Процессы развития.
Ход развития эмбриона влечет за собой значительные изменения окислительно-восстановительного состояния.
Timme- Laragy, A. R., Hahn, M. E., Hansen, J. M., Rastogi, A. & Roy, M. A. Redox stress and signaling during vertebrate embryonic development: regulation and responses. Semin. Cell Dev. Biol. 80, 17–28 (2018).
H2O2 критически участвует в этих окислительно-восстановительных сигнальных событиях и имеет далеко идущие последствия для морфогенеза и дифференцировки клеток.
Одним из ярких примеров является нервная система, где АФК влияют на полярность нейронов, регуляцию связности, синаптическую передачу и настройку нейронных сетей.
Rampon, C., Volovitch, M., Joliot, A., Vriz, S. Hydrogen peroxide and redox regulation of developments. Antioxidants (Basel) 7, 159 (2018).
Oswald, M. C. W., Garnham, N., Sweeney, S. T. & Landgraf, M. Regulation of neuronal development and func
Например, там существует достаточно доказательств существенного вклада H2 O2, продуцируемого NOXs, в поиск пути конуса роста аксонов, посредством чего рост и наведение нейронов зависят от физиологических количеств H2 O2. Недостаточная генерация АФК была связана с дефицитом пространственной памяти у мышей, тогда как патологическое повышение уровня АФК вызывает коллапс конуса роста и дегенерацию аксонов
Oswald, M. C. W., Garnham, N., Sweeney, S. T. & Landgraf, M. Regulation of neuronal development and function by ROS. FEBS Lett. 592, 679–691 (2018).
Wilson, C., Munoz- Palma, E. & Gonzalez- Billault, C. From birth to death: a role for reactive oxygen species in neuronal development. Semin. Cell Dev. Biol. 80, 43–49 (2018).
(рис. 4, левая сторона). Физиологический диапазон концентраций H2O2 оценивается в пределах 1–10 нМ. Однако эти значения будут зависеть от нескольких параметров, включая тип клеток и стадию развития.
Биология стволовых клеток также тесно связана с окислительно-восстановительным гомеостазом (рис. 4, правая часть).
Tan, D. Q. & Suda, T. Reactive oxygen species and mitochondrial homeostasis as regulators of stem cell fate and function. Antioxid. Redox Signal. 29, 149–168 (2018).
Rhee, S. G. & Kil, I. S. Mitochondrial H2 O2 signaling is controlled by the concerted action of peroxiredoxin III and sulfiredoxin: linking mitochondrial function to circadian rhythm. Free Radic. Biol. Med. 100, 73–80 (2016).
Стволовые клетки поддерживают низкий базальный уровень оксидантов (в основном H2O2) в состоянии покоя, который увеличивается по мере дифференцировки.
- Считается, что эти физиологические уровни сохраняют функцию стволовых клеток, позволяя достичь надлежащего баланса между покоем, пролиферацией и дифференцировкой, а также регулировать активность стволовых клеток в ответ на стресс.
- Более низкие уровни оксидантов приводят к нарушению входа в клеточный цикл, тем самым препятствуя пролиферации и дифференцировке, тогда как повышенные уровни вызывают гиперпролиферацию и индуцируют клеточное старение, что, как следствие, приводит к истощению стволовых клеток. Даже более сильное воздействие окислителей неизбежно приведет к повреждению макромолекул, вызывая гибель клеток.
- Долгосрочное выживание стволовых клеток особенно важно в контексте взрослые стволовые клетки и, следовательно, изменения в окислительно-восстановительном балансе в конечном итоге повлияют на потенциал регенерации тканей.