Протеинкиназа С, по-видимому, регулирует как хемозависимые так и электрозависимые Са-каналы в нервных клетках. Так, искусственные аналоги диацилглицерина - форболовые эфиры - в задних корешках спинного мозга, блокируют хемозависимые Са-каналы в концентрациях, при которых эти соединения активируют протеинкиназу С. Установлено также, что внутриклеточная инъекция протеинкиназы С увеличивает амплитуду электрозависимого Са-тока и уменьшает Са-активируемый калиевый ток в нейронах моллюска аплизии. При этом, по имеющимся данным, С-киназа преимущественно фосфорилирует регуляторные компоненты мембран, сопряженные с каналами, а не пептиды, формирующие собственно трансмембранные каналы. Таким образом, приведенные данные о влиянии на секрецию нейромедиаторов и трансмембранные потоки ионов свидетельствуют о непосредственном участии С-киназы в важнейших процессах нервной ткани.
Оценивая место протеинкиназы в системах регуляции, отметим, что существуют два варианта взаимодействия между системами вторичных посредников, определяемые как состоянием рецепторов, так и распределением в разных тканях, природой и условиями для фосфорилирования отдельных белков-мишеней: синергизм и антагонизм. Протеинкиназа С, по всей видимости, является тем звеном, которое путем тонкой подстройки сопрягающего аппарата связывает аденилатциклазную и фосфолипазную системы передачи и усиления сигнала.
Так, обнаружено фосфорилирование протеинкиназой С а-субъединицы G{, ведущее к снятию ингибиторного действия этого сопрягающего белка на аденилатциклазу. Кроме того, уже упоминалось, что G{ может быть одним из прямых активаторов фосфолипазы С. Непрямая активация фосфолипазы С может быть обусловлена увеличением активности фосфолипазы А2 при действии Gi. Показано ингибирование фосфолипазы С посредством активации Gs. Так, установлено уменьшение образования диацилглицерина и инозитолтрифосфата при повышении уровня цАМФ с помощью гормонов, дибутирил-цАМФ, форсколина. Вероятно, угнетение активности протеинкиназы С при активации протеинкиназы А обусловлено десенситизацией соответствующих рецепторов, потерей их чувствительности к агонистам. В пользу такого заключения свидетельствуют данные о потере специфического связывания с агонистами мускариновых холинорецепторов синаптических мембран при фосфорилировании этих рецепторов К-субъединицей протеинкиназы А. В свою очередь, стимуляция М-холинорецепторов сердца вызывает уменьшение активности аденилатциклазы и снижение уровня цАМФ.
Вместе с тем известны и примеры синергизма во взаимодействии протеинкиназ. Синергизм в действия протеинкиназ А, В и С отчетливо проявляется при фосфорилировании фосфоламбаиа - белка саркоплазматического ретикулума миокарда. Показано увеличение индуцированного инозитолтрифосфатом высвобождения Са+ под действием К-субъединицы протеинкиназы А, ингибитор К-субъединииы блокирует этот эффект Установлено также, что протеинкиназа С в некоторых типах клеток потенциирует р-адренергическую стимуляцию образования цАМФ. Преинкубация эндотелиальных клеток в присутствии 10 мкм и "внутреннему" механизмам. В первом случае различные метаболиты связываются с субстратом, изменяя скорость дефосфорилирования; во втором случае лиганды связываются с фосфатазой и, таким образом, прямо изменяют фосфатазную активность.
Изучение фосфатаз привело к открытию множества форм фермента, которые дефосфорилируют широкий спектр фосфо-белков. Д. Коэн и соавторы классифицировали протеинфосфатазы на два типа. Фосфатазы 1-го типа ингибируются белковыми инибиторами, относительно нечувствительны к ингибированию АТФ и предпочтительно дефосфорилируют р-субъединицу киназы фосфорилазы. Фосфатазы 2-го типа не ингибируются термостабильными белковыми ингибиторами, чувствительны к ингибированию АТФ и преимущественно дефосфорилируют а-субъединицу киназы фосфорилазы. В свою очередь, все фосфопротеинфосфатазы 2-го типа делятся на подтипы 2А, 2В и 2С. Отличительной особенностью фосфатаз 2С является регулируемость M.g, а фосфатаз 2 В-зависимость от Са+ и кальмодулина.
Протеинфосфатазы 2 В и 2А присутствуют в мозге в наибольших концентрациях по сравнению с другими тканями. В нервной ткани найдены также специфические протеинфосфатазы, дефосфорилирующие основной белок миелина, синапсин 1, МАР-2, белки цитоскелета, никотиновые рецепторы ацетилхо-лина. Наибольшая активность фосфопротеинфосфатаз нервной ткани выявлена в мембранной фракции по сравнению с цитозолем, что свидетельствует о возможном участии этих ферментов в синаптической передаче.
Заметим, что ранее протеинфосфатаза 2В была названа кальцинейрином, так как впервые она была идентифицирована в нервной ткани как термолабильный ингибитор КМ-стимулируемой фосфодиэстеразы циклических нуклеотидов. Кальцинейрин принадлежит к семейству КМ-связывающих белков, содержащих Са-связьшающие субъединицы. Активность кальцинейрина контролируется ионами кальция.
Недавно обнаружено, что кальцинейрин, кроме серина и треонина, способен дефосфорилироеать также тирозиНовые остатки белков. Это предполагает участие кальцинейрина в процессах трансформации и клеточного роста, контролируемых, как известно, тнрозинкиназами. Интересно, что в N-конце субъединицы В кальцинейрина содержится миристиновая кислота, что может облегчать встраивание белка в мембрану.
В мозге кальцинейрин локализован в основном в постсинаптических мембранах и тесно связан с микротрубочками дендритов, что предполагает его участие в транссинаптической передаче и функционировании микротрубочек. Основными субстратами кальцинейрина в нервной ткани являются белки DARPP-32, G-субстрат и Р-субъединица II типа протеинкиназы А.
В мозге содержатся также ингибиторы протеинфосфатаз: так называемый фосфатазный ингибитор 1 и белок DARPP-32 найдены в мозге и фосфорилируются эндогенной А-киназой по единственному остатку треонина. В фосфорилированной форме DARPP-32, как и фосфатазный ингибитор 1, ингибирует активность протеинфосфатазы I. DARPP-32 сопряжен в мембранах с дофаминовыми рецепторами аденилатциклазы и, таким образом, может принимать участие в транссинаптическом действии дофамина.
Кальцинейрин и DARPP-32 локализованы вместе в синаптических мембранах. Следовательно, степень фосфорилирования DARPP-32 и медиаторное действие дофамина могут регулироваться цАМФ и Са+.
Отметим, что кальцинейрин может выступать в роли своеобразного антагониста биохимических эффектов цАМФ, модулируя тем самым взаимодействие двух систем вторичных посредников - цАМФ и Са+, Так, кальцинейрин дефосфорилирует многие субстраты протеинкиназы А, в том числе аутофосфорилированную форму регуляторной субъединицы протеинкиназы АII типа. В последнем случае кальцинейрин может прямо контролировать цАМФ-зависимую протеинкиназную активность, так как степень фосфорилирования Р-субъединицы II типа определяет характер диссоциации холофермента протеинкиназы и. соответственно, скорость фосфорилирования.
цГМФ регулирует активность протеинфосфатаз 1 и 2А в клетках Пуркинье мозжечка с помощью фосфорилирования G-субстрата протеинкиназой G. G-субстрат, как упоминалось, является специфическим протеинфосфатазным ингибитором. Дефосфорилирование этого ингибитора кальцинейрином может, таким образом, сопрягать влияние цГМФ и Са+ на функциональную активность клеток Пуркинье.
В синаптических мембранах обнаружены также две эндогенные, тесно связанные с этими мембранами специфические протеинфосфатазы. Эти протеинфосфатазы дефосфорилируют белки синаптических мембран: синапсин 1 и Р-субъединицу II типа протеинкиназы А. При этом фосфатаза, имеющая высокое сродство к Р-субъединице, не дефосфорилирует синапсин 1, а фосфатаза синапсина 1 - Р-субъединицу. Кроме того, специфичная протеинфосфатаза Р-субъединицы стимулируется цАМФ, в то время как протеинфосфатаза синапсина 1 нечувствительна к этому нуклеотиду. Таким образом, цАМФ может стимулировать как аутофосфорилирование, так и дефосфорилирование Р-субъединицы А-киназы II типа.
Для понимания многообразия и важности функций систем фосфорилирования - дефосфорилирования важны недавние сообщения о выделении эндогенной Са-независимой протеиназы, тесно ассоциированной с нейрофиламентами и другими компонентами цитоскелета. Эта протеиназа "атакует" только нефосфорилированные нейрофиламенты, расщепляя их на лишенные биологической активности фрагменты. Следовательно, фосфорилирование защищает белки цитоскелета от деградации, обусловленной действием эндогенных, Са-независимьгх протеиназ.
Напротив, Са-активируемые нейтральные протеиназы с помощью ограниченного протеолиза расщепляют фосфорилированную форму нейрофиламентов на биологически активные фрагменты. Установлено, что фосфорилирование белков цитоскелета, в частности нейрофиламентов, - необходимое условие для их сборки в организованные, морфологически единые структуры.
Таким образом, состояние цитоскелета нервных клеток определяется как цАМФ-зависимым фосфорилированием его компонентов, так и Са-зависимым дефосфорилированием: степень фосфорилирования белков цитоскелета, в свою очередь, может регулировать их избирательную чувствительность к Са-зависимой и Са-независимой протеиназной атаке. Протеинфосфатазы играют весьма важную роль в функционировании нервной ткани. Так, наряду с протеинфосфатазами 1, 2А, 2С, 2В и фосфатазным ингибитором 1 в мозге присутствуют эндогенные фосфатазы синапсина, миелина, Р-субъединицы А-киназы II типа, а также специфические ингибиторы фосфопротеинфосфатазной активности - DARPP-32 и G-субстрат, активность которых регулируется фосфорилированием. Можно думать, что в нервной ткани физиологическое действие нейромедиаторов в ряде случаев модулируется протеинфосфатазной активностью.
Выводы
1. G-белки сопрягают рецепторы клеток с системами, генерирующими вторичные посредники.
2. К вторичным посредникам относятся: цАМФ, цГМФ, инозитолфосфаты, диацилглицерол и ионы кальция.
3. Вторичные посредники активируют протеинкиназы, осуществляющие фосфорилирование определенных белков клетки, или воздействуют на метаболизм олигоаденилатов. Нейромедиаторы, гормоны и сам по себе нервный импульс регулируют фосфорилирование-дефосфорилирование многих регуляторных субстратов в нервной ткани. Огромное разнообразие физиологических эффектов, вызываемых этими агентами, обусловлено специфичностью систем протеинфосфорилирования, контролируемых различными вторичными посредниками.
4. Нервная ткань уникальна в отношении высокого содержания практически всех протеинкиназ, активность которых регулируется цАМФ, цГМФ, Са+, кальмодулином и фосфолипидами.
5. По субстратной специфичности все протеинкиназы и протеинфосфатазы в нервной ткани могут быть разделены на две основные категории. Протеинкиназа G, протеинкиназа В I типа, киназа легких цепей миозина, киназа фосфорилазы и кальцинейрин имеют узкую субстратную специфичность и принимают участие в специализированной нервной регуляции. Напротив, протеинкиназа А, киназа В II типа, С-киназа и ряд протеинфосфатаз проявляют широкую субстратную специфичность и вовлечены в регуляторные процессы практически всех типов нервных клеток.
6. Определенные протеинкиназы, протеинфосфатазы и их специфические субстраты локализованы не равномерно, а в специальных отделах нервной системы и в том числе мозга.
7. Вещества, активирующие синтез или ингибирующие гидролиз цАМФ, оказывают на нервные клетки антипролиферативное действие, связанное с влиянием этого нуклеотида на систему метаболизма 2', 5'-олигоаденилатов.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6
