Диссертация (1144759), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Эти исследования позволилиподойти к пониманию молекулярной организации насосной и сигнальнойфункций Na,K-АТФазы и, более того, экспериментально разделить эти функции(Ye et al., 2013; Lai et al., 2013). Как отмечено выше, Na,K-АТФаза существует в24двух основных конформационных состояниях E1 и E2 и установлено, что уабаинстабилизирует фермент в конформации E2P, активируя тем самым Src-киназу.
Наэтомоснованиипредполагается,чтодинамическоесоотношениемеждуконформациями E1/E2 в физиологических условиях может не только определятьнасосную функцию Na,K-АТФазы, но и регулировать активность Src, то естьсигнальную функцию фермента (Ye et al., 2013).Многочисленные данные свидетельствуют, что сигнальная функция Na,KАТФазы реализуется в кавеолах (Wang et al., 2004; Liu et al., 2003; 2011; Tian, Xie,2008; Schoner, Scheiner-Bobis, 2007; Lingrel, 2010; Morrill et al., 2012). ЭндогенныеКТС могут быть физиологическими стимулами для активации сигнальногокомплекса Na,K-АТФаза/Src-киназа (Schoner, Scheiner-Bobis, 2007; Li, Xie, 2009;Lingrel, 2010). В соответствии с моделью «Signalosome», -субъединица Na,KАТФазы является компонентом мультимолекулярного сигнального комплекса,включающего кавеолин, Src-киназу, рецептор эпидермального фактора роста,Na,Са-обменник, Са2+ каналы различного типа, фосфолипазу С, IP3-рецептор и др.Изложенный выше гипотетический механизм реализации сигнальнойфункции Na,K-АТФазы предполагает, что даже субнаномолярные концентрацииэндогенных КТС, не способные влиять на общую активность Na,K-АТФазы,должны вызывать самые разнообразные физиологические реакции.
В связи с этимвозникаетвопрос, кактакие концентрацииэндогенныхКТС способнывзаимодействовать с различными изоформами -субъединицы Na,K-АТФазы,аффинность которых к этим лигандам на порядки меньше, а 1-изоформа угрызунов вообще уабаин-резистентна (Ferrandi et al., 2004; Mijatovic et al., 2007;Desfrere et al., 2010). Одно из возможных объяснений заключается в следующем.Детальное изучение структуры специфического сайта связывания КТС позволяетпредположить существование двух сайтов – с высокой и низкой аффинностью куабаину (Ogawa et al., 2009; Sandtner et al., 2011; Laursen et al., 2013).
Однако, какпроисходит связывание КТС с -субъединицей Na,K-АТФазы, до сих пор доконца не ясно.25Возможно и другое объяснение высокоаффинного связывания уабаина приреализации сигнальной функции Na,K-АТФазы. Показано, что в почечныхкавеолах крысы находится пул 1-изоформы Na,K-АТФазы, обладающейаффинностью к уабаину на 3 порядка более высокой по сравнению снекавеолярной 1-изоформой. Более того, уабаин в концентрациях 0.1 – 1 нМспособен активировать комплекс этой изоформы с Src (Ferrandi et al., 2004). Понашимданным,пул2-изоформыNa,K-АТФазывдиафрагмекрысы,предположительно образующий функциональный комплекс с нХР в кавеолах,имеет на порядок большую аффинность к уабаину по сравнению с остальнымпулом 2-изоформы (Krivoi et al., 2006; Heiny et al., 2010).
Подобный эффектизменения аффинности к специфическим лигандам наблюдается у рядарецепторов, локализованных в липидных рафтах, и может быть объясненаллостерическим модулирующим влиянием холестерина за счет его прямоговзаимодействия с рецепторами, либо за счет изменения свойств липидного бислоямембраны (Sooksawate, Simmonds, 2001; Eroglu et al., 2003; Levitan et al., 2014).Нельзя исключить подобное влияние липидного окружения и на свойствалокализованного в кавеолах сигнального пула Na,K-АТФазы.Таким образом, имеющиеся в настоящее время знания об особенностяхмолекулярной организации сигнальной функции Na,K-АТФазы позволяютпредположить, что даже сверхнизкие концентрации эндогенных КТС способнырегулировать самые разнообразные клеточные функции, не вызывая при этомизменения помповой активности Na,K-АТФазы и ионных градиентов.
Внастоящее время именно с такой точки зрения объясняют влияние КТС на синтезбелка, пролиферацию и дифференцировку, процессы апоптоза, сократительныесвойства и др. (Xie, Askari, 2002; Aperia, 2007; Schoner, Scheiner-Bobis, 2007;Lingrel, 2010; Desfrere et al., 2009), влиять на выживаемость нейронов, функциимозга, оказывать противораковое и нейропротекторное действие (Lichtstein,Rosen, 2001; Golden, Martin, 2006; Kulikov et al., 2007; Mijatovic et al., 2007;Antonov et al., 2009; Dvela et al., 2012; Sibarov et al., 2012).261.1.4. Изоформы Na,K-АТФазы в скелетной мышцеРаботоспособность скелетных мышц тесно связана с активностью Na,KАТФазы, которая регулируются широким спектром самых разнообразныхфакторов(Sejersted,Sjogaard,2000;Clausen,2003,2013).Плотностьраспределения Na,K-АТФазы в сарколемме чрезвычайно велика и составляет 1000– 3500/мкм2 и основной пул Na,K-АТФазы всего организма содержится вскелетных мышцах (Clausen, 2003).Важнейшими регуляторами функционирования Na,K-АТФазы являютсявнутриклеточные ионы натрия и внеклеточные ионы калия, концентрациикоторых зависят от двигательной активности.
Такой вид регуляции являетсябыстрым, кратковременным и осуществляется за счет изменения каталитическойактивности фермента. Существует также долговременная регуляция помпы. Вданном случае изменяется количество молекул Na,K-АТФазы на единицуплощади мембраны за счет деградации белка и изменений в его синтезе (Clausen,2003; 2008), а также в результате процесса обмена с внутриклеточным пуломNa,K-АТФазы (транслокации) (Benziane, Chibalin, 2008). При этом существуетбольшое разнообразие факторов, которые вызывают уменьшение или увеличениеколичества Na,K-АТФазы в сарколемме.
Такие факторы как тиреоидные гормоны,глюкокортикоиды, физическая активность вызывают увеличение, напротив,иммобилизация, гипотироидизм, голодание, диабет, гиподинамия, дефицит ионовкалия ведут к падению количества молекул Na,K-АТФазы в мембране (обзоры:Clausen, 2003, 2008; 2013).В скелетных мышечных волокнах ко-экспрессируются 1- и 2-изоформыNa,K-АТФазы (Orlowski, Lingrel, 1988; He et al., 2001; Pirkmajer, Chibalin, 2016).
Вскелетной мышце 2-изоформа доминирующая и её фракция варьирует от 35 до65% от общего количества энзима (Haber, Loeb, 1988; Lavoie et al., 1997;Thompson et al., 1999), а по некоторым данным достигает 87% (He et al., 2001).Локализация и функциональная специализация 1- и 2-изоформ Na,K-АТФазы вскелетной мышце в течение многих лет является предметом дельного изучения27(обзоры: Кривой, 2012; 2014; 2016; McDonough et al., 2002; Clausen, 2013;Matchkov, Krivoi, 2016; Pirkmajer, Chibalin, 2016; Kutz et al., 2018). Однако офизиологической роли и функциональной специализации 1- и 2-изоформ Na,KАТФазы в поддержании электрогенеза, возбудимости и работоспособностискелетной мышцы известно недостаточно.Было показано, что градиенты Na+ и K+ в покое в основном поддерживает1-изоформа, выполняющая основную насосную функцию; вклад 2-изоформы вподдержание ионных градиентов и мембранного потенциала покоя (МПП)мышечных волокон невелик (Krivoi et al., 2003; Radzyukevich et al., 2004).Известно, что в скелетной мышце индукция и активность 2-изоформы Na,K-АТФазы селективно регулируется тиреоидными гормонами, инсулином,глюкокортикоидами, внеклеточными ионами калия, холинергическими лигандами(Haber, Loeb, 1988; Hundal et al., 1992; Marette et al., 1993; Kragenbrink et al., 1996;Thompson et al., 2001; McDonough et al., 2002; Krivoi et al., 2003; Radzyukevich etal., 2009).
На функционирование Na,K-АТФазы оказывает выраженное влияниедвигательная активность. Усиление двигательной активности увеличиваетколичество именно 2-изоформы Na,K-АТФазы в скелетной мышце (Yuan et al.,2007; Clausen, 2008; 2013; Kristensen et al., 2008; Murphy et al., 2008; Juel, 2009;Nordsborg et al., 2009; Benziane et al., 2011). Уменьшение двигательной активностипри травмах и с возрастом приводит к изоформ-специфическому нарушениюфункционирования Na,K-АТФазы, причем затрагивает в основном 2-изоформуNa,K-АТФазы (Boon et al., 2012; Perry et al., 2015; McKenna et al., 2012;Wyckelsma, McKenna, 2016).Обнаружена существенная неоднородность распределения 1- и 2- изоформNa,K-АТФазы в плазматической мембране и таких мембранных компартментах,какТ-системаикавеолы.Изоформа1равномернораспределенавповерхностной плазматической мембране, при этом ее кавеолярная фракциянезначительна.
Изоформа 2 преимущественно локализована в Т-системе и вгораздо меньшей степени в кавеолах (Williams et al., 2001; Cougnon et al., 2002;28Kristensen, Juel, 2010). Показано, что активность локализованнной в Т-системе 2изоформы играет важную роль в поддержании работоспособности скелетноймышцы при интенсивной нагрузке, когда можно ожидать существенногоповышения концентрации К+ в узких пространствах Т- системы с ограниченнойдиффузией (Radzyukevich et al., 2013; DiFranco et al., 2015). Предполагается, что1-изоформа, обладающая относительно более высокой аффинностью к К+ посравнению с изоформой 2, выполняет основную насосную функцию в покое ипри слабой сократительной активности. Изоформа 2 в таких условияхмалоактивна.
Однако ее активность быстро повышается при интенсивноймышечной работе, сопровождающейся накоплением К+ в Т-системе и этокритично для поддержания сократительной способности скелетной мышцы(DiFranco et al., 2015).Что касается экспрессии изоформ β- субъедницы Na,K-АТФазы в скелетныхмышцах, то описаны различные композиции β комплексов для разных типовмышц.Показано,чтовкрасных(медленных)мышечныхволокнахэкспрессируются комплексы только с β1- изоформой (1β1 и 2β1), тогда как вбелых (быстрых) – только с β2- изоформой (1β2 и 2β2). В смешанныхмышечных волокнах экспрессируются изоформы β1 и β2. В диафрагме найдены1β1 и 2β1 композиции, то есть в данной мышце экспрессируются субъединицы1 и 2 и только одна субъединица β1 (Hundal et al., 1993; Thompson et al., 1996).ВскелетныхмышечныхволокнахэкспресируетсябелокFXYD1(фосфолемман) (Geering, 2006; Mijatovic et al., 2007; Pirkmajer, Chibalin, 2016).Вопрос о ко-локализации FXYD1 с одной из -изоформ Na,K-ТФазы еще малоизучен.
Рядом авторов было показано, что в сердечной и скелетных мышцахфосфолемман взаимодействует с 1β-изоформами (Geering, 2006; Crambert et al.,2002; Fuller et al., 2003; Silverman et al., 2005). В то же время в мозжечке(cerebellum) и сосудистом сплетении желудочков мозга (choroid plexus)фосфолемман кооперируется с 1β-, 2β- и 3β-изоформами (Feschenko et al.,2003).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
