Нарушения функционирования пострецепторных посредниковых 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. 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. Однако, внутриклеточное проникновение биорегуляторов требует некоторого времени, поэтому их прямые внутриядерные и внутриклеточные эффекты носят отсроченный характер. 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.
Большинство химических сигналов в клетке опосредуется с участием особых гетеротримерных молекул — так называемых гуанозинтрифосфатсвязывающих белков (или G-белков). 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.
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 а-субъединицы — от βγ, после чего а-ГТФ-комплекс и свободная βγ-субъединица активируют (или инактивируют) различные внутриклеточные посредники. Под влиянием ГТФ-азной активности а-субъединицы ГТФ расщепляется, комплекс ГДФ-α инактивируется и реассоциирует с βγ-кампонентом триммера (Рис 1).
Рис 1. Некоторые пути пострецепторной передачи сигналов в клетке через
Систему g-белков
H – гормон; R – рецептор; α, β, γ – субъеденицы G-белка; пкА, пкС – протеинкиназы; ФЛИП С – фосфолипаза С; ФИДФ – фосфатидилинозитолфосфат; ДАГ – диацилглицерин; ИТФ – инозитолтрифосфат; Ф - фосфат
При псевдогипопаратирозе из-за наследственной мутации гена одного из G-белков (Gsa) имеется нарушение в работе этого пострецепторного сопрягающего механизма, и в результате клетки становятся резистентны к различным сигналам-стимуляторам аденилатциклаз, особенно, к паратгормону. Механизм может заключаться у разных пациентов в дефиците Gsa или в неспособности его а-субъединицы диссоциировать с ГДФ.
Передавая рецепторный сигнал внутрь клетки, G-белки усиливают активность аденилатциклаз, образующаяся цАМФ 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 цАМФ, 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 фосфа-тидилинозитол-4,5-дифосфата на инозитолтрифосфат (ИТФ) и диацилгдицерин (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.
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 α-субъединиц Gs-белка в клетках кишечного эпителия, что ведет к «зависанию» этого передатчика сигнала в активном состоянии. В результате избыточной продукции клеткой цАМФ начинается экскреция воды и электролитов в просвет кишечника.
При коклюше экзотоксины бордетеллы стойко связывают α-субъединицы Gi/Go белков в бронхах, а также действуют сами в качестве кальмодулинзависимой аденилатциклазы. Вследствие этого, содержание цАМФ в клетках растет, что обусловливает ряд симптомов, включая снижение бактерицидной активности лейкоцитов и кашель.
Итак, неадекватное использование клеткой своих адаптационных возможностей при ряде наследственных и приобретенных болезней может быть результатом сбоев в работе пострецепторных информационных механизмов.