Таким образом, снижение функции NMDA, при снижении уровня D-серина, может приводить к развитию припадков (Mori, Mishina, 1995; Nakanishi, 1992).

D-аминокислоты и другие заболевания. В белках опухолевых клеток содержится существенные концентрации D-АМК, в частности D- глутаминовая кислота, D-валин, лейцин и лизин (Fisher, 1998). После перинатальной асфиксии D-аспартат синтезируется в ЦНС, по-видимому, из Sundvall et al., 1997). Повышение уровня сывороточного D-серина, D- пролина и D-аспарагина и (или) D- аспартата ассоциировано со старением и заболеванием почек (Bruckner et al., 1993; Nagata et al., 1987). Найдена положительная корреляция между концентрацией D-АМК и маркеров почечных заболеваний. Уровень D- серина повышается на модели животных с инсультом одновременно со снижением глицина и L-глутамата (Lo et al., 1998).

Таким образом, показано, что многие D-АМК изменяют свои концентрации при заболеваниях. На сегодняшний момент главным механизмом, в котором участвуюь D формы является глутаматная эксайтотоксичность. Чрезмерная стимуляция NMDA рецепторов зафиксирована для большого количества острых и хронических нейродегенеративных заболеваний, включая инсульт, эпилепсию, полинейропатию, хроническую боль, БАС, Болезнь Паркинсона (БП), Болезнь Альцгеймера (БА) и Болезнь Гентингтона (БГ) (Danysz et al., 1998). Все эти факты толкают исследователей на поиск новых методов диагностики, лечения и профилактики заболеваний, связанных с изменением концентраций D-АМК.

D-аминокислоты и конформационные болезни мозга. Из приведенного выше обзора видно, что концентрация D-АМК и их соотношение с L-формами изменяется при старении и при ряде нейродегенеративных заболеваний. Большинство из них объединяет то, что при развитии болезни в поврежденных клетках формируются аномальные белковые агрегаты.

Выяснено, что нарушение деградации белков и накоплениеоксических агрегатов при нейродегенеративных заболеваниях приводит к гибели нейрона, при этом основное значение имеют нарушения в самом убиквинтин-АТФ-зависимом комплексе, а также изменения связывания белков, их нерастворимость и неспособность к деградации (Захарова, Завалишин, 2001). Необходимым условием реализации этих реакций являются конформационные изменения, участвующие в указанных реакциях белков в результате мутации и изменения функции шаперонов, а также в условиях окислительного стресса. В этой связи были выделены новая группа болезней – конформационные болезни (Carell., Lomas, 1998).

Конформационные болезни – все заболевания, характеризующиеся нарушением механизмов, обеспечивающих нативную укладку клеточных белков в процессе их созревания и выполнения ими физиологических функций (Иллариошкин, 2003; Beissinger, Buchner, 1998). К основным конформационным болезням относятся Болезнь Альцгеймера (β-амилойд), Болезнь Паркинсона (α-синуклеин), БАС (СОД1), Хорея Гентингтона (CAG повторы), также конформационным изменениям подвергаются белки при нормальном старении.

В зависимости от дальнейшей судьбы аномально конформационного белка, данные заболевания могут быть подразделены на 2 группы: 1) заболевания, при которых патологическая укладка приводит к быстрой деградации аберрантных полипептидов; 2) заболевания, при которых имеет место агрегация белков с аномальной пространственной организацией, что обычно сопровождается формированием амилоидных депозитов, характерных цитоплазматических и ядерных включений (Bross, 1999).

Ковалентная АМК последовательность полипептидной цепи представляет собой первичную структуру белка. Хорошо известно, однако, что важнейшие характеристики любого белка далеко не исчерпывается его первичной структурой. Полипептидная цепь нативного белка свертывается в пространстве вполне определенным образом, с образованием характерного для данного типа белка трехмерной пространственной укладки – конформации.

Известны две основные конфигурации вторичной структуры белка (Ленинджер, 1985; Альбертс, 1994). А-спираль и В-складчатый слой.

В А спирали полипетидный остов формирует регулярные плотные спиральные витки вокруг длинной оси молекулы с образованием жесткого цилиндра, тогда как R-группы АМК остатков выступают из спирального остова наружу. При этом плоскости жестких пептидных групп параллельны длинной оси спирали. А- спираль является правозакрученной (из-за L-АМК состава природных белков) и имеет ширину шага 0,54 нм (3,6 АМК остатков на виток), в связи с чем при рентгеноструктурном анализе таких белков обнаруживаются периодические единицы указанной длинны. Стабилизация А-спирали осуществляется за счёт нековалентных внутрицепочечных водородных связей между каждым атомом водорода, соединенным с азотом пептидной связи и атомом кислорода карбоксильной группы одного из предшествующих АМК остатков.

Принципиально другой тип вторичной структуры белка представляет собой, так называемый, В-складчатый слой. Данная конформация имеет не спиральную, а зигзагообразную форму благодаря расположению вытянутых изломанных полипептидных цепей параллельно друг другу, с образованием ряда протяженных складок и выступание R- групп АМК кнаружи по обе стороны зигзагообразной структуры. Как правило В-складчатый слой имеет антипараллельную направленность, т.е. ориентация каждого прямого участка цепи противоположна направлению ближайших соседних участков (например, в результате многократного изгибания полипептидной цепи на 180 гр).

Белки могут иметь как гомогенную структуру (только А или В-конформации), так и гетерогенную.

Изменение АМК последовательности белка способно существенно повлиять на пространственную укладку молекулы и, следовательно, нарушить стабильность и функциональные свойства аберрантного полипептида.

При конформационных болезнях мозга основной мишенью Патологического процесса является вторичная и (опосредованно) третичная структура белка. При этом чаще всего имеет место дестабилизация А-спиралей и сдвиг отношения между А-спиралями и В- складчатыми слоями соответствующего белка в сторону последних, что сопровождается глубокими изменениями общей конформации и физико-химиеских свойств аномального белка. При этом становясь функционально неполноценными аномальные белки подвергаются воздействию внутриклеточных протеаз, а также переходу в растворимую форму и агрегации. Т.о. протеолитическая деградация и агрегация белка являются конкурирующими процессами по отношению к его конечной нативной укладке, и повышение интенсивности одной или обеих указанных побочных реакций представляет собой типичную характеристику конформационных болезней (Bross et al., 1999)

Как было отмечено выше, при одном из конформационных заболеваний (Болезни Альцгеймера) в составе β-амилоида (аномального белка) найдены D-АМК (Kaneko et al., 1995, Wiesehan et al., 2008). Согласно данным Бакстону и Робертсу встраивание D-АМК в L- полипептидную цепочку, вследствие иной (нерегулярной) пространственной организации, полипептидная цепочка будет изгибаться, надламливааться, изменять своё направление, также будет изменяться ориентация лигандов (Бакстон, Робертс, 2009). Всё это неизбежно приведет к изменению и нестабильности третичной структуры белка – конформации. Таким образом, появление D-АМК может приводить к формированию аномальных белков и развитию кеонформационных заболеваний.

Клиническое применение D- аминокислот и их ферментов, участвующих в их метаболизме.

Добавление 5% D,L-аспартата в пищу крыс замедляла рост мышей более выражено, чем питание исключительно L формой (Graham et al., 1950; Sauberlich, 1961). У крыс, получающих 50 мг\кг D-аспартата в питьевой воде, не зафиксировано никаких признаков токсического воздействия на физиологические функции. Пороговая токсическая величина D-аспартата у мышей после внутримышечного введения соответствовала 1000 мг\кг (Inoue et al., 1981).

Включение D-АМК в антитела и в состав синтетических вакцин против инфекций или аутоиммунных заболеваний может способствовать как специфичности иммунного ответа, так и эффективности (Sela, 1997).

Чрезвычайно важным направлением разработок клинического применения D-АМК является диагностика заболеваний.

В настоящее время оксидаза D- аминокислот находит все более широкое применение на практике. Как уже отмечалось выше, D-АМК играют важную роль в регуляции жизнедеятельности различных организмов. В случае ряда заболеваний в тканях мозга, сыворотке крови, спинномозговой жидкости наблюдаются значительные изменения, как концентрации определенных D-аминокислот, так и активности ферментов их метаболизирующих, в частности DAAO. Поэтому высокочувствительные методы определения D-АМК и самого фермента в биологических образцах могут быть использованы для ранней диагностики и мониторинга ряда заболеваний.

Однако, реальных разработок в направлении выявления диагностического значения D-АМК очень мало. Фактически только в начале 2008 г. появились две статьи на эту тему. Перно (Pernot P.) с соавт. разработали микробиосенсор для определения концентрации D-Сер in vivo (Pernot et al., 2008). Биосенсор размером 25×150 мкм представлял собой цилиндрический платиновый микроэлектрод, покрытый слоем селективного к пероксиду водорода медиатора поли-м-фенилен диамином. На поверхность электрода путем простой адсорбции наносили фермент (в основном RgDAAO и для сравнения – pkDAAO). В опытах in vivo для защиты фермента на поверхность биосенсора наносили дополнительную мембрану из Нафиона. Биосенсор на основе RgDAAO обладал более высокой чувствительностью при определении D-Сер (9,2 пА/мМ в диапазоне концентраций 0,1–500 мкМ) по сравнению с таковым на основе pkDAAO (6,5 пА/мМ). Теоретический предел обнаружения D-Сер для первого биосенсора составил 16 нМ. Однако более важным параметром, обеспечивающим превосходство биосенсора на основе RgDAAO, была более высокая селективность детекции D-Сер. Это достигалось за счет лучшего соотношения активностей RgDAAO с D-Ser и другими основными D-аминокислотами клетки (100:5,5 и 100:104 для пар D-Ser/D-Asp и D-Ser/D-Ala соответственно). Высокая селективность при определении D-Сер in vivo была достигнута за счет того, что содержание D-Ала в тканях мозга в норме не превышает 7% от содержания D-Сер. Очевидно, что в случае патологий, при которых наблюдается возрастание концентрации D-Ала или снижение таковой для D-Сер, корректное определение концентрации последнего будет невозможно. Для этого в биосенсоре нужно использовать фермент, который в идеале не должен обладать активностью ни с D-Ала, ни с D-Асп. Для детекции самой DAAO были разработаны разнообразные методы (Watari et al., 1968; Frederiks et al., 1990; Khoronenkova, Tishkov, 2008). В большинстве из них используется сопряженная реакция окисления органических соединений пероксидом водорода, катализируемая пероксидазой хрена (Cohen, 1973). Наличие большого количества субстратов для пероксидазы позволяет детектировать ферментативную активность с помощью спектро- и флуориметрии, в гелях и непосредственно в срезах тканей (Хоренкова, Тишков, 2008).

Еще одной интересной и перспективной областью применения оксидазы D-АМК является ее использование для диагностики некоторых видов рака. Было установлено, что парентеральное введение в организм человека с раковой опухолью растворов, содержащих D-АМК, приводит к повышению качества усвоения питательных веществ и ингибированию роста раковых клеток (Naylor et al., 1976; Kawazoe et al., 2007). Позже исследования на крысах показали, что в раковых клетках активность DAAO является нулевой (Sasamura et al., 2002; Stegman et al., 1998). Коллективом японских авторов (Fang et al., 2002; Fang et al., 2004) было предложено использовать DAAO, конъюгированную с полиэтиленгликолем, для антираковой терапии. Было показано, что в организме мыши, пораженной раком, происходит аккумуляция введенной pkDAAO в клетках опухоли, т.е. происходит адресная доставка антиракового агента. Если через некоторое время начать вводить в организм животного D-пролин (эта D- аминокислота является одним из лучших субстратов для pkDAAO), наблюдается существенное подавление роста раковых клеток. Это связано с увеличением концентрации H2O2 и других продуктов окислительного метаболизма в клетках опухоли. При этом в здоровых органах (почки, печень, клетки мозга) DAAO не накапливается и содержание продуктов окислительного метаболизма не изменяется. Для увеличения времени жизни в организме фермент иммобилизовали на полиэтиленгликоле. Механизм накопления DAAO именно в раковых клетках не изучался. Одним из возможных объяснений может быть просто более высокий уровень метаболизма раковых клеток по сравнению с нормальными, благодаря чему они более активно захватывают различные соединения из своего окружения. Такой эффект «направленного транспорта» описан для большого количества соединений. Т.о. использование D-АМК может также являться новой стратегией противораковой терапии.

Как уже отмечалось выше, при некоторых психосоматических заболеваниях (как шизофрения, болезнь Альцгеймера и Паркинсона), наблюдаются значительные изменения уровня некоторых D-аминокислот – D- Сер, D-Ала, D-Асп в плазме крови, сером и белом веществе головного мозга, спинномозговой жидкости. Результаты определения D-АМК в норме и патологии создали предпосылки для выработки критериев по диагностике и мониторингу перечисленных заболеваний (Bruckner, Hausch, 1993; Kumashiro et al., 1995; Nagata et al., 1995). Исследования на мутантных мышах с отсутствующим геном daao показали, что в организме не наблюдается никакого эффекта, компенсирующего пониженную или нулевую активность DAAO. Это открывает возможности для поиска ингибиторов фермента, которые обеспечивают лечение шизофрении путем стимуляции NMDA-рецепторов за счет увеличения концентрации D- серина в тканях мозга (Almond et al., 2006). Другим разрабатываемым подходом лечения является повышение эффективности действия NMDA-рецепторов за счет перорального или инъекционного введения D-Сер в организм дополнительно к антипсихотической профилактике заболевания (Tsai et al., 1998; Hashimoto, Chiba, 2004; Morikawa et al., 2007). Для реализации первого подхода авторами (Brandish et al., 2006) была разработана методика высокоэффективного скрининга активности DAAO в целых клетках для автоматизированного поиска ингибиторов фермента. В результате первичного скрининга было отобрано 1966 потенциальных ингибиторов для дальнейших исследований. Другие авторы (Adage et al., 2008) на основании подобных экспериментов предложили использовать в качестве лекарственного средства 5- метилпиразол-3-карбоновую кислоту.

Результаты тестирования показали, что разовая инъекция ингибитора в организм крысы действительно приводит к значительному увеличению содержания D-Сер в коре головного мозга и среднем мозге, причем его непрерывное введение в течение 4-х недель не вызывало побочных эффектов. Допамин является эффективным средством профилактики и лечения болезни Паркинсона (Aminoff et al., 1994). Недавно было установлено, что D-3,4- ди гидроксифенилаланин (D-DOPA) является лучшим субстратом человеческой DAAO по сравнению с D-Сер (Kawazoe et al., 2007) Величина каталитической эффективности для D- DOPA была в 14 раз выше, чем с D- Сер. Таким образом, DAAO обеспечивает эффективный альтернативный метаболический путь превращения D-DOPA в допамин.

Также был проанализирован вклад эндогенной активности серин-рацемазы в развитие NMDA токсичности при БАС. Культура клеток спинного мозга мышей с БАС была более уязвима к NMDA чем контрольная группа и внешние добавление D-серина усиливает NMDA токсичность. Был произведен эксперимент – в культуру клеток спинного мозга был добавлен ингибитор серин–рцемазы – феназинметосульфат (ФМС) (Kim et al, 2005), и произведен анализ количества лактетдегтдрогеназы. Так как ФМС в высоких концентрациях сам по себе токсичен для культуры клеток, было исследование действие вещества в концентрации 1 mM. Было показано, что ФМС снижает активность серин рацемазы на 64,5%, при этом достоверно снижалась и NMDA токсичность у мышей с БАС.

На основании полученных результатов и значении DAАО в деградации D-АМК, начался поиск специфических лекарственных препаратов на основе DAАО для связывания D-серина и предотвращения феномена глутаматной эксайтотоксичности. Был синтезирован фермент Дезаминаза D- серина, который обладает одновременно высоким сродством и специфичностью к D-серину и эффективно разрушает его на культуре клеток (Kartvelishvily et al., 2006). На срезах гиппокампа (hippocampal slices) определено, что снижение уровня эндогенного D-серина фактически нивелирует NMDA-зависимую нейротоксичность. Это показывает, что именно D-серин, а не глицин, является главным ко-агонистом NMDA рецепторов при гибели нейронов в гиппокампе. Также значение D-серина в модуляции активности NMDA рецепторов найдена в других отделах мозга: супра- оптическое ядро гипоталамуса гипоталамуса (Panatier et al., 2006), сетчатке (Stevens et al., 2003), коре мозга (Katsuki et al., 2007).

Одним из важнейших значений D- серина при патологии выражается в гипофункции NMDA рецепторов, приводящих к шизофрении (Goff, Coyle, 2001). Базируясь на гипотезе гипофункции NMDA рецепторов были проведены несколько клинических наблюдений. Назначения D-серина совместно с нейролептиками благотворно сказывалось на выраженность позитивных, негативных и когнитивных симптомах при шизофрении (Heresco-Levy et al.,2005; Javitt, 2001; Tsai et al., 1998). В настоящее время проводятся 5 крупных исследований 2 и 3 фазы по изучению эффекта D-серина на пациентов с шизофренией.

Как отмечалось выше, сверхпродукция и черезмерная активация глутаматом NMDA рецепторов и соответственно вход кальция в клетку играет важную роль при острых состояниях и хронических нейродегенеративных заболеваниях (Danysz, Parsons, 1998; Choi, Rothman, 1990). Блокада NMDA рецептов имеет нейропротективный эффект на модели инсульта у животных, но не всегда полностью воспроизводится в клинических исследованиях (Lipton, 2006; Parsons et al., 2007). С этой позиции селективные ингибиторы серин рацемазы – рассматриваются как новая стратегия защиты от повреждения нейронов при нарушении мозгового кровообращения и гибели клеток при нейродегенеративных заболеваниях.

Разработка методов лечения различных заболеваний (в первую очередь раковых и нейродегенеративных), основанных на контроле уровня соответствующих D-аминокислот в клетках определенных тканей путем регуляции активности оксидазы D-аминокислот в этих тканях, является сложной задачей, поскольку DAAO одновременно участвует в регуляции совершенно разных процессов. Один и тот же фермент однонаправлено влияет на уровень различных D-аминокислот (т.е. одновременно или повышает, или снижает их концентрации), однако эффект от такого изменения в зависимости от типа D-аминокислоты может быть противоположным. Например, повышение концентрации D-Cер стимулирует NMDA-рецепторы, а в случае D-Ала это может служить указанием возникновения болезни Альцгеймера. Выходом из этой непростой ситуации может быть использование тканеспецифичной генотерапии (Хоренкова, Тишков, 2008) и наноконструкций (Wiley et al., 2009). С помощью такого подхода можно будет в строго определенных тканях вводить в ген фермента замены, приводящие к образованию мутантной DAAO с измененным профилем субстратной специфичности. В этом случае, при неизменном уровне биосинтеза фермента можно селективно влиять на уровень только одной определенной D-аминокислоты. Реализация такого подхода является задачей ближайшего будущего. Возможность тканеспецифического воздействия на ген DAAO была продемонстрирована на мышах (Hamase et al., 2006). При лечении БАС была применена методика тканеспецифичной генотерапии, но с другим вектором. Основные D-АМК и их функции представлены в таблице 1.

Таблица 1. Основные D-АМК у животных и человека (из Sabine et al, 2005; Fujii, 2005 c добавлениями).

D-АМК Животное Локализация Происхождение Функция \ ассоциированное заболевание
D-серин Грызуны, человек ЦНС, ЦСЖ, сыворотка крови, моча, β-амилоид, сетчатка, большинство органов младенцев; Биосинтез, бактерии кишечника, диета; Нейромодулятр NMDA рецепторов \ все заболевания ассоциированные с дисфункцией NMDA рецепторов, Болезнь Альцгеймера, Болезнь Паркинсона, БАС, эпилепсия, заболевания почек;
D-аспартат Грызуны, человек ЦНС (миелин, β-амилоид), ЦСЖ, семенники, надпочечники, гипоталамус, шишковидная железа, зубная эмаль, дентин (фосфорин), хрусталик (αβ-Кристаллин), сетчатка, аорта (эластин), кость (остеокальцин); Биосинтез, бактерии кишечника, диета; Участвует в процессах роста и развития и эндокринной регуляции / теоретически возможно участие в заболеваниях ассоциированных с дисфункцией NMDA рецепторов, старении и заболеваних почек, Болезнь Альцгеймера, атеросклероз, катаракта, эластоз;
D-глутамат Крысы Мозг, печень, почки
D-аланин Крысы, человек, мыши с выбитым геном DAAO; Слизистые железы, ЦНС, сыворотка крови, слюна, моча Бактерии кишечника Болезнь Альцгеймера, старение, заболевания почек;
D-лейцин Крысы, мыши, мыши с выбитым геном DAAO; ЦНС (шишковидная железа, гиппокамп)
D-пролин Крысы, мыши, мыши с выбитым геном DAAO;

Человек

ЦНС (шишковидная железа, гипофиз),

Сыворотка крови, слюна, моча

Заболевания почек

D-метионин Человек Сыворотка крови, слюна, моча Диета
D-аспарагин+

D-аспартат

Человек Сыворотка крови, слюна, моча Заболевания почек
D-аргинин Участвует в орнитиновом цикле

Молекулярная асимметрия аминокислот и общие вопросы естествознания. Хочется также отметить любопытный факт, что при старении и некотроых нейродегенеративных заболеваниях (Болезнь Альцгеймера, Болезнь Паркинсона) изменение степени асимметрии на молекулярном уровне (отношение D-АМК к L-АМК) не единственные. Изменение асимметрии проявляется на более высоких организациях материи (в частности организменном) и выражается в изменении степени межполушарной асимметрии по данным нейрофизиологическом исследовании (Фокин, Пономарева, 2001).

В этом аспекте становится крайне интересной концепция В.В. Горбачева о связи асимметрии и энтропии.

Согласно этой теории, переход вещества на более высокую ступень организации, порядоченности снижает энтропию как меру хаотичности. При этом наибольшей симметрией обладает как раз равновесное, хаотичное состояниие. Значит, уменьшение энтропии неизбежно приводит к уменьшению симметрии. Чем выше уровень организации материи, тем меньше энтропия и симметрия. Для снижения энтропии живых организмов, как открытых систем, обменивающихся энергией и материей с окружающей средой, необходима энергия. В этой теории биологическая смерть живого организма – рост энтропии (снижение асимметрии) до её уровня в окружающей среде (Горбачев, 2008), что мы и видим на примере молекулярной асимметрии АМК. По-видимому, развивающаяся система должна быть асимметричной (Урманцев, 2006).

По мнению ряда исследователей, появление асимметрии аминокислот на определенном этапе эволюции является ключевым в образовании первичных живых клеток на планете, а хиральная асимметрия – фундаментальной асимметрией живых организмов (Аветисов, ольданский, 1996; Твердислов, Яковенко, 2008)

Заключение. Более 50 лет назад, была абсолютная уверенность, что D- АМК не существует в живых организмах. Исследования последних десятилетий показали, что D-АМК широко представлены в тканях высших организмов, в том числе человека. Определены специфические функции отдельных D-АМК. D-серин играет важную роль в нейромодуляции, в то время как D- аспартат вовлечен в процессы развития и эндокринные функции. Выявлены пути поступления и метаболизма D- АМК. Патогенность D-АМК связана с чрезмерной активацией NMDA рецептров (D-серин, D-аспартат), встраивание в нормальные белковые молекулы, что привдит к функциональной неактивности белка или даже его токсичности.

Определение D-АМК в биологических жидкостях, а также измерение активности ферментов и мутации генов, их кодирующих, может служить диагностическим маркером при некоторых заболеваниях.

Практический интерес к содержанию D-АМК и их функциям связан также с тем, что возможна разработка методик внешнего коррегирования поступления, синтеза и деградации, а также модуляция рецепторов, что возможно при разработке новых терапевтических стратегий в лечении в частности конформационных болезней мозга. Наконец, использование экзогенных D-АМК (свободных или в составе белков) может принести различные новые терапевтические возможности, благодаря их специфичности и высокой эффективности.

Таким образом, молекулярная асимметия аминокислот, по-видимому, является фундаментальным свойством живой материи, нарушение которой может приводить как к развитию патологического процесса, так и к гибели организма.

Список литературы:

1. Аветисов В.А., Гольданский В.И. Физические аспекты нарушения зеркальной симметрии биоорганического мира\\ УФН, 1996, т.166, № 8, С. 873-891.

2. Бакстон Ш., Робертс С. Введение в стереохимию органических соединений \ Пер. с англ. В.М. Демьяновича. – М.: МИР, 2009. – 311 с.: ил.

3. Горбачев В.В. Концеации современного естествознания: Учебное пособие для студ. Вузов. – 3-е издание, перераб. – М.: ООО «Издательство Оникс», 2008. – 704 с.: ил.

4. Дегли С., Николсон Д. Метаболические пути. М.: Мир, 1973.

5. Диксон М., Уэбб Э. Ферменты: пер. с англ. – М.: Мир, 1982. – Т.1 – 392 с.

6. Захарова М.Н., Завалишин И.А. Общие механизмы развития патологического процесса при нейродегенартивных заболеваниях и нормальном старении. К кн.: Нейродегенеративные заболевания и старение. Руководство для врачей. Под редакцией И.А. Завалишина, Н.Н. Яхно, С.И. Гавриловой, Москва, 2001, 454 с.

7. Иллариошкин С.Н. Конформационные болезни мозга М.: «Янус-К», 2003. С. 248.

8. Кемп Д. Пептиды. М: Мир, 1983.

9. Кузнецова Т.Ю., Гаврилов Д.В., Дуданов И.П., Макаревич П.И., Балацкий А.В., Самоходская Л.М., Парфенова Е.В. (2008) Кардиология, 48, 27– 33.

10. Ленинджер. Основы биохимии (пер с англ). М.: МИР, 1985, в 3 т.

11. Малыгин А.Г. Симметрия сети реакций метаболизма. М.: Наука, 1972.

12. Пастер Л. Избранные труды. Т 1. (Под ред А.А. Имшеницкого). М.: Изд-во АН СССР, 1960.

13. Сеньков О. Темная материя мозга: шизофрения \\ В мире науки, 2010, № 5, С. 29-37.

14. Твердислов В.А., Яковенко Л.В., Жаворонков А.А. Хиральность как проблема биохимической физики // Рос. Хим. Журн., 2007, т. LI, № 1, с. 13-22.

15. Твердислов В.А., Яковенко Л.В. Физические аспекты возникновения предшественников живой клетки. О двух фундаментальных асимметриях – ионной и хиральной. \\ Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астраномия. 2008. № 3. С. 3-16.

16. Урманцев Ю.А. Симметрия природы и пророда симметрии. Изд. 2-е, стереотипное. – М.: КомКнига, 2006. – 232 с.

17. Фокин В.Ф., Пономарева Н.В. Энергетическая физиология мозга – М.: Издательство, 2002. – 200с.: ил.

18. Хороненкова С.В., Тишков В.И. Оксидаза D- Аминокислот: физиологическая роль и применение // Успехи биологической химии, т. 48, 2008, с. 359–335.

19. Adage, T., Trillat, A.C., Quattropani, A., Perrin, D., Cavarec, L., Shaw, J., Guerassimenko, O., Giachetti, C., Greco, B., Chumakov, I., Halazy, S., Roach, A., Zaratin, P. (2008) Eur. Neuropsychopharmacol., 18, 200–214.

20. Almond, S.L., Fradley, R.L., Armstrong, E.J., Heavens, R.B., Rutter, A.R., Newman, R.J., Chiu, C.S., Kon no, R., Hutson, P.H., Brandon, N.J. (2006) Mol. Cell Neurosci., 32, 324–334.

21. Aminoff, M.J. (1994) West J. Med., 161, 303–308.

22. Armstrong D.W., M. Gasper, S.H. Lee, J. Zukowski, N. Ercal, DAmino acid levels in human physiological Xuids, Chirality 5 (1993) 375–378.

23. Auclair J.L., Patton R.L., On the occurrence of D- Alanine in the haemolymph of the milkweed bug, oncopeltus fasciatus, Rev.Can. Biol. 9 (1) (1950) 3–8.

24. Bada J L Adv. Chem. Ser. 106 309 (1971).

25. Basu AC, Tsai GE, Hani L, Jiang ZI, Benneyworth M, Ehmsen JT, Mustafa AK, Dore S, Snyder SH & Coyle JT (2007) Abnormal sensory gating, reversal of spatial memory, and anxiety-like behavior in serine racemase knockout mice. Soc Neurosci Abstr 576, K17.

26. Beatty I., Magrath D., Ennor A., Occurrence of D- serine in lombricine, Nature 183 (1959) 591.

27. Beissinger H., Bucher J. How chaperones fold proteins // Biol. Chem. 1998. 379. 245-259.

28. Bendikov I, Nadri C, Amar S, Panizzutti R, De Miranda, J, Wolosker H & Agam G (2007) A CSF and postmortem brain study of d-serine metabolic parameters in schizophrenia. Schizophr Res 90, 41–51.

29. Boillee S, Yamanaka K, Lobsiger CS, Copeland NG, Jenkins NA, Kassiotis G, Kollias G, Cleveland DW (2006) Onset and progression in inherited ALS determined by motor neurons and microglia. // Science 312: 1389–1392.

30. Brandish, P.E., Chiu, C.S., Schneeweis, J., Brandon, N.J., Leech, C.L., Kornienko, O., Scolnick, E.M., Stru lovici, B., Zheng, W. (2006) J. Biomol. Screen., 11, 481–487.

31. Bross P., Corydon J., Andresen B.S. et al. Protein misfolding and degradation in genetic diseases // Hum. Mut. 1999. 14. 186-198.

32. Bruckner H., M. Hausch, Gas chromatographic characterization of free D-amino acids in the blood serum of patients with renal disorders and of healthy volunteers, J. Chromatogr. 614 (1993): 7–17.

33. Bruijn LI, Miller TM, Cleveland DW (2004) Unraveling the mechanisms involved in motor neuron degeneration in ALS. // Annu Rev Neurosci 27: 723–749.

34. Carlsson M., A. Carlsson, Interactions between glutamatergic and monoaminergic systems within the basal ganglia-implications for schizophrenia and Parkinson’s disease, Trends Neurosci. 13 (1990) 272–276.

35. Choi DW & Rothman SM (1990) The role of glutamate neurotoxicity in hypoxic-ischemic neuronal death. Annu Rev Neurosci 13, 171–182.

36. Chouinard M.L., D. Gaitan, P.L. Wood, Presence of the Nmethyl-D-aspartate-associated glycine receptor agonist, D-serine, in human temporal cortex: comparison of normal, Parkinson, and Alzheimer tissues, J. Neurochem. 61 (1993) 1561–1564.

37. Chumakov I, Blumenfeld M, Guerassimenko O, Cavarec L, Palicio M, Abderrahim H, Bougueleret L, Barry C, Tanaka H, La Rosa P, Puech A, Tahri N, Cohen-Akenine A, Delabrosse S, Lissarrague S, Picard FP, Maurice K, Essioux L, Millasseau P, Grel P et al (2002) Genetic and physiological data implicating the new human gene G72 and the gene for D-amino acid oxidase in schizophrenia. Proc. Natl Acad Sci USA 99: 13675–13680.

38. Chung, S., Jung, J., Chung, H.Y., Yoo, H.K., Kim, C.Y., Joo, Y.H., Choi, S.E., Hong, J.P. (2007) Psychiatr. Genet., 313–319.

39. Clement AM, Nguyen MD, Roberts EA, Garcia ML, Boillee S, Rule M, McMahon AP, DoucetteW, Siwek D, Ferrante RJ, Brown Jr RH, Julien JP, Goldstein LS, Cleveland DW (2003) Wild-type nonneuronal cells extend survival of SOD1 mutant motor neurons in ALS mice. Science 302: 113–117.

40. Cloninger, C.R. (2002) Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 99, 13365–13367.

41. Cohen, H.J. (1973) Anal. Biochem., 53, 208–222.

42. Collingridge, G. (1987) Nature, 330, 604–605.

43. Corrigan J.J., D-Amino acids in animals, Science 164 (1969) 142–149.

44. Corrigan J.J., N.G. Srinivasan, The occurrence of certain Damino acids in insects, Biochemistry 5 (1966) 1185–1190.

45. Corvin, A., Donohoe, G., McGhee, K., Murphy, K., Kenny, N., Schwaiger, S., Nangle, J.M., Morris, D., Gill, M. (2007) Neurosci. Lett., 426, 97–100.

46. Couratier P., Hugon J., Sindon P. et al., Cell culture evidence for neuronal degeneration in ALS being linked to glutamate AMPA. 1993, 34; 265-268.

47. D’Aniello A., A. Di Cosmo, C. Di Cristo, L. Annunziato, L. Petrucelli, G. Fisher, Involvement of D-aspartic acid in the synthesis of testosterone in rat testes, Life Sci. 59 (1996) 97–104.

48. D’Aniello A., A. Vetere, G.H. Fisher, G. Cusano, M. Chavez, L. Petrucelli, Presence of D-alanine in proteins of normal and Alzheimer human brain, Brain Res. 592 (1992) 44–48.

49. D’Aniello A., J.M. Lee, L. Petrucelli, M.M. Di Fiore, Regional decreases of free D-aspartate levels in Alzheimer’s disease, Neurosci. Lett. 250 (1998) 131–134.

50. D’Aniello G., A. Tolino, A. D’Aniello, F. Errico, G.H. Fisher, M.M. Di Fiore, The role of D-aspartic acid and N-methyl-aspartic acid in the regulation of prolactin release, Endocrinology 141 (2000) 3862–

3870.

51. D’Aniello, A., Di Cosmo, A., Di Cristo, C., Annunziato, L., Petrucelli, L., Fisher, G. (1996) Life Sci., 59, 97–104.

52. D’Aniello, A., Di Fiore, M.M., Fisher, G.H., Milone, A., Seleni, A., D’Aniello, S., Perna, A.F., Ingrosso, D. (2000) FASEB J., 14, 699–714.

53. D’Aniello, G., Tolino, A., D`Aniello, A., Errico, F., Fisher, G.H., Di Fiore, M.M. (2000) Endocrinology, 141, 3862–3870.

54. Danysz W., A.C. Parsons, Glycine and N-methyl-D- aspartate receptors: physiological signiWcance and possible therapeutic applications, Pharmacol. Rev. 50 (1998) 597–664.

55. De Miranda J, Panizzutti R, Foltyn VN & Wolosker H (2002) Cofactors of serine racemase that physiologically stimulate the synthesis of the N- methyl-d-aspartate (NMDA) receptor coagonist d- serine. Proc Natl Acad Sci U S A 99, 14542–14547.

56. De Sarro G., G.R. Trimarchi, S. Sinopoli, Y. Masuda, A. De Sarro, Anticonvulsant eVects of U-54494A and U-50488H in genetically epilepsy-prone rats and DBA/2 mice: a possible involvement of glycine/NMDA receptor complex, Gen. Pharmacol. 24 (1993) 439–447.

57. Dunlop, D.S., Neidle, A., McHale, D., Dunlop, D.M., Lajtha, A. (1986) Biochem. Biophys. Res. Commun., 141, 27–32.

58. Fadda E, Danysz W, Wroblewski JT & Costa E (1988) Glycine and d-serine increase the affinity of N- methyld-aspartate sensitive glutamate binding sites in rat brain synaptic membranes. Neuropharmacology 27,1183–1185.

59. Fagg G.E., A. Matus, Selective association of N- methyl aspartate and quisqualate types of L-glutamate receptor with brain postsynaptic densities, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 81 (1984) 6876–6880.

60. Fang, J., Sawa, T., Akaike, T., Greish, K., Maeda, H. (2004) Int. J. Cancer, 109, 1–8.

61. Fang, J., Sawa, T., Akaike, T., Maeda, H. (2002) Cancer Res., 62, 3138–3143.

62. Fisher G, Lorenzo N, Abe H, Fujita E, Frey WH, Emory C, Di Fiore MM, D’ Aniello A. Free D- and L- amino acids in ventricular cerebrospinal fluid from Alzheimer and normal subjects. // Amino Acids. 1998;15(3):263-9.

63. Fisher G.H., A. D’Aniello, A. Vetere, L. Padula, G.P. Cusano, E.H. Man, Free D-aspartate and D-alanine in normal and Alzheimer brain, Brain Res. Bull. 26 (1991) 983–985.

64. Fisher G.H., L. Petrucelli, C. Gardner, C. Emory, W.H. Frey, L. Amaducci, S. Sorbi, G. Sorrentino, M. Borghi, A. D’Aniello, Free D-amino acids in human cerebrospinal Xuid of Alzheimer disease, multiple sclerosis, and healthy control subjects, Mol. Chem. Neuropathol. 23 (1994) 115–124.

65. Fisher GH, D’Aniello A, Vetere A, Padula L, Cusano GP, Man EH. Free D-aspartate and D-alanine in normal and Alzheimer brain. // Brain Res Bull. 1991 Jun;26(6):983-5.

66. Fisher GH, Petrucelli L, Gardner C, Emory C, Frey WH 2nd, Amaducci L, Sorbi S, Sorrentino G, Borghi M, D’Aniello A. Free D-amino acids in human cerebrospinal fluid of Alzheimer disease, multiple sclerosis, and healthy control subjects. // Mol Chem Neuropathol. 1994 Oct-Dec;23(2-3):115-24.

67. Fisher GH. Appearance of D-amino acids during aging: D-amino acids in tumor proteins. EXS. 1998;85:109-18. Gaviria, R., Lorenzo, N., Tsesarskaia, M. (2007) Amino Acids, 32, 27–30.

69. Fisher, G., Lorenzo, N., Abe, H., Fujita, E., Frey, W.H., Emory, C., Fiore, M.M.D., D`Aniello, A. (1998) Amino Acids, 15, 263–269.

70. Frederiks, W.M., Patel, H.R., Marx, F., Gossrau, R., Kooij, A., van Noorden, C.J. (1990) Acta Histochem. Suppl., 40, 95–100.

71. Fujii N, Saito T. Homochirality and life. Chem Rec. 2004;4(5):267-78.

72. Fujii N., Satoh K., Harada K., Ishibashi Y. // J. Biochem, 116, 663-669, 1994.

73. Fujii Noriko. D-amino acid in Elderly Tissues // Biol.Pharm.Bull. 2005. 28(9), 1585-1589.

74. Furuchi, T., Homma, H. (2005) Biol. Pharm. Bull., 28, 1566–1570.

75. Furukawa H & Gouaux E (2003) Mechanisms of activation, inhibition and specificity: crystal structures of the NMDA receptor NR1 ligand-binding core. EMBO J 22, 2873–2885.

76. Goff DC & Coyle JT (2001) The emerging role of glutamate in the pathophysiology and treatment of schizophrenia. Am J Psychiatry 158, 1367–1377.

77. Graham C.E., S.W. Hier, H.K. WaitkoV, S.M. Saper, W.G. Bibler, E.I. Pentz, Studies on natural and racemic amino acids with rats, J. Biol. Chem. 185 (1950) 102.

78. Gustafson EC, Stevens ER, Wolosker H & Miller RF (2007) Endogenous d-serine contributes to NMDAreceptor-mediated light-evoked responses in the vertebrate retina. J Neurophysiol 98, 122–130.

79. Hamase K., H. Homma, Y. Takigawa, T. Fukushima, T. Santa, K. Imai, Regional distribution and postnatal changes of D-amino acids in rat brain, Biochim. Biophys. Acta 1334 (1997) 214–222.

80. Hamase K., T. Inoue, A. Morikawa, R. Konno, K. Zaitsu, Determination of free D-proline and D-leucine in the brains of mutant mice lacking D-amino acid oxidase activity, Anal. Biochem. 298 (2001) 253–258.

81. Hamase, K., Konno, R., Morikawa, A., Zaitsu, K. (2005) Biol. Pharm. Bull., 28, 1578–1584.

82. Hamase, K., Takagi, S., Morikawa, A., Konno, R., Niwa, A., Zaitsu, K. (2006) Anal. Bioanal. Chem., 386, 705–711.

83. Harrison, P.J., Owen, M.J. (2003) Lancet, 361, 417–419.

84. Hashimoto A, Kumashiro S, Nishikawa T, Oka T, Takahashi K, Mito T, Takashima S et al. (1993) Embryonic development and postnatal changes in free d-aspartate and d-serine in the human prefrontal cortex. J Neurochem 61, 348–351.

85. Hashimoto A, Nishikawa T, Hayashi T, Fujii N, Harada K, Oka T & Takahashi K (1992) The presence of free d-serine in rat brain. FEBS Lett 296, 33–36.

86. Hashimoto A, Oka T & Nishikawa T (1995) Extracellular concentration of endogenous free d- serine in the rat brain as revealed by in vivo microdialysis. Neuroscience 66, 635–643.

87. Hashimoto A., S. Kumashiro, T. Nishikawa, T. Oka, K. Takahashi, T. Mito, S. Takashima, N. Doi, Y. Mizutani, T. Yamazaki, Embryonic development and postnatal changes in free D-aspartate and D-serine in 348–351.

88. Hashimoto A., T. Nishikawa, T. Hayashi, N. Fujii, K. Harada, T. Oka, K. Takahashi, The presence of free D-serine in rat brain, FEBS Lett. 296 (1992) 33–36.

89. Hashimoto A., T. Nishikawa, T. Oka, K. Takahashi, Endogenous D-serine in rat brain: N-methyl-D- aspartate receptor-related distribution and aging, J. Neurochem. 60 (1993) 783–786.

90. Hashimoto A., T. Oka, T. Nishikawa, Anatomical distribution and postnatal changes in endogenous free D-aspartate and D-serine in rat brain and periphery, Eur. J. Neurosci. 7 (1995) 1657–1663.

91. Hashimoto K, Engberg G, Shimizu E, Nordin C, Lindstrom LH & Iyo M (2005) Reduced d-serine to total serine ratio in the cerebrospinal fluid of drug naïve schizophrenic patients. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry 29, 767–769.

92. Hashimoto K, Fukushima T, Shimizu E, Komats N, Watanabe H, Shinoda N, Nakazato M et al. (2003) Decreased serum levels of d-serine in patients with schizophrenia: evidence in support of the N-methyl-d- aspartate receptor hypofunction hypothesis of schizophrenia. Arch Gen Psychiatry 60, 572–576.

93. Hashimoto, A., Chiba, Y. (2004) Eur. J. Pharmachol.,495, 153–158.

94. Hashimoto, A., Yoshikawa, M., Andoh, H., Yano, H., Matsumoto, H., Kawaguchi, M., Oka, T., Kobayashi, H. (2007) Eur. J. Pharmacol., 555, 17–22.

95. Helfman P.M., Bada J.L., Shou M.Y., Considerations on the role of aspartic acid racemization in the aging process, Gerontology 23 (1977) 419–425.

96. Helfman, P.M., Bada, J.L. (1975) Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 72, 2891–2894.

97. Heresco-Levy U, Javitt DC, Ebstein R, Vass A, Lichtenberg P, Bar G, Catinari S et al. (2005) d-serine efficacy as add-on pharmacotherapy to risperidone and olanzapine for treatment-refractory schizophrenia. Biol Psychiatry 57, 577–585.

98. Hirabayashi Y & Furuya S (2008) Roles of l-serine and sphingolipid synthesis in brain development and neuronal survival. Prog Lipid Res 47, 188–203.

99. Horiike K, Tojo H, Arai R, Nozaki M & Maeda T (1994) d-amino-acid oxidase is confined to the lower brain stem and cerebellum in rat brain: regional differentiation of astrocytes. Brain Res 652, 297–303.

100.Horiike K., H. Tojo, R. Arai, T. Yamano, M. Nozaki, T. Maeda, Localization of D-amino acid oxidase in Bergmann glial cells and astrocytes of rat cerebellum, Brain Res. Bull. 19 (1987) 587–596.

101.Howland DS, Liu J, She Y, Goad B, Maragakis NJ, Kim B, Erickson J, Kulik J, DeVito L, Psaltis G, DeGennaro LJ, Cleveland DW, Rothstein JD (2002) Focal loss of the glutamate transporter EAAT2 in a transgenic rat model of SOD1 mutant-mediated amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Proc Natl Acad Sci USA 99: 1604–1609.

102.Ikonomidou C., Qin YQ., Labrugere J. et al., Motor neuron degeneration induced by excitixin agonist has features in common with those seen in the SOD-1 transgenic mouse model of ALS // J. Neuropathology. 1995, 37; 769-775.

103.Imai Y, Kohsaka S (2002) Intracellular signaling in M-CSF-induced microglia activation: role of Iba1. Glia 40: 164–174.

104.Inoue Y., Y. Zama, M. Suzuki, “D-Amino acids” as immunosuppressive agents, Jpn. J. Exp. Med. 51 (1981) 363–366.

105.Jacobson S J, WilsonCG, RapoportHJ. Org. Chem. 39 1074 (1974).

106.Javitt DC (2001) Management of negative symptoms of schizophrenia. Curr Psychiatry Rep 3, 413–417.

107.Johnson JW & Ascher P (1987) Glycine potentiates the NMDA response in cultured mouse brain neurons. Nature 325, 529–531.

108.Jumpei Sasabe, Tomohiro Chiba, Marina Yamada, Koichi Okamoto, Ikuo Nishimoto, Masaaki Matsuoka, Sadakazu Aiso. D-Serine is a key determinant of glutamate toxicity in amyotrophic lateral sclerosis // The EMBO Journal. 2007. 26, 4149–4159

109.Junjaud G, Rouaud E, Turpin F, Mothet JP & Billard JM (2006) Age-related effects of the neuromodulator d-serine on neurotransmission and synaptic potentiation in the CA1 hippocampal area of the rat. J Neurochem 98, 1159–1166.

110.Kampel, D., Kupferschmidt, R., Lu bec, G. (1990) in Amino Acids: Chemistry, Biology and Medicine. Leiden: Escom, 1164–1171.

111.Kaneko I., Yamanda N., Sakuraba Y., KamenosonoM., Tutumi S.// J. Neurochem., 65, 2585-2593, 1995.

112.Kartvelishvily E, Shleper M, Balan L, Dumin E & Wolosker H (2006) Neuron-derived d-serine release provides a novel means to activate N-methyl-d-aspartate receptors. J Biol Chem 281, 14151–14162.

113.Katsuki H, Nonaka M, Shirakawa H, Kume T & Akaike A (2004) Endogenous d-serine is involved in induction of neuronal death by N-methyl-d-aspartate and simulated ischemia in rat cerebrocortical slices. J Pharmacol Exp Ther 311, 836–844.

114.Katsuki H, Watanabe Y, Fujimoto S, Kume T & Akaike A (2007) Contribution of endogenous glycine and d-serine to excitotoxic and ischemic cell death in rat cerebrocortical slice cultures. Life Sci 81, 740–749.

115.Kawahara Y, Ito K, Sun H, Aizawa H, Kanazawa I, Kwak S (2004) Glutamate receptors: RNA editing and death of motor neurons. //Nature 427: 801.

116.Kawazoe, T., Tsuge, H., Imagawa, T., Aki, K., Kuramitsu, S., Fukui, K. (2007) Biochem. Biophys. Res. Commun., 355, 385–391.

117.Kera Y., H. Aoyama, H. Matsumura, A. Hasegawa, H. Nagasaki, R. Yamada, Presence of free D- glutamate and D-aspartate in rat tissues, Biochim. Biophys. Acta 1243 (1995) 283–286.

118.Khoronenkova, S.V., Tishkov, V.I. (2008) Anal. Biochem., 374, 405–410.

119.Kim PM, Aizawa H, Kim PS, Huang AS, Wickramasinghe SR, Kashani AH, Barrow RK, Huganir RL, Ghosh A, Snyder SH (2005) Serine racemase: activation by glutamate neurotransmission via glutamate receptor interacting protein and mediation of neuronal migration. Proc Natl Acad Sci USA 102: 2105–2110.

120.Konno R., A. Niwa, Y. Yasumura, Intestinal bacterial origin of D-alanine in urine of mutant mice lacking D- amino-acid oxidase, Biochem. J. 268 (1990) 263–265.

121.Konno R., K. Isobe, A. Niwa, Y. Yasumura, Excessive urinary excretion of methionine in mutant mice lacking D-amino-acid oxidase activity, Metabolism 37 (1988) 1139–1142.

122.Konno R., T. Oowada, A. Ozaki, T. Iida, A. Niwa, Y. Yasumura, T. Mizutani, Origin of D-alanine present in urine of mutant mice lacking D-amino-acid oxidase activity, Am. J. Physiol. 265 (1993). G699–G703.

123.Korostishevsky, M., Kaganovich, M., Cholostoy, A., Ashkenazi, M., Rat ner, Y., Dahary, D., Bening-Abu- Shach, U., Ben Asher, E., Lancet, D., Ritsner, M., Navon, R. (2004) Biol. Psychiatry, 56, 169–176.

124.Koutsilieri E, Riederer P. Excitotoxicity and new antiglutamatergic strategies in Parkinson’s disease and Alzheimer’s disease. Parkinsonism Relat Disord. 2007;13 Suppl 3:S329-31.

125.Krebs, H.A. (1935) Biochem. J., 29, 1620–1644.

126.Kreil G., Peptides containing a D-amino acid from frogs and molluscs, J. Biol. Chem. 269 (1994) 10967–10970.

127.Kumashiro S., A. Hashimoto, T. Nishikawa, Free D- serine in postmortem brains and spinal cords of individuals with and without neuropsychiatric diseases, Brain Res. 681 (1995) 117–125.

128.La Rue, T.A., Spencer, J.F.T. (1967), Can. J. Microbiol., 13, 777–788.

129.Lamzin V.S., Z. Dauter, K.S. Wilson, How nature deals with stereoisomers, Curr. Opin. Struct. Biol. 5 (1995) 830–836.

130.Le Bel J A Bull. Soc. Chem. France N.S. 22 337 (1874).

131.Lerma J, Zukin RS & Bennett MV (1990) Glycine decreases desensitization of N-methyl-d-aspartate (NMDA) receptors expressed in Xenopus oocytes andis required for NMDA responses. Proc Natl Acad Sci U S A 87, 2354–2358.

132.Li S, Yu Q, Lu X, Zhao S. Determination of D,L- serine in midbrain of Parkinson’s disease mouse by capillary electrophoresis with in-column light-emitting diode induced fluorescence detection. // J Sep Sci. 2009 Jan;32(2):282-7.

133.Lin C.-L.G., Bristol L.A., Jin L. et al., Abberant RNA processing in a neurodegeneration diseases: the cause for absent EAAT2, a glutamate transporter in ALS // Neuron. 1998. 20: 589-602.

134.Lipton SA (2006) Paradigm shift in neuroprotection by NMDA receptor blockade: memantine and beyond. Nat Rev Drug Discov 5, 160–170.

135.Lo E.H., A.R. Pierce, K. Matsumoto, T. Kano, C.J. Evans, R. Newcomb, Alterations in K+ evoked proWles of neurotransmitter and neuromodulator amino acids after focal ischemia-reperfusion, Neuroscience 83 (1998) 449–458.

136.Loscher W., P. Wlaz, C. Rundfeldt, H. Baran, D. Honack, Anticonvulsant eVects of the glycine/NMDA receptor ligands Dcycloserine and D-serine but not R- (+)-HA-966 in amygdala-kindled rats, Br. J. Pharmacol. 112 (1994) 97–106.

137.Ma CL, Tsai GE, Coyle JT, Basu AC & Bergeron R (2007) Serine racemase null mutant mice show synapse. Soc Neurosci Abstr 576, K19.

138.MacDonald, A.W., Chafee, M.V. (2006) Dev. Psychopathol., 18, 853–876.

139.Maekawa, M., Watanabe, M., Yamaguchi, S., Konno, R., Hori, Y. (2005) \\ Neurosci. Res., 53, 34–38.

140.Man, E.H., Fisher, G.H., Payan, I.L., Cadilla- Perezrios, R., Garcia, N.M., Chemburkar, R., Arends, G. Frey, W.H. (1987) J. Neurochem., 48, 510–515.

141.Man, E.H., Sandhouse, M., Burg, J., Fisher, G.H. (1983) Science, 220, 1407–1408.

142.Mason S F Int. Rev. Phys. Chem. 3 217 (1983).

143.Mason S F, Tranter G F Mol. Phys. 53 1091 (1984).

144.Mason S.F., Origins of biomolecular handedness, Nature 311, (1984) 19–23.

145.Masters P.M., Bada J.L., Zigler J. S. // Nature, 268, 71-73, 1977.

146.Matsui T, Sekiguchi M, Hashimoto A, Tomita U, Nishikawa T & Wada K (1995) Functional comparison of d-serine and glycine in rodents: the effect on cloned NMDA receptors and the extracellular concentration. J Neurochem 65, 454– 458.

147.McBain CJ, Kleckner NW, Wyrick S & Dingledine R (1989) Structural requirements for activation of the glycine coagonist site of N-methyl-d-aspartate receptors expressed in Xenopus oocytes. Mol Pharmacol 36, 556–565.

148.Meldrum B.S., Possible therapeutic applications of excitatory amino acid neurotransmitters, Clin. Sci. 68 (1985) 113–122.

149.Meldrum, B.S., Akbar, M.T., Chapman, A.G. (1999) Epilepsy Res., 36, 189–204.

150.Mohn AR, Gainetdinov RR, Caron MG & Koller BH (1999) Mice with reduced NMDA receptor expression

display behaviors related to schizophrenia. Cell 98, 427–436.

151.Mori H., M. Mishina, Structure and function of the NMDA receptor channel, Neuropharmacology 34 (1995) 1219–1237.

152.Morikawa, A., Hamase, K., Inoue, T., Konno, R., Zaitsu, K. (2007) Amino Acids, 32, 13–20.

153.Mothet JP, Parent AT, Wolosker H, Brady RO Jr, Linden DJ, Ferris CD, Rogawski MA et al. (2000) d-serine is an endogenous ligand for the glycine site of the N-methyl-d-aspartate receptor. Proc Natl Acad Sci U S A 97, 4926–4931.

154.Mothet JP, Rouaud E, Sinet PM, Potier B, Jouvenceau A, Dutar P, Videau C et al. (2006) A critical role for the glial-derived neuromodulator d-serine in the agerelated deficits of cellular mechanisms of learning and memory. Aging Cell 5, 267–274.

155.Mustafa AK, Ehmsen JT, Zeynalov E, Ahmad AS, Dore S, Basu AC, Tsai GE et al. (2007) d-serine deficient mice display NMDA receptor dysfunction

and reduced stroke damage. Soc Neurosci Abstr 576, K18.

156.Nagata Y., H. Homma, J.A. Lee, K. Imai, D-Aspartate stimulation of testosterone synthesis in rat Leydig cells, FEBS Lett. 444. (1999) 160–164. 291–295.

158.Nagata Y., M. Borghi, G.H. Fisher, A. D’Aniello, Free D-serine concentration in normal and Alzheimer human brain, Brain Res. Bull. 38 (1995) 181–183.

159.Nagata Y., T. Akino, K. Ohno, Y. Kataoka, T. Ueda, T. Sakurai, K. Shiroshita, T. Yasuda, Free D-amino acids in human plasma in relation to senescence and renal diseases, Clin. Sci. (Lond) 73 (1987) 105–108.

160.Nagata, Y., Borghi, M., Fisher, G.H., D’Aniello, A. (1995) Brain Res. Bull., 38, 181–183.

161.Nakanishi S., Molecular diversity of glutamate receptors and implications for brain function, Science 258 (1992) 597–603.

162.Naylor, S.L., Busby, L.L., Klebe, R.J. (1976) Somatic Cell Genet., 2, 93–111.

163.Neidle A., D.S. Dunlop, Developmental changes in free D-aspartic acid in the chicken embryo and in the neonatal rat, Life Sci. 46 (1990) 1517–1522.

164.Nishikawa, T. (2005) Biol. Pharm. Bull., 28, 1561–1565.

165.Nong Y, Huang YQ, Ju W, Kalia LV, Ahmadian G, Wang YT & Salter MW (2003) Glycine binding primes NMDA receptor internalization. Nature 422, 302–307.

166.Ohtani, S., Matsushima, Y., Ohira, H., Watanabe, A. (1995) Growth Dev. Aging, 59, 55–61.

167.Olverman H.J., A.W. Jones, K.N. Mewett, J.C. Watkins, Structure/activity relations of N-methyl-D- aspartate receptor igands as studied by their inhibition of [3H]D-2-amino-5-phosphonopentanoic acid binding in rat brain membranes, Neuroscience 26 (1988) 17–31.

168.Owen, M.J., Craddock, N., O’Donovan. M.C. (2005) Trends Genet., 21, 518–525.

169.Panatier A, Theodosis DT, Mothet JP, Touquet B, Pollegioni L, Poulain DA, Oliet SH (2006) Glia- derived D-serine controls NMDA receptor activity and synaptic memory. Cell 125: 775–784.

170.Paoletti P & Neyton J (2007) NMDA receptor subunits: function and pharmacology. Curr Opin Pharmacol 7, 39–47.

171.Parsons CG, Stoffler A & Danysz W (2007) Memantine: a NMDA receptor antagonist that improves memory by restoration of homeostasis in the glutamatergic system–too little activation is bad, too much is even worse. Neuropharmacology 53, 699–723.

172.Pasteur L Bull. Soc. Chem. France N.S. 41 215 (1884).

173.Pasteur L Recherches sur la Dissymetry Moleculair (1860); reproduced in Oeuvres de Pasteur Vol. 1 (Ed. Pasteur Valery-Radot) (Paris: Masson, 1922).

174.Pernot, P., Mothet, J.P., Schuvailo, O., Soldatkin, A., Pollegioni, L., Pilone, M., Adeline, M.T., Cespuglio,R., Marinesco, S. (2008) Anal. Chem., 80, 1589–1597.

175.Peterson S.L., Anticonvulsant drug potentiation by glycine in maximal electroshock seizures is mimicked by D-serine and antagonized by 7-chlorokynurenic acid, Eur. J. Pharmacol. 199 (1991) 341–348.

176.Peterson S.L., Infusion of NMDA antagonists into the nucleus reticularis pontis oralis inhibits the maximal electroshock seizure response, Brain Res. 702 (1995) 101–109.

177.Poinar, H.N., Hoss, M., Bada, J. L. Paabo, S. (1999) Science, 272, 864–866.

178.Pramatarova A, Laganiere J, Roussel J, Brisebois K, Rouleau GA (2001) Neuron-specific expression of mutant superoxide dismutase 1 in transgenic mice does not lead to motor impairment. // J Neurosci 21: 3369–3374.

179.Prelog V., Chirality in chemistry, Science 193 (1976) 17–24.

180.Preston R.L., Occurrence of D-amino acids in higher organisms: a survey of the distribution of D-amino acids in marine vertebrates, Comp. Biochem. Physiol. B 87 (1987) 55–62.

181.Puka-Sundvall M., M. Sandberg, H. Hagberg, Brain injury after hypoxia-ischemia in newborn rats: relationship to extracellular levels of excitatory amino acids and cysteine, Brain Res. 750 (1997) 325–328.

182.Roher A.E., Lowenson J.D., Clarke S., Wolkow C., Wang R., Cotter R.J., Reardon I. M., Zurcher-Neely H.A., Heinrikson R.L., Ball M. J., Greenberg B.D. // J. Biol. Chem., 268, 3072-3083, 1993.

183.Rosen DR, Siddique T, Patterson D, Figlewicz DA, Sapp P, Hentati A, Donaldson D, Goto J, O’Regan JP, Deng HX, Rahmani Z, Krizus A, Mckennayasek D, Cayabyab A, Gaston SM, Berger R, Tanzi RE, Halperin JJ, Herzfeldt B, Bergh RVD et al (1993) Mutations in Cu/Zn superoxide dismutase gene are associated with familial amyotrophic lateral sclerosis. // Nature 362: 59–62.

184.Rothstein JD, Van Kammen M, Levey AI, Martin LJ, Kuncl RW (1995) Selective loss of glial glutamate transporter GLT-1 in amyotrophic lateral sclerosis. Ann Neurol 38: 73–84.

185.Saavedra-Molina A., E. Pina, Stimulation of L- ornithine uptake and L-citrulline and urea biosynthesis by D-arginine, Biochem. Int. 24 (1991) 349–357.

186.Sabine A. Fuchs a,b, Ruud Berger a,b, Leo W.J. Klomp a,b, Tom J. de Koning C. D-Amino acids in the central nervous system in health and disease // Molecular Genetics and Metabolism 85 (2005) 168–180.

187.Sakai K., H. Homma, J.A. Lee, T. Fukushima, T. Santa, K. Tashiro, T. Iwatsubo, K. Imai, Emergence of D-aspartic acid in the diVerentiating neurons of the rat central nervous system, Brain Res. 808 (1998) 65–71.

188.Sasamura, T., Matsuda, A., Kokuba, Y. (2002) Ann. Clin. Biochem., 39, 595–598.

189.Sauberlich H.E., Studies on the toxicity and antagonism of amino acids for weanling rats, J. Nutr. 75 (1961) 61–72.

190.Schell M.J., O.B. Cooper, S.H. Snyder, D-Aspartate localizations imply neuronal and neuroendocrine roles, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94 (1997) 2013–2018.

191.Schell MJ, Brady RO Jr, Molliver ME & Snyder SH (1997) d-serine as a neuromodulator: regional and developmental localizations in rat brain glia resemble NMDA receptors. J Neurosci 17, 1604–1615.

192.Schell MJ, Molliver ME & Snyder SH (1995) D- serine, an endogenous synaptic modulator: localization to astrocytes and glutamate-stimulated release. Proc Natl Acad Sci U S A 92, 3948–3952.

193.Schieber, A., Brckner, H., Rupp-Classen, M., Specht, W., Nowitzki-Grimm, S., Classen, H.-G. (1997) J. Chromatogr. B, 691, l–12.

194.Schumacher, J., Abon Jamra, R., Freudenberg, J., Becker, T., Ohlraun, S., Otte, A.C.J., Tullius, M., Kovalenko, S., Van Den Bogaert, A., Maier, W., Rietschel, M., Propping, P., Nothen, M.M., Cichon, S. (2004) Mol. Psychiatry, 9, 203–207.

195.Sela M., E. Zisman, DiVerent roles of D-amino acids in immune phenomena, FASEB J. 11 (1997) 449–456.

196.Shapira R., Chou C.H., // Biochem. Biophys. Res. Commun., 146, 1342-1349, 1987.

197.Sheng-Zhou Wu, Angela M Bodles, Mandy M Porter, W Sue T Griffin, Anthony S Basile and Steven W Barger. Induction of serine racemase expression and D-serine release from microglia by amyloid β-peptidem// Journal of Neuroinflammation 2004, 1:2, 1-11.

198.Shleper M, Kartvelishvily E, Wolosker H (2005) D- serine is the dominant endogenous coagonist for NMDA receptor neurotoxicity in organotypic hippocampal slices. J Neurosci 25: 9413–9417.

199.Show P.J., Forrest V., Ince P.G. CSF and plasma amino acid levels in motor neuron diseases elevation of CSF glutamate in a subset of protein // Neurodegeneration, 1994; 1995; 4; 209-261.

200.Singh L., R.J. Oles, M.D. Tricklebank, Modulation of seizure susceptibility in the mouse by the strychnine-insensitive glycine recognition site of the NMDA receptor/ion channel complex, Br. J. Pharmacol. 99 (1990) 285–288.

201.Spillantini M.G. Protein aggregates in neurodegenerative diseases // Amyotrophic Lateral Sclerosis. 2009 (Suppl. 1); 10:8.

202.Stegman L.D., H. Zheng, E.R. Neal, O. Ben Yoseph, L. Pollegioni, M.S. Pilone, B.D. Ross, Induction of cytotoxic oxidative stress by D-alanine in brain tumor cells expressing Rhodotorula gracilis D-amino acid oxidase: a cancer gene therapy strategy, Hum. Gene Ther. 9 (1998) 185–193.

203.Takigawa, Y., Homma, H., Lee, J.-A., Fukushima, T., Santa, T., Iwatsubo, T., Imai, K. (1998) Biochem. Biophys. Res. Commun., 248, 641–647.

204.Tsai G, Yang P, Chung LC, Lange N & Coyle JT (1998) d-serine added to antipsychotics for the treatment of schizophrenia. Biol Psychiatry 44, 1081–1089.

205.Tsai, G., Yang, P., Chung, L.C., Lange, N., Coyle, J.T. (1998) Biol. Psychiatry, 44, 1081–1089.

206.Tyler-Cross R., Schirch V. // J. Biol. Chem., 266, 22549 – 22556, 1991.

207.Urai Y, Jinnouchi O, Kwak KT, Suzue A, Nagahiro S, Fukui K (2002) Gene expression of D-amino acid oxidase in cultured rat astrocytes: regional and cell type specific expression. Neurosci Lett 324: 101–104.

208.Van Damme P, Dewil M, Robberecht W, Van Den Bosch L (2005) Excitotoxicity and amyotrophic lateral sclerosis. Neurodegener Dis 2: 147–159.Psychiatr. Res., 42, 278–288.

211.Wang H., H. Wolosker, J. Pevsner, S.H. Snyder, D.J.Selkoe, Regulation of rat magnocellular neurosecretory system by D-aspartate: evidence for biological role(s) of a naturally occurring free D- amino acid in mammals, J. Endocrinol. 167 (2000)247–252.

212.Wang, Q., Cwik, M., Wright, C.J., Cunningham, F., Pelligrino, D.A. (1999) J. Pharmacol. Exp. Ther., 288,270–273.

213.Wang, Y.X., Poon, C.I., Pang, C.C. (1993) J.Pharmacol. Exp. Ther., 265, 112–119.

214.Watari, H., Isomoto, A., Oda, H., Kuroda, M. (1968) Biochim. Biophys. Acta 167, 184–186.

215.Wiesehan K., J. Stohr, L. Nagel-Steger, T. van Groen, D. Riesner and D. Willbold Inhibition of cytotoxicity and amyloid fibril formation by a D-amino acidpeptide that specifically binds to Alzheimer’s diseaseamyloid peptide // Protein Engineering, Design & Selection vol. 21 no. 4 pp. 241–246, 2008.

216.Williams SM, Diaz CM, Macnab LT, Sullivan RK, Pow DV (2006) Immunocytochemical analysis of D- serine distribution in the mammalian brain reveals novel anatomical compartmentalizations in glia and neurons. Glia 53: 401–411.

217.Wiley N., Mitchell R., Madhakumar A.B., Simmons Z., Connor J. Potential Nanotehnology platform for ALS: efficacy in the MSOD1G93A Mouse model // Amyotrophic Lateral Sclerosis., Vol.10, Supp. 1.,2009: 81.

218.Wolosker H, Blackshaw S & Snyder SH (1999) Serine racemase: a glial enzyme synthesizing d-serine to regulate glutamate-N-methyl-d-aspartate neurotransmission. Proc Natl Acad Sci U S A 96,13409–13414.

219.Wolosker H., A. D’Aniello, S.H. Snyder, D-Aspartate disposition in neuronal and endocrine tissues: ontogeny, biosynthesis and release, Neuroscience 100 (2000) 183–189.of serine racemase: biosynthesis of the neuromodulator D-serine, Proc. Natl. Acad. Sci. USA96 (1999) 721–725.

221.Wolosker Herman, Dumin Elena, Balan Livia and Foltyn N.Veronika. D-Amino acids in the brain: D- serine in neurotransmission and neurodegeneration //FEBS Journal 275 (2008) 3514–3526.

222.Wu S, Barger SW (2004) Induction of serine racemase by inflammatory stimuli is dependent on AP-1. Ann NY Acad Sci 1035: 133–146.

223.Wu SZ, Bodles AM, Porter MM, Griffin WS, Basile AS & Barger SW (2004) Induction of serine racemase expression and d-serine release from microglia by amyloid beta-peptide. J Neuroinflammation 1, 2.

224.Xin, Y.F., Zhou, X.J., Cheng, X., Wang, Y.X. (2005) J. Pharmacol. Exp. Ther., 312, 1090–1096.

225.Yamada R., H. Nagasaki, Y. Wakabayashi, A. Iwashima, Presence of D-aspartate oxidase in rat liver and mouse tissues, Biochim. Biophys. Acta 965 (1988) 202–205.

226.Yang Y, Ge W, Chen Y, Zhang Z, Shen W, Wu C, Poo M et al. (2003) Contribution of astrocytes to hippocampal long-term potentiation through release of d-serine. Proc Natl Acad Sci U S A 100, 15194–15199.

227.Yasuda E, Ma N & Semba R (2001) Immunohistochemical evidences for localization and production of D-serine in some neurons in the rat brain. Neurosci Lett 299, 162–164.

228.Zaar,K. H.P. Kost, A. Schad, A. Volkl, E. Baumgart, H.D. Fahimi, Cellular and subcellular distribution of D-aspartate oxidase in human and rat brain, J. Comp. Neurol. 450 (2002) 272–282.

229.Zhao Y-L, Takata Y, Hashimoto K, Sakimura K & Mori H (2007) Study of d-serine function in vivo by establishing and analysis of serine racemase knockout mouse. Neurosci Res 58, S76.

Комментарии и пинги к записи запрещены.

Комментарии закрыты.

Дизайн: Polepin