Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ПАРАТГОРМОН-РОДСТВЕННЫЙ ПРОТЕИН. 2-е издание переработанное и дополненное

Курзанов А. Н., Ледванов М. Ю., Быков И. М., Медведев В. Л., Стрыгина Е. А., Бизенкова М. Н., Заболотских Н. В., Ковалев Д. В., Стукова Н. Ю.,

3.3.2.1. Паратгормон-родственный белок в плодных тканях

ПТГрП экспрессируется во всех гестационных тканях и имеет большое значение в развитии плода. ПТГрП экспрессируется в изобилии во всех человеческих эмбриональных и гестационных тканях во время развития (Moniz C. et al., 1990; Moseley J.M. et al., 1991; Ferguson J.E. et al., 1992, Bowden S.J. et al., 1994; Emly J.F. et al., 1994; Farrugia W. et al., 2000). Концентрации ПТГрП в маточно-плацентарной единице возрастают во время поздней гестации у людей, когда рост плода и аккреция кальция максимальны (Wlodek M.E. et al., 1995; Curtis N.E. et al., 1997). ПТГрП способен связываться с рецептором PTH1R, участвуя в эпителиально-мезенхимальном сигнальном взаимодействии, чтобы индуцировать дифференцировку и морфогенез во время эмбрионального развития (Wysolmerski J.J. et al., 1998; Rubin L.P. et al., 2004). ПТГрП обильно экспрессируется в эмбриональных мембранах и амниотической жидкости (Ferguson J.E. et al., 1992; Emly J.F. et al., 1994; Curtis N.E. et al., 1997, 1998). Экспрессия ПТГрП наибольшая в амнионе по сравнению с другими внутриматочными тканями и высокие концентрации ПТГрП в амниотической жидкости могут влиять на плаценту и плод в паракринном режиме (Wlodek et al., 1995). Содержание ПТГрП в амниотической жидкости 10-кратно превышает его концентрацию как в материнской, так и в эмбриональной плазме крови. Основными источниками ПТГрП в амниотической жидкости являются плодные оболочки человека и особенно амнион над плацен-
той. Предполагается, что ПТГрП амниотической жидкости оказывает
стимулирующее влияние на рост и дифференцировку эпителия в легких, кишечнике, волосяных фолликулах плода и паракринное воздействие на тонус плаценты и транспорт кальция. (Farrugia W. et al., 2000). Однако, фетальная плазма имеет более высокую концентрацию ПТГрП, чем плазма материнской крови. В работе Bowden S.J. et al., (1994) представлены результаты исследования количественного определения и сравнения распределения ПТГрП в тканях, полученных в течение периода после спонтанных родов или после кесарева сечения. У женщин без самопроизвольных родов в амнионе, покрывающем плаценту, была обнаружена иммунореактивность ПТГрП (1–86) и (37–67). У женщин рожавших спонтанно концентрация ПТГрП (1–86) в децидуальной оболочке, выстилающей полость матки, обратно коррелировала с интервалом между разрывом мембран и завершением родов. Концентрация ПТГрП (1–86)
была ниже в плаценте, чем в хорионе и амнионе, а во всех тканях концентрации ПТГрП (1–34) и (37–67) были достоверно выше, чем ПТГрП (1–86). Концентрация ПТГрП (1–86) была высокой в амниотической жидкости в срочной гестации, хотя в плазме материнской и пуповинной крови его уровни были только незначительно увеличены. Исследование молекулярных форм ПТГрП, присутствующих в тканях и амниотической жидкости, подтвердило его молекулярную гетерогенность и позволило авторам предположить, что посттрансляционная модификация протеина является тканеспецифичной и происходит как на аминоконцевых, так и на карбоксиконцевых-доменах. Взаимосвязь ПТГрП с преждевременными родами изучили Ramirez M.M. et al. (1995). Используя специфические антитела к N-терминальному домену ПТГрП (1–36) который обладает релаксантной активностью в отношении гладких мышц и срединному домену ПТГрП (67–86), который, как сообщалось, изменяет плацентарный перенос кальция, определяли изменения уровней и локализации пептидов в плаценте и мембранах, которые могли бы указывать на их биологическую активность и роль в течение периода гестации и преждевременных родов. Плацента и эмбриональные мембраны были исследованы с использованием иммуногистохимии у пациенток с преждевременным родоразрешением, у пациенток после кесарева сечения и у женщин после спонтанных родов доношенной беременности. Иммунореактивные ПТГрП (1–34) и ПТГрП (67–86) были локализованы в эпителиальных клетках амниона, хорионических трофобластах, децидуальных клетках и плацентарных синцитиотрофобластах. Интенсивное иммуноокрашивание наблюдалось для ПТГрП (67–86), но не для ПТГрП (1–34) в эндотелиальной оболочке ворсистых капилляров. Окрашивание иммунореактивного ПТГрП (1–34) было ниже в плаценте и эмбриональных мембранах пациенток с преждевременным родоразрешением по сравнению с пациентками у которых было выполнено кесарево сечение. Напротив, не было разницы в интенсивности окрашивания ПТГрП [67–86] между всеми группами исследованных пациенток. Эти результаты, показывающие дифференциальную локализацию ПТГрП (1–34) и ПТГрП (67–86), предполагают клеточную специфическую обработку предшественника ПТГрП в плаценте человека. Целями исследования Curtis N.E. et al., (1997) были: определение тканеспецифической и временной экспрессии мРНК ПТГрП и иммунореактивного ПТГрП в человеческих гестационных тканях, а также определение влияние родов на экспрессию ПТГрП. Исследовали ткани у женщин, проходящих плановое кесарево сечение (до родов), кесарево сечение во время спонтанного начала родов и женщин со спонтанными родами и нормальными естественными их завершениями. В амнионе над плацентой, отраженном амнионе и в хориодецидуа, как относительная плотность мРНК ПТГрП, так и иммунореактивный белок были значительно увеличены в поздних сроках гестации по сравнению с преждевременными родами. Кроме того, как ПТГрП, так и его мРНК были значительно увеличены в амнионе над плацентой по сравнению с отраженным амнионом. Значительное повышение регуляции мРНК ПТГрП и белка в эмбриональных мембранах в доношенные сроки гестации по сравнению с недоношенными предполагает важную роль этого протеина в поздней человеческой беременности. Во время человеческой беременности рецепторы PTH1R, продуцируются тканями матки, плаценты, эмбриональных мембран (амнион и хорион) и развивающихся плодов. ПТГрП альтернативный мРНК-сплайсинг приводит к расшифровке транскриптов, которые кодируют три изоформы ПТГрП и идентифицированы в амнионе. Утероплацентарная экспрессия ПТГрП является наибольшей в амнионе и резко возрастает во время поздней беременности. В последующем исследовании Curtis N.E. et al., (1998) определяли экспрессию мРНК рецептора PTH1R на досрочных и срочных гестациях и выявляли альтернативные образцы сплайсинга в плаценте, амнионе и хориодецидуа на досрочных и срочных гестациях. Экспрессия мРНК рецептора PTH1R не различалась между типами тканей и не изменялась с развитием беременности. Напротив, экспрессия ПТГрП в тех же тканях возрастала с увеличением сроков беременности и была значительно выше в амнионе, чем в плаценте и хориодецидуа. Таким образом, ПТГрП, хотя и продуцируется преимущественно в амнионе, может действовать в амнионе и других тканях, включая плаценту, хориодецидуа и миометрий. В амнионе над плацентой транскрипты, кодирующие ПТГрП (1–139) и (1–173), были обнаружены в некоторых досрочных и во всех образцах нормальных сроков гестации, а те, которые кодируют ПТГрП (1–141), были обнаружены во всех образцах. Аналогичные результаты были получены для отраженного амниона. В плаценте и хориодецидуа транскрипты ПТГрП (1–139) и (1–173) не выявлялись или были очень низкого уровня. Транскрипты ПТГрП (1–141) были обнаружены в некоторых образцах плаценты и хориодецидуа. В итоге, транскрипты, кодирующие ПТГрП (1–141), оказались более выраженными, чем кодирующие ПТГрП (1–139) или (1–173). Однако повышающая регуляция экспрессии ПТГрП в амнионе может включать в себя каждый из альтернативных путей 3′-мРНК-сплайсинга, поскольку транскрипты для каждой изоформы оказались более последовательно выраженными в полносрочных гестациях. Исследование содержания ПТГрП в амниотической жидкости человека во время беременности и во время родов позволило установить, что концентрации ПТГрП в амниотической жидкости, полученной у нерожавших самопроизвольно женщин, были значительно ниже при сроках гестации (15–36 недель, 14,1 ± 2,5 пмоль/л), чем при сроке (37–42 недели, 39,3 ± 7,6 пмоль/л). Концентрации ПТГрП в амниотической жидкости, получаемой у рожавших женщин, также были значительно ниже при недоношенной беременности (27–36 недель, 12,2 ± 4,7 пмоль/л), чем при нормально доношенной (37–42 недели, 63,8 ± 19,6 пмоль/л).

Концентрации ПТГрП в плаценте и амниотической жидкости повышаются во время поздней гестации у людей, когда рост плода максимален, по сравнению с недоношенной беременностью. Физиологическое значение повышенных концентраций ПТГрП в амниотической жидкости еще не установлено, но данные согласуются с предположением о том, что ПТГрП играет роль в функционировании эмбриональных мембран во время поздней гестации. (Wlodek M.E. et al., 1995; Curtis N.E. et al., 1997). ПТГрП обнаружен в трофектодерме во время образования бластоцисты. ПТГрП из трофектодермы действует на рецептор PTH1R в примитивной энтодерме клеток, индуцирующих дифференцировку и расслаивание базальной мембраны (Van deStolpe et al., 1993; Murray P., Edgar D., 2001). ПТГрП продуцируется в децидуальных клетках, окружающих эмбрион при имплантации, увеличивает образование бластоцисты и рост in vitro (Nowak R. et al., 1999; Guo I. et al., 2012). Во время развития беременности уменьшается экспресия мРНК рецептора PTH1R, но увеличивается продукция мРНК ПТГрП в маточных артериях. Система ПТГрП/рецептор PTH1R сосудистой системы матки адаптируется во время беременности обепечивая участие ПТГрП в регуляции локальной гемодинамики посредством вазорелаксации сосудистых структур, поддерживая адекватное кровоснабжение во время гестации (Mandsager N. et al., 1994). Роль ПТГрП во время беременности и в перинатальном периоде исследовали Seki K. et al. (1994). Уровни ПТГрП в пуповинной сыворотке крови были выше, чем в материнской крови, а содержание ПТГрП в крови из пуповинных артерий было выше уровня этого белка в венозной пуповинной крови. Более высокие уровни ПТГрП в пуповинной артериальной крови, чем в пуповинной венозной крови, рассматриваются авторами как свидетельство того, что основным источником ПТГрП пуповинной крови может быть плод. В исследовании проведенном Hirota Y. et al. (1997) определяли уровни содержания ПТГрП в плазме у небеременных женщин, нормальных беременных женщин в каждом триместре, через 1 месяц после родов у женщин с использованием разных методов кормления новорожденных и в пупочной венозной крови. Средние уровни ПТГрП плазмы, составляли 1,04 ± 0,11 пмоль/л у небеременных женщин, 1,06 ± 0,19 пмоль/л у беременных женщин в первом триместре, 1,10 ± 0,19 пмоль/л у беременных женщин во втором триместре и 1,17 ± 0,16 пмоль/л у беременных женщин в третьем триместре. Через 1 месяц после родов уровень ПТГрП, составил 1,25 ± 0,23 пмоль/л у женщин, кормящих грудью, 1,17 ± 0,16 пмоль/л, у женщин со смешанным кормлением и 1,03 ± 0,16 пмоль/л у женщин, кормящих бутылочками. Уровень ПТГрП из пупочной вены, составил 1,33 ± 0,32 пмоль/л. Средний уровень ПТГрП в плазме крови увеличивался на протяжении всей беременности, был наиболее высоким в третьем триместре и был тесно связан с особенностями грудного вскармливания через 1 месяц после родов. Уровень ПТГрП в пупочной венозной крови был значительно выше, чем в любых группах беременных женщин. Авторы пришли к выводу, что ПТГрП, продуцируемый в фетоплацентарной единице, а также в молочных железах, может достигать материнского кровообращения. Проспективное продольное исследование кальций-регулирующих гормонов и ПТГрП при нормальной беременности и в послеродовом периоде у женщин, не страдающих дефицитом витамина D было проведено в Саудовской Аравии (Ardawi M.S et al., 1997). В сыворотке крови в разные сроки беременности и через 6 недель после родов определяли концентрацию сывороточного кальцидиола и кальцитриола, паратиреоидного гормона, ПТГрП, кальцитонина, остеокальцина, плацентарного лактогена человека, пролактина, белка, связывающего витамин D, щелочной фосфатазы, кальция, фосфата и магния. Контрольная группа небеременных женщин была включена для сравнительных целей. Концентрация ПТГрП увеличивалась во время беременности с 0,81 ± 0,12 пмоль/л в первом триместре до 2,01 ± 0,22 пмоль/л к концу третьего триместра гестациии и продолжала увеличиваться в послеродовой период (2,63 ± 0,15 пмоль/л). Значительные положительные корреляции были зафиксированы в разные сроки беременности между концентрацией ПТГрП и щелочной фосфатазой, между ПТГрП и кальцитриолом, остеокальцином и пролактином. Авторы полагают, что выявленные изменения в содержании ПТГрП в сыворотке крови во время беременности и в послеродовом периоде, свидетельствуют о том, что плацента (во время беременности) и молочные железы (в послеродовом периоде) являются основными источниками ПТГрП. Bruns M.E. et al. (1995) в исследовании с использованием моноклональных антител обнаружили иммунореактивный ПТГрП в амниотических эпителиальных клетках и в некоторых фибробластоподобных клетках, встроенных в внеклеточный матрикс амниона. ПТГрП также был выявленен в хорионе в слоях фибробластов и трофобластов и в децидуальной оболочке. Ультраструктурно иммуноглобулиновые частицы были равномерно распределены по всем амниотическим эпителиальным клеткам и присутствовали в апикальных микроворсинках и около базальных мембран. В электронномикроскопмческих исследованиях цитотрофобласта хориона были обнаружены свободно диспергированные иммуноглобулированные частицы ПТГрП, без упаковки в секреторные гранулы. В ткани амниона были обнаружены низкие уровни мРНК рецептора PTH1R. ПТГрП был обнаружен в трофоэктодерме и в клетках, выстилающей полость бластоцели уже на стадии восьми клеток в мышином эмбрионе (Van de Stolpe A. et al., 1993). У крыс мРНК ПТГрП выявляется в клетках трофобласта на 7–8 день беременности, на 18–19 день в эпителиальных клетках зубных листовых пластинок и волосяных фолликулов, на 16 день в ткани легких и на 17–19 день в надхрящнице (Senior P.V. et al., 1991). Во время развития плода у крыс (15–20 дней беременности) ПТГрП и рецептор PTH1R были обнаружены не только в скелете, но и во многих внескелетных эмбриональных тканях плода, таких как сосудистое сплетение, уши, легкие, зубные почки, сердце и кожа. В этих экстраскелетных тканях экспрессия мРНК ПТГрП обнаружена, главным образом, в эпителиальных клетках, тогда как мРНК рецептора, главным образом, в соседних мезенхимных клетках. В эндохондральных костях эти два гена экспрессировались преимущественно в дискретных, но в основном соседних областях, хотя локализация этих двух мРНК изменялась на этапах развития. Паттерны экспрессии ПТГрП и мРНК его рецептора PTH1R во время развития плода свидетельствуют о вероятной роли ПТГрП в качестве паракринного фактора и его участии в эпителиально-мезенхимальных взаимодействиях. (Lee K. et al., 1995). Аналогичные профили экспрессии ПТГрП были выявлены у человеческого плода (Dunne F.P. et al., 1994; Moniz C. et al., 1990; Moseley J.M. et al., 1991). В тканях человеческого плода иммунореактивность ПТГрП была идентифицирована в эпителии кожи, бронхов, поджелудочной железы, глотки, кишечника, желудка и почечной лоханки. Щитовидная железа и паращитовидные железы, которые развиваются из эпителиальных истоков, также окрашиваются положительно для ПТГрП, как и собирающие трубочки почки, ткань надпочечника, скелетные и гладкие мышцы. Иммунореактивность ПТГрП также была расположена при развитии длинных костей и костей свода черепа, где она может иметь отношение к костному метаболизму во время развития плода. Идентификация специфической иммунореактивности ПТГрП в фетальном эпителии согласуется с продуцированием ПТГрП раковыми образованиями эпителиального происхождения и подтверждает гипотезу о том, что этот протеин может играть роль в эпителиальном росте и дифференцировке (Moseley J.M. et al., 1991). мРНК ПТГрП обнаруживается в синцитиотрофобластном и цитотрофобластном слоях в первом триместре беременности, и в клетках эктодермы бессосудистого амниона (Dunne F.P. et al., 1994). Эктодермальные ткани сильно экспрессирующие ПТГрП на 7–8 неделях, включают эпидермис, ушную плакоду и зубную почку; энтодермальные ткани включают легкие, печень, поджелудочную железу, желудок, кишечник и заднюю кишку; в то время как ткани, мезодермального происхождение включают надхрящницу и развивающиеся почки. В более поздние сроки гестации (18–20 недель беременности), экспрессия ПТГрП проявляется в сердечных и скелетных мышцах, гладких мышцах сосудов, нервных тканях, и в зачатках конечностей и свода черепа, соответственно (Moniz C. et al., 1990; Dunne F.P. et al., 1994; Moseley J.M. et al., 1991). Zhao Q. et al. (2002) в экспериментах на куриных эмбрионах установили, что до появления скелетных тканей ПТГрП и рецептор PTH1R были совместно продуцированы клетками различных тканей. Данное исследование демонстрирует, что множественные типы клеток в процессе формирования челюсти развивающегося цыпленка экспрессируют ПТГрП и рецептор PTH1R. Ткани, которые экспрессировали ПТГрП и его рецептор в течение изученного периода времени, включали недифференцированные мезенхимальные клетки, эпителиальные клетки в эктодерме, клетках скелетных мышц и периферической нервной ткани. Гистогенез хряща и кости в нижней челюсти сопровождался появлением тканеспецифических клеток, которые экспрессировали ПТГрП и его рецептор. Гиалиновый хрящ впервые наблюдался у шестидневного эмбриона, когда многие, но не все хондробласты содержали ПТГрП и рецептор PTH1R. На восьмой день эмбриогенеза ПТГрП и PTHR1 не были обнаружены в хондроцитах, но были выявлены в перихондрии. Авторы продемонстрировали, что ПТГрП и PTH1R ко-экспрессируются экстраскелетными и скелетными клетками до и во время гистогенеза скелетной ткани и что ПТГрП может влиять на гистогенез скелетной ткани, влияя на дифференциацию мезенхимальных клеток нижней челюсти на хондробласты и остеобласты. На этом этапе развития эмбриона мишенями для действия ПТГрП в нижней челюсти были эпителиальные клетки, клетки скелетных мышц и недифференцированные мезенхимальные клетки.