Окислительный стресс: молекулярное распознавание сигналов и механизмы их передачи, запускающие экспрессию генов антиоксидантной защиты

Молекулярный кислород (O₂) — важнейший биологический акцептор электронов, необходимый для основных клеточных функций. Однако при использовании O₂ неизбежно образуются активные формы кислорода (АФК), в том числе супероксид-анион-радикал (O₂•⁻), пероксид водорода и гидроксильный радикал (•OH). Если образование АФК не ограничивать, они могут серьёзно повреждать аэробные клетки и приводить к их гибели. Для защиты от повреждающего действия АФК у аэробных организмов сформировались неферментативные и ферментативные системы антиоксидантной защиты. К последним относятся каталазы, пероксидазы, супероксиддисмутазы и глутатион-S-трансферазы (GST). Клеточные механизмы распознавания АФК изучены недостаточно, однако у прокариот и дрожжей хорошо охарактеризован ряд транскрипционных факторов, регулирующих экспрессию генов антиоксидантной защиты. У высших эукариот ответ на окислительный стресс сложнее и контролируется несколькими регуляторами. У млекопитающих в этот ответ вовлечены два класса транскрипционных факторов: ядерный фактор κB (NF-κB) и активаторный белок 1 (AP-1). Индукция генов антиоксидантной защиты, участвующих в метаболизме ксенобиотиков, опосредована элементом ответа на антиоксиданты (ARE), который часто встречается в промоторных областях таких генов. ARE присутствует в генах GST, металлотионеина-I и MnSod у млекопитающих, но не обнаружен в генах Gst растений. В то же время ARE выявлен в промоторных областях всех трёх генов каталазы (Cat) кукурузы. У растений АФК связывают с повреждающим действием различных неблагоприятных факторов окружающей среды. В ответ на эти воздействия активируются многие гены защиты растений, в том числе все три гена Cat кукурузы и некоторые гены супероксиддисмутазы (Sod).