Pi3k-каскад

Фосфорилированный IRS может соединяться с фосфатидилинозитол-3-киназой(PI3K). PI3K состоит из двух субъединиц: р110 (каталитическая) и р85 (регуляторная), каждая из которых имеет несколько изоформ — р110α, р110β и р85α/р55α/р50α, р85β, р55γ, соответственно. В регуляторной субъединице есть два SH2-домена и SH3-домен. Несколькими исследователями показано, что в переносе сигнала инсулина задействована в основном р110α. Активация PI3K является звеном сигнального пути, стимулирующего транслокацию GLUT-4 из цитозоля в плазматическую мембрану, а следовательно - и трансмембранный перенос глюкозы в мышечные и жировые клетки. Под воздействием инсулина PI3K индуцирует активацию каскада серин/треониновых протеинкиназ, включающего фосфоинозитидзависимую киназу-1 (PDK1) субстратом которой, в свою очередь, являются ключевая киназа данного каскада — Akt(протеинкиназа B) и атипичные протеинкиназы С РКСλ/ζ. Хорошо изучены следующие субстраты Akt: киназа гликогенсинтазы-3β (GSK-3β), регулирующая синтез гликогена и активирующаяся в отсутствие ростовых факторов; RabGTPаза, которая активирует белок AS160/TBC1D4, контролирующий транспорт глюкозы; активируемый Rheb-GTPазой комплекс TSC1/2, регулирующий mTOR и белковый синтез; факторы транскрипции FoxO, влияющие на экспрессию генов ферментов глюконеогенеза и генов, контролирующих апоптоз и уровень проапоптотического белка Bad. В опосредовании эффекта инсулина помимо PI3K класса Iα могут принимать участие PI3K классов II, III и PIKfyve. Продуктом класса II PI3K является фосфатидилинозитол-3 — фосфат, регулирующий транспорт глюкозы в мышцах и экспрессию генов в панкреатических β –клетках. PIKfyve, содержащая fyve- фингер домен, активируется Akt и может участвовать в транслокации транспортера GLUT-4[11, 19, 20].

Cap/Cbl-каскад

Этот путь инициируется фосфорилированием остатков тирозина адаптеров APS и c-Cbl, что приводит к образованию сигнального комплекса, который удерживается в липидных рафтах c-Cbl-ассоциированным белком (САР). Результатом формирования такого комплекса является активация ТС10 из Rho-семейства малых GTPаз, взаимодействующих с цитоскелетом. Сеть микротрубочек и актиновый цитоскелет играют важную роль в транспорте GLUT-4 — либо связывая компоненты передачи сигнала, либо направляя движение везикул из околоядерной области к плазматической мембране в ответ на действие инсулина. Актин участвует в транслокации GLUT-4 к плазматической мембране, что регулируется посредством малых G-белков TC10α и TC10β путем сборки экзоцист и образования фосфатидилинозитол-3-фосфата. Показано также, что протеины микротрубочек облегчают стимулированное инсулином перемещение GLUT-4 к плазматической мембране. Таким образом, вполне возможно, что молекулярные переносчики двигают везикулы GLUT-4 по путям, вовлекающим микротрубочки и актиновые филаменты, которые могут подвергаться динамическому ремоделированию в ответ на связывание рецепторами инсулина [12, 22, 24].

Основное действие инсулина заключается в усилении транспорта глюкозы через мембрану клетки. Стимуляция инсулином приводит к увеличению скорости поступления глюкозы внутрь клетки в 20-40 раз. Транспорт глюкозы через мембрану клетки осуществляется белками-транспортерами. При стимуляции инсулином наблюдается увеличение в 5-10 раз содержания транспортных белков глюкозы в плазматических мембранах при одновременном уменьшении на 50-60% их содержания во внутриклеточном пуле. Требующееся при этом количество энергии в виде АТФ необходимо в основном для активации инсулинового рецептора, а не для фосфорилирования белка-транпортера. Стимуляция транспорта глюкозы увеличивает потребление энергии в 20-30 раз, тогда как для перемещения транспортеров глюкозы требуется лишь незначительное ее количество. Транслокация транспортеров глюкозы к мембране клетки наблюдается уже через несколько минут после взаимодействия инсулина с рецептором, и для ускорения или поддержания процесса рециклирования белков-транспортеров необходимо дальнейшее стимулирующее влияние инсулина. Идентифицировано два класса транспортеров глюкозы: Na+-глюкозный котранспортер и пять изоформ собственных транспортеров глюкозы (G. Bell и соавт. 1990). Cогласно данным этих авторов, Na+-глюкозный котранспортер, или симпортер, экспрессируется специальными эпителиальными реснитчатыми клетками тонкой кишки и проксимального отдела канальцев почек. Этот белок осуществляет активный транспорт глюкозы из просвета кишки или нефрона против градиента её концентрации путем связывания глюкозы с теми ионами натрия, которые транспортируются ниже градиента концентрации. Градиент концентрации Na+ поддерживается активным белком-транспортером натрия через поверхность пограничных реснитчатых клеток посредством мембраносвязанных Na+, K+-зависимой АТФазы. Молекула этого белка – транспортера состоит из 664 аминокислотных остатков, его синтез кодируется геном, расположенным на 22-й хромосоме. Второй класс переносчиков глюкозы представлен собственными транспортерами глюкозы. Это мембранные белки, находящиеся на поверхности всех клеток и осуществляющие транспорт глюкозы ниже градиента ее концентрации посредством соответствующей диффузии, т.е. путем пассивного транспорта, при котором транслокация глюкозы через билипидную мембрану клетки ускоряется мембранносвязанным транспортным белком. Транспортеры глюкозы первично осуществляют транспорт глюкозы не только в клетку, но и из клетки. Транспортеры II класса участвуют и во внутриклеточном перемещении глюкозы. Глюкоза абсорбируется на поверхности эпителиальых клеток, обращенных в просвет кишки или нефрона, с помощью Nа+-глюкозного котранспортера. Факторами, регулирующими экспрессию транспортеров глюкозы, являются инсулин, факторы роста, перорально вводимые препараты, снижающие уровень сахара, ванадий, глюкокортикоиды, цАМФ, голодание, дифференцировка клеток и протеинкиназа С.

После взаимодействия инсулина с рецептором происходит внедрение в клетку гормонорецепторного комплекса. Этот процесс происходит в структурах, называемых “покрытые ямки”, расположенных на внутренней поверхности клеточной мембраны, выстланной белком клатрином. Агрегированные таким образом гормонорецепторные комплексы, которые локализуются в “покрытых ямках”, затем интернализируются путем инвагинации мембраны клетки (механизм очень напоминает процесс фагоцитоза), превращаясь в пузырьки (эндосомы или рецептосомы), а последние транслоцируются внутрь клетки. Процесс энергозависим, и количество поглощенного гормонорецепторного комплекса пропорционально количеству инсулина, связанного с плазматической мембраной. Это свидетельствует о том, что комплексирование является определяющим и контролирующим моментом данного процесса. Процесс погружения рецептора вместе с гормоном внутрь клетки и возврат рецептора на мембрану клетки называется процессом рециклирования рецептора. В период функционирования рецептора (период полураспада рецептора составляет от нескольких до 24 часов и более) он успевает осуществить от 50 до 150 таких “челночных” циклов. Процесс эндоцитоза является составной или дополнительной частью рецепторного сигнального механизма в действии гормонов. Помимо этого, с помощью процесса интернализации осуществляется деградация белковых гормонов (в лизосомах) и клеточная десенситизация (снижение клеточной чувствительности к гормону) путем уменьшения количества рецепторов на клеточной мембране. Обычно эндоцитотический пузырек соединяется с лизосомами, располагающимися в комплексе Гольджи, где осуществляется деградация гормонорецепторного комплекса и происходит отщепление рецептора, который возвращается на мембрану клетки, а гормон подвергается процессу деградации в лизосомальном аппарате клеткии активирует процессы дефосфорилирования ядерных белков, изменяет обмен мРНК, приводя к увеличению синтеза белков и другим “поздним” эффектам биологического действия инсулина[2, 5].

Процесс рециркуляции инсулиновых рецепторов, транслокация и циркуляция белков-переносчиков глюкозы имеют много общих черт. В частности, для перемещения этих субстратов в обоих направлениях требуется определенное количество энергии, полный цикл рециркуляции занимает 5-10 мин, а интенсивность этих процессов уменьшается при снижении температуры инкубационной среды. Деградация связанного с рецептором гормона и индуцированное инсулином снижение концентрации рецепторов (так называемый феномен регулируемого понижения, или downregulation) являются взаимосвязанными процессами. Существует состояние динамического равновесия между скоростью внедрения инсулинорецепторных комплексов, их деградацией и рециркуляцией, повторным включением в структуру мембраны, а также скоростью их синтеза. Это подтверждается тем фактом, что концентрация инсулина, необходимая для начала снижения концентрации рецепторов, обратно пропорциональна величине и скорости внедрения гормона в клетку; при условиях, вызывающих уменьшение количества рецепторов, повышается скорость пиноцитоза в клетке.

Большая часть инсулина метаболизируется в печени, причем за один пассаж в ней задерживается 40-60% гормона, поступающего из системы портальной вены. Около 40% инсулина (по данным некоторых авторов, 15-20%) инактивируется почками. Следует отметить, что при почечной недостаточности поглощение и деградация инсулина почками уменьшаются до 9-10%, поэтому у больных сахарным диабетом при почечной недостаточности потребность в инсулине уменьшается. Роль почек в инактивации экзогенного инсулина велика, так как, всасываясь из места инъекции, инсулин попадает в большой круг кровоснабжения и почки, а эндогенный инсулин сначала поступает в печень и лишь затем меньшая его часть – в большой круг кровообращения и почки. В почках инсулин фильтруется в клубочках, а в проксимальных канальцах почти полностью реабсорбируется и разрушается протеолитическими ферментами, причем эндосомально-лизосомальный путь инактивации инсулина в почечных канальцах практически отсутствует. Состояние углеводного обмена определяется количеством рецепторов и их способностью связываться с инсулином. Так, в адипоцитах на одну клетку приходится до 50 000 рецепторов, в гепатоцитах – до 250 000, в моноцитах и эритроцитах – на порядок меньше[2, 8].