Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 292
Текст из файла (страница 292)
Одним из ключевых использующихся для этого механизмов является система белков, носящая название митоген активируемого п(ютеинкгтггазного модуля (Мйойеп йс6часетт Ргосегп Кгпазе МосЫе, МАР-киназньтй модуль) (рис. (5.60). Три компонента этой системы образук>т высококонсерватнвный сигнальный модуль, практически неизменный на всем протяжении от дрожжей до людей, и использующийся, с небольшими вариациями, в различных сигнальных процессах. Все три компонента представляют собой протеинкиназы.
Последнюю ки пазу в последовательности называют МАР киназой (МАРК) Перед ней — ки паза МАР киназы (МАРКК); она 4юсг)юрилирует и, следовательно, активирует МАР киназу. Первый компонент, активирующийся непосредственно Кэз, называется киназой киназы МАР киназы (МАРККК): она фосфорилирует и активирует МАРКК. В Ваз-МАР-киназном пути млекопитающих эти три киназы называются короче: Ка( (= МАРККК), Мей (= МАРКК) и Егй (= МАРК). 47Б нм 470 нм Б17 нм красный флуоресцентный краситель Ф дебввпвиив ЕОФ 0 2 4 Б время (минуты) Рис. 13.39.
Нестационарная активация йэз, наблюдаемая при помощи резонансного переноса энергии флуоресценции [ГКЕТ). а) Схема экспериментального подхода. Методами генной инженерии клетки клеточной линии рака человека модифицируют таким образом, чтобы они экспрессировали белок йаз, ковалентно связанный с желтым флуоресцентным белком (УГР). В те же клетки вводят меченный красным флуоресцентным красителем 6ТР. Затем клетки стимулируют внеклеточным сигнальным белком эпидермальным фактором роста (Е6Г), и отдельные флуаресцирующие молекулы йаз-УГР на внутренней поверхности плазматической мембраны наблюдают посредством флуоресцентной еидеомикроскопии индивидуальных клеток.
Когда флуоресцентная молекула йаз-УГР активируется, она обменивает немеченый 60Р на флуоресцентно меченый 6ТР; желто-зеленый свет, испускаемый УГР, активирует флуоресцентный 6ТР который начинает светиться красным. Таким образом, активацию отдельных молекул йаз можно наблюдать по изменению желто-зеленой флуоресценции вблизи плазматической мембраны нэ красную. Как показано на (б), активацию молекул йаз можно зарегистрировать примерно через 30 секунд после стимуляции Е6Г. Пик красного сигнала приходится на 3-4 минуты, и затем сигнал за б минут снижается до нулевого уровня, Поскольку йаз-6АР обнаруживается в тех же участках плазматической мембраны, что и йаз, можно предположить, что он играет важную роль в быстром подавлении сигнала йаз.
(модифицировано из н. могаеоФ! ет э!., Ргос. лгаг( Асад 5сб (г5гз 101: 7317-7322, 2004. с любезного разрешения Национальной академии наук США.) И ол гс н л х~ 003 Е о ь х ТВЗ. СИГНВДЭУВВЗ(Э)Д Пфйф(ЙГН()СТНЕ(ДЕ(фт)ф))уфс Зр(З ) 427 1428 ЧасЕьй)г биутрййняя оргйййайцзтя ввеки плвзматическвя мембрана гг активный белок Нвз Рис. 15.60. МАР-кинвзный серии-треониновый модуль фосфорилирования, вктивируемый ааз. Трехкомпанентный модуль начинается с ки пазы хи пазы МАР киназы ааб азз рекрутирует азу к плззмзтической мембране и способствует ее активации. Затем йаг активирует киназу МАР-кинззы Мек, которая в свою очередь активирует МАР-кинззу Егк. Енг затем фосфорилирует различные сигнальные белки, включая другие пратеинкинвзы и белки-регуляторы генов в ядре.
В результате изменения экспрессии генов и активности белков приводят к сложным перестройкам функционирования клетки. После активации МАР киназа передает сигнал дальше путем фосфорилирования различных белков клетки, включая белки регуляторы генов и другие протеинкиназы (см. рис. 15.ОО). МАР киназа Ег)с, например, входит в ядро и фосфорилирует один или несколько компонентов регуляторного комплекса генов. В результате активируется транскрипция набора предранних генов, носящих такое название потому, что они активирукггся в течение минут после получения 1сТК внеклеточного сигнала, даже если синтез белка искусственно блокирован лекарствами.
Некоторые из этих генов кодируют другие белки регуляторы генов, которые, в свою очередь, включают другие гены. Этот процесс требует белкового синтеза и продолжительного времени. (Такие взаимоотношения между предранними и поздними генами похожи на взаимоотношения между первичными и вторичными генами ответа, активируе мыми рассмотренными ранее ядерньпчи рецепторами — см. рис. 15.15.). Таким образом, Кар МАР киназный сигнальный путь передает сигнал с поверхности клетки в ядро и изменяет профиль экспрессии генов.
В этом пути 15.3. Сигнализация поверхностных рецепторов 1429 активируются гены, стимулирующие клеточную пролиферацию, например, гены, кодирующие (),-циклины (см. гггаву 17). Внеклеточные сигналы обычно активируют МАР-киназы только временно, и это время влияет на ответ. Например, когда ЕСГ активирует свой рецептор в клеточной линии предшественников нервных клеток, активность МАР-киназы Егк максимальна в течение 5 минут, после чего она быстро падает, и позднее клетки начинают делиться. С другой стороны, когда в тех же клетках 1ЧОГ активирует свой рецептор, активность Егк поддерживается на высоком уровне в течение многих часов, и клетки перестают пролиферировать и дифференцироваться в нейроны.
На продолжительность сигнального ответа действует множество факторов, включая положительные и отрицательные обратные связи (см. рис. 15.28). МАР-киназы участвуют как в положительных, так и в отрицательных обратных связях, разные сочетания которых дают постепенные или «переключательные», короткие или продолжительные ответы. В представленном ранее примере, на рис.
15.24, МАР-киназа активирует сложную положительную обратную связь, которая при стимуляции созревания ооцитов лягушки посредством короткого воздействия внеклеточной сигнальной молекулой прогестероном приводит к необратимому ответу по принципу «все или ничего». Во многих клетках МАР-киназы активируют отрицательную обратную связь путем увеличения концентрации нроглеинфосфа тазы двойной специфичности, удаляющей фосфаты с тирозинов и треонинов и инактивирующей таким образом МАР-киназу (которая фосфорилируется по тирозинам и треонинам МАРКК).
Увеличение концентрации фосфатазы происходит из-за увеличения транскрипции фосфатазного гена и стабилизации фермента против расщепления. В представленном на рис. 15.61 Взз-МАР-кинааном сигнальном пути Егк также фосфорилирует и инактивирует Ка(, создавая еще одну отрицательную обратную связь, способствующую отключению МАР-кнназного модуля. 15.3.7. Каркасные белки не дают пересекаться параллельным ЧАР-киназным модулям Трехкомпонентные МАР-киназные модули функционируют во всех эукариотических клетках.
Различные ответы опосредуются различными модулями. В почкующихся дрожжах, например, один модуль опосредует ответ на феромон спаривания, другой — ответ на голодание, третий — на осмотический шок. Некоторые из этих МАР-киназных модулей используют одну или несколько общих киназ, но, несмотря на это, активируют различные эффекторные белки и, следовательно, различные ответы.
Как обсуждалось ранее, одним из механизмов предотвращения пересечения параллельных сигнальных путей и обеспечения специфичности ответа является использование каркасных белков (см. рис. 15.21, а). В клетках дрожжей такие каркасные белки связывают все нли некоторые киназы каждого МАР-киназного модуля в комплекс, обеспечивая таким образом специфичность ответа (рис. !5.61). Клетки млекопитающих также используют такую стратегию для предотвращения пересечения между МАР-киназными модулями. В этих клетках могут одновременно функционировать по крайней мере 5 параллельных МАР-киназных модулей. В этих модулях содержится не менее 12 МАР-киназ, 7 киназ МАР-киназ и 7 киназ киназ МАР-киназ. Два из этих модулей (оканчивающиеся на МАР-киназах з)чК и р38) активируются различными клеточными стрессами, например УФ-радиацией, 1439.
': Часта 1)). ()нуфеиня)э'оруаниаа1((зя клетки . чувствительный к осмолярности рецептор высокая осмопярность факто(г спаривания киназа киназы МАР-кин кинаха МАР-киназы МАР-кинаха Рис. 15.61. Устройство двух МАР-кииазных модулей на карнасных белках в поч кующихся дрожжах. В почкующихся дрожжах сШШржится по крайней мере шесть трехкомпонентных МАР-хиназных модулей, участвующих в различных биологических процессах, включая два проиллюстри рован ных здесь примера — ответы на фактор спаривания и высокую осмолярноаь.
о) Половой ответ запускается, когда с 6РСК связывается фактор спаривания, секретированный дрожжевой клеткой противоположного типа спаривания. О-белок активируется, и его ((у-комплекс опосредованно активирует кин азу кин азы МАР-киназы (хин азу А), которая затем передает си гнал дальше. Акти вированная МАР-кинаэа (кинаэа С) фосфорилирует и, следовательно, активирует несколько белков, опосредующих половой ответ, при котором звзожжевая клетка перестаетделиться и подготавливается к слиянию, Три киназы данного модуля связаны с каркасным белком 1, б) При втором ответе дрожжевая клетка подвергается воздействию окружения с высокой осмолярностью, что приводит к синтезу глицерина для увеличения внутренней осмолярносги. Ответ опосредуется трансмембранным чувсшительным к осмолярности рецепторным белком и МАР-киназным модулем, связанным со вторым каркасным белком, (Обратите внимание, что в данном модуле киназный домен каркасною белка 2 служит киназой МАР-киназы.) Неоиотря на то что в обоих мцвулях используется одна и та же киназа киназы МАР- киназы (кинаха А, зеленая), пересечения между модулями не происходит, поскольку эти киназы связаны с различными каркасными белками, и осмосенсор связан с тем же каркасом, что и акти вируемая им ки паза.
Удивительно, но каркасный белок 1 будет функционировать, даже если его лишить (методами генной инженерии) способности выстраивать в ряд или аллостерически регулировать три связанные с ним киназы. По-видимому, его роль заключается лишь в сближении киназ и увеличении, таким образом, частоты их взаимодействий дзуг с другом, т. е. увеличении скорости реакции за счет связывания белков (см.
Рис. 3.80, в). тепловым шоком и осмотическим стрессом, а также воспалительными цитокинами; другие МАР киназные модули в основном опосредуют ответы на сигналы. при ходящие от других клеток. Несмотря на то что каркасные белки обеспечивают точность и препятствуют пересечениялг, они ограничивают усиление и распространение сигнала в другие части клетки, поскольку для этого хотя бы несколько компонентов пути должны диффундировать (см. рис. 15.17).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
