Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 202
Текст из файла (страница 202)
Регуяяция экспрессии генов инсулином. Рецептор инсулина (1КБ-К) состоит из двух сг-цепей, расположенных на внешней стороне плазматической мембраны, и двух р-цепей, которые пересекают мембрану и выступают с внутренней стороны. Связывание инсулина с сг-цепями вызывает конформационную перестройку, которая делает возможным аутофосфорилирование остатков Тут в С-концевом домене р-субъединиц. Аутофосфорилирование активирует тироэинкиназный домен, который затем катализирует фосфорилирование других белков-мишеней.
Сигнальный путь, по которому инсулин регулирует экспрессию специфических генов, состоит из каскада протеинкиназ, каждая из которых активирует следующую. Рецептор инсулина является тирозинспецифичной кинаэой; другие кинаэы (все окрашены в голубой цвет) фосфорилируют оситки Бег или Пп. ИЕК вЂ” киназа с двойной специфичностью, которая фосфорилирует оситки и Пп, и Тут в ЕКК (от англ. ек1гасери!аг геди1агег( кглаш — внеклеточиая регулируемая киназа); ИЕК вЂ” киназа активируемая митогеном и активирующая ЕКХ; ЯКУ вЂ” сывороточный фактор отклика (англ. эегигл шэропзе уассог).
[622[ Часть!. 12. Биосигнализация инсулина, входя в ядро и фосфорилируя такие белки, как Е!Ь! (стадия Ов), модулирующий транскрипцию почти 100 регулируемых инсулином генов (стадия Ф). Белки Ва61, МЕК и ЕКК вЂ” члены трех больших семейств, которые классифицируют несколькими способами. ЕВК вЂ” член семейства МАРК (от англ. тЫодеп-асйагег! рго~ет аникея митогены — зто сигнальные вещества, которые лействуют извне и индуцнруют митоз и клеточное деление).
Вскоре после открытия первой МАРК было обнаружено, что этот фермент активируется лругой протеинкиназой, которую пришлось назвать киназой МАР-киназы (МЕК принадлежит к этому семейству); а когда была открытка третья киназа, которая активирует киназу МАР-киназы, ей дали немного нелепое название «МАР-киназа киназы киназы» (Ва(-1 является членом этого семейства; рис. 12-15, стадия О«). Акронимы этих трех семейств менее громоздки: МАРК МАРКК, МАРККК. Киназы семейств МАРК и МАРККК специфичны к остаткам Бег или ТЬг, а киназы МАРКК (здесь МЕК) фосфорилируют в своих субстратах (МАРК, злесь ЕКК) остатки и Бег, и Туг. В настоящее время биохимики поняли, что инсулиновый путь не единственный пример универсального механизма, по которому гормональные сигналы приводят к фосфорилированию ферментов-мишеней протеинкиназами способами, сходными с показанными на рис. 12-15.
Мишенью для фосфорилнрования часто служит лругая протсинкиназа, которая затем фосфорилирует третью протеинкнназу и т. д. В результате каскад ферментативных реакций усиливает первоначальный сигнал на много порядков (см. рнс. 12-1, б). МАРК-каскады (рис. 12-15) опосредуют передачу сигналов, вызванных различными ростовыми факторалги, такими как тромбоцитарный фактор роста (Р1)СГ) и эпидермальный фактор роста (ЕСГ).
Еше одна общая схема, рассмотренная здесь на примере ипсулинового рецептора, состоит в использовании адаптерных белков, соединяющих компоненты разветвленного сигнального пути. Мембранный фосфолипид Р1Р, работает в одной из ветвей передачи сигнала инсулина Путь передачи сигнала, инициированного инсу- лином, разветвляется на уровне субстрата И5-1 (рис. 12-15, стадия ®).
Белок СгЬ2 — не единственный белок, связывающийся с фосфорилированпым !К5-1. Фермент фосфоинозитид- 3-киназа (Р1-ЗК) соединяется с !К5-1 через ее 5Н2-домен (рис. 12-16). Активированная таким образом, Р1-ЗК превращает мембранный липид фосфатидилинозит-4,5-бисфосфат (см. рис. 10-16), называемый также Р1Рь в фосфатидилинозит-3,4,5-трисфосфат (Р!Р ). Несущая на себе несколько зарялов «головка» Р!Р;, выступающая из цитоплазматической поверхности плазматической мембраны, является исхолной точкой для второй ветви сигнального пути, в которой задействован еше один каскал протеинкиназ.
Когда с Р1Рз связана протеинкнназа В (РКВ), она фосфорилируется и активируется другой протеинкиназой РПК1. Затем активнрованная РКВ фосфорилирует остатки 5ег илн ТЬг своих белков-мишеней, олин из которых — киназа 3-глнкогенсинтазы (СБКЗ). В активной нефосфорилированной форме СБКЗ фосфорилирует гликогенсинтазу, инактивируя ее и тем самым обеспечивая замелление синтеза гликогена. (Этот механизм — только часть процесса, описывающего влияние инсулина па метаболизм гликогена.) При фосфорилировании посредством РКВ СБКЗ ицактивируется. Препятствуя таким образом инактивации гликогенсинтазы в печени и мышцах, каскад фосфорнлирования белков, инициированный инсулином, стимулирует синтез гликогена (рис.!2-16). В мышцах РКВ запускает движение транспортеров глюкозы (С!Л!Т4) из внутренних везикул к плазматической мембране, стимулируя поглощение глюкозы из крови (рис.
12-16, стадия Оз; см. также доп. 11-2). Протеипкиназа В участвует также в других сигнальных путях, включая тот, который запускается Лз-тетрагидроканнабинолом (ТНС), активным ингредиентом марихуаны и гашиша. ТНС активирует СВ,-рецептор в плазматической мембране нейронов головного мозга, запуская сигнальный каскад, в который входят МАР-киназы. Одно из последствий активации СВ, проявляется как стимуляция аппетита— известный эффект употребления марихуаны. В организме лигандами рецептора СВ, являются эндоканнабинонды, такие как ананламид, который служит лля защиты мозга от токсического действия избыточной нервной активности, па- 12.3 Рецепторные ферменты 1623) 1КЗ-1, фосфорилироваииый иосулиоовым ренептором,активирует Р1-ЗК связыванием с ее БН2-доменом.
Р1-ЗК превращает Р1Рз в Р1Рз. с щ зК;Р'. Р1Р2 > р)у -~ Ф':" -: ' Рн'з ~~сгкв / Ф Оз РКВ, связа>шая с Р1Рз, фосфорилируется с помощью РГ)К1 (пе показано). Активироваппая таким образом РКВ фосфорилирует СЯКЗ по остатку Бег, ииактивируя ее. ° Глюкоза О4 Синтез гликогеиа из глюкозы у скора е>ся. РКВ стимулирует движение транспортера глюкозы СШТ4 из внутренних мембранных везикул к плазматической мембране, увеличивая поглощение глюкозы. Рис. 12-16. Активация гликогенсинтазы инсулином.
Передача сигнала опосредуется Р1-3- киназой (Р1-ЗК) и протеинкиназой В (РКВ). сн, сн„ но (сн )з — сн дз-Тет1югидроканнабиол (тнС1 О Н ОН Аиаидамид (арахидонилзтаиоламид, з>щогенный каиабиоид) Оз СВКЗ, ииактивированная фосфорилировапием, ие мажет (Г, превратить гликогенсинтазу (СБ) в неактивную фор~у азиз таким образом СЗ остается активной. "ха)вьъжм)>® ,>1> оекб -"*'я>ю>>к>>о>> > :; ~4к>ЙЗ>д)>2- > Гликоген 'Р: пример эпилептических судорог.
Гашиш веками использовался для лечения эпилепсии. Как и во всех сигнальных путях, существует механизм прекращения передачи сигнала через каскад Р1-ЗК вЂ” РКВ. Р1Рз-специфичная фосфатаза (у человека РТЕ)>)) отщепляет от Р1Рз фосфат в положении 3 с образованием Р1Рн который более не является лигандом для РКВ, и цепь сигнализации прерывается. На поздних стадиях рака различной локализации опухолевые клетки часто имеют дефект н гене РТЕ)ч' и вследствие этого имеют аномально высокий уровень Р1Рз и активности РКВ.
В результате, по-видимому, возникает непрекращающийся сигнал, побуждающий клетки к делению, а опухоль к росту. ° Помигдо многих рецепторов, которые действуют как протеинтирозинкиназы, целый ряд рецептороподобпых белков в плазматической мембране обладают активностью протеинтирозинфосфатазы. Основываясь на структурах этих белков, мы можем предположить, что их лигандами являются компоненты внеклеточного матрикса или поверхностей других клеток. Хотя их роль в сигнализации пока еще до конца не понята, как и роль рецепторных тирозинкиназ, очевидно, что они имеют возможность обращать действие сигналов, стимулирующих эти киназы. 16241 Часть 1. 12. Биосигнадкзация 1яб-подобный домен Богатый цистеияом домен ', еяжя аде ж;мея домы1 ЧВОР.П „ВОР-В Снаружи Богатый дейцином Г домен РСР-К Внутри Рис.
12-1У. Рецепториые тирозиикиназы. К рецепторам ростовых факторов, передающих сигнал посредством тирозкнкиназной активности, относятся рецепторы инсулина (1НЯ-К), фактора роста сосудистого эндотедия (тЕОГ-К), фактора роста тромбоцктов (РВОГ-К), фактора роста эпидермиса (ЕОГ-К), фактора роста нервов (НОГ-К) и фактора роста фкбробдастов (РОГ-К). Все эти рецепторы содержат тироэинккназный домен на цитоплаэматической стороне пдаэматической мембраны (синий цвет). Внеклеточный домен у каждого рецептора свои, поскольку каждый рецептор обладает сродством только к определенному фактору роста.
Эти внекдеточные домены обычно представляют собой комбинацию структурных мотивов, таких как богатые цкстекном иди дейцином последовательности и участки, содержащие один илк несколько мотивов, характерных ддя кммуяогдобудкнов (1о-подобные домены; см. с. 203). В геноме человека закодировано много других рецепторов данного типа, к каждый кэ них имеет собственный внекдеточный домен. Инсулиновый рецептор — прототип целого ряда рецепторных ферментов с похожей структурой и активностью рецепторной тирозипкипазы (рнс.
12-17). Например, рецепторы эпнлсрмального фактора роста и фактора роста, производимого тромбоцитамн, имеют сходство в структуре и аминокислотной последовательности с инсулиновым рецептором, и оба обладают активностью протеинтирозинкнназы, которая фосфорилируег 1КЯ-1. Многие из этих рецепторов после связывания лиганда димернзуются; инсулиновый рецептор представляет собой димер до присоединения инсулина. Связывание адаптерных белков, таких как СгЬ2, с остатками ОР-Туг — общий механизм для облегчения белок-белковых взаимодействий.
К этому предмету мы вернемся в разд. 12.5. Что стимулировало эволюцию такого сложного регуляторного механизма? Эта система по- зволяет одному активированному рецептору активнровать несколько молекул 1КЯ-1, усиливая инсулиновый сигнал, что обеспечивает интеграцию сигналов от нескольких рецепторов, каждый может фосфорилировать 1Ю-1. Волос того, поскольку 1КЯ-1 может активировать любой из белков, которые содержат ЯН2-домены, единичный рецептор, действующий через 1В5-1, может инициировать два (или более) сигнальных пути.
Так, инсулин влияет на экспрессию генов через каскад СгЬ2 — Яоэ — Каз — МАРК и на л1етаболизм гликогена через каскад Р1-ЗК-РКВ. Наконец, существует несколько близкородственных белков 1КЯ (1КЯ-1, 1КЯ-2), каждый из которых характерным образом распределен в тканях и выполняет особые функции, что дополнительно расширяет возможности сигнальных путей, инициируемых 1тКТ. Сигнальная система 3АК-ШТАТ также использует тирозинкиназнув активность Вариация на основную тему рецепторпых тирозипкипаз просматривается и в рецепторах, которые нс обладают собственной протсинкиназной активностью, но после присоединения своих лигандов связываются с тирознцкнпазой в цитозвле.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
