6. Участие протеинкиназ в передаче и усилении гормонального сигнала

Механизмы участия протеинкиназ в передаче гормонального сигнала столь разнообразны и многочисленны (см., например, [4—6]). Поэтому приведем только один из самых простых примеров участия протеинкиназы В в передаче сигнала от рецептора инсулина внутрь клетки.

Как уже отмечалось, связывание инсулина активирует самофосфорилирование инсулинового рецептора по остаткам тирозина и сопровождается прикреплением к инсулиновому рецептору специального белка СИР-1 (см. рис. 4).

Рис. 4. Схема строения инсулинового рецептора.

Рецептор состоит из четырех полипептидных цепей, имеет структуру а₂р₂ и располагается на наружной мембране клеток. Связывание инсулина с наружной стороны мембраны активирует каталитический протеинкиназный домен, и это приводит к самофосфорилированию рецептора по остаткам тирозина (Р). С фосфорилированным рецептором взаимодействует специальный белок СИР-1 (субстрат инсулинового рецептора 1), который также подвергается фосфорилированию по остаткам тирозина. Различные цитозольные белки, имеющие в своей структуре SH2-мотивы (изображены в виде полукругов), взаимодействуют с фосфорилированным СИР-1 и фиксируются поблизости от наружной мембраны клетки вблизи мембраны специальный белок с молекулярной массой 85 кДа (р85 на рис. 5). К этой гирлянде белков присоединяется фермент с молекулярной массой 110 кДа, способный превращать один из фосфолипидов мембраны (фосфатидилинозитол-3-фосфат — PIP) в два других фосфолипида (фосфатидилинозитол-3,4-дифосфат — PIP₂ и фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфат — PIP₃) (см. рис. 5). Только после синтеза этих новых фосфолипидов неактивная протеинкиназа В (ПКВ) может переходить из цитозоля и закрепляться на этих вновь образованных компонентах мембраны. Фиксированная на мембране протеинкиназа В фосфорилируется под действием двух протеинкиназ (PDK1 и Ser473 kinase). Это приводит к активации протеинкиназы В и ее диссоциации от мембраны. Освободившаяся в цитозоль протеинкиназа В фосфорилирует и тем самым влияет на активность разнообразных белков-субстратов. Среди этих белков-субстратов могут быть различные протеинкиназы и фосфатазы (а также ингибиторы фосфатаз), ферменты, участвующие в синтезе и распаде углеводов и жиров, а также специальные факторы, участвующие в синтезе белка на рибосомах (см. табл. 1). Совокупное действие этих белков приводит к тому, что ускоряется транспорт глюкозы из крови внутрь клетки и возрастает синтез полисахаридов внутри клетки. Фосфатаза (РР2А на рис. 5) дефосфорилирует протеинкиназу В и переводит ее в неактивную форму. Тем самым фосфатаза способствует тушению сигнала, инициированного связыванием гормона с рецептором на поверхности клетки. Другие фосфатазы обеспечивают дефосфорилирование белков-субстратов, фосфорилированных протеинкиназой В.

Рис. 5 Схема регуляции активности протеинкиназы В.

Связывание инсулина приводит к самофосфорилированию рецептора и сборке вблизи мембраны клетки гирлянды белков, одним из компонентов которой является белок р110. Этот белок катализирует синтез двух новых фосфолипидов (PIP₂ и PIP₃), которые используются в качестве посадочной площадки для неактивной формы протеинкиназы В (ПКВ). Только после посадки на мембрану протеинкиназа В может фосфорилироваться под действием двух протеинкиназ (PDK1 и Ser473 kinase). Фосфорилированная ПКВ переходит в активное состояние, диссоциирует от мембраны и фосфорилирует разнообразные внутриклеточные белки. Фосфатаза (РР2А) дефосфорилирует протеинкиназу В и переводит ее в неактивное состояние находящихся в конце цепочки реакций, зависит от функционирования протеинкиназ, находящихся в самом начале цепочки. Это обеспечивает не только передачу, но и значительное усиление гормонального сигнала. Действительно, связывание одной молекулы гормона приведет к тому, что белок р110 сможет синтезировать, например, несколько десятков молекул PIP₂ и PIP₃. Это означает, что появится несколько десятков мест посадки протеинкиназы В на мембране и вследствие этого, сменяя друг друга, несколько сот молекул протеинкиназы В будут фосфорилированы и переведены в активированное состояние. Активированные молекулы протеинкиназы В смогут профосфорилировать несколько тысяч или даже несколько десятков тысяч белков-субстратов. И только после этого фосфатаза дефосфорилирует протеинкиназу В и переведет ее в неактивное состояние. Таким образом, протеинкиназы (совместно с фосфатазами) являются исключительно важным звеном в передаче и усилении гормонального сигнала.

Заключение.

Протеинкиназы — многочисленное семейство внутриклеточных ферментов. Каталитический домен протеинкиназ имеет довольно консервативную третичную структуру и обеспечивает перенос терминального остатка фосфата от АТФ (или другого нуклеозидтрифос-фата) на оксигруппы серина, треонина или тирозина белка. Регуляторные участки протеинкиназ крайне разнообразны, поэтому активность этих ферментов может точно и тонко регулироваться.

Список литературы

1. Hanks S.K., Hunter T. The Eukaryotic Protein Kinase Superfa-mily: Kinase (Catalytic) Domain Structure and Classification // FASEB J. 1995. Vol. 9. P. 576-596.

2. Гусев Н.Б. Внутриклеточные Са-связывающие белки. Ч. 2. Структура и механизм функционирования // Соросовский Образовательный Журнал. 1998. № 5. С. 10—16.

3. Болдырев А.А. Регуляция активности мембранных ферментов // Там же. 1997. № 6. С. 21—28.

4. Филиппов П.П. Как внешние сигналы передаются внутрь клетки // Там же. 1998. № 3. С. 28—34.

5. Ткачук В.А. Молекулярные механизмы нейроэндокринной регуляции // Там же. № 6. С. 16—20.