Регуляция метаболизма активных регуляторных пептидов определяется большим спектром воздействий, изменяющих гомеостаз на любом уровне - уровне клетки (транскрипция, трансляция и посттрансляционный процессинг), ткани (секреция и инактивация нейропептидов), а также на уровне организма в целом. Именно эти морфогенетические и биохимические особенности биогенеза и определяют уровень активных регуляторных пептидов в организме. При этом, несомненно, важная регулирующая роль в метаболизме нейропептидов принадлежит протеолитическим ферментам.

Метаболизм энкефалинов и ферменты их процессинга

Как было отмечено выше, известны три белковые молекулы, включающие в свою структуру последовательности энкефалинов: проопиомеланокортин, препроэнкефалин А (проэнкефалин), препроэнкефалин В (продинорфин). Последовательности, определяющие структуру энкефалина, входящего в состав молекулы предшественника, фланкированы парами основных аминокислот - аргинина или лизина. Структуры типа Arg-Lys, Arg-Arg, Lys-Lys, Lys-Arg узнаются ферментативными комплексами, осуществляющими протеолиз. В результате действия как эндо-, так и экзопептидаз секреторных везикул, так и внеклеточных ферментов, локализованных на внешней поверхности мембраны и в биологических жидкостях организма, происходит полное освобождение активного пептида из его предшественника.

Протеолитические ферменты являются специфичными на каждом этапе процессинга. Выделяют множество различных везикулярных эндопептидаз, осуществляющих специфическое ращепление: прогормон-конвертазы 1/3 и 2, динорфин-превращающий фермент, тиоловая прогормон-конвертаза, энкефалинобразующий фермент, IRCM-сериновая протеиназа I. Ряд внеклеточных ферментов также принимают участие в процессинге энкефалинов: эндопептидаза 24.15 (КФ 3.4.24.15), эндоолигопептидаза А (КФ 3.4.22.19), а также ангиотензинпревращающий фермент (АПФ, КФ 3.4.15.1), проявляющий наряду с эндопептидазной и дипептидилкарбоксипептидазную активность.

После действия эндопептидаз образуются пептиды, фланкированные остатками основных аминокислот, для отщепления которых необходимы специфические амино- и/или карбоксипептидазы. В процессинге энкефалинов важную роль играют экзопептидазы секреторных везикул, такие как аминопептидазо-В-подобные и карбоксипептидазо-В-подобные ферменты.

Одним из основных ферментов конечной стадии процессинга энкефалинов в мозге является карбоксипептидаза H. Этот фермент катализирует расщепление остатков основных аминокислот с С-конца белков пептидов предшественников, превращая их в активные формы. Локализация КП Н совпадает с распределением проэнкефалинов, регуляторных пептидов и их предшественников (адренокортикотропного гормона, вещества Р, вазопрессин, окситоцина, инсулина, глюкагона , натрийуретического фактора предсердий).

Сходной с КП Н субстратной специфичностью обладает фермент, получивший своё название от индивидуального ингибитора: PMSP(фенилметилсульфонилфторид)-ингибируемая карбоксипептидаза. Физико-химические свойство данного фермента сходны с таковыми у лизосомальной КП А. Известно, что карбоксипептидаза Н проявляет большее сродство к тем субстратам, у которых перед остатком основной аминокислоты находится остаток аланина или глицина, а PMSP-ингибируемая карбоксипептидаза преимущественно расщепляет субстраты, у которых предпоследними являются остатки лейцина и метионина. Кроме того, показано, что Кm КПН по отношению к DNS-Phe-Ala-Arg почти в 3 раза выше, чем по DNS-Phe-Leu-Arg, а Кm ФМСФ-ингибируемой КП по DNS-Phe-Ala-Arg почти в 2 раза ниже, чем по DNS-Phe-Leu-Arg. Поэтому можно предполагать, что КПН и PMSP-ингибируемая КП, участвуя в процессинге, отдают предпочтение различным регуляторным пептидам, при этом проэнкефалины являются, вероятно, более предпочтительным субстратом для PMSP-ингибируемой КП, нежели чем для КПН.

Помимо вышеперечисленных экзопептидаз секреторных везикул, в процессинг энкефалинов вовлекаются и внеклеточные экзопептидазы: карбоксипептидаза N (КФ 3.4.12.7) и карбоксипептидаза М.

Таким образом, в результате последовательного действия вышеуказанных ферментов, из высокомолекулярных предшественников высвобождаются активные энкефалины. Под влиянием какого-либо стимула (медиаторы, другие регуляторные пептиды, cAMP), возникающего по типу обратной связи или поступающего от других секреторных клеток, происходит изменение концентрации ионов Ca2+. Это приводит к выделению из клетки активных энкефалинов, которые мигрируют к клеткам-мишеням (через кровяное русло или синаптическую щель), где связываются со специфическими рецепторами. В последствии, они подвергаются расщеплению различными пептидазами, что приводит к их модификации или же к полной потере их биологической активности.

Дезактивация энкефалинов происходит при участии ферментов внешней поверхности мембраны: энкефалиназа А, нейтральная эндопептидаза 24.11, КФ 3.4.24.11), аминопептидаза М (КФ 3.4.11.2) и ариламидаза (энкефалинаминопептидаза, КФ 3.4.11.?).

Таким образом, очевидна взаимосвязь и взаимовлияние регуляторных пептидов и протеолитических ферментов в организме: энкефалины способны инициировать эндогенные механизмы регуляции активности ферментов, в свою очередь протеолитические ферменты способны регулировать уровень активных форм пептидов в организме, а также участвовать в «запуске» реакций регуляторного континуума, обуславливая нейромодуляторные свойства и биологическую роль регуляторных пептидов. Поэтому, учитывая тесную взаимосвязь пептидгидролаз с регуляторными пептидами и, в частности – с энкефалинами, можно заключить, что изменение активностей протеолитических ферментов при различных функциональных состояниях организма, развитии патологий и влиянии некоторых экстремальных факторов, является неотъемлемой частью биологического действия этих пептидов, в определенной степени объясняющей индивидуальные особенности их физиологических свойств в организме.

Краткие характеристики карбоксипептидазо-В-подобных ферментов

В связи с участием в процессинге, модификации и инактивации биологически активных пептидов, последнее время интенсивно исследуется семейство основных карбоксипептидаз. Они называются карбоксипептидозо-В-подобными ферментами и их субстратная специфичность связана с отщеплением остатков основных аминокислот с С-конца пептидов предшественников.

В организме млекопитающих обнаружено несколько форм этих ферментов.

Сarboxypeptidase U (M14.009)

Другие названия	HBCPB, TAFI, arginine carboxypeptidase, brain-specific carboxypeptidase B, carboxypeptidase R, plasma carboxypeptidase B, thrombin-activatable fibrinolysis inhibitor
Classification	Clan MC >> Subclan (none) >> Family M14 >> Subfamily A >> M14.009
Activity
Catalytic type	Металл
NC-IUBMB	Subclass 3.4 (Peptidases) >> Sub-subclass 3.4.17 (Metallocarboxypeptidases) (Metallocarboxypeptidases) >> Peptidase 3.4.17.2
Activity status	Человек: активна Крысы: активна
Physiology	Фибринолитическая активность. Деградация активных пептидов и возможно β–амилоида 1-42.
Human genetics
Gene symbol	CPB2
Locus	13q14.11
Mouse genetics
Gene symbol	Cpb2
Position	14:D2
Substrate	Bz-Gly-Arg (hippuryl-Arg) Bz-Gly-Lys (hippuryl-Lys) coagulation factor X light chain coagulation factor X light chain fibrin derived peptide furylacryloyl-Ala-Arg (FAAR) furylacryloyl-Ala-Lys (FAAK) Protein S100-A10

M14.004: carboxypeptidase N

Другие названия	CPN1 g.p. (Homo sapiens), anaphylatoxin inactivator, arginine carboxypeptidase, carboxypeptidase K, creatine kinase conversion factor, kininase I, lysine carboxypeptidase, plasma carboxypeptidase B
Classification	Clan MC >> Subclan (none) >> Family M14 >> Subfamily B >> M14.004
Catalytic type	Metallo
NC-IUBMB	Subclass 3.4 (Peptidases) >> Sub-subclass 3.4.17 (Metallocarboxypeptidases) >> Peptidase 3.4.17.3
Activity status	Крыса: активна Человек: активна
Physiology	Деструкция вазоактивного пептида
Human genetics
Gene symbol	CPN1
Locus	10
Mouse genetics
Gene symbol	Cpn
Position	19:D2
Substrate	Dns-Ala-Arg Hemoglobin subunit alpha furylacryloyl-Ala-Lys Protein S100-A10 C3A anaphylotoxin C4A anaphylotoxin bradykinin

S10.005: serine carboxypeptidase D

Другие названия	carboxypeptidase D, serine, carboxypeptidase II, wheat, carboxypeptidase WII
Классификация	Clan SC >> Subclan (none) >> Family S10 >> Subfamily (none) >> S10.005
Каталитический тип	Serine
NC-IUBMB	Subclass 3.4 (Peptidases) >> Sub-subclass 3.4.16 (Serine-type carboxypeptidases) >> Peptidase 3.4.16.6
Substrate	furylacryloyl-Ala-Lys furylacryloyl-Phe-Leu
Структура 3D

M14.005: carboxypeptidase E

Другие названия	carboxypeptidase H, cobalt-stimulated chromaffin granule carboxypeptidase, crino carboxypeptidase B, enkephalin convertase, insulin granule-associated carboxypeptidase
Классификация	Clan MC >> Subclan (none) >> Family M14 >> Subfamily B >> M14.005
Каталитический центр	Металл
NC-IUBMB	Subclass 3.4 (Peptidases) >> Sub-subclass 3.4.17 (Metallocarboxypeptidases) >> Peptidase 3.4.17.10
Физиология	Участвует в биосинтезе пептидных гормонов и нейротрансмиттеров
Human genetics
Gene symbol	CPE
Locus	4
Mouse genetics
Gene symbol	CPE
Position	8:B3.1

Substrate

Ac-Tyr-Ala-Arg

Bz-Phe-Ala-Arg

Dns-Phe-Ala-Arg

M14.006: carboxypeptidase M

Классификация	Clan MC >> Subclan (none) >> Family M14 >> Subfamily B >> M14.006
Каталитический тип	Metallo
NC-IUBMB	Subclass 3.4 (Peptidases) >> Sub-subclass 3.4.17 (Metallocarboxypeptidases) >> Peptidase 3.4.17.12
Физиология	Деградация биоактивных пептидов
Human genetics
Gene symbol	CPM
Locus	12q15
Mouse genetics
Gene symbol	5730456K23Rik
Position	10:D2
Substrate	Bz-Ala-Lys Bz-Gly-Arg Bz-Gly-Lys Dns-Ala-Arg dynorphin A1-13 [Leu5]-enkephalin-Arg [Met5]-enkephalin-Lys bradykinin

PMSP-ингибируемая карбоксипептидаза

Пока ещё мало изученный фермент, который расщепляет dansyl-Phe-Leu-Arg и отличается по молекулярной массе (100-110 кДа) от других карбоксипептидаз. Он имеет близкий к КР Н оптимум pH = 5,6 – 6,0. Не является метало ферментом, т.к. не ингибируется ЭДТА. Возможная биологическая роль данного фермента, это процессинг нейропептидов, в частности энкефалинов, хотя и этот вопрос довольно спорный. В настоящее время ведутся работы по выделению и очистке этого фермента, с целью изучения кинетики его действия м активного центра.

Заключение

Пептиды — одна из важнейших систем регуляции ГОМЕОСТАЗА. Этот термин, введенный в 30-х годах американским физиологом У.Кенноном, означает жизненно важное равновесие всех систем организма. По мере усложнения наших представлений о нормальной, а тем более патологической, физиологии это понятие уточнили как ГОМЕОКИНЕЗ, т.е. подвижное равновесие, баланс постоянно меняющихся процессов. Организм соткан из миллионов “гомеокинезиков”. Эта огромная живая галактика определяет функциональный статус всех органов и клеток, которые связуются регуляторными пептидами. Как мировая экономическая и финансовая системы — множество фирм, производств, заводов, банков, бирж, рынков, магазинов... А между ними — “конвертируемая валюта” — нейропептиды.