NO و اثرات آن
سودابه نیک نیا
NO چيست ؟
NO يک گاز محلول و فعال است که در واکنش هاي شيميايي و فيزيکي در اتمسفر و توسط سلولهاي جانوري و گياهي از اسيد آمينه آرژنين بوجود مي آيد و بدليل کوچک و قابل انتشار بودن مي تواند از غشا سلولي عبور کند و بعنوان يک سيگنال بيولوژيکي استفاده شود .
NO يک مولکول نشانگر مهم است که در بسياري از بافتها براي تنظيم فرايندهاي فيزيولوژيکي متنوعي عمل مي کند . نقش آن اولين بار توسط چندين گروه که براي تشخيص عامل تشديد کننده حالت استراحت رگ خوني و تنظيم خاصيت ارتجاعي عروق کوشش مي کردند ، کشف شد. اين عامل فاکتور شل کننده مشتق از اندوتليوم (EDRF) ناميده شد .
در آغاز به نظر مي رسيد که پروتئيني شبيه اکثر مولکولهاي نشانگر باشد . کشفي که ثابت کرد اين عامل در واقع نيتريک اکسيد است توجه بسياري را جلب کرد و در سالهاي اخير در بسياري از مقالات و کتب چنين نتيجه گيري شده است .
در حال حاضر اثبات شده است که نيتريک اکسيد در بسياري از فرايندهاي بيولوژيکي از جمله انتقال عصبي و دفاع ايمني و تنظيم مرگ تدريجي سلول ( آپوپتوسيس ) نقش دارد. نيتريک اکسيد يک مولکول با عمر بسيار کوتاه در حد چند ثانيه است که توسط آنزيم معروفي به نام نيتريک اکسيد سنتاز (NOS) توليد مي شود .
از آنجايي که NO يک مولکول کوچک است به سرعت در طي غشا سلولي پخش مي شود و بسته به شرايط مي تواند مسافتي بيش از چندين هزار ميکرون را طي کند.
اثرات بيولوژيکي آن به وسيله واکنشش با تعدادي از نشانه ها و اهداف مثل گروههاي هم ، گروههاي سولفيدريل و خوشه هاي آهن و روي اعمال مي شود. اين گستردگي در اهداف براي NO تعداد زيادي سيستم که NO را بعنوان مولکول تنظيمي استفاده مي کنند توضيح مي دهد.
بنابر اين نتنيجه تنظيم يا کنترل غير طبيعي سنتز NO بر تعدادي از فرايندهاي مهم بيولوژيکي اثر مي گذارد و در ايجاد بسياري ار بيماري ها نقش دارد.
عمل NOS
NO توسط گروهي از آنزيمها به نام نيتريک اکسيد سنتاز ساخته مي شود . اين آنزيمها آرژنين را به سيترولين تبديل مي کنند که در اين فرايند NO هم سنتز مي شود . اکسيژن و NADPH بعنوان کوفاکتور لازم هستند.
سه شکل NOS وجود دارد که براساس فعاليت آنها يا نوع بافتي که اولين بار در آن گشف شده اند نامگذاري مي شوند.
ايزوفرم ها يا اشکال مشابه NOS عبارتند از :
- NOS هاي عصبي (nNOS)
- NOS هاي اندوتليالي (eNOS )
- NOS هاي القايي (iNOS )
اين آنزيمها گاهي با اعداد هم نشان داده مي شوندکه
nNOS به NOS1
eNOS به NOS2
iNOS به NOS3
معروف است.
عليرغم نامهاي اين آنزيمها همه سه ايروفرم در انواع بافتها و سلول ها يافت مي شود . مکانيزم کلي توليد NO از NOS در شکل 1 نشان داده مي شود :
شکل 1 :
دو آنزيم nNOS و eNOS اساسا در سلولهاي پسنانداران بيان مي شود و NO را در واکنش به افزايش سطوح کلسيم داخل سلولي سنتز مي کنند اما در بعضي شرايط در واکنش به تحريک مثل تنش پاره کننده ( shear stress) اين آنزيمها مي توانند بدون وابستگي به سطوح کلسيم ، توليد NO را افزايش دهند.
فعاليت آنزيم iNOS به مقدار کلسيم در سلول ها وابسته نيست اما فعاليت آن شبيه همه ايزوفرمهاي NOS به متصل شدن به کالمودولين وابسته است . افزايش کلسيم سلولي منجر به افزايش سطح کالمودولين و افزايش احتمال اتصال کالمودولين به nNOS و eNOS مي شود و اين اتصال ضعيف موجب افزايش توليد NO توسط اين آنزيمها مي شود . در عوض ، iNOS مي تواند حتي در غلظت کم کلسيم در سلول به کالمودولين به محکمي متصل شود .
بنابراين فعاليت iNOS با تغييرات سطوح کلسيم در سلول پاسخ نمي دهد .
توليد NO توسط iNOS نسبت به ديگر ايزوفرمها زمان بيشتري مي برد و غلظت هاي بالاتري از NO در سلول توليد مي کند .
توليد NO توسط iNOS مي تواند در نسخه برداري کنترل شود . در اکثر سلولها سطوح پروتئيني iNOS بسيار پائين و ناشنانخته است . اما تحريک اين سلولها با سيتوکينازها يا فاکتورهاي رشد منجر به افزايش نسخه برداري ژنهاي iNOS و متعاقبا توليد غلظت بالايي از NO مي شود .
ساختار کلي انزيمهاي NO در شکل زير نشان داده شده است :
شکل 2 :
پروتئينهاي عملکردي NOS يک ديمر شکل گرفته از دو زير واحد يکسان است .سه قلمرو نابرابر در هر زير واحد NOS وجود دارد که عبارتند از :
- قلمرو ردوکتاز
- قلمرو براي اتصال با کالمودولين
- قلمرو اکسيژناز
قلمرو ردوکتاز :
اين قلمرو شامل FAD و FMN است و در انتقال الکترون ها از NADPH به قلمروي اکسيژنازي عمل مي کند . قابل ذکر است که قلمروي ردوکتازي ، الکترون ها را به قلمروي اکسيژنازي زيرواحد ديگز ديمر نه همان زيرواحد ديمر منتقل مي کند.
قلمرو براي اتصال با کالمودولين :
اتصال به کالمودولين براي فعاليت همه ايزوفرمهاي NOS لازم است چون تغييرات سطوح کلسيم داخل سلولي را شناسايي مي کند اگرچه عملکرد کامل و دقيق ان در هر يک از سه ايزوفرم ، کمي متفاوت است.
قلمرو اکسيژناز :
اين قلمرو شامل جايگاه اتصال براي تتراهيدروبيوپترين ، هم و آرژنين است . قلمروي اکسيژنازي تغيير آرژنين به سيترولين و NO را کاتاليز مي کند.
تنظيم سنتز NO
سنتز NO در سلول ها به روش هايي قابل تنظيم است که از آن جمله مي توان به موارد زير اشاره کرد :
- تنظيم بيان ژن NOS
- تنظيم فعاليت آنزيمي يا تغيير در سوبسترا يا کوفاکتورهاي موجود
سنتز NO توسط دو آنالوگ متيله آرژنين يعني دي متيل آرژنين نامتقارن (ADMA) و مونو متيل آرژنين (L-NMMA) متوقف مي شود.
ADMA آزاد در پلاسما و اوره يافت مي شود که غلظت داخل سلولي آن حدود 5 بار بيشتر از غلظت برون سلولي آن است . مشاهده شده است که در طي زايمان هاي طبيعي ، مقدار ADMA حلقوي کاهش مي يابد اما به وسيله اکالمپسي اوليه افزايش مي يابد.
شواهدي در دست است که نشان مي دهد مقدار بالاي ADMA در بعضي شرايط مثل ديابت ، تصلب شرايين و کم کاري کليه داراي اهميت است .
شايان ذکر است که هدايت مهارکننده هاي NOS به رت هاي باردار باعث کاهش در اندازه جفت و کاهش در جريان خون رحم و جفت مي شود که هر دو با کمک آرژنين تغيير مي کند .
پيشنهاد مي شود که اين يک اثر ميانجي گري NO است.
در سلولها ، غلظت ADMA بوسيله فعاليت آنزيم سيتوپلاسمي به نام
دي متيل ارژنين دي اتيل امينو هيدرولاز (DDAH ) کنترل مي شود .
مهار DDAH منجر به افزايش ADMA مي شود و حالت استراحت اندوتليوم را مهار مي کند . بنابراين مهار DDAH باعث انباشته شدن ADMA مي شود که اين ماده در غلظت مورد نياز NOS را مهار مي کند.
نقش فيزيولوژيکي NO
بعد از اينکه کشف شد نيتريک اکسيد توانايي گشاد کردن رگها را دارد ، تعداد زيادي از نقش هاي ديگر هم براي آن کشف شد .اين مولکول براي نقش در سيستم ايمني ، سيستم عصبي ، التهاب و مرگ تدريجي سلول مشهور است . No همچنين در حالت استراحت ماهيچه صاف و زايمان موثر است.
اثر NO بر رگهاي خوني :
مکانيسم هاي موضعي کنترل جريان خون بافت تنها مي توانند عروق بسيار ريز بافت را متسع کند زيرا مواد متسع کننده عروق يا کمبود اکسيژن تنها مي تواند به اين عروق برسد نه به شرايين متوسط و بزرگ که منشا جريان خون هستند . اما هنگامي که جريان خون در عروق زيز گردش خون افزايش يابد مکانيسم ثانويه ديگري را هم به دنبال دارد که باعث اتساع شريانهاي بزرگتر نيز مي شود .
مکانيسم مزبور به قرار زير است :
سلولهاي اندوتليال پوشاننده آرتريولها و شريانهاي کوچک چند ماده مي سازند که در صورت آزادشدن مي توانند ميزان انقباض جدار شريان را تغيير دهند . مهمترين آنها يک ماده وازوديلاتور به نام فاکتور شل کننده مشتق از اندوتليوم (EDRF) است که تمام يا قسمت اصلي آن را اکسيد نيتريک (NO ) تشکيل ميدهد که نيمه عمر آن در خون تنها 6 ثانيه است .
جريان سريع خون در شريانها موجب فشاري پاره کننده بر سلولهاي اندوتليال مي شود زيرا خون با چسبندگي خود جدار عروق را به دنبال خويش مي کشاند . اين فشار باعث مي شود سلولهاي اندوتليال همسو با جريان تغيير جهت يابند و اکسيد نيتريک آزاد شده تا حدود زيادي افزايش يابد. آنگاه اکسيد نيتريک با شل کردن جدار شريان ، آن را متسع مي سازد.
اين مکانيسم مفيدي است زيرا زماني که جريان خون عروق ريز زياد مي شود ، شرايين بزرگتر بالادست را به طور ثانويه متسع مي کند . کارايي کنترل جريان خون موضعي بدون اين پاسخ به ميزان قابل توجهي از دست خواهد رفت ، زيرا قسمت زيادي از مقاومت در برابر جريان خون در شرايين کوچک بالادست اتفاق مي افند.
نقش NO در سيستم ايمني :
NO توسط تعدادي از سلولهاي درگير در پاسخ ايمني ساخته مي شود . مخصوصا ماکروفاژهاي فعال کننده سيتوکين که مي توانند غلظت بالايي از NO را براي کشتن سلولهاي هدف مثل باکتري ها و يا سلولهاي توموري توليد کنند.
NO مرتبط با سم سلولي با تشکيل کمپلکس هاي نيتروزول – تيول در انزيمهاي سلول هدف ارتباط دارد . NO همچنين در کشتن سلولها به وسيله آنزيمهاي تجزيه کننده درگيز در سيکل کربس ، سنتز DNA و عملکرد ميتوکندريايي نشان داده شده است.
نقش NO در التهاب :
NO مي تواند به عنوان ميانجي در فرايند هاي التهابي عمل کند و اثر اکسيژناز حلقوي را بهبود بخشد و محصول التهاب ايکونوزويدي (eiconosoid) را تشديد کند.
علاوه بر اين محصول NO توسط تعدادي از کوفاکتورهاي ديگر در التهاب مثل اينترلوکين ها ، گاما اينترفرن ، TN-F آلفا و LPS بوجود مي آيد.
نقش NO در سيستم عصبي :
NO در سيستم عصبي مرکزي و محيطي بعنوان يک ناقل عصبي عمل مي کند .
NO همچنين در تنظيم تدريجي مرگ سلول در سلولهاي عصبي درگيز است .
NO و مرگ تدريجي سلول :
NO مولکول نشانگر مهمي است که در اغلب بافتها براي تنظيم فرايندهاي فيزيولوژکي بسياري از جمله گشادگي رگها ، عملکرد عصبي ، التهاب و عملکرد ايمني فعاليت مي کند . NO همچنين در تنظيم مرگ تدريجي سلول درگيز است .
اثرات مرگ تدريجي سلول متنوع است و به مقدار NO و نوع سلول بستگي دارد و نشان داده شده که NO از مرگ تدريجي سلول در انواع سلولها مثل لوکوسيتها ، هپاتوسيتها ، تروفوبلاستها و سلولهاي اندوتليال جلوگيري مي کند.
عموما اثرات ضد مرگ NO براي سلول در طي تعدادي از مکانيزمها مثل نيتروزيلاسيون و فعال شدن بعضي از کاسپازها (caspase) از جمله کاسپازهاي 3،1 و 8 وجود دارد .
مکانيزمهاي ديگر عبارتند از :
- فعال شدن p53
- تنظيم پروتئين 70
- تنظيم Bcl-2 و Bcl-XL
- فعال شدن cGMP
فعال شدن cGMP منجر به فعال شدن پروتئين کينازهاي وابسته به cGMP و از بين بردن فعاليت کاسپازها مي شود .
اثرات NO بر مرگ تدريجي سلول معمولا براساس وابستگي يا عدم وابستگي به cGMP طبقه بندي مي شود .
نيتريک اکسيد مي تواند سيگنال هاي cGMP در طي ارتباط NO با گروه هم گوانيلات حلقوي را فعال کند . محصول cGMP منجر به فعال سازي پروتئين هاي وابسته به cGMP مي شود و احتمالا بيان پروتئين هاي ضد تدريجي سلول را افزايش مي دهد .
در سالهاي اخير دانشمندان مشغول بررسي اثرات ضد مرگ NO بر سلول هاي اندوتليال و تروفوبلاستها هستند و مکانيزم فعاليت NO بر اين سلولها را مطالعه مي کنند.
ارتباط استيل کولين و NO :
استيل کولين علاوه بر تحريک ماهيچه هاي صاف بر رگهاي خوني هم اثر دارد . زمانيکه استيل کولين به طريق درون سياهرگي تزريق مي شود ، باعث گشادگي رگها و کاهش فشار خون مي شود و اين حالت با اثر استيل کولين بر سلولهاي اندوتليال صورت مي گيرد .
در پاسخ به فعاليت گيرنده هاي M3 بر روي سطح سلولهاي اندوتليال ، افزايش کلسيم داخل سولي و فعاليت آنزيم نيتريک اکسيد سنتاز بوجود مي آيد .
اين وقايع سنتز راديکال آزاد قابل انتشار نيتريک اکسيد را افزايش مي دهد . NO از سلولهاي اندوتليال تا سلولهاي مجاور ماهيچه صاف پخش مي شود . در اين سلول ها NO ، آنزيم سيتوپلاسمي و گوانيلات کيناز را فعال مي کند که منجر به افزايش گوانوزين مونو فسفات حلقوي cGMP داخل سلولي مي شود که حالت استراحت سلولهاي ماهيچه صاف را تشديد مي کند .
قابل ذکر است که ايجاد حالت استراحت در سلولهاي ماهيچه صاف توسط استيل کولين يک اثر غير مستقيم است که کاملا به حضور سلولهاي اندوتليال سالم وابسته است.
منابع مورد استفاده :
- http://www.sghms.ac.uk/depts/immunology/%7Edash/no
- http://www.scottsemicon.com/pures/no.html
- http://www.bio.vu.nl/vakgroepen/mcp/spanning/tab2/projectnor.htm
- http://courses.washington.edu/chat543/cvans/sfp/acetylch.html
- http://education.jlab.org/itselemental/ele007.html
- http://en.wikipedia.org/wiki/Nitric_oxide
- http://www.ingentaconnect.com/content/urban/
- http://www.sunysccc.edu/academic/mst/ptable/n.html
- http://sdarts.cs.columbia.edu
- گايتون ،آرتور و هال،جان ادوارد (2000) .فيزيولوژي پزشکي .تهران . مرکز پخش اشارت
