IV. Трансдукция инсулинового сигнала

1. Инсулиновый сигнал передается в клетку при посредстве мембранного рецептора инсулина

Рецептор инсулина (РИ) представляет собой тирозиновую протеинкиназу, т.е. протеинкиназу, фосфорилирующую белки по ОН-группе остатков тирозина. Это гликопротеин, построенный из двух -субъединиц (130 кДа) и двух -субъединиц (95 кДа); первые расположены целиком вне клетки, на ее поверхности, вторые пронизывают плазматическую мембрану:

Строение рецептора инсулина

Центр связывания инсулина образуют N-концевые домены -субъединиц. Каталитический Тир-протеинкиназный центр находится на внутриклеточных доменах -субъединиц. В отсутствие инсулина ИР не проявляет тирозинкиназной активности. Присоединение инсулина к центру связывания на -субъединицах активирует фермент, причем субстратом служит сам этот фермент, т.е. происходит аутофосфорилирование: фофорилируются -субъединицы РИ по нескольким тирозиновым остаткам.

Каталитическая субъединица РИ (-субъединица), обладающая тирозин-протеинкиназной активностью, содержит короткий внеклеточный домен (О- и N-гликозилированный), трансмембранный домен (23 остатка) и большую внутриклеточную часть. В этой части имеется ряд остатков тирозина, подверженных фосфорилированию-дефосфорилированию. В позиции 1030 находится остаток лизина, входящий в каталитический активный центр - АТФ-связывающий центр. Замена этого лизина на многие другие аминокислоты (путем экспериментального мутагенеза) уничтожает тирозинкиназную активность РИ, но не нарушает связывания инсулина. Однако присоединение инсулина к такому РИ никакого действия на клеточный метаболизм и пролиферацию не оказывает.

Каскад аутофосфорилирования РИ вовлекает 6 или 7 тирозиновых остатков, причем главные из них - остатки в позициях 1158, 1162 и 1163 (киназный регуляторный домен). При аутофосфорилировании одна -цепь фосфорилирует другую -цепь той же молекулы РИ. Кроме того в -субъединице есть ряд центров Сер/Тре-фосфорилирования, роль которых остается неясной. В некоторых исследованиях найдено, что Сер/Тре-фосфорилирование снижает сродство к инсулину и тирозинкиназную активность РИ.

Фосфорилирование -субъединицы в свою очередь приводит к изменению субстратной специфичности фермента: теперь он способен фосфорилировать другие внутриклеточные белки - субстраты РИ: белки РИ-С1, Shc и некоторые другие. Активация и изменение специфичности обусловлены конформационными изменениями РИ после связывания инсулина и аутофосфорилирования.

Многие модификации -субъединиц в эксперименте (например, частичное расщепление протеазами) тоже приводят к появлению Тир-протеинкиназной активности. Это позволяет рассматривать -субъединицу как регуляторную субъединицу фермента: в отсутствие инсулина эта субъединица ингибирует конститутивно активную каталитическую субъединицу (т.е. -субъединицу).

Тирозинкиназные рецепторы - это семейство белков, включающее несколько классов. РИ относится к классу II, для представителей которого характерно наличие цистеин-богатого домена в -цепи, а также гетеротетрамерность с -S-S-связями между протомерами. К этому же классу относится и рецептор инсулиноподобного фактора роста I (ИФР-I), высоко гомологичный рецептору инсулина. Рецепторы класса I - мономеры; классов III и IV - тоже мономеры, содержат иммуноглобулиноподобные повторы во внеклеточной части.

Т.о. РИ - инсулин-стимулируемая тирозинкиназа, строго контролируемая сложным каскадом аутофосфорилирования по тирозину (положительная регуляция) и по серину/треонину (возможно - отрицательная регуляция). Тирозинкиназа - обязательный посредник всех (или почти всех) плейотропных действий инсулина, поскольку мутации в области связывания АТФ приводят к утрате способности РИ к аутофосфорилированию и способности клетки реагировать на инсулин.

РИ обнаруживаются в клетках почти всех типов, но в разном количестве. Больше всего их в гепатоцитах (до 250.000 рецепторов на одну клетку) и в адипоцитах (до 50.000); в моноцитах и эритроцитах на порядок меньше. Поскольку концентрация инсулина в крови 10-10 - 10-9 М, т.е. ниже, чем усредненное сродство связывания инсулина с рецептором, то количество занятых рецепторов зависит не только от концентрации инсулина, но и от количества рецепторов на клетке. Т.о. клетки с разным содержанием рецепторов будут реагировать по-разному на одну и ту же концентрацию инсулина.

Связывание инсулина с рецептором служит также сигналом для начала перемещения комплекса инсулин/РИ из микроворсинок в те области клеточной поверхности, где нет микроворсинок. Этот процесс тоже требует лиганд-зависимого аутофосфорилирования b-субъединицы и активации киназы. Затем комплекс инсулин/РИ взаимодействует с клатрин-окаймленными ямками и интернализуется. Далее РИ или возвращается в плазматическую мембрану, или включается в лизосомы и разрушается. Во многих типах клеток инсулин стимулирует эндоцитоз и деградацию РИ. Этот процесс можно рассматривать как механизм отрицательной регуляции действия инсулина: уменьшение количества РИ на мембране и следовательно ослабление сигнлов, инициируемых инсулином, может быть существенным для клетки. Синтез тетрамерной молекулы РИ кодируется одной мРНК, и в результате трансляции образуется одна высокомолекулярная пептидная цепь. Посттрансляционная достройка начинается в эндоплазматическом ретикулуме - гликозилирование, образование внутрицепочечных и межцепочечных -S-S-связей. Далее в аппарате Гольджи происходит протеолитическая модификация - расщепление единой пептидной цепи, образование тетрамерной молекулы, концевое гликозилирование и ацилирование жирной кислотой.