Нарушения функционирования пострецепторных посреднико- вых механизмов.

Даже при адекватной сигнализации и правильном распознавании сигналов клеточными рецепторами, клетки не в состоянии подключить надлежащие адаптационные программы, если отсутствует передача информации от поверхностной мембраны, где располагается большинство рецепторов, представляющих клеточную «клавиатуру» или панель управления - внутрь клетки (Дж.С. Леви, А.Дж. Робинсон, 1982).

Генетические программы, определяющие диапазон и характер реагирования, находятся в ядре (геном) и цитоплазме (плазмон).

Управляющие сигналы - например, гормоны и антитела - способны проникать внутрь клеток и даже внутрь их ядер, используя механизмы рецепторного эндоцитоза и открывая дискриминаторы ядерных пор с помощью особых сигнальных последовательностей, присутствующих в их молекулах (рис.15). Однако, внутриклеточное проникновение биорегуляторов требует некоторого времени, поэтому их прямые внутриядерные и внутриклеточные эффекты носят отсроченный характер. Так, морфогенетическое действие инсулина, опосредованное проникновением гормона внутрь клеток и их ядер, требует значительных сроков - не менее нескольких часов (Р.М.Смит, Л. Яретт, 1983).

Быстрый, непосредственный ответ клеток на химические сигналы, который часто играет решающую роль в адаптации, для биорегуляторов с любой химической структурой опосредован поверхностными рецепторами и пострецепторными передаточными механизмами (И. Ненчи и соавт.,1981).

Дефекты в функционировании этих внутриклеточных посредников приводят к разнообразным повреждениям клеток. О.Хехтер и А.Калек рассматривали гормоны и другие химические биорегуляторы в духе структуральной лингвистики, как лексические, а не метаболические единицы, и подчеркивали, что их химическая структура «не дает ключей к пониманию паттернов их действия», из-за чего приходится принять, что специфичность их эффектов, в значительной мере, определяется на пострецепторном уровне, так же как смысл фразы не сводится к отдельным словам, а зависит от их синтаксического соединения (1974). Гормон - не просто сигнал, а кодовый символ, открывающий в клетке некий «домен» процессов, причем отдельные процессы могут входить в разные домены (Дж. М. Томкинс, 1975). Так, АКТГ, действуя на свой рецептор, вызывает усиление стероидогенеза в адренокортикоцитах, но в b-клетках островков Лангерганса то же самое молекулярное взаимодействие интерпретируется как сигнал к активации синтеза инсулина. Сигнал расшифровывается по-разному различными клетками, из-за различий в пострецепторных механизмах его обработки, что в классической эндокринологии уже давно подразумевалось в виде концепции пермиссивного действия гормонов (см. выше). Сложность и проработанность ответа клетки на символ не задана в простой химической структуре гормона, а определяется информационными ресурсами генома (Ф.Ю.Йейтс, 1982).

По современным представлениям, механизмы, опосредующие внутриклеточную передачу сигнала, разнообразны и представляют собой не альтернативные пути с противоположными эффектами, как считали ранее, а скорее единую сложную сеть с несколькими, практически всегда взаимодействующими звеньями.

Большинство химических сигналов в клетке опосредуется с участием особых гетеротримерных молекул - так называемых гуанозинтрифосфатсвязывающих белков (или G-белков, по А.Гилмэну, М.Родбеллу, 1994). Эти передатчики занимают поистине ключевое положение в обмене информацией между поверхностным и регуляторным аппаратом клеток, потому что они способны интегрировать сигналы, воспринимаемые несколькими различными рецепторами, и в ответ на определенный рецепторно-опосредованный сигнал могут включать множество разных эффекторных программ, вводя в действие сеть различных внутриклеточных модуляторов.

G-белки мы можем уподобить адаптеру , сопрягающему определенные актоны с комплексами клеточных ответов - реактонами (см. выше раздел «Реактивность организма»), причем набор реакций, вводимых в действие в ответ на стимуляцию какого-то рецептора, во многом, определяется тем, какие мембранно-связанные эффекторы сопряжены с конкретным G-белком.

Среди этих взаимодействующих эффекторов главные роли играют аденилатциклазы, ионные каналы и фосфолипазы.

Пока рецептор не занят, G-белок соединен с остатком ГДФ и представляет из себя тример из альфа, и бета-гамма субъединиц. После связывания сигнальной молекулы с рецептором, ГДФ диссоциирует и замещается на ГТФ, что ведет к отсоединению G -белка от рецептора, а a-субъединицы - от bg, после чего a-ГТФ-комплекс и свободная bg субъединица активируют (или инактивируют) различные внутриклеточные посредники. Под влиянием ГТФ-азной активности a-субъединицы ГТФ расщепляется, комплекс ГДФ-a инактивируется и реассоциирует с bg-компонентом тримера (рис.16).

При псевдогипопаратирозе из-за наследственной мутации гена одного из G-белков (Gs) имеется нарушение в работе этого пострецепторного сопрягающего механизма, и в результате клетки становятся резистентны к различным сигналам-стимуляторам аденилатциклаз, особенно, к парат-гормону. Механизм может заключаться у разных пациентов в дефиците Gs или в неспособности его -субъединицы диссоциировать с ГДФ.

Передавая рецепторный сигнал внутрь клетки, G-белки усиливают активность аденилатциклаз, образующаяся цикло-АМФ может напрямую открывать ионные натриевые каналы , а также запускает путем диссоциации каталитическую субъединицу протеинкиназ А. Протеинкиназы А расщепляют АТФ и фосфорилируют по остаткам серина или треонина различные каталитические и распознающие белки клетки. Этот процесс для одних белков приводит к активации, для других к ингибированию. Терминация передачи аденилатциклазного сигнала осуществляется на нескольких уровнях благодаря действию фосфопротеинфосфатаз ( нейтрализующих эффекты протеинкиназ) и циклонуклеотид-фосфодиэстераз ( разрушающих ц-АМФ). Эти ингибирующие сигналы запускаются ,частично, самой цикло-АМФ, но , в особенности, включаются при посредстве кальция и внутриклеточного кальцийсвязывающего белка кальмодулина. Кальций-кальмодулиновый комплекс , таким образом, часто выступает в сети пострецепторных взаимодействий как антагонист аденилатциклаз, но описаны и их синергические эффекты. Различные пути , контролирующие вход кальция в цитоплазму , зависят от системы G-белков.

Ряд G-белков способны активировать семейство ферментов-инозитолфосфатаз, известное под условным названием «фосфолипаза С». Этот эффект приводит к расщеплению фосфатидилинозитол-4,5-дифосфата на инозитолтрифосфат (ИТФ) и диацилглицерин (ДАГ).

ИТФ вызывает освобождение кальция из внутриклеточных резервуаров в цитоплазму . Кальций влияет на активность различных клеточных белков через кальмодулин и тропонин С, а также непосредственно. Кальциевый насос, представленный АТФ-азой, удаляющей ион из цитоплазмы, и инозитолтрифосфатаза понижают активность этого пути передачи сигналов в клетке.

ДАГ действует, как вторичный посредник в активации протеинкиназ С, повышая их чувствительность к кальциевой стимуляции. Протеинкиназы класса С фосфорилируют ряд белков, влияя на их активность. Эта сеть имеет общие субстраты фосфорилирования с протеинкиназами А.

ДАГ-липаза расщепляет данный посредник и терминирует передачу сигнала, но при этом образуется арахидоновая кислота.

Кроме фосфолипазы С и ДАГ-липазы, продукция арахидоната из материала плазматической мембраны осуществляется, практически во всех ядерных клетках организма и в ряде безъядерных постклеточных структур ( кроме эритроцитов), с помощью мощного семейства кальцийзависимых изоферментов, традиционно обозначаемого как фосфолипаза А₂.

Образуемые из арахидоната эйкозаноиды являются как внутриклеточными посредниками сигналов ( например, влияя на проницаемость ионных каналов клеток), так и координаторами совместного ответа соседних клеток на повреждение. Последний эффект эйкозаноидов как медиаторов ,в свою очередь, опосредован через мембранные рецепторы, сопряженные с G-белками и рассматривается ниже в разделе «Повреждение плазмолеммы».

Пострецепторные поломы оказались повинны в тех патологических симптомах, которые издавна известны врачам и составляют основу клинической картины опасных инфекционных заболеваний.

Так, понос и водно-электролитные нарушения при холере вызваны действием холерного токсина, выделяемого вибрионом Мечникова. Данный экзотоксин вызывает АДФ-рибозилирование a-субъединиц Gs-белка в клетках кишечного эпителия, что ведет к «зависанию» этого передатчика сигнала в активном состоянии. В результате избыточной продукции клеткой цикло-АМФ начинается экскреция воды и электролитов в просвет кишечника.

При коклюше экзотоксины бордетеллы стойко связывают a-субъединицы Gi/Go белков в бронхах , а также действуют сами в качестве кальмодулинзависимой аденилатциклазы. Вследствие этого, содержание цикло-АМФ в клетках растет, что обусловливает ряд симптомов, включая снижение бактерицидной активности лейкоцитов и кашель.

При сибирской язве токсин B.аnthracis тоже действует как кальмодулинзависимая аденилатциклаза, вызывая отек в кожных очагах поражения и понос при кишечном пути заражения. Персистирующая активация G-белков, особенно, в эндокриноцитах, для которых цикло-АМФ может быть митогенным стимулом, повышает риск опухолевого роста. Известен коканцерогенный эффект кротонового масла, содержащего активаторы протеинкиназы С - форболовые эфиры. Некоторые из G-белков относят к продуктам онкогенов. Отмечены мутации генов G-белков при многих неопластических заболеваниях эндокринной системы.

Итак, неадекватное использование клеткой своих адаптационных возможностей при ряде наследственных и приобретенных болезней может быть результатом сбоев в работе пострецепторных информационных механизмов.