Гипоксией индуцируемый фактор (HIF): структура, функции и генетический полиморфизм

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. В обзоре представлены данные о структуре и функциях фактора транскрипции, индуцируемого гипоксией – HIF. В современном мире человек постоянно подвергается воздействию вредных повреждающих факторов, ответная реакция организма на которые в зависимости от состояния адаптивных систем приводит либо к развитию заболеваний, либо к повышению резистентности. Важное значение в адаптации организма к повреждающим воздействиям принадлежит фактору транскрипции, индуцируемому гипоксией – HIF. Выявлено более 100 генов, активируемых HIF, поэтому опосредованно этот фактор транскрипции влияет на регуляцию гомеостаза железа, энергетического обмена, баланс про- и антиоксидантов в клетках, активацию ингибиторов апоптоза и образование новых сосудов.

Структура HIF и его изоформы. Приведены данные об изоформах HIF-α и органоспецифических особенностях распределения HIF-1α, HIF-2α и HIF-3α. Усиление экспрессии α-субъединиц фактора транскрипции происходит в ответ на гипоксические воздействия как острые, так и адаптационные, психоэмоциональный стресс, при действии токсических производственно обусловленных факторов. При этом увеличение уровня изоформ HIF-α обеспечивает экспрессию генов, участвующих в реализации компенсаторно-приспособительных реакций к различным повреждающим воздействиям.

Генетический полиморфизм HIF. Приведены данные о полиморфизме гена hif-1α и его ассоциации с различными заболеваниями. Показано, что наиболее изученными полиморфизмами являются rs11549465 С > Т и rs11549467 Т > С, выявленные в домене кислород-зависимой деградации последовательности ДНК гена hif-1α. Носители генотипа С/Т обладают повышенной экспрессией фактора транскрипции HIF-1α. Для полиморфизмов rs11549465 С > Т и rs11549467 Т > С показана ассоциация с риском развития ишемической болезни сердца и инфаркта миокарда. Изучение полиморфизма гена hif-1α может быть перспективным для диагностики и прогноза развития профессионально обусловленных заболеваний, а также разработки эффективных способов их коррекции и профилактики.

Заключение. Изучение изменения уровня HIF и его генетического полиморфизма позволит разрабатывать эффективные способы коррекции различных заболеваний, сопровождающихся развитием кислородной недостаточности.

Об авторах

Анна Геннадьевна Жукова

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний»; Новокузнецкий институт (филиал) ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет»

Автор, ответственный за переписку.
Email: nyura_g@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4797-7842

Доктор биол. наук, зав. лаб. молекулярно-генетических и экспериментальных исследований, ФГБНУ «НИИ комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний», 654041, Новокузнецк.

e-mail: nyura_g@mail.ru

Россия

А. С. Казицкая

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний»

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0001-8292-4810
Россия

Т. Г. Сазонтова

ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»

Email: noemail@neicon.ru
Россия

Н. Н. Михайлова

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний»; Новокузнецкий институт (филиал) ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет»

Email: noemail@neicon.ru
Россия

Список литературы

  1. Измеров Н.Ф., Широков Ю.Г., Лебедева Н.В. Эпидемиологические исследования в медицине труда и промышленной экологии. Атомная энергия. 1994; 77 (6): 1-7.
  2. Октябрьский О.Н., Смирнова Г.В. Редокс-регуляция клеточных функций. Биохимия. 2007; 72(2): 158-74.
  3. Турпаев К.Т. Активные формы кислорода и регуляция экспрессии генов. Биохимия. 2002; 61(3): 339-52.
  4. Maulik N., Yoshida T., Das D.K. Regulation of cardiomyocyte apoptosis in ischemic reperfused mouse heart by glutathione peroxidase. Mol. Cell Biochem. 1999; 196: 13-21.
  5. Semenza G.L. HIF1: mediator of physiological and pathophysiological responses to hypoxia. J. Appl. Physiol. 2000; 88: 1474-80.
  6. Semenza G.L. Signal transduction to hypoxia-factor 1. Biochem. Pharmacol. 2002; 64: 993-8.
  7. Yang S-Li, Wu C., Xiong Z-F., Fang X. Progress on hypoxia-inducible factor-3: Its structure, gen regulation and biological function (Review). Molecular Medicine Reports. 2015; 12: 2411-16. https://doi.org/10.3892/mmr.2015.3689
  8. Ravenna L., Salvatori L., Russo M. HIF3α: the little know. FEBS Journal. 2016; 283: 993-1003. https://doi.org/10.1111/febs.13572
  9. Purdom-Dickinson S.E., Sheveleva E.V., Sun H., Chen Q.M. Translational control of Nrf2 protein in activation of antioxidant response by oxidants. Mol. Pharmacol. 2007; 72(4): 1074-81. https://doi.org/10.1124/mol.107.035360
  10. Сазонтова Т.Г., Анчишкина Н.А., Жукова А.Г. и др. Роль активных форм кислорода и редокс-сигнализации при адаптации к изменению уровня кислорода. Фiзiологiчний журнал. 2008; 54 (2): 12-29
  11. Pugha C.W., Ratcliffe P.J. New horizons in hypoxia signaling pathways. Experimental Cell Research. 2017; 356: 116-21. https://doi.org/10.1016/j.yexcr.2017.03.008
  12. Алехина Д.А., Жукова А.Г., Сазонтова Т.Г. Влияние малых доз неорганических соединений фтора на уровень свободнорадикального окисления и внутриклеточных защитных систем в сердце, лёгких и печени. Технологии живых систем. 2016; 13(6): 49-56
  13. Zhukova A.G., Sazontova T.G. Hypoxia inducible factor-1α: function and biological role. Hypoxia Medical Journal. 2005; 13 (3-4): 34-41.
  14. Zakharenkov V.V., Mikhailova N.N., Zhdanova N.N.et al. Experimental study of the mechanisms of intracellular defense in cardiomyocytes associated with stages of anthracosilicosis development. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2015; 159 (4): 431-5. https://doi.org/10.1007/s10517-015-2983-9
  15. Ban J.J., Ruthenborg R.J., Cho K.W., Kim J.W. Regulation of obesity and resistance by hypoxia-inducible factors. Hypoxia (Auckl). 2014; 2: 171-83. https://doi.org/10.2147/HP.S68771
  16. Жукова А.Г. Молекулярные механизмы адаптации к изменению уровня кислорода (Роль свободнорадикального окисления). Saarbrücken: Palmarium academic publishing; 2012.
  17. Новиков В.Е., Левченкова О.С. Гипоксией индуцированный фактор (HIF-1α) как мишень фармакологического воздействия. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2013; 11(2): 8-16.
  18. Semenza G.L. Hydroxylation of HIF-1: oxygen sensing at the molecular level. Physiology (Bethesda). 2004; 19: 176-82. https://doi.org/10.1152/physiol.00001.2004
  19. Кошкин С.А., Толкунова Е.Н. Роль рецептора ароматических углеводородов в канцерогенезе и поддержании стволового компонента опухоли толстой кишки. Цитология. 2017; 59(12): 820-5.
  20. Поправка Е.С., Линькова Н.С., Трофимова С.В., Хавинсон В.Х. HIF-1 - маркер возрастных заболеваний, ассоциированных с гипоксией тканей. Успехи современной биологии. 2018; 138(3): 259-72. https://doi.org/10.7868/S0042132418030043
  21. Vorrink S.U., Domann F.E. Regulatory crosstalk and interference between the xenobiotic and hypoxia sensing pathways at the AhR-ARNT-HIF1α signaling node. Chem. Biol. Interact. 2014; 218: 82-8. https://doi.org/10.1016/j.cbi.2014.05.001
  22. Prabhakar N.R., Semenza G.L. Adaptive and maladaptive cardiorespiratory responses to continuous and intermittent hypoxia mediated by hypoxia-inducible factors 1 and 2. Physiol Rev. 2012; 92: 967-1003. https://doi.org/10.1152/physrev.00030.2011
  23. Жукова А.Г., Кизиченко Н.В., Горохова Л.Г. Молекулярная биология: учебник с упражнениями и задачами. Москва-Берлин: Директ-Медиа; 2018. https://doi.org/10.23681/488606
  24. Lee J.-W., Bae S.-H., Jeong J.-W., Kim S.H., Kim K.W. et al. Hypoxia-inducible factor (HIF-1) α: its protein stability and biological functions. Exp. Mol. Med. 2004; 36(1): 1-12. https://doi.org/10.1038/emm.2004.1
  25. Forristal C.E., Wright K.L., Hanley N.A., Oreffo R.O.C., Houghton F.D. Hypoxia inducible factors regulate pluripotency and proliferation in human embryonic stem cells cultured at reduced oxygen tensions. Reproduction. 2010; 139(1): 85-97. https://doi.org/10.1530/REP-09-0300
  26. Баранова К.А., Рыбникова Е.А., Самойлов М.О. Динамика экспрессии HIF1α в мозге крыс на разных этапах формирования экспериментального посттравматического стрессового расстройства и его коррекция умеренной гипоксией. Нейрохимия. 2017; 34(2): 137-45. https://doi.org/10.7868/S1027813317020029
  27. Stroka D.M., Burkhardt T., Desbaillets I., Wenger R.H., Neil D.A.H., Bauer C. et al. HIF-1 is expressed in normoxic tissue and displays an organ-specific regulation under systemic hypoxia. FASEB J. 2001; 15(13): 2445-53. https://doi.org/10.1096/fj.01-0125com
  28. Pasanen A., Heikkilä M., Rautavuoma K. et al. Hypoxia-inducible factor (HIF)-3alfa is subject to extensive alternative splicing in human tissues and cancer cells and is regulated by HIF-1 but not HIF-2. Int. J. Biochem. Cell. Biol. 2010; 42(7): 1189-1200. https://doi.org/10.1016/j.biocel.2010.04.008
  29. Sazontova T.G., Bolotova A.V., Bedareva I.V., Kostina N.V., Yurasov A.R., Arkhipenko Y.V. Hypoxia-inducible factor (HIF-1α), HSPs, antioxidant enzymes and membrane resistanceto ROS in endurance exercise performance after adaptive hypoxic preconditioning. In: Wang P., Kuo C.-H., Takeda N., Singal P.K., eds. Adaptation Biology and Medicine. New Delhi: Narosa Publishing House; 2011: 161-79.
  30. Сазонтова Т.Г., Глазачев О.С., Болотова А.В., Дудник Е.Н., Стряпко Н.В., Бедарева И.В. и др. Адаптация к гипоксии и гипероксии повышает физическую выносливость: роль активных форм кислорода и редокс сигнализации. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2012; 98 (6): 793-807
  31. Chacaroun S., Borowik A., MorrisonS.A., Baillieul S., Flore P., Doutreleau S. et al. Physiological responses to two hypoxic conditioning strategies in healthy subjects. Front. Physiol. 2017; 7:675. https://doi.org/10.3389/fphys.2016.00675
  32. Балыкин М.В., Сагидова С.А., Жарков А.С., Айзятулова Е.Д., Павлов Д.А., Антипов И.В. Влияние прерывистой гипобарической гипоксии на экспрессию HIF-1А и морфофункциональные изменения в миокарде. Ульяновский медико-биологический журнал. 2017; (2): 125-34. https://doi.org/10.23648/UMBJ.2017.26.6227
  33. Белкина Л.М., Лакомкин В.Л., Жукова А.Г., Кириллина Т.Н., Сазонтова Т.Г., Капелько В.И. Устойчивость сердца к окислительному стрессу у крыс разных генетических линий. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2004; 138(9): 250-3.
  34. Жукова А.Г., Алехина Д.А., Сазонтова Т.Г., Прокопьев Ю.А., Горохова Л.Г., Стряпко Н.В. и др. Механизмы внутриклеточной защиты и активность свободнорадикального окисления в миокарде крыс в динамике хронической фтористой интоксикации. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2013; 156(8): 190-4.
  35. Сазонтова Т.Г., Стряпко Н.В., Костин А.И., Вдовина И.Б., Бедарева И.В., Архипенко Ю.В. Эффект адаптации к изменению уровня кислорода, гипоксии и гипероксии на редокс сигнализацию и физическую выносливость в условиях действия токсикантов в малых дозах. Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 11. Медицина. 2013; (2): 195-200.
  36. Ke Q., Costa M. Hypoxia-Inducible factor-1 (HIF-1). Mol. Pharmacol. 2006; 70(5): 1469-80. https://doi.org/10.1124/mol.106.027029
  37. Safran M., Kaelin Jr. W.G. HIF hydroxylation and the mammalian oxygen-sensing pathway. J. Clin. Invest. 2003; 111(6): 779-83. https://doi.org/10.1172/JCI18181
  38. Nakayama K., Gazdoiu S., Abraham R., Pan Zh.-Q., Ronai Z. Hypoxia-induced assembly of prolyl hydroxylase PHD3 into complexes: implications for its activity and susceptibility for degradation by the E3 ligase Siah2. Biochem. J. 2007; 401(Pt 1): 217-26. https://doi.org/10.1042/BJ20061135
  39. Patten D.A., Lafleur V.N., Robitaille G.A., Chan D.A., Giaccia A.J., Richard D.E. Hypoxia-inducible factor-1 activation in nonhypoxic conditions: the essential role of mitochondrial-derived reactive oxygen species. Mol. Biol. Cell. 2010; 21(18): 3247-57. https://doi.org/10.1091/mbc.E10-01-0025
  40. Koh M.Y., Darnay B.G., Powis G. Hypoxia-associated factor, a novel E3-ubiquitin ligase, binds and ubiquitinates hypoxia-inducible factor 1 alpha, leading to its oxygen-independent degradation. Mol. Cell. Biol. 2008; 28(23): 7081-95. https://doi.org/10.1128/MCB.00773-08
  41. Formenti F., Constantin-Teodosiu D., Emmanuel Y., Cheeseman J., Dorrington K.L., Edwards L.M. et al. Regulation of human metabolism by hypoxia-inducible factor. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2010; 107(28): 12722-27. https://doi.org/10.1073/pnas.1002339107
  42. Liu B., Liu Q., Song Y., Li X., Wang Y., Wan S. et al. Polymorphisms of HIF1A gene are associated with prognosis of early stage non-small-cell lung cancer patients after surgery. Med. Oncol. 2014; 31(4): 877. https://doi.org/10.1007/s12032-014-0877-8
  43. Guo X., Li D., Chen Y., An J., Wang K., Xu Zh. et al. SNP rs2057482 in HIF1A gene predicts clinical outcome of aggressive hepatocellular carcinoma patients after surgery. Sci. Rep. 2015; 5: 11846. https://doi.org/10.1038/srep11846
  44. Gladek I., Ferdin J., Horvat S., Calin G.A., Kunej T. HIF1A gene polymorphisms and human diseases: graphical review of 97 association studies. Genes Chromosomes and Cancer. 2017; 56(6): 439-52. https://doi.org/10.1002/gcc.22449
  45. Ахметов И.И., Хакимуллина А.М., Любаева Е.В., Виноградова О.Л., Рогозкин В.А. Влияние полиморфизма гена HIF1A на мышечную деятельность человека. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2008; 146(9): 327-9.
  46. Жур К.В., Кундас Л.А., Бышнёв Н.И., Морозик П.М., Моссэ И.Б. Ген HIF1A как генетический маркер устойчивости к физическим нагрузкам. Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2013; (3): 58-60.
  47. McPhee J.S., Perez-Schindler J., Degenes H., Tomlinson D., Hennis P., Baar K. et al. HIF1A P582S gene association with endurance training responses in young women. Eur. J. Appl. Physiol. 2011; 111(9): 2339-47. https://doi.org/10.1007/s00421-011-1869-4
  48. Li Y., Wang S., Zhang D., Xu X., Yu B., Zhang Y. The association of functional polymorphisms in genes expressed in endothelial cells and smooth muscle cells with the myocardial infarction. Hum. Genomics. 2019; 13(1): 5. https://doi.org/10.1186/s40246-018-0189-8
  49. Betel D., Wilson M., Gabow A., Marks D.S., Sander C. The microRNA.org resource: targets and expression. Nucleic Acids Res. 2008; 36: D149-53. https://doi.org/10.1093/nar/gkm995
  50. Bartel D.P. MicroRNAs: genomics, biogenesis, mechanism, and function. Cell. 2004; 116(2): 281-97.
  51. Lopez-Reyes A., Rodriguez-Perez J.M., Fernandez-Torres J., Martínez-Rodríguez N., Pérez-Hernández N., Fuentes-Gómez A.J. et al. The HIF1A rs2057482 polymorphism is associated with risk of developing premature coronaryartery disease and with some metabolic and cardiovascular risk factors. The Genetics of Atherosclerotic Disease (GEA) Mexican Study. Exp. Mol. Pathol. 2014; 96(3): 405-10. https://doi.org/10.1016/j.yexmp.2014.04.010
  52. Жукова А.Г., Горохова Л.Г., Киселева А.В., Сазонтова Т.Г., Михайлова Н.Н. Экспериментальное исследование действия низких концентраций фтора на уровень белков семейства HSP в тканях. Гигиена и санитария. 2018; 97(7): 604-8. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2018-97-7-604-608

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Жукова А.Г., Казицкая А.С., Сазонтова Т.Г., Михайлова Н.Н., 2019


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 37884 от 02.10.2009.