46

2.1.1. Факторы роста и их рецепторы

Важнейшую роль в функционировании многоклеточного организма играют молекулы, передающие сигналы между клетками. Их присутствие необходимо для координированной регуляции различных аспектов жизнедеятельности клеток – пролиферации, выживания, дифференцировки, образования контактов с другими клетками и с внеклеточным матриксом, миграции, секреции и многих других. Особое значение имеют молекулы, контролирующие численность клеток за счет позитивной или негативной регуляции деления клеток или клеточной гибели. Необходимость внешних «разрешающих» факторов для пролиферации и выживания клеток является важным механизмом поддержания гомеостаза, морфогенеза и предотвращения неконтролируемого деления клеток, имеющего губительные последствия для организма в целом (Alberts et al., 2002; Gomperts et al., 2002).

Наиболее известные позитивные регуляторы пролиферации и выживания клеток относятся к суперсемейству факторов роста (Fantl et al., 1993; Schlessinger, 2000). Первым из полипептидов этого суперсемейства был открыт фактор роста нервов (NGF), стимулирующий выживание нейронов (Cohen et al., 1954). Позднее были изучены эпидермальный фактор роста (EGF), фактор роста, выделяемый кровяными пластинками (PDGF), фактор роста фибробластов (FGF) и другие (Fantl et al., 1993). В настоящее время обычно выделяют около 20 семейств ростовых факторов и столько же соответствующих семейств их рецепторов (рис. 1) (Fantl et al., 1993; Hubbard, Miller, 2007). Представители основных семейств факторов роста, их клетки-мишени и биологическая роль указаны в табл. 1. Наиболее типичными ответами клеток на действие факторов роста являются стимуляция продвижения по клеточному циклу и последующего митотического деления (стимуляция пролиферации), а также супрессия апоптотической гибели клеток, то есть стимуляция выживания. Существуют и другие варианты действия факторов роста – стимуляция разборки межклеточных контактов и миграции клеток (особенно характерно для фактора роста

Рис. 1. Суперсемейство рецепторов факторов роста (по Schiller, 2006).

гепатоцитов – HGF), образования ламеллоподий, дифференцировки. Особую функцию, стимуляцию синтеза гликогена в гепатоцитах, имеет инсулин, также относящийся к факторам роста как по гомологии, так и по путям передачи сигнала (Katso et al., 2001). Наконец, EGF способен вызывать апоптотическую гибель или остановку пролиферации в некоторых опухолевых клетках (Danielsen, Maihle, 2002) – феномен, подробно исследованный в настоящей работе.

Все факторы роста передают сигнал, связываясь со специфическими трансмембранными рецепторами – рецепторами факторов роста. Рецепторы факторов роста пронизывают плазматическую мембрану один раз и содержат в подмембранной области тирозинкиназный домен, обеспечивающий фосфорилирование субстратов по остаткам тирозина (Schlessinger, 2000). Гомология в надмембранной области обычно высока между представителями одного семейства рецепторов, связывающими факторы роста, относящиеся к одному из семейств (рис. 1). Связывание фактора роста с надмембранной областью клетки стимулирует димеризацию. Таким образом решается проблема передачи сигнала через мембрану: конформационная стабильность альфа-спиральной структуры трансмембранного домена препятствует непосредственной передаче конформационных изменений от надмембранной части рецептора к подмембранной при связывании лиганда, потому новая подмембранная конформация образуется лиганд-зависимо за счет сближения двух подмембранных участков (Heldin, 1995; Klemm et al., 1998). Механизмы димеризации могут быть различны. Так, PDGF является димером из двух субъединиц, соединенных

Семейство	Рецепторы	Факторы роста	Характерная экспрессия рецепторов	Характерный ответ клетки
PDGF (platelet-derived growth factor, фактор роста, продуцируемый кровяными пластинками)	PDGFR, PDGFR, SCFR (c‑kit), CSF-R (Fms), Flk-2	PDGFA, PDGFB, SCF (stem cell factor), CSF	Повсеместно	Пролиферация, выживание
EGF (epidermal growth factor, эпидермальный фактор роста)	EGFR (ErbB1), ErbB2 (Neu), ErbB3, ErbB4	EGF, TGF, амфирегулин, эпирегулин, ‑целлюлин, HB-EGF, неурегулины	Эпителий	Пролиферация, выживание
IGF (insulin-like growth fector, инсулиноподобный фактор роста)	IGF-1R, insulin R	IGF-1, insulin	Повсеместно	Выживание, пролиферация, синтез гликогена (инсулин)
FGF (fibroblast growth factors, фактор роста фибробластов)	FGFR-1, FGFR-2, FGFR-3, FGFR-4	Basic FGFs, acidic FGFs	Фибробласты, гладкие мышцы	Пролиферация, выживание ангиогенез
VEGF (vascular endothelial growth factor, фактор роста эндотелия сосудов)	Flt-1, Flk-1 (KDR), VEGF-C R	VEGF-A, VEGF-B, VEGF-C	Эндотелий	Пролиферация, Выживание, ангиогенез
HGF (hepatocyte growth factor, фактор роста гепатоцитов)	HGFR (c-Met), MSPR (c-Ron)	HGF	Эпителий, особенно гепатоциты	Миграция, пролиферация, выживание
NGF (nerve growth factor, фактор роста нервов)	Trk, TrkB, TrkC	NGFs (нейротрофины)	Нейроны и их предшественники	Выживание, дифференцировка
Табл. 1. Представители основных семейств факторов роста и рецепторов факторов роста. Информация по Fantl et al., 1993; Schlessinger, 2000; Hubbard, Miller, 2007.

дисульфидной связью – в этом случае лиганд просто стягивает субъединицы рецептора. Многие ростовые факторы, например, EGF, изменяют конформацию надмембранного домена, вызывая увеличение сродства между рецепторами. Наконец, рецептор инсулина изначально является димером, соединенным дисульфидными связями – по-видимому, здесь лиганд только переориентирует молекулы рецептора (Heldin, 1995; Hubbard, Miller, 2007).

В любом случае, результатом связывания лиганда оказывается сближение подмембранных участков рецептора. При этом в непосредственной близости оказываются тирозинкиназный домен одной из субъединиц рецептора и С-концевой участок другой субъединицы. Эффективность фосфорилирования по тирозину сильно возрастает при пространственном сближении тирозинкиназы и субстрата, так что фактически димеризация рецепторов инициирует их автофосфорилирование по тирозину по механизму транс-фосфорилирования (одна молекула фосфорилирует другую) (рис. 2). Для большинства рецепторов (но не для рецептора EGF) транс-автофосфорилирование остатка тирозина в тирозинкиназном домене приводит к усилению тирозинкиназной активности (Schlessinger, 2000; Hubbard, Miller, 2007).

Фосфорилирование остатков тирозина в С-концевом домене рецептора инициирует связывание с рецептором белков, содержащих SH2- или PTB-домены. Оба типа доменов эффективно узнают пептидные последовательности, в составе которых обязательно должен присутствовать фосфорилированный остаток тирозина. Специфичность связывания определяется последовательностью нескольких аминокислот, непосредственно примыкающих к фосфотирозину – для SH2-доменов это, в первую очередь, 4 аминокислоты, прилегающие к фосфотирозину в С-конце (Pawson, 2004). Дальнейшая активация сигнальных молекул после связывания их SH2- или PTB-доменов с фосфотирозин-содержащей последовательностью в составе рецептора может осуществляться по одному или нескольким из трех механизмов: 1) Само по себе связывание SH2-домена сигнальной молекулы-фермента изменяет его внутреннюю активность. 2) Сигнальная молекула фосфорилируется рецептором по остатку тирозину, и это приводит к ее активации. 3) В результате связывания с рецептором сигнальная молекула сближается с плазматической мембраной и за счет этого получает возможность взаимодействовать с примембранными белками или мембранными липидами (Schlessinger, 2000).

В некоторых случаях для предоставления SH2-домену сигнальной молекулы подходящей фосфотирозин-содержащей последовательности с рецептором связывается дополнительный белок, называемый адаптерным белком. Он

Рис. 2. Последовательность событий, инициируемых связыванием фактора роста с рецептором. Штриховкой обозначена активация белков или доменов. Примеры активации субстратов: 1 – активация фосфорилированием; 2 – активация за счет конформационных изменений при связывании SH2-домена; 3-4 – активация за счет сближения с плазматической мембраной; 5-6 – активация с участием адапторного белка.

фосфорилируется по тирозину, и уже с ним связывается сигнальная молекула. В широком смысле слова адаптерные белки – это белки, основной функцией которых является обеспечение взаимодействия других белков (Pawson, 2004).

Отдельного упоминания требуют многочисленные факты обнаружения рецепторов факторов роста в ядре клетки, которые уже не рассматриваются как курьез или артефакт, а являются всесторонне доказанным явлением. Рецепторы EGF и FGF поступают в ядро в комплексе с лигандом, причем рецептор EGF способен связываться с последовательностями ДНК под названием ATRS. Тем не менее, механизм их поступления в ядро остается загадкой (Carpenter, 2003). Для ErbB4 открыт механизм лиганд-зависимого отщепления цитоплазматического домена системой из двух протеаз, подобно тому, как это происходит при передаче сигнала от Notch. Образующийся фрагмент в комплексе с белками TAB2 и N-CoR репрессирует транскрипцию ряда генов (Sardi et al., 2006).