Так как же все происходило на самом деле?
Слева направо: В. Башкатова, Л.Игнарро, С. Моррис, Х.Маеда, А. Ванин, Дж.Стэмлер, В.Микоян, Ж.-К.Драпъе
Еще лет пятнадцать – двадцать назад сама постановка вопроса об универсальной биологической роли оксида азота казалась дикой: оксид азота – сильнейший промышленный загрязнитель, его рассматривали исключительно с точки зрения вредности для всего живого: окисление оксида азота в атмосфере оборачивается кислотными дождями. Огромное его количество, содержащееся в табачном дыме, образует канцерогенные вещества. В общем, представить себе то, что известно сегодня, было невозможно, но…
Все началось в середине шестидесятых. В Институте химической физики сотрудник лаборатории Л. А. Блюменфельда Толя Ванин обнаружил сначала в дрожжевых клетках, а затем и в клетках животных загадочные «парамагнитные центры». Приборы регистрировали не известный до сих пор сигнал. Что за соединение его испускает?
Надо сказать, что в 60-е годы Россия в значительной степени опережала остальные страны в физико-химических и биохимических исследованиях, благодаря тому что Е. П. Завойский изобрел способ изучения сложных соединений в электромагнитном поле – метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). У нас в стране ЭПР вошел в биологию с легкой руки Блюменфельда. Сигналы ЭПР разных химических соединений весьма специфичны, что и делало метод Завойского очень удобным.
Так вот, непонятный сигнал был открыт именно этим методом.
Как в подобных случаях поступают биохимики? Они начинают выделять соединение в чистом виде, а потом физико-химическими методами определяют, что это такое. Таким путем пошли американцы и ничего толком не узнали, потому что при выделении неизвестного вещества необычные парамагнитные свойства исчезали, и единственное, что удалось предположить, – его возможную белковую природу.
Второй путь – «а если?» Если попробовать найти соединение, которое дает точно такой же сигнал? С точки зрения западных ученых это была авантюра, но по свойствам «загадочной русской души» и по молодости лет Анатолий Ванин поступил именно так.
В это время американские химики показали, что сигналы ЭПР того же диапазона дают при комнатной температуре низкомолекулярные серосодержащие (тиоловые) комплексы железа с оксидом азота.
Поразмышляв над этим, Ванин понял, что их результаты имеют какое-то отношение к его собственной работе. В это время он уже установил, что полученные им сигналы связаны с белками, а точнее, с их тиоловыми группами.
И снова авантюрная на первый взгляд идея. При комнатной температуре белковые центры малоподвижны, этим определяются характеристики сигнала ЭПР. Что если попробовать заморозить раствор соединений, которые исследовали американцы, и тем самым как бы приблизить их парамагнитные свойства к свойствам белка? Когда это было сделано, полученный сигнал совпал с тем, который обнаружил Ванин. Итак, замороженный раствор динитрозильного комплекса железа с тиолами дает точно такой же сигнал, как о биосистеме. Просто повезло? Нет, скорее это пример блестяще сработавшей научной интуиции.
Так или иначе, дорога открылась, стало ясно, что искомое соединение – какой-то тиолсодержащий белок, связывающий железо и оксид азота. Ванин начал изучать его по частям: воздействовать разными реагентами и на железо, и на тиоловые группы, и на оксид азота. Исследования вели параллельно на модельных соединениях и на биосистемах. И все сходилось.
Подозрение пало на белки, функционирующие в митохондриях. Ведь если на них «сядет» NO, то в результате получится искомое соединение. Но это была ошибка. Оксид азота реагирует с железосерными белками довольно сложным образом и сам по себе не способен их разрушать с образованием динитрозильных комплексов железа. Через двадцать лет ту же ошибку сделали американцы, когда, в свою очередь, нашли уже известные Ванину комплексы. Вопрос остался открытым.
Очень скоро ученые снова вплотную столкнутся с этим загадочным соединением.
А пока в 1980 году Анатолий Федорович Ванин защищает докторскую диссертацию, в которой показывает, что оксид азота действительно включается в ткани животных и может существовать в клеточных системах, что он способен влиять на статус и обмен железа в организме и предполагает, что возможно образование NO в организме без поступления его извне. Это предположение не давало ему покоя, мысль о том, что в живых системах есть какие-то собственные источники NO, с течением времени казалась все более правдоподобной.
А. Ванин и Р. Форчготт в Кардиологическом центре. Москва, 1989год
Уже в середине 70-х годов начали появляться работы, в которых сообщалось, что оксид азота способен активировать гуанилатциклазу – важнейший фермент, связывающий гормональные воздействия на клетку с внутриклеточными процессами.
Это были исследования американца Ферида Мьюрэда. Они стояли в цепи изучения многих межклеточных передатчиков. Совершенно неожиданно оказалось, что гуанилатциклаза, в отличие от других подобных ферментов, может функционировать в растворимом состоянии, то есть не нуждается в рецепторах, на которые бы воздействовал гормон или иное биологически активное вещество. Что же заставляет ее работать? Теперь осталось только удивляться и гадать, каким образом Мьюрэд так быстро понял, что гуанилатциклаза активируется нитро- и нитрозосоединениями, вызывающими расслабление сосудов. Но, поняв, он немедленно предположил, что эти соединения выделяют оксид азота, именно он и является их активным началом. Эксперименты полностью подтвердили его предположение. Оказалось, что оксид азота сам по себе вызывает расслабление сосудов. Таким образом была разгадана более чем столетняя загадка механизма действия нитроглицерина.
Вот туг уже Анатолий Федорович Ванин полностью осознал всю важность собственных исследований и начал проверять действие нитрозильных комплексов железа как доноров NO. В 1985 году ему удалось показать, что эти соединения обладают мощным гипотензивным действием, причем в отличие от других препаратов не вызывают резких перепадов давления. По сути дела, Ванин изобрел новое лекарство, безвредное и очень эффективное. К концу 80-х стало очевидно, что наше государство не в состоянии запустить его в производство.
При развитии ишемии в сердце накапливается NO Это можно увидеть с помощью компьютерной томографии.
Томографическая оценка пространственного распределения оксида азота в тканях сердца
Однако все изученные соединения попадали в организм извне. Возникает ли оксид азота как естественный продукт обмена веществ, было по- прежнему неизвестно. Кроме Ванина, такую возможность предполагал и Мьюрэд. И уже в 1980 году произошло открытие, подтвердившее их правоту.
Роберт Форчготт, американский физиолог и биохимик, обнаружил, что один из передатчиков нервной системы, ацетилхолин, вызывает расслабление изолированных сосудов. Обычно ацетилхолин, воздействуя на гладкую мускуотатуру сосудов в эксперименте, наоборот, сокращал их. Что касается эндотелиального слоя – клеток, выстилающих внутреннюю поверхность сосудов, – ему отводили роль механического барьера, который защищает гладкомышечные клетки от повреждений. Поэтому в опытах по изучению сократительного действия ацетилхолина, эндотелиальный слой всегда удаляли.
Однажды, из-за невнимательности молодых сотрудников Форчготта, эндотелиальный слой клеток случайно сохранился на подготовленном препарате. И когда стали добавлять ацетилхолин, вдруг вместо ожидаемого сокращения началось чрезвычайно сильное расслабление сосудов. Естественно, Форчготт быстро сообразил, что все дело в эндотелии, выделяющем некое вещество, которое и расслабляет сосуды. Доказал он это в изящном эксперименте. Расположив два препарата друг под другом – один с эндотелиальным слоем, а другой – содержащий только гладкомышечные клетки сосудов, он капал на них ацетилхолин. Стекая с первого препарата на второй, капля вызывала эффективное расслабление сосуда. Роберт Форчготт открыл «эндотелиальный фактор релаксации сосудов» (ЭФР).