Крутецкая, Лебедев, Курилова - Механизмы внутриклеточной сигнализации - 2003 (947291), страница 18
Текст из файла (страница 18)
! 993). нанайя" предсзавлюот собой упорялоченные жидкие ломены в мембране (!(г(гцг) огг)егев) р!заве бова!пь) (Вготпз,!.опв)он, 1998Ы. Показана важная роль этих липидных микродоменов в процессах передачи сигналов в клетках. Так, обнаружено, что в мнкроломенах, обогащенных холестерином н сфинголипидами, концентрируются многие белки, участвующие в процессах внутриклеточной сигнализации: )ЧО- синтаза, Каз белки, тирозинкиназы семейства Бгс (Мерхоп1ап ес а1., 1999), гетеротримерные О-белки (Мойегт е! а1., 2000), потенциал-зависимые К'- каналы Кк2.1 (Маг!епз ег а1., 2000).
Мирисюилированне н пальмитоилирование белков является необходимым и достаточным для взаимодействия их с липидными микрадоменамн (Ме)коп!ап ег а1., !999: Мойей ег а!., 2000). Показано, что "гадя" играют важную роль в обеспечении структурно-функциональной организации кавеол (Вгоьп, (опдоп, 1998а,Ь). Однако в последнее время обнаружено участие этих липидных микродоменов в процессах передачи сигналов и в тех клетках, в которых кавеолы отсутствуют (Т-лимфоциты, базофилы) (!апек ег а1., 1999).
Для каждого фактора, действующего на клетку, можно, как правило, выделить основную сигнальную систему, преимущественно определяющую характер формируемого ответа. Однако в большинстве случаев, процесс активации находится под контролем не одной, а нескольких систем внутриклеточной сигнализации, так что важным фактором формирования ответа клеток становится взаимосвязь этих систем. Разнообразные взаимодействия сигнальных систем обеспечивают уникальность пути формирования каждого процесса, несмотря на использование для передачи информации внутри клетки небольшого числа универсальных посредников. Несомненно, что исследование механизмов, обеспечивающих совместный контроль передачи информации в клетке различными системами посрсдников, будет основным направлением работ в эгей области в ближайшие годы.
5. Механизмы Са"-снгнализацин в клетках 5.1. Са" - универсальный вторичный мессенджер Исследование механизмов формирования клеточного отав~а на стимул - одна из наиболее активно развивающихся областей клеточной биологии. В последние годы достигнут значительный прогресс в понимании путей активации клеток, в которых роль основного вторичного посредника выполняют ионы Са' (Вегг)бйе, 1гт!пе, !989; ВеггЫ8е, 1990; см. обз.
Крутецкая, Лебедев, 1992а; Веггк!8е, 1993; С!ариш, 1995а, 1995Ь; Воо!глап ег а)., 1997; см. обз. Крутецкая, Лебедев, 200!). Изменения в транспорте н внутриклеточной концентрации ионов вз Са ' играют ключевую роль в запуске и регуляции общих и специализированных клеточных функций. таких как пролиферация, рост, секреция, сокращение, передача нервного импульса, иммунный ответ и тл. (Ве~тЫйе, 1995Ь, 1997а,!997Ь: ВепЫйе ег а!., ! 998). Впервые важная роль Са ' как внутриклеточного регулятора была установлена английским физиологом Сиднеем Рингером в! 883 г. (Рг!пйег, 1883) в классических опытах, показавших, что механическая активность сердца тормозится, если во внешней среде нет Са .
Спустя 100 лет Тьен с соавторами (Тыеп е! а1., !984) сообщили о возможности измерения внутриклеточной концентрации свободного Саз' ([Са '),) в клетках илекопитаюших с помощью Са -флуоресцентного зонда ()ц!и 2. К настоящему времени существует уже несколько поколений высоко чувствительных флуоресцентных Са -зондов, позволяющих измерять концентрацию Са в цитозоле и во внутриклегочных органеллах (СаупЫеейсх ег а!., !985; Као, 1994; Та)гайазЫ ег а1., 1999; Вау1ог, Ной!пйзчопЬ, 2000). Саз' является универсальным вторичным мессенджером, действующим в клетках бактерий, растений и животных. Са необходим ляя жизнедеятельности клеток, и в то же время длительное повышение [Са'), приводит к гибели клеток (ВепЫйе е! а1., 1998). Са ' не может лолвергаться метаболическим превращениям, как другие посредники, лозтому [Са "), должна жестко регулироваться В связи с зтим, в клетках в процессе зволюции возникли системы белков, которые могут удерживать Са в связанном состоянии нли транспортировать его из клетки.
Чтобы избежать создания высокой [Сам)„опасной для клеток, концентрация свободного Са в покоящихся клетках поддерживается на очень низком уровне, в ! 000-2000 раз меньшей, чем концентрация Саз' в ивружной среде (1-2 мМ). Другим следствием жесткой регуляции [Са~ ]; является то, что Са диффундирует очень медленно и на малые расстояния в цитоплазме. Установлено, что ион Саз диффундируег на расстояние 0,1-0,5 мкМ до взаимодействия с Га '-связывающим белком (АНЬппоп ег а!., !992).
Чтобы избежать с одной стороны проблему питотоксичностн высоких [Са~ ]„а с другой - проблему медленной диффузии Са в цитоплазме, клетки выработали простой механизм сигнализации, основанный на генерации коротких импульсов [Са ), (Са '-спайков) (Вепзг(йе, ! 993; С1арйа~п, ! 995а; ВепЫйе, 1997а, 1997Ь). Активация многих мембранных рецепторов приводит к 3+ двухфазному увеличению [Са 1, вследствие мобилизации Са из внутриклеточных дегю и входа Са по градиенту концентрации из наружной среды (рис. 23).
г:век г — — — -~ Фв~шн Ов и — ое Ъ сз Ю сг ми~э Л"- о1гззьь О г г 3 ~ 5 вгм Рис. 23. Изменение внутриклеточной концентрации Саз' [Са'~); прн стнмулиции клеток агониствмн. Слева: типичный Са -сигнал, регистрируемый в среде, содержащей 2 мМ Са '. Добавление к ктеткам агониста (айолиа) вызывает двухфазный Са'-сигнал: кратковременный пик, связанный с мобилизацией Саг' из депо (ге1еазе) и выраженное длительное «плато». обусловленное входом Са из наружной среды ((л()вх).
Справа: агонист добавляется к клеткам, находящимся в бескальциевой среде н регистрируется фаза мобилнзиации Слг из депо (ге!сазе). Далее в среду вводится 2 мМ Са" и регистрируется фаза входа Са в клетку (по ХЬц, ВцпЬаошег, 1993). 5.2. Механнз(иы мобилизации Саг' нз внутрнкаеточных депо Все клетки млекопитающих, за исключением эритроцитоа, содержат органеллы, способные аккумулировать Са против электрохниического градиента. При соответствующих условиях Са вылгщит из этих депо медленно (из митохондрий, секреюрных гранул) или быстро (из саркоплазматического ретикулума (СР) мышечных клеток, Са -депо немышечных клеток). Са -запасающие органеллы, способные к быстрому обмену кальцием с цитоплазмой, содержат Са -буферные системы и Са -каналы, ло которым Са освобождается из депо.
5.2.1. Са - депо мышечных клеток з В мышечных клетках Са -депо служит СР. Различают свободные, продольные цистерны СР и терминальные цистерны, контактирующие с впячиваннями сарколеммы !цистернами Т-системы). Стрултурная гетерогенность СР определяется различными функциями его отделов: лродояьные цистернгл поглощают Са из миоплазмы. Терминальные цистерны способны к выбросу Са' в ответ на деполяризацию сарколеммы. Мембрана СР содержит Са '-АТФазу (мол.
масса 1!0 кДа), осуществляющую сопряжение гидролиза АТФ с переносом Са '. Са'. АТФаза составля~т 90% белков СР и транспортирует Са ' в стехиометрии 2:1 по отношению к АТФ. Са '-АТФаза является классическим кнтегральным мембранным белком, имеющим 10 трансмембранных а- спиральных сегментов (М1-М10). В шжоплазме расположены домены Са -АТФазы, участвующие в фосфорилировании и связывании ауклеотидов (АТФ) (Мас 1.еппап е! а1., !997! (рис.
24). Специфический ингибитор АЛЕКСА Са -АТ Фаз тапсигаргин связывается с тараисмембранным сегментом МЗ. В связывании Са ' участвуют трансмембранные сегменты М4, М5 и Мб При связывании 1 молекулы АТФ с цитоплазматическим нуклеотид-связывающим доменом Са '- АТФазы через мембарну СР в полость депо транспортируются 2 иона Са (Мас ! еппап е! а)., 1997). Са -АТФаза СР сердечных, скелетных и гладких мышц регулируется кислым протеолипидом фосфоламбаном (иол. масса 25 кДа). Молекула фосфоламбана состоит из пяти идентичных лротомеров (мол. массой около 5 кДа), тесно контактирующих друг с другом и пронизывающих мембрану СР. Фосфоламбан связывает АТФ в сзехиометрии 1:1 и может фосфорилироваться как цАМФ-зависимой протеинкиназой, так и Са '-кальмодулин-зависимой протеинкиназой.
Дефосфорилированный фосфоламбан связан с Са -АТФазой и ангибирует ее активность. Фосфорилирование фосфоламбана приводит к его отделению и активации АТФазы (Запэез ег а1, !939!. Са -АТФазы в СР являются продуктами двух различных генов: АЛЕКСА 1 и КЕКСА 2. 5ЕРХ'А ! АТФаэы экспрессированы в скелетных мышцах. а АЛЕКСА 2 ЛТФазы в сердечных и скелетных мьшшах (Рояхал е! а1., 1994; !!паза!и, !пез), 1999). белок кальсекаестрин (мол.
масса 42 кДа) и Са -связывающий белок с высоким сродством к Са ' (ьюл. масса 55 кДа) локализованы виугрп цистерн СР. Кальсеквсстрин, кислый растворимый белок, содержащий много остатков глутаминовой и аспарагиновой кислот, составляет ло 20% всего белка в терминальных цистернах скелетных вышц. Кальсеквестрин связывает польш по часть Са . поступающего в терминальные цистерны при работе Са '-АТФазьь Одна молекула кальсеквестрина способна связать 43 иона Саз'. Этот белок служит основным Са"-буфером в СР. В скелетных мышцах кальсеквестрин находится только в терминальных цистернах, в непосредственной близости к рианодин-чувствительному Саз"-каналу (Р(еггоЬоп ег а1,, 1990).
Локализация кальсеквестрина объясняется его функцией: белок не только служит буфером для Саз' внутри терминальных цистерн, но и концентрирует Са около Са -каналов, увеличивая тем самым скорооть 2+ и освобождения Саз'. и еьитвво нчи ямхьмомв мз мз Мз м4 мя мв мг мя мя мзо в мембране 5.2Л.1. Биофизическне характеристики и регуляция рианодини чувствительных Са -кана чов Са -каналы в мембранах терминальных цистерн, специфически связывающие расппельный алкалоид рианодин, служат объелтом интенсивных исследований.
Выяснение электрофизиологических и биохимических харакзерисгик этих Са '-каналов важно для понимания Рнс. 24. Топология Саз'-АТФазы саркоплазматического ретнкулума. Трансмембранный домен белка включает 1О и-спиральных сегментов (М1-М10). В цитоплазме локализованы домены, участвующие в фосфорилированин (рЬозрйогу1авоп) и связывании нуклеотндов (пцсгео1(де Ь(пб(лд). В связывании Са участвуют трансмембранные сегменты М4, М5 и Мб (по Мас 1.еппап ег а!., 1997).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
