Добавил:
Sekretar
kiopkiopkiop18@yandex.ru
t.me/Prokururor I Вовсе не секретарь, но почту проверяю
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Ординатура / Хирургия / Библиотека им академика М.И. Перельмана / Книга_5555_Библиотеки_им_академика_М_И_Перельмана
.pdf
6. Молекулярные механизмы внутриклеточной сигнализации в нервной ткани 111
Существует также семейство фосфатидилинозитол-3-киназ (PI3K), осу-
ществляющих присоединение фосфатной группы по положению3 в молекуле
ФИФ
2
, которые также выполняют одну из важнейших функций в механизмах
сигнализации. Данная группа ферментов обладает относительной субстратной
специфичностью и в отличие от используемого субстрата фосфорилирования
может генерировать фосфатидилинозитол-3-фосфат (ФИ-3-Ф), фосфатидилино-
зитол-3,4-дифосфат (ФИ-3,4-Ф2), фосфатидилинозитол-3,5-дифосфат (ФИ-3,5-Ф2)
и фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфат (ФИФ
3
). Активность PI3K может иници-
ироваться различными факторами, включая факторы роста, что приводит к ге-
нерации вышеперечисленных вторичных липидных мессенджеров. Образование
фосфорилированных форм фосфатидилинозитола в свою очередь приводит в
транслокации в соответствующие области мембраны клетки эффекторных фер-
ментов, включающих протеинкиназы, фосфорилирующие белки, ответственные
за регуляцию процессов внутриклеточного транспорта, и факторы транскрипции,
регулирующие такие ключевые клеточные процессы, как пролиферация, диффе-
ренцировка, выживание и апоптоз клеток. Кроме того, имеются сведения об уча-
стии сфингомиелина в процессах внутриклеточной сигнализации.
6.4. Сигнальный механизм PI3K/Akt/PKB/mTOR
Сигнальный путь PI3K/Akt/PKB/mTOR участвует в регуляции клеточного цик-
ла, стимулирует пролиферацию клеток и ингибирует процесс апоптоза. Данный
сигнальный механизм часто бывает активирован в клетках злокачественных
опухолей, а также в клетках зародышевой линии и в стволовых клетках. В осо-
бенности это относится к нейрональным стволовым клеткам, а также к опухолям
нейронального и глиального происхождения, таким как нейробластомы, астро-
цитомы и олигодендроцитомы. Как уже отмечалось выше, в основе данного
сигнального механизма лежит активация киназы PI3K посредством ее фосфо-
рилирования рецепторными тирозинкиназами. В активном состоянии PI3K фос-
форилирует и тем самым активирует протеинкиназу Akt (протеинкиназа В, ПКВ,
PKB, от англ. protein kinase B), которая далее фосфорилирует протеинкиназу mTOR
(от англ. mammalian target of rapamycin), а также ряд транскрипционных факто-
ров, таких как CREB, FOXO, fos и myc, участвующих в регуляции пролиферации
и дифференцировки клеток (рис.6.11). Антагонистом PI3K является фосфатаза
ФИФ
3
(PTEN), которая отщепляет от него фосфатную группу в положении3 и пре-
вращает его обратно в ФИФ
2
. Кроме того, PTEN осуществляет дефосфорилиро-
вание PI3K, переводя ее этим в неактивное состояние. Мутации, приводящие к
утрате или снижению активности PTEN, приводят к гиперактивации сигнально-
го механизма PI3K/Akt/PKB/mTOR. Протеинкиназа Akt/PKB представляет собой
серин-треониновую протеинкиназу, которая передает сигнал на mTOR, а также
модулирует активность белков, регулирующих клеточный цикл и выживаемость
клеток, таких как NF-κB, Bcl2, Bax и MDM2.
112 О. Л. Кундупьян, А. С. Фомина, М. Ю. Бибов. Основы нейробиологии
Рис. 6.11 — Сигнальный путь PI3K/Akt/PKB/mTOR (Ghoneum et al., 2020).
Мишень рапамицина млекопитающих mTOR также представляет собой
серин-треониновую протеинкиназу, которая является субъединицей внутри-
клеточных мультимолекулярных сигнальных комплексов mTORC1 и mTORC2.
Активация mTORC1 стимулирует синтез белка за счет фосфорилирования ключе-
вых регуляторов трансляции мРНК. Важнейшими субстратами mTOR в комплек-
се mTORC1 служат киназа p70S6 (киназа рибосомального белка S6) и 4E-BP1
(фактор инициации трансляции E4, связывающий протеин 1), которые являют-
ся ключевыми регуляторами трансляции мРНК, активирующими синтез белка.
Комплекс mTORC1 ингибируется рапамицином, который блокирует клеточный
цикл. Кроме того, Akt/PKB фосфорилирует киназу гликогенсинтазы 3β (GSK3β),
что приводит ее в неактивное состояние и тем самым активирует гликогенез.
Сигнальный путь PI3K/Akt/PKB/mTOR также тесно связан с работой других сиг-
нальных механизмов, включая МАП-киназный сигнальный путь, сигнальный ме-
ханизм, опосредованный Янус-киназами (Jak/STAT) и др.
6.5. Роль ионов Ca
2+
в качестве вторичных мессенджеров
Ионы Са
2+
выполняют в клетке двойственную функцию, действуя одновре-
менно как переносчики заряда и как вторичные посредники в передаче сигналов
внутри клетки. Биологические эффекты Са
2+
значительно более разнообразны по
сравнению с другими вторичными мессенджерами, поскольку они опосредова-
ны гораздо большим количеством белков, включая протеинкиназы. Кроме того,
6. Молекулярные механизмы внутриклеточной сигнализации в нервной ткани 113
различные сигнальные механизмы могут напрямую либо опосредовано приво-
дить к увеличению [Са
2+
]
i
. Как отмечалось выше, ионы Са
2+
могут поступать в ци-
топлазму клетки либо из межклеточного пространства, либо из внутриклеточных
депо, главным из которых является ЭР (рис.6.12).
Рис. 6.12 — Механизмы поступления Са
2+
в клетку и его внутриклеточные мишени.
АЦ — аденилатциклаза; ФДЭ — фосфодиэстераза; СаМ — кальмодулин; NMDA —
N-метил-D-аспартат (приводится по: Squire et al., 2003).
Мобилизация Са
2+
из цистерн ЭР индуцируется ИФ
3
, который образуется из ФИФ
2
под действием ПКСβ, активируемой G-белками, и ПКСγ, активируемой тирозинкина-
зными рецепторами. Кроме того, ионы Са
2+
могут сами индуцировать мобилизацию
дополнительных Са
2+
из ЭР путем воздействия на рецептор RyR. Поступление Са
2+
в
клетку из межклеточного пространства регулируется несколькими потенциал-зави-
симыми Са
2+
-каналами, а также другими лиганд-зависимыми катионными каналами,
проницаемыми для Са
2+
, такими как, например, nAChR и NMDA-рецептор. В зритель-
ной системе Drosophila melanogaster, а также в клетках невозбудимых тканей мле-
копитающих истощение цитозольного уровня Са
2+
, а также Са
2+
-депо в ЭР вызывает
слабый ионный ток Са
2+
из внеклеточной среды, называемый ICRAC (от англ. Са
2+
release activated current). В клетках млекопитающих этот уникальный ионный канал
обеспечивает медленный, но продолжительный приток Са
2+
в клетку, который вы-
полняет как функцию вторичного мессенджера, так и пополняет запасы Са
2+
в ЭР.
6.5.1. Биологические эффекты Ca
2+
,
опосредованные кальмодулином
Одним из главных белков, опосредующих эффекты Са
2+
в клетке, является каль-
модулин. Кальмодулин представляет собой высоко консервативный белок с моле-
кулярной массой порядка 17кДа, не обладающий собственной ферментативной
114 О. Л. Кундупьян, А. С. Фомина, М. Ю. Бибов. Основы нейробиологии
активностью. Молекула кальмодулина состоит из двух доменов, разделенных цен-
тральным спиральным шарниром. Каждый домен имеет по два Са
2+
-связывающих
сайта, содержащих мотив спираль-петля-спираль. Связывание Са
2+
с кальмодули-
ном приводит к конформационным перестройкам в молекуле белка, в результате
чего он приобретает высокую степень сродства ко многим ферментам-мишеням.
Комплекс Са
2+
/кальмодулин (Са
2+
/СаМ) активирует более 20эукариотических фер-
ментов, включая фосфодиэстеразы циклических нуклеотидов, аденилатциклазу,
NO-синтазы (NOS), Са
2+
-АТФазу, фосфопротеин-фосфатазу (кальцинейрин), а также
несколько протеинкиназ (рис. 6.12). Ионы Са
2+
способны также изменять актив-
ность белков и ферментов напрямую, независимо от кальмодулина, как в случае с
регуляцией активности кальпаина и ПКС. Кроме того, K
+
-зависимые ионные кана-
лы и рецепторы ИФ
3
также напрямую модулируются ионами Са
2+
.
Кальмодулин способен взаимодействовать со своими белками-мишенями
несколькими способами. Основной путь взаимодействия предполагает повыше-
ние четырех ионов Са
2+
с центрами связывания на кальмодулине. Когда уровень
Са
2+
в клетке находится на базовом уровне, молекулы кальмодулина могут быть
связаны с другими белками, такими как нейромодулин (GAP-43), нейрогранин и
миозин. Биологическое значение взаимодействия кальмодулина с этими белка-
ми в настоящее время до конца не изучено. Предполагается, что белки, связы-
вающие кальмодулин, могут обеспечивать его пространственную локализацию
вблизи белков-мишеней, а также выполнять роль «буферов», поддерживающих
низкий уровень свободного кальмодулина в цитоплазме, не позволяющий ему
активировать свои мишени в условиях, когда концентрация Са
2+
в цитоплазме
находится на базовом уровне. Третья группа ферментов, включающая в себя ин-
дуцибельные изоформы NOS, связывает кальмодулин таким образом, который
позволяет ему связывать ионы Са
2+
именно в базовой концентрации, что приво-
дит к активации этих ферментов даже при низких концентрациях Са
2+
.
6.6. Роль NO в регуляции активности гуанилатциклазы
NO-синтаза (NOS) является одной из важных мишеней комплекса Са
2+
/СаМ.
Ферменты этого семейства отвечают за синтез одного из наиболее просто устро-
енных вторичных мессенджеров— оксида азота II (NO) из аргинина (Barañano
etal., 2001) (рис.6.13).
Роль NO в биологических системах была впервые выявлена в качестве сиг-
нальной молекулы, опосредующей расслабляющий эффект ацетилхолина на
гладкую мускулатуру стенок кровеносных сосудов. В течение долгого времени
оставался открытым вопрос, каким образом стимуляция эндотелиальных клеток
ацетилхолином может приводить к снижению тонуса подлежащих гладких мышц,
участвующих в формировании стенки сосуда. Как показали исследования, за
передачу сигнала от клеток эндотелия к гладкомышечным миоцитам отвечала
весьма лабильная молекула, изначально получившая название эндотелиального
6. Молекулярные механизмы внутриклеточной сигнализации в нервной ткани 115
расслабляющего фактора (EDRF, от англ. endothelium-derived relaxing factor) и
оказавшаяся оксидом азота II (NO). Ацетилхолин активирует в эндотелиальных
клетках ИФ
3
-зависимый сигнальный механизм, что приводит к повышению в них
цитозольного уровня Са
2+
и, как следствие, активации NOS. Образовавшийся NO,
будучи гидрофобной молекулой, затем быстро диффундирует через мембрану из
эндотелиальных клеток к клеткам гладкой мускулатуры, на поверхности которых
он связывается со своими рецепторами, обладающими гуанилатциклазной ак-
тивностью. Гуанилатциклаза осуществляет синтез вторичного посредника цГМФ
из ГТФ, который в свою очередь активирует цГМФ-зависимую протеинкиназу
(протеинкиназа G, ПКG, PKG, от англ. protein kinase G), фосфорилирующую эффек-
торные белки, что в конечном итоге приводит к расслаблению гладкой мускула-
туры сосуда. В 1998г. Robert F.Furchgott, Luis J.Ignarro и Ferid Murad были удосто-
ены Нобелевской премии за открытие сигнальных и терапевтических свойств NO
в сердечно-сосудистой системе.
Как отмечалось выше, NO образуется из L-аргинина в реакции, катализиру-
емой NOS. NOS представляет собой сложный фермент, каждая молекула кото-
рого содержит 1эквивалент флавинадениндинуклеотида (ФАД), флавинмонону-
клеотида (ФМН), тетрагидробиоптерина (H4-биоптерин) и гема. NOS превращает
L-аргинин и O
2
в NO и L-цитруллин в реакции 5-электронного окисления при уча-
стии восстановленного никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФН) в
качестве кофактора (рис. 6.13). При этом образуется нейтральный свободный
радикал NO, действующий в качестве активного агента. Таким образом, как уже
отмечалось выше, при генерации вторичных мессенджеров стимуляция одно-
ступенчатого процесса приводит к превращению неактивного предшественни-
ка (в данном случае L-аргинина) в мощный межклеточный и внутриклеточный
трансдуктор сигнала— NO. Несмотря на то, что NO стабилен в водном растворе в
отсутствии кислорода, в биологических жидкостях его молекула весьма лабиль-
на (время полужизни составляет несколько секунд) и быстро инактивируется
при взаимодействии с супероксидным анион-радикалом:
NO + O
2
–
∙
→ ONOO
–
.
CH
CH
2
CH
2
C
CH
2
NH
2
NH
CH COO
–
CH
2
CH
2
C
CH
2
NH
2
+
NH
2
+
H
3
N
NH
COO
–
O
+
H
3
N
+
N
O
NO
Цитруллин
Аргинин
NO-синтаза
H
2
OO
2
НАДФН НАДФ
Рис. 6.13 — Механизм образования NO из аргинина под действием NO-синтазы.
116 О. Л. Кундупьян, А. С. Фомина, М. Ю. Бибов. Основы нейробиологии
В газообразном состоянии NO хорошо растворим как в водной, так и в ли-
пидной фазах и поэтому может быстро диффундировать из места своего синтеза
через цитоплазму клетки и клеточные мембраны и оказывать влияние на свои
мишени как в пределах той клетки, в которой он был синтезирован, так и на сосед-
ние нейроны
, глиальные клетки и клетки кровеносных сосудов (Barañanoet al.,
2001). Синаптическая передача сигнала между нейронами является однонаправ-
ленной и осуществляется в направлении от пресинаптического нейрона к пост-
синаптическому. NO обладает способностью к ретроградной передаче сигнала
и, таким образом, может обращать поток информации в обратную сторону,— от
постсинаптического нейрона, где произошло образование NO, к пресинаптиче-
скому нейрону, в котором NO реализует свой биологический эффект. Эффекты
NO, образующегося в нервных окончаниях при передаче синаптического сигнала,
по всей видимости, реализуются не только в области синапсов, но могут также
распространяться на другие участки клетки.
Как уже отмечалось выше, NO обладает множеством биологических эффек-
тов, включая расслабление гладкой мускулатуры стенок кровеносных сосудов,
регуляцию мозгового кровотока, расслабление гладкой мускулатуры желудоч-
но-кишечного тракта, а также стимуляцию фагоцитоза. В нервной ткани NO
выполняет функцию вторичного посредника, обеспечивающего сопряжение
процессов активации рецепторов глутамата и образования цГМФ. Аналоги
L-аргинина, такие как нитроаргинин и монометиларгинин, обратимо ингибируют
NOS. Данный ингибиторный эффект снимается при увеличении концентрации
L-аргинина. Использование данных ингибиторов позволило выявить участие NO
в процессах долговременной активации и депрессии функций гиппокампа и моз-
жечка соответственно.
В настоящее время известно 3класса NO-синтаз. Два из них экспрессиру-
ются конститутивно и активируются комплексом Ca
2+
/CaM. К конститутивным
изоформам относятся нейрональная и эндотелиальная NOS, синтезируемые со-
ответственно в нейронах и эндотелиальных клетках, хотя их места синтеза отча-
сти перекрываются. Третья изоформа NOS является индуцибельной, и ее синтез
особенно отчетливо активируется при стимуляции макрофагов цитокинами как
на уровне транскрипции, так и на уровне трансляции. Индуцибельная форма
NOS проявляет активность даже при базовом уровне Ca
2+
, так как она имеет в
своем составе субъединицу, соответствующую кальмодулину, находящемуся в
конформации, соответствующей высокому сродству к Ca
2+
. NOS является флаво-
протеином, обладающим диафоразной активностью в отношении НАДФН, и спо-
собна восстанавливать нитросиний тетразолий до формазана, что может быть
использовано в качестве цитохимического теста на активность NOS в нервной
ткани. В ткани мозга NOS характеризуется специфическим характером распре-
деления между различными структурами, что указывает на специфический ха-
рактер использования NO в головном мозге в качестве сигнальной молекулы.
Конститутивная нейрональная изоформа NOS активно экспрессируется в гра-
6. Молекулярные механизмы внутриклеточной сигнализации в нервной ткани 117
нулярных клетках мозжечка и, по-видимому, обеспечивает синтез NO, который
активирует гуанилатциклазу в близлежащих клетках Пуркинье в ходе долговре-
менной депрессии функции мозжечка.
Действие NO часто бывает опосредовано гуанилатциклазой и цГМФ. Тем
не менее, известно немало физиологических и патологических эффектов NO,
реализующихся независимо от цГМФ. Известно, что NO стимулирует АДФ-
рибозилирование большого количества белков в
головном мозге и в других тка-
нях. К другим эффектам NO относится стимуляция высвобождения нейромедиа-
торов по Ca
2+
-независимому механизму.
6.6.1. Активация гуанилатциклазы
В настоящее время наиболее хорошо изучены две изоформы гуанилатцикла-
зы, осуществляющие синтез цГМФ из ГТФ подобно тому, как аденилатциклаза
синтезирует цАМФ и АТФ. Активность первой изоформы регулируется действи-
ем NO, а второй— действием нейропептидов. Растворимая изоформа гуанилат-
циклазы представляет собой гем-содержащий белок, состоящий из двух субъе-
диниц разного типа, структура активного центра которого аналогична таковой
в аденилатциклазе. NO активирует растворимую гуанилатциклазу путем связы-
вания с ионом Fe
2+
в составе гема, что является базовым механизмом регуляции
активности данного фермента. Как уже говорилось выше, экзогенными донора-
ми NO являются многие фармацевтические миорелаксанты, такие как нитрогли-
церин и нитропруссид, осуществляющие свои терапевтические эффекты через
стимуляцию синтеза цГМФ.
Мембраносвязанные изоформы гуанилатциклазы представляют собой
трансмембранный белок с центром связывания нейропептидов, расположенным
во внеклеточном домене, и каталитическим центром, обращенным в цитоплазму
клетки. В настоящее время охарактеризовано несколько изоформ мембрано-
связанной гуанилатциклазы, каждая из которых представляет собой рецептор
для определенного нейроэндокринного пептида, включая натрийуретический
предсердный пептид (НПП, ANP, от англ. atrial natriuritic peptide) и натрийуретиче-
ский мозговой пептид (НМП, BNP, от англ. brain natriuritic peptide). На периферии
данные пептиды регулируют обмен Na
+
и кровяное давление. Функции данных
пептидов в головном мозге в настоящее время полностью не изучены.
6.6.2. цГМФ-фосфодиэстераза
как эффекторный фермент в формировании
зрительного восприятия у позвоночных
Высокое разнообразие G-белок опосредованных механизмов сигнализа-
ции хорошо иллюстрируется при рассмотрении механизма работы зрительного
анализатора позвоночных, в котором специализированный G-белок, трансду-
цин (G
t
), активируется квантами света, а не гормонами или нейромедиаторами.
Трансдуцин активирует цГМФ-фосфодиэстеразу, которая гидролизует цГМФ и
118 О. Л. Кундупьян, А. С. Фомина, М. Ю. Бибов. Основы нейробиологии
полностью останавливает тем самым «темновой ток». В основе зрительной ре-
цепции лежит уникальный механизм, использующий фотоны света для модифи-
кации ретиналя, гормоноподобной молекулы, которая активирует свой рецептор,
белок родопсин, содержащий в своем составе 7 спиральных доменов, харак-
терных для рецепторов семейства GPCR. Родопсин содержит в своем составе
связанный 11-цис-ретиналь, представляющий собой своего
рода прогормон.
Воздействие фотонов приводит к фотоизомеризации неактивного 11-цис-рети-
наля в активный 11-транс-ретиналь, который действует в качестве нейромеди-
атора и активирует рецептор. Активированный родопсин инициирует обмен ГДФ
на ГТФ в молекуле трансдуцина, что приводит к диссоциации его α
t
- и βγ-субъе-
диниц. Субъединица α
t
связывается с цитозольной цГМФ-фосфодиэстеразой и
активирует ее путем смещения ингибиторной субъединицы, прикрывающей ак-
тивный центр фермента. В темноте палочки сетчатки глаза содержат высокую
концентрацию цГМФ, который поддерживает цГМФ-зависимые ионные каналы в
открытом состоянии для Na
+
и Ca
2+
, что обеспечивает деполяризующий темновой
ионный ток. Как только уровень цГМФ снижется, ионные каналы закрываются,
что приводит к гиперполяризации мембраны клетки.
Палочки могут воспринимать воздействие единичных фотонов, поскольку
данная система обладает очень низким отношением «сигнал/шум» благодаря
очень слабому спонтанному переходу 11-цис-ретиналя в 11-транс-ретиналь.
Кроме того, данная система характеризуется высоким коэффициентом ампли-
фикации сигнала, поскольку одна молекула родопсина, активированная од-
ним фотоном, может активировать порядка 500молекул трансдуцина. Всвою
очередь, трансдуцин может оставаться в активном состоянии достаточно
долго для того, чтобы активировать порядка 500молекул фосфодиэстеразы.
Фосфодиэстеразы являются очень быстрыми ферментами, характеризующими-
ся высоким числом оборотов, что позволяет им гидролизовать до 105молекул
цГМФ в секунду до того, как их действие будет остановлено гидролизом ГТФ в
активном центре α
t
-субъединицы и диссоциацией ее из комплекса с фосфоди-
эстеразой.
6.7. Регуляция работы ионных каналов G-белками
Каждый нейрон имеет определенный набор ионных каналов, с помощью ко-
торых он осуществляет интеграцию сигналов, поступающих из окружающей сре-
ды, генерирует потенциалы действия и направляет ионы Ca
2+
в окончания, в ко-
торых осуществляется высвобождение нейромедиаторов. От того, какие ионные
каналы присутствуют в мембране нейрона, зависит его индивидуальный специ-
фический ответ на тот или иной внешний стимул, что требует наличия строгих
механизмов регуляции функционального состояния ионных каналов. Вторичные
мессенджеры, синтез которых стимулируется G-белками, а также некоторыми
другими сигнальными
механизмами, активируют протеинкиназы, которые фос-
6. Молекулярные механизмы внутриклеточной сигнализации в нервной ткани 119
форилируют ионные каналы. Кроме того, работа некоторых ионных каналов мо-
жет напрямую регулироваться G-белками.
Впервые прямой регулирующий эффект со стороны G-белков был показан
для K
+
-каналов кардиомиоцитов (IKACh), которые модулируются ацетилхолином,
высвобождаемым из окончаний блуждающего нерва, и отвечают за снижение
частоты сердечных сокращений. Исследование этих ионных каналов методом
patch clump показало, что добавление ацетилхолина в область мембраны, огра-
ниченную электродом, приводит к резкому увеличению частоты открываний
IKACh, в то время как добавление ацетилхолина в области клеточной поверх-
ности снаружи не вызывало подобного эффекта. Несмотря на то что ацетилхо-
лин стимулирует мускариновые рецепторы M2 при добавлении его как внутрь
области, ограниченной электродом, так и снаружи, рецепторы, находящиеся за
пределами зоны присоединения электрода, не имеют доступа к ионным кана-
лам, активность которых регистрируется с помощью patch-clump-электрода, по-
скольку в данном сигнальном механизме не участвуют растворимые в цитоплаз-
ме вторичные мессенджеры, способные модулировать работу ионного канала.
В связи с этим было выдвинуто предположение, что состояние данных ионных
каналов в ответ на связывание ацетилхолина с мускариновыми рецепторами M2
модулируется путем прямого взаимодействия с G-белками, находящимися в той
же области мембраны, что и ионный канал. Дальнейшие исследования показали,
что данный сигнальный механизм восприимчив к действию коклюшевого ток-
сина, а также что добавление на внутреннюю сторону мембраны, ограниченной
patch-clump-электродом, белка G
i
, активированного гуанозин-5ʹ-О-γ-тиотрифосфа-
том (ГТФγS), приводит к активации канала IKACh. Однако оставалось неясным,
является активатором IKACh α-субъединица или же βγ-димер, входящие в состав
белка G
i
. Долгое время было принято считать, что βγ-димер не выполняет ни-
какой сигнальной функции и не влияет на активность ферментов или ионных
каналов. Ионный канал IKACh, по-видимому, представляет собой гетеромульти-
мерный белок, состоящий из субъединиц двух типов, который может активиро-
ваться как α-субъединицей, так и βγ-димером. При этом различные комбинации
субъединиц могут приводить к формированию рецептора, преимущественно ак-
тивируемого либо α-субъединицей, либо βγ-димером.
К другим ионным каналам, активность которых также может напрямую ре-
гулироваться G-белками, относятся Ca
2+
-каналы. Ключевая роль, выполняемая
ионами Са
2+
в механизме мышечного сокращения, высвобождении нейромеди-
аторов и регуляции экспрессии генов, делает Ca
2+
-каналы одной из центральных
мишеней для регуляции. Например, в сердечной мышце, где Ca
2+
-каналы L-типа
регулируют силу сокращения сердечной мышцы, Ca
2+
токи усиливаются α
s
-субъ-
единицами, высвобождаемыми из G
s
-белков при стимуляции β-адренорецепто-
ров. Напротив, Ca
2+
-каналы N-типа, регулирующие высвобождение нейромедиа-
торов из нервных окончаний, зачастую могут ингибироваться мускариновыми,
α-адренергическими и опиоидными агентами, действие которых опосредовано
120 О. Л. Кундупьян, А. С. Фомина, М. Ю. Бибов. Основы нейробиологии
белками G
i
и G
0
. Например, в симпатических ганглиях норадреналин оказывает
через N-каналы тормозное влияние на синаптическую передачу посредством по-
давления входящего тока Са
2+
.
На примере ингибирования Ca
2+
-каналов L-типа хорошо просматривается
специфичность регуляторных эффектов α-субъединиц и βγ-димеров. Например,
показано, что введение антисмыслового олигонуклеотида, подавляющего экс-
прессию субъединиц α
о1
и α
о2
, блокирует, соответственно, ингибиторные эффек-
ты мускариновых агентов и соматостатина. Микроинъекция антисмыслового
олигонуклеотина, блокирующего экспрессию субъединиц β
1
и β
2
, также приводит
к подавлению ингибиторных эффектов соматостатина и мускариновых агентов
соответственно. Было показано также, что γ
3
-субъединица необходима для взаи-
модействия с рецептором соматостатина, а γ
4
— для взаимодействия с мускари-
новым рецептором. Таким образом, в одной и той же клетке соматостатин может
модулировать Ca
2+
-каналы через субъединицы α
о2
, β
1
и γ
3
, в то время как работа
мускаринового рецептора сопряжена с субъединицами α
о1
, β
3
и γ
4
. Полученные
данные свидетельствуют от том, что βγ-димеры могут непосредственно влиять
на активность ионных каналов, действуя либо как синергисты α-субъединиц,
либо как вспомогательные стерические факторы, обеспечивающие правильное
взаимодействие α-субъединицы с ионным каналом.
6.8. Роль протеинкиназ в регуляции активности
клеток нервной ткани
Процессы фосфорилирования и дефосфорилирования белков выполняют
главную роль в регуляции клеточных функций. Протеинкиназы и протеинфос-
фатазы имеют фундаментальное значение в механизмах передачи сигналов,
поступающих от нейромедиаторов, нейропептидов, факторов роста, гормонов,
митогенов, цитокинов и прочих сигнальных молекул. Первичным фактором, опре-
деляющим морфофункциональные характеристики клетки, является паттерн
экспрессируемых в ней белков. Однако функциональное состояние экспрессиру-
емых в клетке белков может изменяться в результате их фосфорилирования/де-
фосфорилирования, являющегося наиболее широко распространенной формой
посттрансляционной модификации белков у эукариота. Полагают, что порядка
4% генов млекопитающих кодируют протеинкиназы и протеинфосфатазы, а при-
мерно 1/5 всех клеточных белков являются их субстратами. Фосфорилирование
ферментов, структурных и регуляторных белков, рецепторов, ионных каналов и
факторов транскрипции может быстро изменять их активность, не требуя при
этом изменения уровня их экспрессии. Фосфорилирование и дефосфорилиро-
вание белков может также индуцировать долгосрочные изменения клеточного
метаболизма, оказывая влияние на процессы транскрипции и трансляции и из-
меняя тем самым количество тех или иных белков в клетке.
Соседние файлы в папке Библиотека им академика М.И. Перельмана