4. Са+-фосфолипид-зависимое протеинфосфорилирование

4.1 Образование диацилглицерина и инозитолфосфатов

Эта группа вторичных посредников образуется при активации фосфолипазы С, локализованной в наружной клеточной мембране. Для ее активации необходимо связывание ряда гормонов и нейромедиаторов, известных своей способностью увеличивать концентрацию Са+ в цитозоле, с соответствующими рецепторами. К числу агонистов, стимулирующих фосфолипазу С, относят ацетилхолин, норадреналин, гистамин, серотонин, а также ряд гормонов белковой природы и ростовых факторов. Сопряжение фосфолипазы С с рецепторами достаточно специфично; например, из 4 известных основных типов адренорецепторов характерно только для c-типа, а из 2 типов холинорецепторов - только для мускарин-чувствительного, но не для никотинчувствительного. Так же, как и в случае аденилатциклазы, для сопряжения рецептии и активации фосфолипазы С необходимы G-белки, иногда называемые Gp. Установлено, что белок типа Gj также может непосредственно принимать участие в регуляции фосфолипазы С, а Gs - опосредовано, путем цАМФ-зависимого ингибирования фосфолипазы С.

Субстратом фосфолипазы С является фосфатидилинозитол-дифосфат - относительно редкий фосфолипид мембран.

Фермент расщепляет фосфатидилинозитолдифосфат на липидный компонент диацилглицерин, который остается в мембране, и водорастворимый инозитолтрифосфат. Если в системе цАМФ трансмембранный перенос информации происходит с образованием одного вторичного посредника, то в фосфоино-зитидной системе идет раздвоение пути передачи сигнала, так как в результате образуются два различных вторичных посредника: диацилглицерин и инозитолтрифосфат. Они действуют в клетке согласованно и активируют соответствующие пулы протеинкиназ.

Инозитолтрифосфат стимулирует высвобождение кальция из эндоплазматического ретикулума, при этом активируется семейство Са-КМ-зависимых протеинкиназ. Его концентрация, необходимая для достижения максимальной скорости высвобождения Са+ из депо ретикулума в нервной ткани, существенно ниже по сравнению с другими тканями. Таким образом, чувствительность эндоплазматического ретикулума к инозитолтрифосфату в клетках нервной системы может быть наиболее высокой.

Инозитолтрифосфат, очевидно, не единственный из инозитолтрифосфатов, выступающих в роли вторичного посредника. Образуемый в результате фосфорилирования инозитолтрифосфата инозитолтетрафосфат также участвует в регуляции внутриклеточной концентрации Са+. Эта регуляция осуществляется, вероятно, влиянием инозитолтетрафосфата на поступление внеклеточного Са+ в цитоплазму. Поступление Са" в клетку в этом случае происходит не через рецепторзависимые Са-каналы, а каким-то иным, пока неизвестным способом.

Диацилглицерин служит источником арахидоновой кислоты, активирующей гуанилатциклазу. Этот путь регуляции имеет особое значение для реализации эффектов холинергической импульсации и функции мускаринчувствительных холинорецепторов и Н1 - рецепторов гистамина, для которых роль цГМФ как вторичного посредника общепризнанна. Следовательно, в системах вторичных посредников - цГМФ и фосфоинозитидной - существует функциональная взаимосвязь через стадию образования арахидоната, обеспечивающая интегральный характер транссинаптической регуляции биохимических процессов в клетке.

Из арахидоновой кислоты образуются простаглавдины, тромбоксан и, кроме того, под действием соответствующей киназы диацилглицерин превращается в фосфатидную кислоту. Предполагается, что фосфатидная кислота обладает Са-ионофорными свойствами. Так, фосфатидная кислота накапливается в мембранах клеток при действии Са-агонистов. По такому механизму, очевидно, происходит инактивация электровозбудимых Са-каналов нейронов при действии дофамина. Взаимодействуя с собственным мембранным рецептором, дофамин в нейронах большого прудовика через G-белок активирует фосфолипазу С. Образовавшаяся из диацилглицерина фосфатидная кислота индуцирует поступление в клетку внешнего кальция и накопление его в примембранном слое цитоплазмы. Результатом локального повышения концентрации Са+ является инактивация электровозбудимьгх Са-каналов. Таким образом, система метаболизма фосфатидилинозитидов может регулировать внутриклеточную концентрацию Са+ как посредством увеличения потока Са+ через плазматическую мембрану, так и за счет выхода Са+ из внутриклеточных депо.

Наконец, диацилглицерин активирует также протеинкина-зу, связанную с плазмалеммой, - фосфолипидзависимый, Са-активируемый фермент - протеинкиназу С.

4.2 Протеинкиназа С

Уже отмечалось, что протеинкиназы, как и сопряженные с ними G-белки, имеют различную преимущественную локализацию в клетках нервной ткани. Так, аденилатциклаза и протеинкиназа С присутствуют в высоких концентрациях в мозжечке, но С-киназа локализована в клетках Пуркинье, в то время как аденилатциклаза - в гранулярных клетках. Таким образом, разные типы клеток мозга адаптированы к сигналам, активирующим синтез различных вторичные посредников: цАМФ, цГМФ, инозитолтрифосфата и дианилглицерина. В мозжечке рецепторов фосфоинозитидной системы примерно в 500 раз больше, чем в периферической нервной ткани.

Во многих отделах мозга, включая мозжечок, рецепторы фосфолипазы С и С-киназа имеют одинаковую локализацию и функционируют синергично. Однако в некоторых отделах, таких, как грудной отдел спинного мозга, рецепторы и киназа разобщены; две ветви этого внутриклеточного сигнального пути не составляют там эквивалентную пару. Поэтому в ряде случаев диацилглицерин формируется и активирует С-киназу без образования инозитолтрифосфата. В этих случаях, очевидно, диацилглицерин образуется уже не из фосфатидилинозитолдифосфата, а из монофосфорилированного мембранного липида - фосфатидилинозитола Таким образом, в нервной ткани имеется еще один вариант активации протеинкиназы С.

Протеинкиназа С обнаружена в разных тканях млекопитающих и лишена строгой тканевой и видовой специфичности. Однако в мозге ее концентрация является наибольшей. Субклеточное распределение протеинкиназы С неодинаково в разных тканях и органах: фермент преимущественно локализован в ци-тозоле клеток сердца и в мембранной фракции клеток мозга. Протеинкиназа С мозга - мономер с Мг = 80-87 кД, состоящий из двух доменов: регуляторного, имеющего участки связывания для диацилглицерина и фосфолипидов, и каталитического. Домены разделяют участок полипептидной цепи, чувствительный к протеолитической атаке.

Наибольший активирующий эффект на протеинкиназу С оказывают диацилглицерины и в меньшей мере фосфатидилянозитол, фосфатидилсерин и фосфатидная кислота. Диацилглицерины увеличивают сродство протеинкиназы С к фосфолипидам. При этом протеинкиназа С становится чувствительной к физиологическим концентрациям Са+ в клетке. Диацилглицерин быстро образуется в ответ на сигнал-рецепторное взаимодействие и быстро разрушается, что в конечном итоге и определяет его свойства как вторичного посредника.

Известно, что сродство С-киназы к плазматическим мембранам увеличивается во время активации. Для транслокации киназы необходим Са+. Связывание С-киназы с мембранами обусловлено координационным взаимодействием 4 карбоксильных групп молекул фосфатидилсерина с комплексом Са+-фермент.

Таким образом, индуцированное инозитолтрифосфатом увеличение внутриклеточной концентрации Са+ может активировать С-киназу при встраивании ее в мембраны. Активированная и локализованная на наружной мембране С-киназа обусловливает фосфорилирование белковых компонентов ионных каналов, изменяя тем самым их проницаемость.

Как недавно установлено, Са+ и фосфолипиды не всегда необходимы для активации протеинкиназы С. Так, ненасыщенные жирные кислоты могут активировать фермент независимо от Са+ и фосфолипидов. В составе изоферментов протеинкиназы С обнаружена также Са-независимая, но фосфолипидзависимая форма фермента.

Протеинкиназа С подвергается аугофосфорилированию в присутствии Са+ и фосфолипидов. Физиологическое значение этого процесса состоит, вероятно, в повышении активности киназы. Установлена также активация протеинкиназы С ограниченным протеолизом под действием мембраносвязанной Са-активируемой эндогенной протеазы. Полученные фрагменты теряют сродство к мембранам независимо от присутствия Са+ и диацилглицерина. Такие рас* творимые фрагменты С-киназы, активность которых не зависит от Са* и фосфолипидов, появляются при взаимодействии форболовых эфиров с некоторыми клетками. Ингибиторы Са-зависимых протеиназ блокируют это действие форболовых эфиров. Очевидно, при стимуляции рецепторов фосфолипазы С увеличение внутриклеточной концентрации ионизированного Са+ под действием инозитолтрифосфата приводит наряду с транслокацией С-киназы на мембраны также к активации мембраносвязанных, Са-стимулируемых протеиназ и появлению независимой от Са+ и фосфолипидов активности С-киназы.

Таким образом, фосфорилирующая способность С-киназы может быть сохранена достаточно долго после прекращения действия вторичных посредников, что наводит на мысль об участии этого процесса в долговременном хранении информации в нейронах мозга - органа с наибольшей активностью протеинкиназы С.

Сильными ингибиторами протеинкиназы С являются такие фармакологические агенты, как психотропные препараты фенотиазинового ряда и местные анестетики. Очевидно, фармакологическое действие этих препаратов, которое раньше связывали с ингибированием кальмодулина, обусловлено их липофильной природой и способностью конкурентно связываться с фосфолипидами, тем самым препятствуя активации протеинкиназы С. Полиамины также способны ингибировать протеинкина-зу С, что связано с избыточным положительным зарядом этих соединений. В мозге недавно обнаружен термостабильный ингибитор С-киназы: димер белковых субъединиц с Мг = 19 кД. Кальмодулин и другие Са-связываюшие белки также ингибируют активность фермента, вероятно, за счет влияния на механизм активации С-киназы.

В клетках мозга найдено несколько субстратов для протеинкиназы С. Отметим среди них основной белок миелина, 87 кД-белок и В-50-белок. Степень фосфорилирования основного белка миелина протеинкиназой С, присутствующей в миелине, увеличивается in vivo при К+-деполяризации мембраны. Протеинкиназы В не оказывают такого действия.

Установлено, что активация С-киназы форболовыми эфирами приводит к увеличению секреции нейромедиаторов, вызванной пресинаптическими потенциалами действия. Полагают, что способность С-киназы увеличивать секрецию связана именно с фосфорилированием упомянутого выше 87 кД-белка. Этот белок локализован преимущественно в синаптосомах - как в мембранной, так и цитозольной фракциях. Вероятно, его фосфорилирование С-киназой в окончаниях нейронов обусловливает регуляцию Са-зависимой секреции нейромедиаторов.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6