Из рассмотрения процессов комплексообразования J1-P следует, что основным результатом связывания агонистов с рецепторами является индуцирование ответа. Существуют два основных механизма передачи сигнала от рецептора в клетку: с участием так называемых «вторичных посредников» и без них. Термин «вторичные посредники» (ВП) или «вторичные мессенджеры» был введен для того, чтобы отличать передатчики сигналов, реализующие свои эффекты на пост- рецепторном уровне внутри клетки, от БАВ, выступающих в качестве лигандов рецепторов и участвующих в передаче информации между разными клетками. Таким образом, первичные посредники — это в общем случае лиганды (нейротрансмиттеры, гормоны, ЛВ, токсины бактерий и др.).
Через систему ВП осуществляется передача сигналов в нервных клетках, клетках мышечной ткани. К числу ВП принадлежат аденозин-Зциклический монофосфат (цАМФ, 4.1) и гу- анозин-3′,53-циклический монофосфат (цГМФ, 4.2), продукты гидролиза мембранных фосфолипидов — диацилглицерин (ДГ, 4.3) и инозитинтрифосфат (4.4), а также ионы R1 — остаток арахидоновой кислоты R2 — остаток стеариновой кислоты В результате взаимодействия Л-Р концентрация ВП в клетке меняется, при этом концентрация одних может возрастать, а других — убывать. Отличительной чертой большинства сигнал-пере- дающих систем является значительное усиление сигнала от рецептора. При этом становится понятно, почему для достижения максимального ответа совсем необязательно, чтобы все рецепторы были заняты. При передаче сигнала без участия ВП в результате образования комплекса JI-P активируется связанный с рецептором специфический фосфорилирующий фермент — тирозинкиназа [5, 6, 8, 9]. По такому механизму запускается процесс утилизации глюкозы в ответ на связывание инсулина с рецепторами. Известно, что инсу- линовые рецепторы состоят из 2-х а- и р-субъединиц (см. разд. 3.1, рис. 3.4). С внешней стороны клеточной мембраны расположены а-цепи, которые связываясь с инсулином, претерпевают конфор- мационные изменения, отражающиеся на р-субъединицах в виде усиления их протеинкиназной активности. При этом происходит фосфорилирование молекул инсулинового рецептора, находящихся с внутренней стороны мембраны (Р-цепей), и других белков. Фосфорилирование может быть инициатором каскада реакций, проявляющихся в виде различных эффектов инсулина. Аналогичным образом через тирозинкиназу опосредован и механизм действия факторов роста [2, 5, 9]. 4.1. Аденилатциклазная система передачи сигнала Первым из вторичных передатчиков сигнала от мембранных рецепторов был открыт цАМФ. Этому событию предшествовал ряд исследований. В начале 50-х гг. было установлено, что активирование Р-адренергических рецепторов в клетках печени приводит к изменению активности фермента глюкозо-6-фосфатазы. В 1956 г. Е. Krebs и Е. Fisher выявили взаимосвязь между активацией указанного фермента и содержанием АТФ в клетке.
Выделение промежуточных продуктов в каскаде превращений, приводящем к изменению активности глюкозо-6-фосфатазы, позволило в 1958 г. Е. Sutherland и R. Rail предположить, что ключевая роль в нем принадлежит аденин-нуклео- тиду. В 1959 г. Д. Липкин с соавт. идентифицировали его как цАМФ [5, 8, 6, 10]. Таким образом, цАМФ является посредником, запускающим механизм гликогенолиза (высвобождения глюкозы из депо гликогена) при активировании p-адренергических рецепторов в клетках печени. Синтез данного ВП катализирует фермент аденилатциклаза (АС). цАМФ является ВП и для ряда гормональных и нейро- эндокринных эффектов. Причем некоторые агонисты вызывают рост внутриклеточной концентрации цАМФ, другие же, напротив, способствуют снижению его уровня. К группе стимуляторов относятся агонисты p-адренергических, дофаминовых (Dj), гистаминовых (Н2) рецепторов, а также рецепторов вазопрессина (V2), фолликуло- стимулирующий и лютеинизирующий гормоны, глюкагон. Ингибиторами являются агонисты а2-адренергических, дофаминовых (D2), аденозиновых (А, ацетилхолиновых (мускариновых) рецепторов, а также ангиотензин II и соматостатин. В 1971 г. Rodbell с соавт. показали необходимость участия в процессе активирования АС, а, следовательно, и синтеза цАМФ, гуанозинтрифосфата (ГТФ) [2, 5, 6]. Модель активирования системы АС представлена на рис. 4.1. Каскад превращений, реализующийся в результате связывания лиганда с рецептором, сопряженным с G-протеином, состоит из нескольких стадий. На первом этапе, в результате связывания агониста с рецептором, образуется активированный комплекс PR-A. В зависимости от того, будет ли это процесс а
ктивирования или, напротив, ингибирования синтеза цАМФ, PR-A комплекс взаимодействует с соответствующим передающим белком — Gs- или Gj-протеином, состоящим из трех субъединиц а, Р и у, связанных с гуанозиндифосфатом (ГДФ).
Вытеснение последнего ГТФ приводит к активированию третичного комплекса PR-J1-GS. Далее комплекс диссоциирует на неактивный рецептор Рт, лиганд Л, Ру-субъединицу G-протеина и активированную субъединицу as-G-npo- теина, связанную с ГТФ. Последняя, соединяясь с АС, про- мотирует ее, что и приводит к синтезу цАМФ из АТФ. Собственно АС и выполняет роль ‘внутримембранного усилителя сигнала. а5-Субъединица дезактивируется путем гидролиза ГТФ на ГДФ и Р043″-ион, после чего as объединяется вновь с Ру-субъединицами G-протеина [5, 6, 8, 10]. В случае взаимодействия антагониста с рецептором не происходит изменения конформации рецептора, и последний не может взаимодействовать с G-белком. Поэтому сигнал от Л-Р-комплекса антагонистов с мембранными рецепторами не трансформируется во внутриклеточный сигнал. G-протеины представляют собой гетерогенную группу белков, различающихся за счет a-субъединицы. Структура и функции их окончательно не определены. В настоящее время достоверно описаны пять групп G-протеинов [3, 8, 10—12]: • С5-белки — содержат а5-субъединицу, являются стимуляторами АС; • GY-6eAKU — содержат с-субъединипу, являются ингибиторами АС, активируют цАМФ-фосфодиэстеразу; • G-белки — приводят к угнетению потенциал-зависимых Са2+ каналов и стимуляции К+ каналов; • G-белки — активируют К+ каналы и ингибируют АС; • G-белки — активируют фосфолипазу С (PL-C). Известно, что существует шесть типов аденилатциклаз, большинство из которых активируются G-ag-субъединицами и ингибируются G-ctj-субъединицами этих протеинов. Однако II и IV типы аденилатциклаз промотируются GPy-димерами [6, 7]. Рост внутриклеточной концентрации цАМФ приводит к активации цАМФ-зависимых ферментов. Далее цАМФ-зависимые про- теинкиназы фосфорилируют сериновые и треониновые остатки целевых белков, некоторые из них, в свою очередь, являются протеинкиназами. Примером типичного каскада, инициируемого цАМФ, является высвобождение глюкозо-1 -фосфата из гликогена в печени (рис. 4.2). Таким способом реализуются тканеспецифические и кина- зоспецифические эффекты. Рассмотренный механизм обеспечивает многократное усиление внутриклеточного сигнала, один активированный рецептор может взаимодействовать с 10—100 G-протеинами, а одна активная АС способна катализировать образование 10—100 молекул цАМФ. Тем самым рецепторный сигнал усиливается в 102—104 раз. Поскольку цАМФ не является конечной целью передачи сигнала, и каскад превращений, связанный с фосфорилированием белков, продолжается, то в конечном итоге при реализации тканеспецифического эффекта, коэффициент усиления достигает значений 104—108. Как только цель передачи сигнала от рецептора достигнута, клетка прерывает сигнальный процесс. Это происходит благодаря участию ряда факторов, таких как: • удаление агониста из окружающей рецептор среды за счет его разрушения внеклеточными ферментами; • повышение константы скорости диссоциации JI-P-комплекса вследствие изменения конформации рецептора в процессе передачи сигнала; • изменение концентрации свободных и связанных рецепторов в результате их интернализации (экзоцитоза); • деградация комплекса а5-ГТФ; • деградация цАМФ под действием фосфодиэстераз (последних существует пять видов); • дефосфорилирование активированных протеинов под действием фосфопротеинфосфатаз; Активная протеин- фосфатаза Неактивная протеин- фосфатаза • потеря чувствительности в ряду взаимодействия рецептор — G-протеин — АС при длительной стимуляции рецептора агонистом. Теоретически большинство из звеньев сложного каскада передачи сигнала через аденилатциклазную систему может быть точкой приложения действия БАВ. Однако пока такие примеры крайне ограничены. Применительно к G-белкам известны только токсины, которые с ними связываются. Так, с Gg-белком взаимодействует токсин холерного вибриона, что приводит к росту концентрации цАМФ в стенках кишечника. В результате развивается диарея, поскольку цАМФ является активатором секреции жидкости в пищеварительном канале (ПК). С Gj-белком связывается токсин палочки коклюша, что приводит к бронхоспазму [5]. Некоторые БАВ оказывают влияние на ферменты, участвующие в регуляции биосинтеза ВП. Дитерпен растительного происхождения — форсколин (4.5) оказывает прямое стимулирующее действие на АС [5, 13, 14].
Следует отметить, что это вещество нашло применение в индийской народной медицине как средство, оказывающее выраженное гипотензивное и бронходилататорное действие [5]. 4.2. цГМФ как вторичный посредник Несмотря на то, что цГМФ был открыт практически одновременно с цАМФ, его роль как ВП до конца не установлена. Тем не менее известно, что цГМФ принимает участие в передаче сигналов в двух важных системах, ответственных за регуляцию артериального давления (АД). Одна из них обеспечивает нормализацию АД, регулируя выведение жидкости из организма при участии натрийуретического фактора, а другая — посредством вазорелаксации под действием оксида азота N0 [6, 8, 15, 16]. Гуанилатциклаза, в отличие от АС, существует в двух формах: 1) специфическая (связана с мембраной); 2) растворимая (находится в цитоплазме). Специфическая форма участвует в передаче сигнала от натрийуретического фактора. При этом, в отличие от механизма высвобождения цАМФ, в процессе активирования синтеза цГМФ ГТФ и G-протеины не участвуют [15]. Растворимая форма гуанилатциклазы активируется эндогенным N0, производимым из /-аргинина с помощью двух форм конститутивной NO-синтетазы, локализованных в сосудистом эндотелии и мозге [16, 17]. Схема активирования гуанилатциклазы представлена на рис. 4.3. цГМФ играет важную роль в механизме расширения сосудов, препятствует агрегацйи тромбоцитов. Увеличение концентрации цГМФ внутри клетки приводит к активированию серин- и треонинпротеин- киназ. Существуют две формы этих ферментов. Одна представляет собой димер, каждая субъединица которого имеет собственное место связывания с цГМФ. Другая форма является мономером, связанным Точное установление механизма передачи сигнала важно не только для понимания причин возникновения тех или иных нарушений, приводящих к развитию патологических процессов, но и для определения возможных мест приложения фармакотерапевтических средств. Так, вазорелаксация, происходящая под воздействием цГМФ, может быть нарушена в результате гидролиза цГМФ в ГМФ под действием фосфодиэстеразы-5 (ФДЭ-5). Применение ингибитора ФДЭ, например, силденафила (виагра, 4.6), способствует увеличению концентрации цГМФ у лиц со сниженной продукцией эндогенного N0, и тем самым положительно сказывается на вазорелаксации и. на мужской эрекции. 4.3. Продукты метаболизма фосфолипидов как вторичные посредники Еще один широко распространенный механизм передачи сигнала основан на превращениях фосфатидининозитина, входящего в состав клеточных мембран. Процесс схематически представлен на рис. 4.4. с цитоплазматической мембраной. Она встречается только в клетках кишечного эпителия.
Первые два этапа аналогичны таковым для процесса активирования АС. А далее а-субъединица Сч-протеина, связанная с ГТФ, активирует фосфолипазу С (фосфодиэстеразу, PL-C), что, в свою очередь, приводит к гидролизу фосфатидининозитина (PI) на диацилглицерин (DG) и инозитинтрифосфат (IP3). DG остается внутри мембраны и промотирует протеинкиназу С (РК-С). Активирование этого фермента может идти и прямым путем, без участия Р1 и DG, например, под действием форболового эфира (4.7), являющегося стимулятором роста опухолей [7, 8, 18, 19]. 1Р3 диффундирует из мембраны в цитоплазму и способствует высвобождению ионов Са2+. Последний прямо или в комбинации с каль- модулином (СМ-Са2+) активирует протеинкиназу. Эта протеинкиназа, также как и РК-С, фосфорилирует белки, инициируя тем самым физиологический ответ на результат связывания агониста с рецептором. К числу агонистов, активирующих PL-C, принадлежат ацетилхолин (мускариновый), 5-гидрокситриптамин (5~НТ2), с-адренергические агонисты, гистамин (Hj), аденозин (А), вазопрессин (Vj), брадики- нин, ангиотензин II и некоторые экзогенные БАВ. Выявление причин активирования РК-С опухолевым промотором (4.7), вероятно, способно пролить свет на один из возможных механизмов онкогенеза, т.к. комбинированное воздействие форболо- вого эфира и Са2+-ионофоров значительно ускоряет синтез белков и приводит к неконтролируемому росту клеток [5, 20]. 4.4. Ионы Са2+ как вторичные посредники Ионы Са2+ являются важнейшим регулятором клеточного метаболизма. Доказано, что деполяризация мембран частично связана с транспортом значительных количеств ионов Са2+в клетку. Проникновение SU — сульфонилмочевина, К+АТФ — АТФ-зависимый К+-канал, VCa2+—вольтаж-зависимый Са2+-канал, К+Са2+ — кальций-зависимый К+-канал Са2+ в цитоплазму осуществляется через вольтаж-зависимые ионные каналы, а также из ЭР. Концентрация Са2+ в цитоплазме находится в пределах 0.1—0.01 мкМ.
Добавить комментарий