Клітинна поверхня рецептори Рециклювання мембран і передача сигналів

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Клітинна поверхня: рецептори, Рециклювання мембран і передача сигналів

Введення

Всі клітки повинні мати механізми, що дозволяють їм контролювати стан навколишнього середовища і відповідати на що відбуваються в ній зміни. У плазматичних мембранах бактеріальних, рослинних і тваринних клітин міститься безліч спеціалізованих рецепторних молекул, які, взаємодіючи з позаклітинними компонентами, викликають специфічні клітинні відповіді. Одні рецептори пов'язують поживні речовини або метаболіти, інші - гормони або нейромедіатори, треті беруть участь в міжклітинній впізнаванні і адгезії або зв'язування клітин з нерозчинними компонентами позаклітинної середовища. Робота більшості рецепторних систем включає наступні стадії: 1) зв'язування ліганда або агоніста з рецептором, розташованим на клітинній поверхні, 2) передачу всередину клітини інформації про зв'язуванні речовини з рецептором; 3) клітинна відповідь, який у свою чергу ділиться ні первинний і вторинний. Ця бурхливо розвивається галузь досліджень завдяки застосуванню молекулярно-біологічних підходів має блискучі перспективи. Стає ясно, що численні, на перший погляд не пов'язані один з одним рецепторні системи мають у своїй основі багато спільного. Ідентифіковано кілька сімейств рецепторних білків з гомологічними первинними структурами; кожен білок зв'язується з характерним для нього лігандом, що викликає специфічний клітинний відповідь. Такі «суперсімейства» складаються з структурно споріднених, але функціонально розрізняються білків. Це передбачає наявність якихось модульних конструкцій не тільки серед рецепторних білків у межах даного сімейства, але також серед інших компонентів рецепторних систем, так що варіанти однієї і тієї ж основної структури рецепторного білка можуть задовольняти різноманітні потреби різних типів клітин, які взаємодіють з різними ефекторами. Зокрема, абсолютно очевидна ключова роль

Таблиця 1. Деякі суперсімейства структурно споріднених рецепторів у еукаріотів

связывающих белков и продуктов распада фосфатидилинозитола в самых разных системах. GTP зв'язуючих білків і продуктів розпаду фосфатидилінозитолу в самих різних системах.

Ми розглянемо також тісно пов'язаний з попереднім питання про динамічні властивості самої клітинної поверхні, зокрема поверхні тваринної клітини. Розглянемо динамічну рівновагу між плазматичною мембраною тваринної клітини і пулом внутрішньоклітинних мембранних везикул, званих ендосомамі або рецептосомамі, які отшнуровиваются від плазматичної мембрани і здатні знову з нею зливатися. Все це є частиною складного механізму внутрішньоклітинного мембранного транспорту, що протікає також за участю інших клітинних мембранних органел, наприклад комплексу Гольджі і лізосом. При надходженні відповідних сигналів специфічні білки плазматичної мембрани, інкапсульованими у внутрішньому мембранному пулі, швидко вивільняються і опиняються на поверхні мембрани в активній формі. Деякі макромолекули, наприклад ліпопротеііи низької щільності, поглинаються клітинами шляхом захоплення отшнуровивающіхся від плазматичної мембрани везикул в процесі, званому рецепторзавісімим еідоцітозом.

1. Поверхня тваринної клітини

Перш ніж переходити до обговорення структур різних мембранозв'язаних рецепторів і механізмів індукції клітинної відповіді, корисно розглянути будову поверхні тваринної клітини, оскільки більшість досліджень в цій області виконано на клітинах тварин. Плазматичну мембрану відрізняють від інших клітинних мембран дві особливості.

  1. Щодо високий вміст холестеролу. Оцінити частку холестеролу клітини, що знаходиться в плазматичній мембрані, досить важко, але ясно, що вона дуже суттєва. Високим вмістом холестеролу відрізняються і інші мембранні структури ендоцітозного шляху. Ще один ліпід, що міститься в значних кількостях у цих мембранах, - сфінгоміелін.

  2. Щодо високий вміст глікопроізводних. Глікопроізводіие містяться не тільки в плазматичній мембрані. Однак вони присутні в ній у великій кількості. Всі вуглеводні групи глікопротеїнів плазматичної мембрани знаходяться на зовнішній поверхні клітини, і знаючи місця їх прикріплення, можна визначити амінокислотні залишки мембранних білків, звернені назовні. Більшість білків плазматичної мембрани глікозовані. Корисно також пам'ятати, що деякі білки плазматичної мембрани прикріплюються до неї за допомогою фосфоінозітола і можуть вивільнятися під дією фосфоліпази С, а інші білки приєднуються через ковалентно пов'язані жирні кислоти.

Фізико-хімічні властивості холестеролу в складі модельних мембран широко досліджувалися, проте функціональна роль холестеролу в плазматичної мембрани до цих пір невідома. Далека від з'ясування і біологічна функція вуглеводних частин гликолипидов і глікопротеїнів.

В якості прикладу розглянемо поверхню еритроцита. Два переважають у цій мембрані білка - білок смуги 3 і глікофоріі А - є досить добре охарактеризованими глікопротеїнами. Близько 75 ° 7 »всіх моносахаридів клітинної поверхні входить до складу глікопротеїнів, а інші 25% містяться в гліколіпіди, які складаються з простих глобозідов і довголанцюгових полілактозамінцерамідов. Ці гліколіпіди становлять лише кілька молярних відсотків від загальної кількості ліпідів. Основні углеводсодержащего компоненти мембрани еритроцитів схематично представлені на рис. 9.1; вказана максимальна протяжність вуглеводних ланцюгів. Рис. 9.2 ілюструє поверхню еритроцита в дійсному масштабі, що дає уявлення про відстань між різними глікопроізводнимі. Насправді вуглеводні ланцюги не виступають над поверхнею клітинної так, як це зображено на рис. 9.1 і 9.2, проте ці структури, ймовірно, відіграють важливу роль при взаємодії клітин з їхнім оточенням.

Углеводсодержащего з'єднання надають клітинної поверхні яскраво виражений гідрофільний характер. При цьому негативний заряд в значній мірі визначається залишками сіалоних кислот, які складають сімейство похідних нейрамінової кислоти. У деяких випадках сіалові кислоти маскують специфічні сайти впізнавання на молекулах клітинної поверхні. Істотно, що глікопроізводние визначають властивості ділянки, що виступає над поверхнею клітинної на ~ 100 А. Крім того, ці специфічні компоненти володіють унікальними біологічними функціями.


Так, було показано, що вуглеводні компоненти гликолипидов і глікопротеїнів змінюються при розвитку і диференціювання клітини і можуть служити антигенними маркерами, асоційованими із пухлинами. Гангліозид, що представляють собою містять сіалових кислот глікосфінголіпіди, служать місцем зв'язування холерного і правцевого токсинів. Що ще цікавіше - гангліозид безпосередньо беруть участь у регуляції процесів клітинного росту і диференціювання, а також, мабуть, впливають на фосфорилювання рецептора фактора росту епідермісу - можливо, шляхом прямої взаємодії. При цьому роль вуглеводного компонента глікопротеїнів, і особливо рецепторних білків, не зовсім ясна. Глікозилювання може грати модулюючим або регуляторну роль при функціонуванні деяких рецепторів, необхідних для міжклітинної адгезії.

2. Рецептори, що визначають клітинну адгезію

Один з основних класів рецепторів клітинної поверхні бере участь в клітинній адгезії. Цей клас включає рецептори, які необхідні для впізнавання клітинами один одного і для їх адгезії, а також рецептори, відповідальні за зв'язування клітин з нерозчинними компонентами позаклітинного матриксу, такими, як фібронектину або колаген у тварин. За зв'язування відповідальні взаємодії, як між білками, так і між білками і цукрами. Здатність клітин до специфічного взаємною впізнавання і адгезії вкрай важлива для ембріонального розвитку; виявлені деякі компоненти клітинної поверхні, необхідні для цього. У дорослої тварини адгезивні взаємодії «клітина - клітина» і «клітина - матрикс» продовжують залишатися суттєвими для підтримки стабільності тканин. Ті специфічні системи, які вдалося дослідити, включають міжклітинний впізнавання при імунній відповіді, при міграції лімфоцитів до місць їх призначення і при індукції адгезивних властивостей у тромбоцитів при згортанні крові. Велику роль у дослідженні цих систем відіграло використання методів молекулярної біології, яке виявило структурні взаємозв'язку між рецепторами. Розглянемо деякі з рецепторів адгезії.

вязывание бактерий с гликолипидами 2.1 C вязиваніе бактерій з гліколіпіду

Безліч бактерій утворюють колонії на твердих субстратах, а в деяких випадках прилипають до специфічних поверхонь. З бактеріальних структур, що беруть участь в цьому процесі, найкраще охарактеризовані ворсинки. Це довгі нитковидні відростки, що не мають аналогів серед вищих організмів. , которые вызывают инфекционные заболевания мочевых путей человека. Прикладом можуть служити ворсинки, виявлені у патогенних штамів Е. coli, які викликають інфекційні захворювання сечових шляхів людини. Ворсинка містить -1000 білкових молекул, що утворюють спіраль, на кінці якої знаходиться рецепторний білок, специфічно зв'язується з дігалактозідсодержащімі гліколіпіду. Ці ліпіди присутні на поверхні епітеліальних клітин, що вистилають сечові шляхи, де і розмножуються бактерії. Зауважимо, що необхідною умовою виконання адгезинів його функцій є локалізація цього білка на значній відстані від клітинної поверхні, зазвичай покритої ліпополісахаридів. Адгезії функціонує як лектин, тобто сахаросвязивающій білок.

2.2 «хомінг» лімфоцитів: стовбурові кровотворні клітини теж потрібні глікопроізводние

Лімфоцити безперервно циркулюють між кров'ю і лімфоїдними органами. Саме в цих органах концентрується антиген з усіх міжклітинних просторів, піддається процесингу і стає доступним для Антигенспецифічність лімфоцитів, викликаючи імунну відповідь. Лімфоцити мігрують між кровотоком і лімфоїдними органами по лімфатичних судинах, і з усіх клітин крові тільки рециркулирующим Т-і В-лімфоцити прилипають до внутрішніх поверхонь стінок цих судин і потім мігрують до лімфоїдним органам. Така міграція називається «хомінг», і для цього необхідні специфічні рецептори на клітинній поверхні. Хомінг-рецептор - це білок з мовляв. масою -90 кДа, який ковалентно приєднаний до убіквітину. Убіквітин являє собою низькомолекулярний поліпептид, ковалентно зв'язаний з численними цитоплазматичними білками і бере участь у внутрішньоклітинній деградації білків. Роль убіквітину, приєднаного до віецітоплазматіческому домену цього рецептора клітинної поверхні, невідома. Ймовірно, однак, що подібним чином модифікуються і інші білки клітинної поверхні, тому такий механізм може мати велике значення.

Хомінг-рецептор, мабуть, є також лектином, який дізнається вуглеводну частину глікосоедіненій на поверхні ендотеліальних клітин. У цьому процесі бере участь манози 6 фосфат.

Стовбурові кровотворні клітини теж здатні до хомінг. Ці клітини, що диференціюються в макрофаги і в клітини інших типів, володіють спорідненістю до клітин строми кісткового мозку і селезінки. Саме тут відбувається проліферація і диференціювання цих клітин. Хоча відповідний рецептор і не був виділений, можна припустити, що він дізнається галактозним і маннозние залишки глікопроізводних в тканинах-мішенях. Тому взаємодії білок / цукор важливі для адгезії.

2.3 Молекули, що беруть участь в клітинній адгезії

Для ідентифікації білків клітинної поверхні, що беруть участь у взаємодіях між клітинами, з успіхом використовувалися моноклональні антитіла. Відповідні білки були названі молекулами клітинної адгезії, або САМ. Найбільш повно охарактеризовано сімейство глікопротеїнів, що беруть участь в адгезії нейронів. Подібні молекули були виявлені в мозку миші, курчати і людини. - CAM экспрессируются в нескольких формах в разное время в различных тканях. Під час розвитку окремого організму N - CAM експресуються в декількох формах у різний час в різних тканинах. - CAM являются гомофильными соединениями, т. е. молекула N - CAM одной клетки связывается со сходной молекулой другой клетки. Не виключено, що складна картина адгезії нейронів під час розвитку мозку обумовлена ​​диференціальної експресією і посттрансляційними модифікаціями невеликого числа молекул, а не участю великої кількості високоспецифічних білків адгезії. N - CAM є гомофільнимі сполуками, тобто молекула N - CAM однієї клітини пов'язується зі схожою молекулою іншої клітки. Хоча ці білки адгезії глікозовані, вуглеводи не є необхідними для взаємодії, що приводить до зв'язування. - CAM уменьшается в три раза, что коррелирует с увеличением адгезивиости. Однак глікозилювання може впливати на взаємодію, так, при переході від ембріонального мозку до мозку дорослого організму число залишків сиаловой кислоти в N - CAM зменшується в три рази, що корелює із збільшенням адгезівіості. Можливо, глікозірованіе відіграє регуляторну роль.

- CAM включают фосфорилирование сериновых и треониновых остатков в цитоплазматическом домене, ацилирование жирных кислот и сульфирование N концевых олигосахаридов. Інші посттрансляційних модифікації N - CAM включають фосфорилювання серинових і треонінових залишків в цитоплазматичної домені, ацилювання жирних кислот і сульфування N кінцевих олігосахаридів. - CAM . Можливо, всі ці модифікації є способами регулювання біологічних функцій N - CAM. - CAM продуцируются в трех разных формах. Крім того, з-за альтернативного сплайсингу мРНК N - CAM продукуються в трьох різних формах. САМ экспрессируются в разное время и в различных местах. Ці варіанти N САМ експресуються в різний час і в різних місцях. Два з них імовірно містять гідрофобну спіраль, занурену в мембрану, і протяжні С-кінцеві домени на цитоплазматичній стороні мембрани. Ці дві форми відрізняються наявністю в цитоплазматичної домені ділянки довжиною 261 амінокислотний залишок. У третьої форми гідрофобний домен відсутній, і, мабуть, цей білок зв'язується із зовнішньою поверхнею мембрани за допомогою фосфоінозітольного містка. - CAM неизвестны. Специфічні біологічні функції різновидів N - CAM невідомі.

- CAM , проведенный с помощью кДНК, показал, что N - CAM относятся к иммуноглобулиновому суперсемейству. N - CAM содержат пять смежных доменов протяженностью – 100 аминокислотных остатков каждый, которые гомологичны ие только друг другу, но и иммуноглобулинам. Аналіз амінокислотної послідовності N - CAM, проведений за допомогою кДНК, показав, що N - CAM відносяться до імуноглобулінового суперсімейство. N - CAM містять п'ять суміжних доменів протяжністю - 100 амінокислотних залишків кожен, які гомологічних ие лише одне одному, але і імуноглобулінів. - CAM состоят из иммуноглобулиноподобных доменов и филогенетически родственны иммуноглобулинам. Отже, N - CAM складаються з іммуноглобуліноподобних доменів і філогенетично споріднені імуноглобулінів. Це суперсімейство включає також інші білки клітинної поверхні, які функціонують як рецептори, у тому числі Т-клітинний рецептор і головні комплекси гістосумісності МНС. У нього входить також міелінсвязанний глікопротеїн, який, ймовірно, бере участь у взаємодії між аксонами і міелінізірованние клітинами периферичної нервової системи. - CAM , что предполагает наличие общей структурной основы у представителей одного класса молекул клеточной адгезии. За своєю структурою він дуже схожий з N - CAM, що передбачає наявність загальної структурної основи у представників одного класу молекул клітинної адгезії.

- CAM играют гомофильные белок-белковые взаимодействия между иммуноглобулиноподобными доменами. Основну роль у функціонуванні N - CAM грають гомофільние білок-білкові взаємодії між іммуноглобуліноподобнимі доменами. - CAM связывается также с гепарином с помощью домена, расположенного вблизи N конца, и это взаимодействие может играть роль в межклеточных контактах. Проте N - CAM зв'язується також з гепарином за допомогою домену, розташованого поблизу N кінця, і це взаємодія може грати роль в міжклітинних контактах. - CAM полифункционален. Таким чином, N - CAM поліфункціонален. На рис. - CAM , построенная по результатам исследований с использованием моноклональных антител. 9.4 схематично представлено структуру N - CAM, побудована за результатами досліджень з використанням моноклональних антитіл.

- CAM . Ідентифіковано та інші види САМ, відмінні від N - CAM.

- CAM , выделен из эмбриона цыпленка. N - CAM участвует в адгезии нервных клеток, a Один з них, нейроглиального, або Ng - CAM, виділений з ембріона курчати. ​​N - CAM бере участь у адгезії нервових клітин, a - CAM – нервных клеток и клеток глин. Ng - CAM - нервових клітин і клітин глин. - CAM отличны от таковых у N - CAM . Час появи та клітинна локалізація Ng - CAM відмінні від таких у N - CAM. - CAM вместе с N - CAM помогает в регуляции образования нервной сети. Можливо, запрограмоване поява Ng - CAM разом з N - CAM допомагає в регуляції утворення нервової мережі. Взаємодії, у яких беруть участь ці САМ, не залежать від іонів кальцію.

Виявлено окремий клас білків САМ, які опосередковує Са 2 +-Залежні міжклітинні взаємодії. Ці білки були названі кадхеріна і включають в себе епітеліальний кадхеріі, плацентарний кадхерін н увоморулін мишей. ^ CAM ; оба этих гликопротеина опосредуют взаимодействия между эпителиальными клетками. Гомолог Е-кадхеріна курчати називається L ^ CAM; обидва цих глікопротеїну опосередковує взаємодії між епітеліальними клітинами. Подібність амінокислотних послідовностей Са 2 +-Залежних білків САМ свідчить про те, що вони утворюють окреме суперсімейство молекул адгезії. - CAM по данным секвенирования кДНК показывают, что его мол. Наприклад, результати визначення повної амінокислотної послідовності L - CAM за даними секвенування кДНК показують, що його мовляв. - CAM отсутствует и L - CAM не принадлежит к суперсемейству иммуноглобулинов. маса становить 79,7 кДа, проте гомологія з білком N - CAM відсутній і L - CAM не належить до суперсімейство імуноглобулінів. - CAM – пять таких сегментов, что указывает на сходство структурной организации упомянутых белков. Тим не менш, в молекулі САМ є три сусідніх гомологічних сегмента довжиною по 113 амінокислотних залишків, а в молекулі N - CAM - п'ять таких сегментів, що вказує на подібність структурної організації згаданих білків.

Подальші дослідження білків САМ проллють світло на механізми міжклітинної впізнавання і адгезії під час ембріогенезу і безлічі інших клітинних процесів.

2.4 Рецептори, що беруть участь у міжклітинних взаємодіях при імунній відповіді

При дослідженні САМ знайшовся один несподіваний факт: у міжклітинних взаємодіях при ембріогенезі бере участь відносно невелика кількість структурно розрізняються САМ, а для взаємодій між лімфоцитами, опосередкованими імунну відповідь, спостерігається зворотна картина. У індукції антитіл, спрямованих проти специфічного антигену, беруть участь принаймні три різних типи клітин: 1) В-клітини, які продукують антитіла, 2) Т-клітини, які секретують фактори росту; 3) макрофаги, або додаткові клітини. У кожної з цих клітин є поверхневі рецептори, які беруть участь у специфічних міжклітинних взаємодіях і в активації В-клітин з метою їх подальшої проліферації і секреції антитіл проти специфічного антигену. Відомі два основних рецептора, що беруть участь в цьому процесі: 1) Т-клітинний рецептор, 2) глікопротеїни МНС класу II. Обидва вони входять до іммуноглобуліновие суперсімейство. Специфічні міжклітинні взаємодії, що беруть участь в імунній відповіді, визначаються в першу чергу білок-білковими взаємодіями між цими рецепторами клітинної поверхні. Наведемо спрощену послідовність подій.

  1. Антиген захоплюється А-клітинами, піддається процесингу і утворює на клітинній поверхні комплекс з глікопротеїнами МНС класу II.

  2. Т-клітина взаємодіє з А-кліткою за участю Т-клітинного рецептора. Мається на увазі, що Т-клітинний рецептор одночасно дізнається глнкопротеіни МНС класу II і антиген. При цьому з А-кліткою будуть взаємодіяти лише Т-клітини з підходящими Антигенспецифічність рецепторами. У популяції Т-клітин існує багато різноманітних структур Т-клітинних рецепторів, проте кожна окрема клітина продукує лише один з них. Результатом такої взаємодії між А-та Т-клітинами є, зокрема, утворення факторів росту, які стимулюють проліферацію субпопуляції Т-клітин, а також інших лімфоїдних клітин.

  3. В-клітини можуть експресувати велике число різних мембранозв'язаних імуноглобулінів, але, як і у випадку Т-клітин, індивідуальна По-клітина експресують лише один тип імуноглобуліну. По-клітини даної субпопуляції будуть нести поверхневі імуноглобуліни, зв'язуються зі специфічним антигеном, представленим системі. Активність і проліферація В-клітин посилюються при їх взаємодії з активованими Т-клітинами і факторами, які цими клітинами вивільняються. Мабуть, взаємодія включає впізнавання Т-кліткою антигену, який зв'язується з глікопротеїнами МНС класу II на поверхні В-клітини. Це явище відоме як МНС-обмежена імунна реакція. Проліферація активованих В-клітин призводить до утворення популяції клітин, які секретують Антигенспецифічність антитіло.

Глнкопротеіни МНС класу II є гетеродімер, в яких кожна поліпептидний ланцюг має єдиний трансмембранний сегмент. Обидва ланцюги глікозовані. Методом рентгеноструктурного аналізу було встановлено структуру головної частини глікопротеїнів МНС класу II і локалізований ділянку зв'язування з пептидними антигенами. У роботі наводиться інформація про взаємодію пептидних антигенів з глікопротеїнами МНС класу II. Дані з передачі енергії електронного збудження свідчать про те, що очищені глікопротеїни МНС класу II, вбудовані в плоску мембрану, утворюють потрійний комплекс з Т-кліткою і антигеном, що нагадує Антигенспецифічність взаємодія між В-і Т-клітинами. Нові дані про взаємодію між компонентами, які беруть участь у адгезії клітинних мембран, ймовірно, дозволять отримати досліди з використанням штучних мембран.

Т-клітинний рецептор складається з двох частин. Антигенспецифічність частина є а / З-гетеродімер, який має моноклональних специфічність і належить до імуноглобулінового суперсімейство. Цей а / З-димер утворює у мембрані комплекс із структурно інваріантним компонентом. Даний комплекс охарактеризований для мишачих і людських Т-клітин; він складається з чотирьох або п'яти поліпептидів. Ймовірно, ця частина Т-клітинного рецептора бере участь у передачі сигналу, що призводить до активації Т-клітини.

Глікопротеїни МНС класу II, присутні на антиген-представляють клітинах, можуть взаємодіяти і з іншим глікопротеінові рецептором, що знаходяться на поверхні Т-клітин. 4; его взаимодействие с гликопротеинами МНС класса II, возможно, облегчает межклеточное взаимодействие. Це рецептор CD 4; його взаємодія з глікопротеїнами МНС класу II, можливо, полегшує міжклітинну взаємодію.

Існує й друга пара рецепторів, які беруть участь у адгезії між антігенпредставляющіе клітиною і Т-хелперів. 2, который специфически взаимодействует с другим белком адгезии, обозначаемым LFA 3, который присутствует в мембранах множества типов клеток. Т-лімфоцити містять мембранний глікопротеїн CD 2, який специфічно взаємодіє з іншим білком адгезії, позначається LFA 3, який присутній в мембранах безлічі типів клітин. 2, так и LFA 3 являются членами иммуноглобулинового суперсемейства и структурно родственны N - CAM . Цікаво, що як CD 2, так і LFA 3 є членами імуноглобулінового суперсімейства і структурно споріднені N - CAM. - CAM , рецептор LFA 3 существует в разных формах и может фиксироваться на мембране с помощью трансмембранной спирали или фосфатидилинозитольного якоря. Як і N - CAM, рецептор LFA 3 існує в різних формах і може фіксуватися на мембрані за допомогою трансмембранної спіралі або фосфатіділінозітольного якоря. 3 и CD 2, по-видимому, существенно для активации Т-хелперов. Взаємодія між рецепторами LFA 3 та CD 2, мабуть, істотно для активації Т-хелперів.

Після активації Т-клітин відбувається експресія рецептора для фактора росту Т-клітин - інтерлейкіну 2. Клоновано і секвенований ген, що кодує одну субодиницю цього рецептора; мабуть, рецептор має єдиний трансмембранний сегмент і лише дуже невеликий С-кінцевий цитоплазматичний домен. Це дуже незвично для мітогенних рецепторів, які, як правило, мають протяжний цитоплазматичний домен, що володіє тірозінспеціфічной протеінкіназной активністю.

2.5 Інтегріни - сімейство рецепторів, які зв'язуються з компонентами позаклітинної матриці і білками адгезії

Крім суперсімейства іммуноглобулінових рецепторів клітинної поверхні ідентифікована та інше численне сімейство рецепторів клітинної адгезії, званих інтегринів. Інтегріни беруть участь у зв'язуванні з білками позаклітинного матриксу та іншими білками адгезії. - Gly - Asp и связываются с белками, содержащими его. У багатьох випадках інтегрини дізнаються трипептид Arg - Gly - Asp і зв'язуються з білками, що містять його. Інтегріни є гетеродімер, в яких кожна суб'едіннца імовірно містить один трансмембранний сегмент поблизу С-кінця. У кожній субодиниці є короткий цитоплазматичний домен і великий позаклітинний домен. Більша а-субодиниця в багатьох випадках піддається протеолитическому розщепленню з утворенням двох поліпептидних ланцюгів, з'єднаних дисульфідній зв'язком. по-субодиниця містить чотири повтору довжиною 40 амінокислотних залишків кожен, багатих цистеїном, які містять численні внутріцепочечние дисульфідні зв'язки. Обидві субодиниці глікозовані. Ідентифіковано приблизно 20 різних членів цього сімейства рецепторів у різних типах клітин. Про схожість членів цього сімейства свідчать результати перехресного иммунохимического аналізу та / або дані про гомології амінокислотної послідовності. Приклади інтегринів наведено в табл. 9.1. Показано, що ці білки зв'язуються з безліччю матриксних білків або білків адгезії, проте індивідуальні інтегрини строго специфічні. , но для полного объяснения специфичности нужно привлекать и другие детерминанты. Вирішальне значення для взаємодії мають тріпептідов RGD, але для повного пояснення специфічності потрібно залучати й інші детермінанти.

Одна з важливих функцій інтегринів полягає в передачі інформації в клітку, оскільки зв'язування з білками позаклітинного матриксу часто грає велику роль у визначенні форми клітини та її міграції і виявляється вирішальним для морфогенезу і диференціювання. Показано, що інтегрин з фібробластів курчати зв'язується з компонентом цитоскелету Талін. Цей зв'язок конкурентно інгібує пептидом, який відповідає сайту фосфорилювання тірозінкііази, що знаходиться в цитоплазматичної домен в суб'едіннци інтегринів. , что свидетельствует о кв аз независимости внутриклеточного и внеклеточного доменов. Цей пептид, однак, не впливає на зв'язування білків позаклітинного матриксу через сайт RGD, що свідчить про кв аз незалежності внутрішньоклітинного і позаклітинного доменів. Інтегрин - це найбільш повно охарактеризований трансмембранний білок, який одночасно взаємодіє з позаклітинними компонентами і цитоскелетом.

Однією цікавою особливістю інтегринів є наявність їх різновидів, що містять однакові в субодиниці, які представлені щонайменше трьома типами. Проте чітко розмежувати функції а-і б-субодиниць, вважаючи, що одні з них відповідальні за зв'язування з позаклітинними елементами, а інші - з внутрішньоклітинними, не вдається. Так, було показано, що здатність інтегринів курчати до зв'язування повністю втрачається при дисоціації субодиниць і відновлюється при реконструкції гетеродімер.

Приклади деяких інтегринів

1. Рецептори для білків позаклітинного матриксу птахів і ссавців. Вони зв'язуються з глікопротеінові компонентами позаклітинного матриксу, зокрема з фібронектином, ламінін і вітронектіном. . Зв'язування з рецепторами в більшості випадків конкуретнов блокується пептидами, що містять трипептид RGD. Було показано, що фібронектину опосередковує клітинне рух, і ясно, що рецептор фібронектину та його внутрішньоклітинні контакти мають вирішальне значення для клітинного морфогенезу.

  1. Глікопротеїни тромбоцитів. По і Ша є глікопротеїнами мембран тромбоцитів, гомологічними а-і / 3 субодиниця інших інтегринів. Цей поверхневий рецептор бере участь в агрегації тромбоцитів, що відбувається за згортання крові. Тромбоцитів не агрегує до тих пір, поки не відбудеться "активація" одним з агоністів - тромбіном, колагеном або адреналіном. Процес активації детально не вивчений, але одним з її результатів є збільшення доступності комплексу на поверхні тромбоцитів, в результаті чого він може взаємодіяти з циркулюючими макромолекулярних «адгезивними» білками, в тому числі з фібриногеном, фібронектином і фактором фон Віллебранда. Цей зв'язок залежить від кальцію. Фібриноген двухвалентен і, ймовірно, більш важливий для зв'язування тромбоцитів у каскаді агрегації. Плазматичний фактор фон Віллебранда є багатофункціональним глікопротеїном, який має спорідненості не тільки до активованого інтегрин, але і до колагену. Отже, цей білок адгезії сприяє прилипанню активованих тромбоцитів до судинного субендотелію, який стає доступним для них при порушенні цілісності ендотеліальних клітин після поранення. . Фактор фон Віллебранда зв'язується також з іншим рецепторним білком тромбоцитів, глнкопротеіном lb.

    1. Лейкоцитарні білки адгезії. Для того щоб мігрувати до місця інфекції і запалення, лейкоцити повинні вступити у взаємодію з ендотеліальними клітинами судин. Ідентифіковано три гетеродімерних рецептора, що беруть участь в адгезії лейкоцитів; всі вони відносяться до сімейства інтегринів. Мабуть, всі три білки мають однакові / 3 суб'едіні-ці. 1, связывается со специфическим глнкопротеином клеточной поверхности ICAM 4, присутствующим на фибробластах. Один з них, LFA 1, зв'язується зі специфічним глнкопротеіном клітинної поверхні ICAM 4, присутніх на фібробластах. Ця взаємодія може опосередковувати зв'язування Т-лімфоцитів з фібробластами при запаленні.

    2. Позиційно специфічні антигени дрозофіли. Мабуть, сімейство рецепторів, необхідних для нормального ембріонального морфогенезу дрозофіли, також належить до сімейства інтегринів. , происходит нарушение эмбриогенеза и блокируется гаструляция у Drosophila . У присутності пептидів, що містять послідовність RGD, відбувається порушення ембріогенезу і блокується гаструляція у Drosophila.

    2.6 Інші способи зв'язування з матриксом і білками адгезії

    Інтегріни не унікальні у своїх властивостях, що стосуються зв'язування з позаклітинним матриксом і білками адгезії. Показано, що ламінін, тромбоспондін і фактор фон Віллебранда специфічно зв'язуються з гліколнпідамі, що містять сульфогрупи. Фізіологічне значення цієї взаємодії неясно. Фермент 5 '- нуклеотидази також бере участь у взаємодії як з позаклітинними, так і з внутрішньоклітинними компонентами, хоча роль цієї взаємодії in не доказана. vivo не доведена. Існують також рецептори ламініну, які не відносяться до сімейства інтегринів.

    Всебічно вивчена агрегація дисоційованому клітин губки. Для ініціації цього процесу має відбутися зв'язування якогось високомолекулярного фактора з позаклітинним доменом рецептора агрегації, що знаходяться в плазматичній мембрані. Це, мабуть, служить сигналом до запуску швидкого розпаду фосфатидилінозитолу і утворення внутрішньоклітинних другий посередників, які ініціюють агрегацію, опосередковану чинником збірки колагену. Колагенові тяжі служать матриксом, на якому сорбуються клітини губки.

    3. Повторне використання мембран і ендоцитоз за участю рецепторів

    До цих пір ми вважали мембрану тваринної клітини статичною структурою, склад якої змінюється тільки під час росту клітини або при диференціювання. Насправді клітинна поверхня надзвичайно динамічна і складає разом з клітинними мембранними органелами частину складної мережі мембранного транспорту. Мембранний транспорт можна розділити на дві складові: ендоцитоз і екзоцитоз. Ендоцитоз - це поглинання позаклітинної рідини та часток у складі мембранних бульбашок, а екзоцитоз включає процесинг новосинтезованих білків і ліпідів та їх доставку до місця секреції або включення в плазматичну мембрану, лізосоми або вакуолі. В обох системах відбувається селективне перенесення специфічних мембранних компонентів між мембранами всередині клітини за допомогою везикул, які отшнуровиваются від однієї мембрани і зливаються з іншого. Найважливішою особливістю регулювання цих процесів є закислення везикул і вакуолей за допомогою Н + - АТРази.

    3.1 Про бщіе властивості ендоцітозного шляху

    Розмежуємо процеси поглинання клітиною великих часток, розчинених речовин і рідини. Поглинання великих частинок називається фагоцитозом і характерно тільки для клітин деяких типів. Процес активується частками і чутливий до цітохалазіну. Після утворення проміжної фагосоми везикула закісляется і потім зливається з лізосомами, що містить ферменти деградації.

    В основі поглинання рідини і опосередкованого рецепторами поглинання розчинених речовин лежить освіту облямованих ямок і облямованих везикул. Термін «облямовані» відноситься до морфології цих структур, що виявляється за допомогою електронної мікроскопії. Відмінною їх особливістю є наявність гратчастої структури з молекул білка клатріна, який зв'язується з заглибленнями на поверхні плазматичної мембрани і везикулами, що утворюються з таких ямок. Можливо, існують і інші ендоцітозние шляху без участі облямованих везикул, однак про них відомо небагато. Облямовані везикули беруть участь і в екзоцитозу.

    На частку облямованих ямок зазвичай припадає всього 1 - 2% загальної площі поверхні плазматичної мембрани, і більшість білків плазматичної мембрани не виявляються на цих ділянках. Однак концентрація деяких білків у цих ямках дуже висока. Наприклад, в них зосереджено близько 70% білка - рецептора ліпопротеїну низької щільності. У деяких випадках спорідненість рецептора до облямованим ямок постійно, в інших рецептор концентрується в них тільки за зв'язуванні ліганду. У табл. 9.2 перераховані деякі рецептори плазматичної мембрани, що беруть участь у поглинанні специфічних лігандів з допомогою облямованих ямок і везикул.

    Таблиця 9.2

    Деякі рецептори, інтерналізуемие при ендоцитозу

    Мабуть, після утворення ендоцітозних везикул оболонка з клатріна видаляється специфічним білком в ході АТР-залежної реакції. Ці дані отримані в експериментах in ; роль указанного белка in vitro; роль зазначеного білка in пока не выявлена. vivo поки не виявлена. Везикули без клатріна стають частиною складної системи трубочок і везикул, званих периферичними ендосомамі; вони локалізовані поблизу плазматичної мембрани. На основі функціональних і морфологічних відмінностей субпопуляція ендосом були надані різні назви. Ми будемо називати їх просто ендосомамі. Існує також система ендосом, локалізованих поблизу центріолей і комплексу Гольджі; вони називаються перинуклеарних ендосомамі. Ці структури майже напевно також беруть участь в ендоцнтозном мембранному транспорті. Кінцевий пункт ендоцітозного шляху знаходиться у вторинних лізосомах, де відбувається деградація окремих розчинених речовин.

    Швидкість, з якою відбувається Рециклювання мембран, воістину дивовижна. Її можна визначити за допомогою водорозчинних, не проникають в мембрану міток, оцінюючи швидкість поглинання клітиною позаклітинної рідини. До таких мітках відносяться, наприклад, радіоактивний інулін, декстрани, барвник люципер жовтий. Виміри, проведені на гепатоцитах з використанням інуліну, показали, що ці клітини поглинають шляхом ендоцитозу за 1 год кількість рідини, яка становить не менше 20% їх обсягу, і кількість мембранного матеріалу, за площею перевищує в п'ять разів площа їх базолатеріальной плазматичної мембрани! Швидкість ендоцитозу в інших типів клітин не настільки велика, але також вражає; наприклад, макрофаги поглинають за 1 год мембранний матеріал, площа якого вдвічі перевищує площу їх поверхні, а адипоцити - матеріал, за площею становить 0,2 площі їх поверхні. характерное время от 1 мин до 20 мин. Велика частина рідини, що поглинається клітинами, швидко виводиться з них з a характерний час від 1 хв до 20 хв. Можливо, між плазматичною мембраною і периферичними ендосомамі встановлюється динамічна рівновага, причому на частку ендосом припадає лише близько 3% загального об'єму клітини. епатоцитами, поступает в гораздо медленнее обменивающийся внутренний пул, что, возможно, отражает попадание его в другие внутренние вакуоли, например в лизосомы. Крім того, деяка частина інуліну, що поглинається i епатоцітамі, надходить в набагато повільніше обмінюються внутрішній пул, що, можливо, відображає потрапляння його в інші внутрішні вакуолі, наприклад в лізосоми.

    Ці дані свідчать про виняткову динамічності поверхні мембран. Бретчер звернув увагу на те, що якщо б якась ділянка плазматичної мембрани включався в одному місці клітинної поверхні і з'являвся в іншому, то це означало б, що існує односпрямований мембранний по-

    струм. Це подання було покладено в основу моделі, що пояснює механізм амебоідному руху клітини таким же чином, як і «кепііг» поверхневого антигену. Кепінг спостерігається як у лімфоцитів, так і в інших типів клітин; він ініціюється агрегацією білків плазматичної мембрани, звичайно шляхом зв'язування мультівалентного лнганда з якимось компонентом клітинної поверхні. Зв'язаний компонент агрегує з утворенням «вогнищ», які потім об'єднуються в один великий агрегат - кеп. Далі відбувається поглинання білкових агрегатів. Було висловлено припущення, що перші білкові агрегати пасивно захоплюються передбачуваним масовим мембранним потоком, при цьому вони концентруються біля місця інтерналізацін. Альтернативна точка зору, набагато більш поширена, полягає в тому, що кепінг - це активний процес, що протікає при прямій участі елементів цитоскелету. Цікаво відзначити, що гангліозид також можна індукувати для утворення кепа на лімфоцитах.

    3.2 Сортування компонентів комплексу рецептор-ліганд

    У результаті ендоцитозу і швидкого повторної переробки плазматичної мембрани відбувається поглинання не тільки рідин. Одна з основних функцій цього процесу полягає в полегшенні поглинання позаклітинних білків. Більшість рецепторів, перерахованих в табл. 9.2, які концентруються в облямованих ямках, зв'язуються з такими макромолекулярних лігандами, як глікопротеїни, ліпопротеїни низької щільності або імуноглобуліни. Крім того, є рецептори для факторів росту і таких гормонів, як ФРЕ або інсулін, коли в результаті повторної переробки плазматична мембрана швидко звільняється від комплексів гормон-рецептор, замінних ново синтезованими рецепторами. Структурні детермінанти, які опосередковує зв'язування цих рецепторів з облямованими ямками, невідомі. Встановлено первинна структура кількох таких рецепторів, при цьому ніякої схожості між ними не виявлено. конец обращен в цитоплазму, а у других ориентирован в противоположном направлении. Всі вони мають єдиний трансмембранний сегмент, але в одних N кінець звернений в цитоплазму, а в інших орієнтований у протилежному напрямку. У декількох випадках було показано, що цитоплазматичний домен рецептора необхідний для того, щоб рецептор залишався в незамкнутих ямках, але про це відомо дуже мало.

    Долі рецептора і лнганда після їх поглинання клітиною розрізняються. Виходячи з цього можна виділити чотири основні групи систем ліганд-рецептор.

    Група I. Рецептор повертається до поверхні клітки, ліганд направляється в лізосоми. Прикладами служать ЛНП-і асіалогліко-протеїновий рецептори.

    Група II. Як рецептор, так і ліганд направляються в лізосоми. Прикладами є ФРЕ-і інсуліновий рецептори.

    Група III. Рецептор залишається пов'язаним з лігандом, а ліганд направляється в інший домен плазматичної мембрани. Це явище називається трансцитозу і характерно для рецепторів імуноглобулінів у поляризованих епітеліальних клітинах. и IgM подвергаются протеолитическому расщеплению, тогда как рецептор для IgG при некоторых условиях может использоваться вновь. Після такого клітинного «транзиту» рецептори для IgA і IgM піддаються протеолитическому розщепленню, тоді як рецептор для IgG за деяких умов може використовуватися знову.

    Група IV. І рецептор, і ліганд повертаються до одного й того ж домену плазматичної мембрани. Найбільш повно охарактеризованих прикладом такого роду є трансферріновая система, в якій після поглинання комплексу трансферин-залізо і видалення заліза комплекс апотрансферрін-рецептор повертається до клітинної поверхні.

    Швидкості всіх цих процесів досить великі. Зазвичай час життя рецепторів, які повертаються до клітинної поверхні, становить всього 3 - 6 МНН, а час повного обороту рецептора - близько 15 - 25 хв. У рівноважному стані на клітинній поверхні виявляється близько 65 - 75% рецепторів, а інша їх частина знаходиться на різних внутрішньоклітинних мембранах. Повний аналіз рівноважної кінетики поглинання і процесингу може бути проведений з залученням констант швидкостей для кожного елементарного кроку,

    Однією з характерних особливостей механізму сортування є його дивовижна точність. Наприклад, трансферріновий рецептор майже завжди знаходиться в базолатеральной, але не в апікальній мембрані поляризованих епітеліальних клітин. Вірогідність його помилкового включення до апикальную мембрану становить лише -0,1%, тобто досить мала для збереження полярності мембран цих клітин. В інших системах, де за експериментальними даними ймовірність помилки досягала 4%, для коригування локалізації рецепторів був необхідний додатковий етап сортування.

    Механізм сортування повинен бути дуже витонченим. Мабуть, різні комплекси рецептор-ліганд поглинаються разом в одних і тих же частинах облямованих везикул, а сортування всередині везикул відбувається за кілька хвилин. Наприклад, рецептор для асналоглікопротеінов переміщається в латеральному напрямку всередині ендосомной системи і концентрується в трубочках і маленьких везикулярний компонентах, але не у великих везикулах. Можливо, великі ендосомние везикули, практично позбавлені цього рецептора, але містять глікопротеїн-вий ліганд, зливаються потім з лізосомами. Однак трубочки, що містять рецептор, повертають його до клітинної поверхні. У цьому випадку сортування безсумнівно відбувається всередині ендосомного комплексу органел.

    Який механізм лежить в основі швидкого сортування макромолекул? Звичайно, повинні існувати особливі структурні «сигнали», що приводять до компартмеіталізаціі специфічних рецепторів і ліганд ів. Єдиним відомим сигналом є ман-нозо 6 фосфат, який присутній на ферментах, що прямують в лізосоми. Маноза 6 фосфатспеціфічние рецептори знаходяться в комплексі Гольджі, де вони направляють н овосінтезірованние білки в лизосому, а також на плазматичної мембрани, де вони викли ють секрецію таких ферментів в зовнішнє середовище.

    Крім специфічних структурних сигналів сортування велику роль грає закислення внутрішньоклітинних везикулярний компартментов. Значення рН в ендоцітозних бульбашках становить 5,0 - 6.2. При таких низьких рН відбувається дисоціація комплексів рецептор-ліганд, що включають ліпопротеїни низької щільності, лізосомні ферменти, асіалоглікопротеіни, фактор росту епідермісу та інсулін. У таких умовах від комплексу трансферин-рецептор від'єднуються і два атоми заліза, хоча в цьому випадку апотрансферрін залишається пов'язаним зі своїм рецептором.

    У деяких опортуністичних вірусів і токсинів виробилися механізми проникнення в клітину, засновані на закислення везикул. Наприклад, дифтерійний токсин зв'язується з якимось неідентифікованим рецептором на клітинній поверхні і потім поглинається ендоцітозним шляхом. Зниження рН ендоцітозних везикул індукує в молекулах токсину конформационное зміна, що призводить до його проникненню через везикулярне мембрану і дозволяє ферментативно активної частини токсину досягти цитоплазми. рН-індуковані конформационное зміна може викликати утворення трансмембранної пори. Багато вірусів тварин, що мають оболонку, теж потрапляють в цитоплазму шляхом ендоцитозу. Низьке значення рН, що відзначається в ендоцітозних везикулах, індукує конформационное зміна в глікопротеїну, що входять до складу шіловідние структур вірусних мембран, що полегшує як злиття мембрани вірусу з мембраною ендоцітозной везикули, так і доставку вірусного генома в цитоплазму. Прикладами можуть служити вірус лісу Семліки і вірус грипу.

    рН у внутрішньоклітинних компартментах може підвищуватися при додаванні слабких підстав чи іонофоров. Слабкі підстави можуть проходити через ліпідний бішар в незарядженої формі і протонувати в кислому вмісті компартмента. У результаті рН в компартменте може підвищуватися на 1 - 2 одиниці і блокувати багато рН-залежні процеси. Такі слабкі підстави часто називають «лізосомотропни-ми» або «ацідотропнимі» агентами. Моненсін врівноважує протонний і К +-градієнти, що також збільшує рН в вакуолях.

    Додавання цих агентів часто запобігає Рециклювання рецепторів клітинної поверхні. Комплекси рецептор-ліганд при цьому не дисоціюють, і рецептори накопичуються у внутрішніх мембранних везикулах, не досягаючи клітинної поверхні. Така картина спостерігається, наприклад, для ЛНП-і асіалогліко-протеїнового рецепторів. Мабуть, обмін між периферичними ендосомамі і плазматичною мембраною при цьому не слабшає, однак міграція до лізосом може блокуватися.

    Великих успіхів у вивченні цієї складної системи сортування були досягнуті завдяки застосуванню електронної мікроскопії при майстерному використанні таких клітин, як пероксидаза хрону, а також рН-контролюючих міток. Дуже корисними виявилися і генетичні підходи, засновані на резистентності до певних токсинів і вірусів при неповному закислення ендоцітозних везикул. Джерелом відповідних мутантів можуть бути дріжджі. Біохімічні дослідження грунтуються на виділенні і характеристиці добре відомих субпопуляцій ендоцітозних везикул. Для розділення ендоцітозних і екзоцітозних везикул використовуються спеціально розроблені електрофоретичні методи, підходи, засновані на імунологічному спорідненості, а також процедури зі зміщенням щільності при використанні холінестерази. У деяких лабораторіях вдалося провести злиття ізольованих ендоцітозних бульбашок in и показать, что для этого необходим АТР; слияние происходило только в случае эндоцитозных пузырьков, полученных в течение 5 – 15 мин после интерналнзации. vitro і показати, що для цього необхідний АТР; злиття відбувалося тільки у випадку ендоцітозних бульбашок, отриманих протягом 5 - 15 хв після інтерналнзаціі.

    3.3 Клатрін

    При ендоцитозу спостерігаються в першу чергу такі структури, як облямовані ямки і облямовані везикули. Їх характерною особливістю є наявність на цитоплазматичній поверхні полігональної решітки, утвореною клатріном. Властивості клатріна та асоційованих з ним білків визначають, які саме рецептори скупчуються в облямованих ямках; ці властивості якимось чином опосредуют і зміна мембрани, що приводить до отшнуровиванію облямованих везикул. Молекула клатріна містить три важкі ланцюги і три легкі і має складну структуру з трьома гілками, кожна з гілок утворена однієї важкої ланцюгом і однієї легкої. Виділений клатрін спонтанно асоціює з утворенням полігональної решітки як у присутності, так і під час відсутності мембран. Роботи з реконструкції з очищеними плазматичними мембранами показали, що в місцях утворення облямованих ямок є обмежене число ділянок зв'язування з високою спорідненістю до клатріну. З клатріновой гратами пов'язані і допоміжні білки з мовляв. масами 100 і 50 кДа.

    Кожна клітина продукує два основні класи легких ланцюгів клатріна. Вони кодуються двома різними генами, мРНК яких піддається диференціальному сплайсингу, що призводить до появи щонайменше чотирьох різновидів білків. Важкі ланцюги грають структурну роль, а легкі, ймовірно, виконують регуляторну функцію і утримують місця зв'язування кальмодуліну, а також АТР-залежного роздягаючих білка. У клітці половина клатріна знаходиться в розчині, і між цією формою і мембранними структурами підтримується динамічна рівновага. До злиття облямованих везикул з ендоцітозной системою з них повинен вивільнитися клатрін; ця реакція каталізується роздягає білком, який виконує чисто каталітичну функцію, однак залишається міцно пов'язаним з молекулами клатріна навіть у відсутність клатріновой решітки. У клітці цей білок знаходиться в надлишку по відношенню до клатріну.

    Щоб зрозуміти природу рецепторзавісімого ендоцитозу і його регуляції, необхідно з'ясувати механізм переходу клатріна з мономерної форми в мембранозв'язаних структуру і назад, а також механізм утворення таких структур на мембрані.

    3.4 Деякі приклади інтерналізуемих рецепторів

    Розглянемо коротенько властивості деяких рецепторів. Всі вони мають єдиний трансмембранний домен, але цим подібність і обмежується. , III и IV. Ми зупинимося на рецепторах груп I, III і IV.

    ЛНП-рецептор людини

    Це типовий рецептор групи I, який повертається до плазматичної мембрани, в той час як його ліганд, сироватковий ліпопротеїн низької щільності, потрапляє в лизосому. Особливо багаті цим рецептором клітини печінки і надниркових залоз, куди ЛНП поставляють холестерол для синтезу жовчних кислот і стероїдних гормонів, відповідно. За даними про амінокислотної послідовності рецептора, визначеної за допомогою кДНК, він складається з п'яти доменів. Виражена гомологія з іншими мембранними рецепторами відсутня, хоча два найбільших зовнішніх домену містять повтори, багаті цистеїном і гомологічні відповідно фактору С9 комплементу і попередникові ФРЕ. Рецептор має єдиний трансмембранний домен і непротяжних цитоплазматичний С-кінцевий домен. Показано, що в осіб з таким генетичним захворюванням, як сімейна гіперхолестеролемія, ЛНП-рецептори не функціонують. Встановити функції структурних доменів рецепторів допоміг мутаційний аналіз. Так, було показано, що модифікації в цитоплазматичної домені ЛНП-рецептора перешкоджають зв'язуванню рецептора з облямованими ямками, навіть якщо зв'язування ЛНП з рецептором не змінюється. Крім виявлення мутацій, що відбуваються in , проводились опыты in vivo, проводилися досліди in для получения необходимых мутаций и определения свойств экспрессированного продукта гена. vitro для отримання необхідних мутацій і визначення властивостей експресувати продукту гена. Для цього застосовувалася рекомбінантна ДНК, в якій був відсутній ген, який кодує домен, гомологічний попередникові ФРЕ. Такий рецептор зв'язує ЛНП, але не вивільняє його при закислення. Це блокує Рециклювання рецептора і веде до його деградації після зв'язування ліганду.

    Асіалоглікопротеіновий рецептор

    ацетилгалактозой на конце. Цей рецептор групи I, званий також печінковим лектином, зв'язується з десіалірованнимі глікопротеїнами сироватки і дізнається глікопротеїни з галактозою або N ацетілгалактозой на кінці. конец обращен в цитоплазму; 2) в растворе детергента этот рецептор находится в виде гексамера, причем множество таких гексамеров встречается и в мембране. Слід відзначити дві цікаві особливості: 1) рецептор має єдиний трансмембранний сегмент і є одним з кількох рецепторів, в яких N кінець звернений в цитоплазму, 2) в розчині детергенту цей рецептор знаходиться у вигляді гексамери, причому безліч таких гексамеров зустрічається і в мембрані. , который находится на лимфоцитах человека и функция которого неизвестна. Асіалоглікопротеіновий рецептор гомологічен рецептору з низькою спорідненістю до IgE, який знаходиться на лімфоцитах людини і функція якого невідома.

    Рецептор для полімерного імуноглобуліну

    или IgM из сыворотки и транспортирует их от базолатеральной мембраны к апикальной поверхности гепатоцитов. Цей рецептор зв'язує імуноглобуліни IgA або IgM із сироватки і транспортує їх від базолатеральной мембрани до апікальної поверхні гепатоцитів. , высвобождается в желчь гепатоцитов. Під час цього процесу рецептор розщеплюється і частина його, пов'язана з молекулою Ig, вивільняється в жовч гепатоцитів. Таким чином, рецептор використовується тільки один раз і не відновлюється. Як видно з рис. 9.3, даний рецептор відноситься до суперсімейство імуноглобулінів і має п'ять позаклітинних іммуноглобуліноподобних доменів. Показано, що його цитоплазматичний домен істотний для ендоцитозу.

    Трансферріновий рецептор

    Цей рецептор бере участь в поглинанні заліза із сироватки. Рецептор зв'язується з трансферину, що містить два атоми заліза, інтерналізуется і залишається пов'язаним з апотрансферріном після від'єднання атомів заліза в кислих ендоцітозних везикулах. Як і у випадку ЛНП-рецептора, концентрування цього рецептора в облямованих ямках і його інтерналізація тривають і у відсутність ліганду. Рецептор представляє собою димер з дисульфідними зв'язками, глікозильований і ацілірованний щонайменше по одному залишку цистеїну, який був ідентифікований за допомогою сайт-специфічного мутагенезу. конец обращен в цитоплазму. Одна субодиниця складається з 760 залишків, і її N кінець звернений в цитоплазму. и ФРЭ, необходимо наличие цитоплазматического домена. Для інтерналізації трансферрінового рецептора, як і рецепторів ЛНЩ, IgA і ФРЕ, необхідна наявність цитоплазматичного домену. Цей домен містить кілька серинових залишків, які можуть бути фосфорілірова-ни »але, як було показано, ці залишки несуттєві для інтерналізації. Тим не менше було встановлено, що форболових ефіри, які активують протеинкиназу С, зменшують число трансферрінових рецепторів на поверхні клітини і попутно викликають їх фосфорилювання. Навпаки, інсулін та інші мітогени сприяють концентрування рецептора на клітинній поверхні, мабуть, шляхом збільшення швидкості його екстерналізації. Механізм цього явища невідомий, але вважають, що розподіл цього та інших рецепторів між плазматичною мембраною і внутрішніми везикулами є важливим регуляторним фактором.

    4. Злиття мембран

    Аналіз процесів переміщення мембранних компонентів показує, що злиття окремих мембранних структур всередині клітини є досить поширеним і дуже суттєвим клітинним процесом. Таке злиття повинно відбуватися дуже швидко і з високою вибірковістю, без витоку вакуолярного вмісту в цитоплазму. Регуляція процесу має бути дуже тонкою. Наприклад, плазматична мембрана швидко зливається з периферичними ендоцітознимі бульбашками, але не з плазматичними мембранами сусідніх клітин; з ними вона злипається. Який механізм злиття мембран і як він регулюється? Відповіді на ці питання поки не отримані, але з експериментів на модельних мембранах встановлені мінімальні вимоги до злиття мембран і показано, що у швидкому та виборчому злиття можуть брати участь білки; про це свідчать результати робіт з використанням білків шіловідние виростів оболонки вірусів тварин. Ці дослідження показали, що злиття може відбуватися принаймні у два етапи. По-перше, зливаються мембрани повинні вступити в тісний контакт. Для цього необхідно подолати електростатичне відштовхування і, що найбільш важливо, має відбутися дегідратація полярних груп ліпідних молекул. По-друге, в щільно прилеглих один до одного бішару повинен існувати якийсь локальний дефект упаковки, щоб могли реалізуватися міжмембранні гідрофобні взаємодії. На кожному з цих етапів можуть приймати участь білки, що, ймовірно, і відбувається in . vivo.

    4.1 Роботи з ліпідними везикулами

    Для дослідів використовували дві модельні системи: злиття ліпідних везикул і злиття плоскою модельної мембрани з ліпідними везикулами. За процесом злиття можна стежити за допомогою світлового або електронного мікроскопа, але частіше проводять прямий кількісний аналіз злиття внутрішніх компартментов або змішування ліпідів, що утворюють везикули

    3 Нехай одна група везикул містить діпіколіновую кислоту, а інша - Tb 3 +. При злитті везикул і змішуванні їх вмісту ці два реагенти швидко утворюють сильно флуоресціюючий ТЬ 3 + - Діпіколінатний комплекс, що і дозволяє проводити кількісні вимірювання. За процесом змішування ліпідів можна стежити, вимірюючи ефективність переносу енергії електронного збудження між флуоресціюючими ліпідними молекулами, що належать до змішування різних везикул. Ці методи дозволяють розрізняти агрегацію везикул і їхнє справжнє злиття.

    Чудовою особливістю одношарових фосфоліпідних везикул є те, що мимовільно вони зливаються з великими труднощами. Хоча між протилежними фосфоліпідних бішару існує вандерваальсово взаємодія, між ними є також сильне електростатичне відштовхування, особливо в тому випадку, коли везикули містять негативно заряджені фосфоліпіди. Наприклад, везикули, що містять фосфатидилсерин, не будуть збиратися, оскільки існує значний енергетичний бар'єр, що перешкоджає утворенню щільного контакту між мембранами, необхідного для утворення комплексу. Всі фосфоліпіди, включаючи цвіттеріонние ліпіди, зв'язуються з водою, і для того, щоб два прилеглих бішару могли вступити в прямий контакт, цей поляризований водний шар на поверхні ліпідного бішару повинен бути знищений. Дегідратація фосфоліпідів вимагає великих енергетичних витрат, і роль агентів, що полегшують злиття мембран, полягає, зокрема, у зниженні цього енергетичного бар'єру. Деякі фосфоліпіди ги-дратіровани у меншій мірі, ніж інші, і утворюють везикули, які зливаються набагато легше. Наприклад, везикули, що складаються з фосфатидилетаноламін / фосфатидилсерин, зливаються ефективніше, ніж везикули з фосфатидилхоліну / фосфатидилсерин. Векзікули, що складаються з фосфатидилетаноламін, злипаються один з одним сильніше, ніж везикули з фосфатидилхоліну, через різницю в ступені гідратації.

    Агенти, що полегшують злиття мембран

    1. Кальцій. При додаванні Са 2 + до везикула, що містить аніонні ліпіди, часто відбувається їх злиття. Якщо везикули складаються тільки з аніонних ліпідів, додавання Са 2 + призводить до руйнування везикул; якщо ж аніонні ліпіди змішані з нейтральними, такими, як фосфатіділетанола-мін, то відбувається злиття. 2+ . Для цього необхідні високі концентрації Са 2 +, який не може бути замінений Mg 2 +. Са 2 + нейтралізує негативний поверхневий заряд, створюваний аніонними ліпідами, і полегшує агрегацію везикул. Крім того, Са 2 + особливо ефективний при утворенні містка між аніонними фосфоліпідами в довколишніх бішару завдяки формуванню міцного комплексу Саг. 2 Це призводить до дегідратації ліпідів, тобто виштовхування води з простору між протилежними бішару. Mg 2 + Стабілізує агрегацію везикул, але зазвичай не стабілізує тісний контакт дегідратованих протилежних бішару, причому ефективність його дії залежить від ліпідного змісту везикул.

    Деформація, яка відбувається за адгезії везикул, призводить до напруги в мембранах, яке знімається при злитті. Злиття полегшується при наявності дефектів упаковки ліпідного бішару, що виникають із-за якихось локальних флуктуації або утворюються на межі розділу фаз у присутності Са 2 +. Як правило, чіткої кореляції між умовами, що приводять до злиття везикул, та умовами, що полегшують великомасштабне розподіл фаз ліпідів, не виявляється. Са 2 + - Індуковані злиття часто супроводжується лізисом.

    Са 2 + сприяє також злиття везикул з аніонних ліпідів з плоскими мембранами. Однак у цьому випадку необхідною умовою є наявність осмотичного градієнта або на везикул, або на плоскій мембрані. Мабуть, злиття стимулюється завдяки додатковим механічним напруженням. Висловлювалося припущення, що осмотичний набухання є рушійною силою злиття мембран in , но пока это не подтверждено экспериментально. vivo, але поки це не підтверджено експериментально.

    Чи має Са +-індуковане злиття якесь фізіологічне значення? Часто помічали, що в багатьох випадках злиття in предшествует изменение концентрации Са 2+ в цитоплазме. vivo передує зміна концентрації Са 2 + в цитоплазмі. Але концентрації Са 2 +, Необхідні для цього in , гораздо выше физиологических. vitro, набагато вище фізіологічних. З іншого боку, наголошувалося, що якщо два ліпідних бішару вже тісно контактують один з одним, то їх спорідненість до Са 2 + дуже високо і освіта Са 2 +-Містків між протилежними мембранами може індукувати при змінах концентрації Са 2 +, Що не виходять за межі фізіологічного діапазону.

    Утворюються чи при злитті ліпідного бішару якісь проміжні форми? Це питання широко обговорювалося. Розглядалася можливість існування ліпідних частинок і небіслойних форм. Однак про освіту рідко зустрічаються короткоживучих проміжних структур, що виникають при злитті ліпідного бішару, мало що відомо.

    1. Поліетиленгліколь і декстран. Ці агенти використовуються досить часто, але охарактеризовано вони гірше, ніж Са 2 +. Зазвичай вважають, що вони викликають дегідратацію везикул, що приводить до їх агрегації і злиття.

    2. Злиття під дією електричних сил. Злиття фосфоліпідних везикул, як і клітин, можна індукувати за допомогою коротких електричних імпульсів. Під дією високої напруги в мембранах утворюються пори, що може призвести до утворення тісного контакту між ліпідного бішару. При накладенні сильного електричного поля в мембранах можуть також виникнути довготривалі дефекти, які, мабуть, полегшують освіта гідрофобних контактів між прилеглими ліпідного бішару.

    3. Білки та пептиди. Показано, що злиття везикул сприяють багато розчинні білки і амфіфільні пептиди. У багатьох випадках цей процес залежить від рН і протікає тільки при протонировании відповідних груп білкової молекули. Наприклад, в кислих умовах а-лактальбумін піддається конформаційні зміни, що приводить до експонування гідрофобною петлі, що полегшує зв'язування з фосфо-ліпідними везикулами. Це якимось чином полегшує злиття везикул. . aureus . Оба они имеют гидрофобный участок, который может связываться с мембранами. Злиття фосфатіділхолінових везикул сприяють два амфіфільних пептиду - меліттін та 5 гемолізин з S. Aureus. Обидва вони мають гідрофобну ділянку, який може зв'язуватися з мембранами. Ймовірно, завдяки локальному раазрушенію бішару долаються електростатичний і гідратаціоннний бар'єри, що ускладнюють агрегацію і злиття везикул. Висловлювалося припущення, що при необхідності подібні гідрофобні пептиди можуть утворюватися і in , однако убедительные данные на этот счет отсутствуют. vivo, проте переконливі дані на цей рахунок відсутні. Крім того, відомо, що окремі ділянки білкових молекул можуть викликати такий же ефект без розщеплення з подальшим утворенням пептидів.

    4.2 Вивчення білків, що входять до складу шіловідние структур оболонки вірусів

    Звичайно, описана вище здатність таких білків, як а-лак-тальбумін, полегшувати злиття ніяк не пов'язана з їх фізіологічною роллю. Однак є білки, функція яких полягає саме у прискоренні злиття мембран. Це глікопротеїни шіловідние структур оболонки вірусів тварин. Віріони цих вірусів мають біслойную ліпідну оболонку, з якою пов'язані вірус-специфічні білки, що опосередковують злиття вірусів з клітиною. Деякі віруси зливаються з плазматичною мембраною, інші зв'язуються з рецепторами на плазматичної мембрани і проникають у клітину шляхом ендоцитозу. Ці віруси зливаються з мембраною ендоцітозних бульбашок тільки після закислення їх вмісту.

    Білки шипів виконують дві функції: 1) з їх допомогою вірусна частка прикріплюється до мембрани тваринної клітини, зазвичай до глікопротеїну або гліколіпіди: 2) ймовірно, вони взаємодіють безпосередньо з мембраною клітини-мішені, так що мембрани вірусу і клітини-господаря приходять в тісний контакт і їх злиття прискорюється. У деяких вірусів функції прикріплення і прискорення злиття виконують різні білки, а в інших - один і той же білок. Як приклад можна навести По-білок вірусу везикулярного стоматиту і гемаглютинін вірусу грипу, що беруть участь в обох процесах. Кожен з цих білків є гомотрімер, що складається з трьох ідентичних субодиниць. Білки були очищені і вбудовані в ліпосоми, які набули здатності як до прикріплення, так і до злиття. Здатність до злиття в обох випадках виявлялася лише при слабокислих умовах, які відповідали значенням рН всередині ендоцітозних бульбашок. конца. Ця здатність, мабуть, визначалася невеликими сегментами білків, що знаходяться поблизу N кінця. концевой последовательности В-белка вируса везикулярного стоматита, проявляет рН-зависимую гемолитическую активность, сходную с таковой самого вируса. Синтетичний пептид з 25 амінокислотних залишків, відповідний N кінцевий послідовності В-білка вірусу везикулярного стоматиту, проявляє рН-залежну гемолітичну активність, подібну до такої самого вірусу. белка, пока неясно. Як співвідноситься це спостереження з властивостями G білка, поки неясно.

    Гемаглютинін вірусу грипу - найбільш повно охарактеризований ва глікопротеїнових структура

    Цей білок пов'язаний з вірусною мембраною за допомогою короткого трансмембранного домену на С-кінці. и НА2, связанных дисульфидной связью. Він синтезується як єдина поліпептидний ланцюг, але при дозріванні зазнає протеолітична розщеплення з утворенням двох поліпептидів, HAi і НА2, пов'язаних дисульфідній зв'язком. конце НА2. Он соответствует N концу G белка вируса везикулярного стоматита. Ділянка, що відповідає за злиття, локалізований на N кінці НА2. Він відповідає N кінця G білка вірусу везикулярного стоматиту.

    За допомогою рентгенівської кристалографії була визначена тривимірна структура водорозчинного домену гемаглютиніну. Цей домен отримують за допомогою розщеплення бромелаїну. Він являє собою трнмер з - субодиниць, нагадує за формою стрижень і виступає з мембрани на 135 А. Кожна субодиниця має а-спіральний «стебло» з глобулярної «верхівкою», яка містить рецепториий ділянку для сіалоглікосоедіненій.

    Гідрофобний фузионной пептид захований між субодиницями тримера і знаходиться на відстані 30 А від поверхні мембрани. Як відомо, при низьких рН третинна і четвертинна структури білка необоротно змінюються. При рН 5,0 білок набуває здатність зв'язувати ліпіди і детергенти і самоагретіруется, що дозволяє думати про експонування гідрофобного домену. Мабуть, це корелює з експонуванням фузионной пептиду, який тепер може зв'язатися з мембраною-мішенню, сприяючи зближенню обох мембран і полегшуючи їх злиття. Були виділені і отримані in мутанты с другими рН-оптнмумом и фузноинымн свойствами. vitro мутанти з іншими рН-оптнмумом і фузноінимн властивостями. Це підтверджує важливість контактування субодиниць при рН-залежному конформаційні зміни структури білка і роль фузионной пептиду. Гемаглютинін ацілірован жирними кислотами, які, мабуть, посилюють фузионной активність.

    Підсумовуючи все сказане вище, можна зробити висновок, що, хоча фізико-хімічні механізми злиття мембран до кінця не встановлені, очевидно, що специфічне злиття мембран всередині клітини може здійснюватися за допомогою якогось белокзавісімого процесу. Для цього має відбутися специфічне межмембранное взаємодія, що забезпечує прикріплення мембран один до одного, і повинен бути присутнім мембранний білок, який при необхідності забезпечує злиття. Для вивчення властивостей таких білків можна використовувати білки, що утворюють шіловідние структури вірусних частинок. Але можуть застосовуватися і інші модельні системи. Ймовірно, сімейство таких білків бере участь у злитті мембран як при екзоцитозу, так і при ендоцитозу.

    5. Рецепторні системи бактерій володіють деякими властивостями, властивими і вищим організмам

    У всіх клітинних відповідях беруть участь системи передачі сигналу, які перетворять подія, що відбувається поза клітиною, - зв'язування ліганда з рецептором, - у складний внутрішньоклітинний відповідь. Ми розглянемо системи передачі сигналів у бактерій, а далі підсумовуємо дані в таких системах у тварин клітин.

    Бактерії реагують на зміну концентрації різних розчинних речовин у навколишньому середовищі. , обладают способностью к хемотаксису и при увеличении содержания в среде специфических питательных веществ перемещаются вверх по градиенту их концентрации, к источнику питания. Свободноплавающіе бактерії, наприклад Є. coli, мають здатність до хемотаксису і при збільшенні вмісту в середовищі специфічних поживних речовин переміщуються вгору по градієнту їх концентрації, до джерела живлення. У цьому процесі беруть участь рецептори цитоплазматичної мембрани, які зв'язуються з «привабливим» для бактерії розчиненим речовиною і індукують серію подій у цитоплазмі, що призводять до обертання джгутиків. Подібним чином клітини Є. coli реагують на зменшення концентрації фосфату або азоту, синтезуючи білки, які надають клітинам здатність «вловлювати» ці компоненти з навколишнього середовища. У цьому процесі також беруть участь специфічні рецептори цитоплазматичної мембрани.

    Такі системи відповіді активно вивчалися в першу чергу за допомогою генетичних і молекулярно-біологіческнх методів. Дані по гомології амінокислотних послідовностей дозволили ідентифікувати два сімейства білкових рецепторів прокаріотів.

    1. Рецептори, що беруть участь в хемотаксисі і впливають на обертання джгутиків.

    2. Рецептори, що опосередковують відповіді, які впливають на апарат транскрипції і активність генів.

    Вивчені типи рецепторів вражають своєю схожістю з рецепторами, характерними для клітин вищих організмів.

    5.1 Рецептори, відповідальні за хемотаксис Є. coli

    До цього сімейства білків відносяться чотири рецептора. , tar , tap Їх часто вважають продуктами чотирьох генів - tsr, tar, tap . Например, Wr белок связывается с аттрактантом серином, а также опосредует хемотаксис в ответ на репеллент лейцин. і trg. Наприклад, Wr білок зв'язується з атрактантів серин, а також опосередковує хемотаксис у відповідь на репелент лейцин. Найбільш повно вивчено рецептор для аспартату, який зв'язується з атрактантів аспартат, а також з мальтозосвяззивающім білком. Всі чотири рецептора містять єдину поліпептидний ланцюг. Дані про їх первинної структуру дозволяють припустити, що це трансмембранні білки, які мають по дві пронизують мембрану а-спіралі. Характер укладання рецептора для аспартату, представлений на рис. 9.12, узгоджується з результатами експериментів по злиттю генів, а також з генетичними та біохімічними даними. Біохімічні властивості рецептора для аспартату свідчать про те, що він, мабуть, являє собою тетрамер. концевые части, составляющие периплазматические домены, гораздо менее консервативны. Всі чотири хемотаксичних білкових рецептора мають висококонсервативний С-кінцеві половини, складові цитоплазматичні домени; N кінцеві частини, складові періплазматіческіе домени, набагато менш консервативні.

    Рецептор для аспартату виконує три різні функції.

    концевой домен, обращенный в периплазму. 1. Зв'язування аспартату, за яке відповідальність N кінцевий домен, звернений в периплазмі. Білки з укороченим цитоплазматическим доменом тим не менш зв'язуються з аспартат нормально.

    2. Передача сигналу, в якій беруть участь амінокислотні залишки трансмембранних спіралей; про це свідчать результати заміщення лізину в положенні 19 на аланін в першій трансмембранної спіралі. Отриманий мутантний рецептор зв'язує аспартат, але не індукує відповідної реакції, що, імовірно, обумовлено зміною конформації білкової молекули. Показано також, що рецептор може зв'язуватися з аспар-татом і з мальтозосвязивающім білком одночасно, при цьому відповіді підсилюють один одного. Природа конформацнонного зміни в рецепторі, індукованого зв'язуванням ліганда, невідома, але, мабуть, це зміна зачіпає значну частину поліпептиду. Механізм, за допомогою якого рецептор впливає на «мотор», що приводить у рух джгутики, також невідомий; встановлено тільки, що в ньому бере участь С-кінцевий домен рецептора і він може бути пов'язаний з фосфорілнрованіем одного з інших білкових компонентів системи.

    3. Адаптація, яка полягає в тому, що система здатна реагувати на збільшення концентрації лише нетривалий час; через кілька хвилин рецептор десенсибілізуючий, тобто адаптується до нової концентрації атрактанти. Але потім рецептор знову набуває здатності реагувати на подальші зміни концентрації атрактанти. Частково це пов'язано з метилюванням і деметилювання рецептора з кількох глутамінової залишкам, розташованим в цитоплазматичної домені. Адаптація відсутній у рецепторів з укороченим С-кінцем, ця мутантна форма реагує на аспартат протягом усього часу, поки останній перебуває в середовищі.

    - и С-концах белка. У ході численних експериментів була продемонстрована удавана незалежність функціональних доменів, розташованих на N - і С-кінцях білка. Такі білки володіли хемотоксичний активністю по відношенню до серин. Подібні конструкції спостерігалися також у сімейства рецепторів пептидних гормонів тварин клітин.

    З усього сказаного можна зробити наступні висновки.

    1. Існує сімейство трансмембранних рецепторів з родинними послідовностями.

    2. Наявність у рецепторів різних функцій припускає, що у них є різні структурні і функціональні домени.

    3. І вищі, і нижчі організми володіють системою передачі сигналу, до якої залучено інші цитоплазматичні білки, ймовірно якимось чином модифікується завдяки конформаційні зміни, що зазнає рецептор при зв'язуванні ліганду.

    4. Система адаптується до сигналу, тобто може відповідати на нього лише нетривалий час. Це властивість властива багатьом системам клітинної відповіді; його називають також десенсибілізацією.

    5.2 Рецептори, що беруть участь в активації транскрипції

    Це друге сімейство рецепторів виявлено у безлічі бактерій, які відповідають на сигнал активацією транскрипції окремих генів. У всіх випадках система має два білкові компоненти: 1) сенсор, або рецептор, і 2) регулятор. Усі рецептори, мабуть, мають схожу структуру. концевой половине молекулы. Вони містять дві трансмембранні спіралі в N кінцевий половині молекули. З-кінцеві послідовності представників цього сімейства, що знаходяться на цитоплазматичній стороні мембрани, в значній мірі гомологічних. Регуляторні білки, мабуть, знаходяться в цитоплазмі у розчинній формі. Ймовірно, рецептори якимось чином модифікують ці білки, і потім вони прямо чи опосередковано активують транскрипцію. Можливо, модифікація полягає в фос-форілірованіі; про це свідчать дані, отримані при дослідженні системи відповіді на обмеження концентрації азоту.

    Розгляд сімейства бактеріальних рецепторів показує, що на основі однієї структурної ідеї може бути отримано відповідність між самими різними лігандами та відповідями на них. Про це ж свідчить і вивчення деяких рецепторів клітин тварин. Система передачі сигналу в тваринних клітинах на відміну від бактерій вивчена досить детально.

    6. Передача сигналів в тваринних клітинах

    Тварини клітини реагують на різні речовини, що містяться у зовнішньому середовищі. Першим кроком при цьому завжди є зв'язування ліганда зі специфічним рецептором на зовнішній поверхні плазматичної мембрани. Зв'язування з лігандом ініціює каскад специфічних для даних клітини і рецептора подій, які досить інтенсивно і плідно вивчаються. Швидке накопичення нових даних у цій області незабаром зажадає залучення нових підходів для їх систематизації. Однак найбільш загальні проблеми тут вже цілком ясні, навіть при тому, що багато деталей маловивчені або невідомі. Ми ознайомимося з цими центральними питаннями і тими пов'язаними з мембранами біохімічними явищами, які вже добре охарактеризовані.

    У табл. 1 перераховані рецептори тварин клітин, які беруть участь у передачі сигналу; багато з них були клоновані і була визначена їх первинна структура. Таблиця складена таким чином, щоб підкреслити їх структурний подібність. Більшість рецепторів, опосередковуючи передачу сигналу, пов'язують або мітогенний агенти, або нейромедіатори. До мітогенний агентів відносяться такі речовини, як ФРЕ, пептидні гормони та регуляторні пептиди. Ці сполуки регулюють ріст клітин при різних умовах, зокрема при ембріогенезі, дозріванні клітин або їх проліферації, яка є частиною імунної відповіді. До нейромедіатора відносяться адреналін, норадреналін, ацетилхолін, гліцин і безліч інших малих молекул, що беруть участь у клітинному відповіді.

    Було б корисно сказати ще кілька слів про класифікацію рецепторів, особливо рецепторів нейромедіаторів. В основі назв і класифікацій цих рецепторів лежить їх здатність відповідати на різні агоністи і антагоністи, а також їх фізіологічні функції і локалізація. Однак той факт, що є рецептори, що відповідають на один і той же агоніст, означає, що класифікація, заснована на властивостях і локалізації, не може використовуватися для розмежування рецепторних білків. – Были выделены соответствующие рецепторные белки, правда, не все они строго вписывались в рамки классификации по фармакологическим признакам. Наприклад, адренергічні рецептори, специфічно зв'язують катехоламінові агоністи, такі, як норадреналін і адреналін, були спочатку підрозділені на типи а і 13 і далі на підтипи а, аг, 0 \ і ft - Були виділені відповідні рецепторні білки, правда, не всі вони строго вписувалися в рамки класифікації за фармакологічними ознаками. Аналогічним чином за фармакологічними ознаками були виділені два класи мускаринових холінергічних рецепторів і ідентифіковані принаймні чотири клонованих гена. Вони відрізнялися від нікотинового ацетилхолінового рецептора за специфічним відповіді на лікарські препарати. Існують також численні класи рецепторів для гістамнна, дофаміну, опіатів і інших агоністів. Можна очікувати, що в майбутньому завдяки застосуванню біохімічних методів і методів молекулярного клонування вдасться ідентифікувати різні рецепторні білки і встановити механізми клітинної відповіді. Це дасть змогу по-новому підійти до класифікації рецепторів, заснованої на їх фармакологічних властивостях.

    6.1 Перша відповідь і сімейства рецепторів

    Ліганд, зв'язуючись з рецептором, повинен індукувати в ньому конформаційний перехід, що призводить до функціональних змін в інших частинах молекули. Природа такого переходу абсолютно невідома. рецепторе с высоким сродством связывание лиганда индуцирует агрегацию рецептора в плоскости мембраны, однако нет никаких указаний на то, что это характерно для всех передающих сигнал рецепторов. Встановлено лише, що принаймні в IgE рецепторі з високою спорідненістю зв'язування ліганда індукує агрегацію рецептора в площині мембрани, проте немає ніяких вказівок на те, що це характерно для всіх передавальних сигнал рецепторів. Хоча структурні деталі гормонів або нейромедіаторів залишаються невідомими, їх важливі функціональні особливості зараз більш-менш зрозумілі. При зв'язуванні агоніста відбуваються наступні три події.

    1. Зв'язування агоніста індукує відкривання каналу, який утворюється рецептором. Прикладами можуть служити нікотиновий ацетил-холііовий рецептор, рецептор 7 амнномасляной кислоти і гліціновий рецептор. Все це рецептори нейромедіаторів, які структурно об'єднані в мале суперсімейство. еще не закончены. На підставі даних про первинну структуру цих рецепторів / іонних каналів для кожного поліпептиду була побудована модель з чотирма трансмембранним сегментами, однак експериментальні дослідження топології nAChR ще не закінчені.

    При зв'язуванні ліганда активується тирозинових протеїн-кіназа, що представляє собою цитоплазматичний домен рецептора. Зазвичай сам рецептор і є мішенню, але дані про те, які саме білки фосфорилюються і як вони впливають на клітину, практично відсутні. Цей механізм використовують рецептори мітогенних пептидних гормонів і факторів росту, причому багато хто з цих рецепторів структурно споріднені між собою. Кожен з цих рецепторних поліпептидів має по одному трансмембранному сегменту.

    1. 3. связывающих белков, называемых G белками. Рецептор утворює комплекс з однією з груп мембранозв'язаних GTP зв'язуючих білків, званих G білками. / G белок происходит конформационное изменение, в результате чего облегчается обмен связанного GDP и GTP на G белке. При зв'язуванні ліганда з рецептором в комплексі peuenTop / G білок відбувається конформационное зміна, в результаті чого полегшується обмін пов'язаного GDP та GTP на G білку.


      Послідовність подій, що відбуваються зображена на рис. белок активируется на короткое время, будучи связанным с GTP , и в этом состоянии может отделиться от рецептора, причем одна или больше субъединиц G белка могут связаться с другими мембранными белками, обозначенными на рис. 9.15. G білок активується на короткий час, будучи пов'язаним з GTP, і в цьому стані може відокремитися від рецептора, причому одна або більше субодиниць G білка можуть зв'язатися з іншими мембранними білками, позначеними на рис. 9.15 словом «мішень», надаючи на них певний вплив. /фосфодиэстераза и фосфолипаза С. До цих мішенях відносяться іонні канали, аденилатциклаза, cGMP / фосфодіестерази і фосфоліпаза С.

      Належать також / З-адренергічні рецептори, мускаринові ацетилхолінові рецептори і опсини. Кожен з цих рецепторів має сім трансмембранних сегментів. На рис. 4.1 показана передбачувана структура родопсину - найбільш повно охарактеризованого представника цієї групи.

      белки 6.2 G білки

      белки, ответственны за передачу сигналов множества гормонов или нейромедиаторов к разнообразным мишеням клетки. Гуаниннуклеотидсвязывающие регуляторні білки, або G білки, відповідальні за передачу сигналів безлічі гормонів або нейромедіаторів до різноманітних мішенях клітини. Відповідні приклади наведені в табл. 9.3. белка были очищены до гомогенного состояния и биохимически охарактеризованы: d , G s , Gi и G 0 . Чотири G білка були очищені до гомогенного стану та біохімічно охарактеризовано: d, G s, Gi і G 0. Виявилося, що кожен з них має унікальні мішені або ефекторні білки. G t специфичную фосфодиэстеразу в наружных сегментах палочек сетчатки; G s и Gi соответственно стимулируют и ингибируют аденилатциклазу и присутствуют во всех клетках; G 0 представлен в большом количестве в клетках мозга и, по-видимому, ингибирует электрочувствительный Са 2 активує cGMP специфічну фосфодіестеразу в зовнішніх сегментах паличок сітківки; G s і Gi відповідно стимулюють і інгібують аденілатциклазу і присутні у всіх клітинах; G 0 представлений у великій кількості в клітинах мозку і, мабуть, інгібує електрочутливості Са 2 +-Канал у нейронах. клетки. G белок G p , вероятно, использует в качестве мишени фосфатидилинозитолспецифичную фосфолипазу С, которая инициирует быстрый распад фосфатидилинозитола в плазматической мембране и образование нескольких вторых посредников. Крім того, майже безсумнівно є й інші, поки не виділені G клітини. G білок G p, ймовірно, використовує в якості мішені фосфатидилинозитолспецифичную фосфоліпазу С, яка ініціює швидкий розпад фосфатидилінозитолу в плазматичної мембрани і освіта декількох других посередників. белок, обозначаемый G p , выделенный из мембран плаценты человека, однако его функция неизвестна. Існує також G білок, що позначається G p, виділений з мембран плаценти людини, проте його функція невідома. белок, G K , по-видимому, открывает К + -специфичные каналы в сердечной мышце и других клетках; G белки участвуют также в регуляции экзоцитоза. Інший G білок, G K, мабуть, відкриває К +-специфічні канали в серцевому м'язі та інших клітинах; G білки беруть участь також в регуляції екзоцитозу. белок внутри клетки может отвечать на связывание лиганда с одним из нескольких разных рецепторов. У деяких випадках якийсь один G білок всередині клітини може відповідати на зв'язування ліганда з однією з кількох різних рецепторів. из клеток ганглия Aplysia . Така ситуація швидше за все має місце, наприклад, для білка Gk з клітин ганглія Aplysia. белки могут иметь больше одной мишени. Крім того, G білки можуть мати більше однієї мішені. , который активирует как cGMP фосфоднэстеразу, так и фосфолипазу А2 в наружных сегментах палочек сетчатки быка. Як приклад можна навести білок G t, який активує як cGMP фосфоднестеразу, так і фосфоліпазу А2 у зовнішніх сегментах паличок сітківки бика. . Мабуть, у цих процесах активації беруть участь різні субодиниці G t.

      Всі чотири виділених білка є а-гетеротрімерамі. Біохімічний аналіз та аналіз послідовності кДНК вказують на значну відмінність між субодиницями, на існування щонайменше двох різних / З-субодиниць, а також на відмінності між 7 субодиницями. и обладают ОТРазной активностью при отсоединении от /37 субъединич-ной пары. а-субодиниці зв'язують GDP і володіють ОТРазной активністю при від'єднанні від / 37 суб'едініч-ної пари. рибозилирование бактериальными экзотоксинами. Gi , G 0 а-Субодиниця також містить сайт, за яким може відбуватися ADP рібозілірованіе бактеріальними екзотоксинами. Gi, G 0 модифицируются коклюшным токсином, a і G t модифікуються кашлюковим токсином, a и G t G s і G t - Холерним токсином. белка и служит одним из тестов на участие G белков в качестве интермедиатов в клеточных ответах. Ця ковалентний модифікація блокує фосфорилювання G білка і служить одним з тестів на участь G білків як інтермедіатів в клітинних відповідях. Зауважимо, що модифікації холерним і кашлюковим токсинами надають істотно різні ефекти. Модифікація холерним токсином призводить до безперервної активації G s , G 0 , Gt у присутності АТР, а коклюшний роз'єднує Gi, G 0, Gt і рецептор, необхідний для їх активації.

      белки могут стимулироваться в отсутствие гормона при добавлении в цитозоль негидролизуемого аналога GTP – GTP 7 S , который связывается а-субъединицей. G білки можуть стимулюватися за відсутності гормону при додаванні в цитозоль негідролізуемого аналога GTP - GTP 7 S, який зв'язується а-субодиницею. белков в физиологическом ответе. Це служить другим тестом на участь G білків у фізіологічному відповіді. белок может и добавление фторида; по-видимому, при этом образуется фторалюминатный комплекс со следовыми количествами алюминия. Стимулювати G білок може і додавання фториду; мабуть, при цьому утворюється фторалюмінатний комплекс зі слідові кількостями алюмінію. 1 4 , связывается с комплексом G белок/ GDP и активирует его, по-видимому, так же, как аналог 7 фосфата GTP . Цей іон, A 1 4, зв'язується з комплексом G білок / GDP та активує його, мабуть, так само, як аналог 7 фосфату GTP.

      белки прочно связаны с плазматической мембраной, за исключением трансдуцина, который in Всі G білки міцно пов'язані з плазматичною мембраною, за винятком трансдуцін, який in может легко отсоединяться от мембраны. vitro може легко від'єднуватися від мембрани. и Go – было показано, что для прочного прикрепления а-субъединиц к мембране необходимо присутствие 07 пары. Принаймні у двох випадках - для Gi і Go - було показано, що для міцного прикріплення а-субодиниць до мембрани необхідна присутність 07 пари. Жодна з субодиниць не є трансмембранним білком. Проте щонайменше в деяких випадках а-субодиниця ацілірована і може приєднуватися до мембрани за допомогою ковалентно пов'язаної жирної кислоти. , связанного с а-субъединицей, с GTP . G белок отсоединяется от рецептора, и в конечном счете а-субъединица отсоединяется от /37 пары. G белок или отсоединившиеся а-либо /37 субъединицы диффундируют в плоскости мембраны или через цитоплазму к мишени. Приєднання до рецептора гормону або нейромедіатора прискорює швидкий обмін GDP, пов'язаного з а-субодиницею, з GTP. G білок від'єднується від рецептора, і в кінцевому рахунку а-субодиниця від'єднується від / 37 пари. G білок або від'єднатися а-небудь / 37 субодиниці дифундують в площині мембрани або через цитоплазму до мішені. белка с мембраной и с их партнерами-мишенями или рецептором точно не известны. Способи зв'язування субодиниць G білка з мембраною і з їх партнерами-мішенями або рецептором точно не відомі. Проте встановлено, що після від'єднання а-та 07 субодиниці можуть володіти різними функціями; так, у разі трансдуцін-а був виділений з родопсінсвязан-ної системи, де він присутній у відносному надлишку. белки повсеместно используются для передачи информации о том, что рецептор занят, на специфическую внутриклеточную систему амплификации сигнала. Встановлено, що G білки повсюдно використовуються для передачі інформації про те, що рецептор зайнятий, на специфічну внутрішньоклітинну систему ампліфікації сигналу. белки и достигнуты новые успехи в определении их специфичности, особенно в случае, когда одна клетка содержит разные G белки. Мабуть, у майбутньому будуть виявлені інші G білки і досягнуті нові успіхи у визначенні їх специфічності, особливо у випадку, коли одна клітина містить різні G білки.

      6.3 Оновлення фосфатидилінозитолу і другі посередники

      белков являются аденилатциклаза и фосфолипаза С, ответственная за гидролиз фосфатидилинозитола. Найбільш широкораспространенной мішенями G білків є аденилатциклаза і фосфоліпаза С, відповідальна за гідроліз фосфатидилінозитолу. Модуляція аден-латціклази призводить до зміни внутрішньоклітинної концентрації сАМР, який, як відомо, служить другим посередником, впливаючи на безліч внутрішньоклітинних процесів. Одним нз наслідків збільшення вмісту сАМР є, наприклад, стимуляція сАМР-залежної протеїнкінази, яка в свою чергу фосфорилирует специфічні білкові субстрати. Клітини містять також два типи Са 2 + - Залежних протеннкі-наз, які активуються відповідно Са 2 +-Кальмодуліном і Са 2 + Разом з диацилглицерол і фосфатидилсерину. белокзависимой активации специфической фосфолипазы С. Установление механизма обновления фосфатидилинозитола и физиологической роли продуктов его деградации явилось главным достижением в выяснении роли гормонов и нейромедиаторов в осуществлении клетками их функций. Активність обох цих киї аз регулюється другими посередниками, що утворюються при деградації фосфатидилінозитолу, яка в багатьох клітинах ініціюється шляхом G белокзавісімой активації специфічної фосфоліпази С. Встановлення механізму оновлення фосфатидилінозитолу і фізіологічної ролі продуктів його деградації стало головним досягненням у з'ясуванні ролі гормонів і нейромедіаторів у здійсненні клітинами їхнього функцій.

      На частку фосфатидилінозитолу припадає лише 2-8% всіх фосфоліпідів, що містяться в клітинних мембранах еукаріот. Структура його полярної головки представлена ​​на рис. 9.16. Цей стереоізомер називають міоінозитолу, оскільки вперше він був виділений з м'язів. Невелика частина фосфатидилінозитолу фосфорилюватись по положенню 4 або по положеннях 4 і 5. 2 или Р1 Р2. Этот компонент является, вероятно, первой мишенью для фосфатидили-нозитолспецифичной фосфолипазы С, которая активируется во многих клетках G белком. Від 1 до 10% фосфатидилінозитолу, присутнього в мембрані, припадає на частку фосфатидилінозит-толбісфосфата, що позначається як PIP 2 або Р1 Р2. Цей компонент є, ймовірно, першою мішенню для фосфатидил-нозітолспеціфічной фосфоліпази С, яка активується в багатьох клітинах G білком. Подальший гідроліз призводить до швидкого розпаду фосфатидилінозитолу в плазматичної мембрани і короткочасного зростанням кількості продуктів розпаду. Наприклад, під час активації тромбоцитів за 90 з деградує половина загального пулу фосфатидилінозитолу. Продукти розпаду діють як другі посередники і беруть участь у багатьох клітинних процесах. Дослідження цієї системи ще не закінчено, але загальна її схема вже побудована і представлена ​​на рис. 9.16. Послідовність подій така.

      1. 2 являются диацил-глицерол и ииозитолтрисфосфат. Початковими продуктами гідролізу PIP 2 є ДІАЦ-гліцерин і ііозітолтрісфосфат. Диацилглицерол пов'язаний з мембраною, а 1Рз є розчинним компонентом. Зазвичай жирні кислоти фосфатидилінозитолу представлені стеаринової кислотою в положенні 1 і арахідонової кислотою в положенні 2 гліцеролу. белком in З мозку бика були виділені дві різні фосфатидилииозитолспецифичные фосфоліпази С, але дані про їх активації G білком in отсутствуют. vitro відсутні.

      1. 1Рз служить другим посередником, і його основною функцією, мабуть, є мобілізація Са 2 +, Акумульованого в еідоплазматіческом ретикулумі. Можливо, цей компонент шляхом прямого зв'язування відкриває Са 2 + - Специфічні канали в еідоплазматіческом ретикулумі, що призводить до збільшення концентрації Са 2 + В цитоплазмі у кілька разів. Зазвичай концентрація вільного Са 2 + в цитоплазмі становить 0,1 мкМ.

      3. Специфічна киї аза перетворює деяку кількість 1Рз в тетрафосфорілірованний продукт 1 Р4. Утворюються також інші, в тому числі циклічні, фосфоінозитидів, і деякі з них теж мають фізіологічне значення.

      4. Одним з ферментів, регульованих Са 2 2, но при более высокой концентрации Са 2 +, Є фосфоліпаза С, яка при низькій концентрації Са 2 + використовує в якості субстрату переважно PIP 2, але при більш високій концентрації Са 2 +, Принаймні in , использует нефосфорилированиый фосфатидилинозитол. vitro, використовує нефосфорілірованіий фосфатидилинозитол. Можливо, це полегшує безпосередній швидкий гідроліз основної частини фосфатидилінозитолу, але чи так це - неясно.


      1. Найбільш важливим ферментом, активуються Са 2 +, Є протеїнкінази С. Цей фермент локалізований переважно в цитозолі до моменту появи там діацілгліце-ролу та Са 2 +. Потім в залежності від присутності фосфатіділсері-на він зв'язується з плазматичною мембраною і активується. Ефекти, подібні з дією диацилглицерол, надають форболових ефіри, і протеїн С часто розглядають як рецептор цих сполук. Однією з ознак участі протеїнкінази С і фосфоінозітідной системи в клітинному відповіді на присутність агоніста є дублювання ефектів агоніста шляхом додавання форболових ефірів, які безпосередньо активують білкову С.

      У активованому стані протеїнкіназа С є серин треонінспецнфічной протеінкіназою, яка фосфорилирует як специфічні мішені, так і саму себе. Природа такої субстратної специфічності та фізіологічні наслідки фосфору-воджується білків точно не відомі. белков. Однак за допомогою молекулярного клонування вдалося встановити, що існує сімейство протіеінкіназ С. Можливо, оіі володіють різною специфічністю, як і сімейство G білків.

      Механізм регуляції роботи протеїнкінази С невідомий; встановлено лише, що гангліозид і лізосфннголіпіди ін-гібіруют цей фермент, а крім того, виділено його інгібітор білкової природи.

      1. Диацилглицерол може піддаватися подальшій деградації під дією діацілгліцеролліпази до арахідонової кислоти, яка окислюється до безлічі біологічно активних метаболізм літів, званих ейкозаноїдами і включають простагландини. Хоча арахідонова кислота сама є другим посередником, неясно, наскільки важливим є для її утворення фосфатидилинозитолспецифичный, залежний від фосфоліпази С шлях. З іншого боку, арахідонова кислота може утворюватися з безлічі фосфоліпідів при дії фосфоліпази А 2. У декількох типах клітин шлях біосинтезу за участю фосфоліпази Аг більш важливий.

      Отже, підсумовуючи сказане вище, можна стверджувати, що при функціонуванні розглянутої складної системи утворюються щонайменше три відомих другого посередника: диацилглицерол, 1Рз і арахідонова кислота. Кожен з них виконує специфічні функції, включаючи збільшення вмісту внутрішньоклітинного Са 2 + Н активацію Са 2 + - Залежних протеінкінае. Ця система поширена дуже широко, але деталі механізму впливу з її допомогою на специфічні клітинні функції поки неясні.

      6.4 Фосфорилювання рецепторів і десенсибілізація

      Фізіологічна відповідь на дію гормону або нейромедіатора зазвичай є короткочасним навіть при постійній присутності агоніста. Це явище називається десенсибілізацією і характерно для багатьох систем відповіді як у еукаріотів, так і у прокаріотів. Десенсибілізація системи хемотаксису Є. coli частково обумовлена ​​ковалентного модифікації їй рецепторів шляхом метилювання. У тваринних клітинах вирішальну роль у десенсибілізації грає фосфорилювання рецепторів.

      Индуцируемая лігандом десенсибілізація може розглядатися у двох варіантах. Гомологичная десенсибілізація відбувається тоді, коли послаблюється відповідь на специфічний агоніст, але відповідь на інші агоіісти, що діють через різні рецептори, залишається без зміни. Гетерологічний десенсибілізація спостерігається у випадку, коли застосування одного агоніста послаблює відповідь клітини на численні агоністи, що діють через різні рецептори. В обох випадках відбувається фосфорилювання в основному рецепторних білків. У цих реакціях беруть участь дві кінази - протеїнкіназа С і сАМР-залежна протеінкінаеа, звана також протеінкіназою А. Крім того, рецептори можуть модифікуватися під дією рецепторспеціфічних кіназ; протікають також реакції аутофосфорілірованію, каталізуються тими рецепторами, які представляють собою тирозинових протеїнкіназ.

      В основі гетерологічних десенсибілізації лежить класична регуляція за типом зворотного зв'язку. Агоністи, стимулюючі аденілатциклази, активують білкову А, яка в свою чергу фосфорилирует рецептор і викликає його десенсибілізацію. белок. Наприклад, фосфорілірованний / 3 адренергический рецептор має нижчу здатність активувати Gs білок. Аналогічним чином агоністи, стимулюючі фосфатіділінозітольную систему, активують білкову С, яка фосфорилирует рецептор і послаблює відповідь. Як приклад можна навести а 1 - адренергический рецептор. Не виключено також, що рецептори, пов'язані з фосфатіділінозітольной системою, модулюються протеінкіназою А, стимульованої сАМР. Прикладом такого роду є мускаринових ацетилхолінових рецепторів.

      Гомологичная десенсибілізація була описана для / 3 адренергічних рецепторів і включає фосфорилювання рецепторів за допомогою рецепторспеціфічной кінази. Ця кіназа фосфорилирует тільки комплекс рецептор / агоніст, в результаті чого відбувається інтерн ал ізація фосфорит ірованного рецептора шляхом ендоцитозу. У ендоцітозних везикулах знаходиться фосфатаза, яка відщеплює фосфатну групу і регенерує активну форму рецептора, що повертається до плазматичної мембрани. Аналогічна кіназа була описана для «світлового» рецептора родопсину, де субстратом є його обезбарвлений форма.

      Одним із сигналів для інтеріалізаціі рецепторів може бути фосфорилювання щодо конкретних сайтів. Наприклад, фосфорилювання рецептора ФРЕ протеінкіназою С призводить до його інтеріалізаціі. Цей процес блокується заміщенням залишку специфічного треоніну на залишок аланіну з допомогою сайт-специфічного мутагенезу. Однак ФРЕ-стимулируемая інтерна-лізація рецептора не припиняється, що вказує на множинність сигналів інтеріалізаціі. Як ми вже говорили, форбол-ші ефіри викликають фосфорилювання н інтерналізацію транс-феррінового рецептора.

      Інтерналізація не є єдиним механізмом, за допомогою якого фосфорилювання послаблює рецептори відповідь. Активність рецептора, локалізованого в мембрані плазматичної, теж може регулюватися. Наприклад, фосфорілірованний рецептор ФРЕ має меншу тірозінкіназной активністю, а також меншим спорідненістю до агоністи ФРЕ. Фосфорілірованний мускаринових ацетилхолінових рецепторів також дезактивируется в плазматичній мембрані.

      Реакції аутофосфорілірованію рецепторів, що володіють тірозінкііазіой активністю, як правило, є стімуляторнимі.

      Це було показано для інсулінового рецептора, при аутофосфорілірованію якого збільшувалася його здатність фосфорилювати інші білки, а рецепторна активність ставала незалежною від інсуліну. За допомогою мутагенезу було показано участь у регуляції цих ефектів специфічних залишків тирозину, локалізованих в цитоплазматичної домені / З-субодиниці.

      6.5 Деякі рецептори, які беруть участь у передачі сигналів у тваринних клітинах

      Ми зупинимося на деяких найбільш важливих особливості трьох типових систем передачі сигналу в тваринних клітинах. Ці системи відносно добре вивчені і ілюструють цікаві особливості механізму відповіді тварин клітин на зовнішні подразники. Основною особливістю є те, що ключову роль у зміні іонних струмів грають протеїн-кінази.

      Рецептор фактору росту епідермісу

      Фактор росту епідермісу є сильнодіючим мітогенний білком, що зв'язується зі специфічним рецептором, що знаходяться на поверхні різних епітеліальних, епідермальних і фібробластний клітин. Рецептор представляє собою один глікозильований поліпептид з мовляв. масою близько 170 кДа і відноситься до сімейства мітогенних рецепторів. концевая часть расположена вне клетки и является ФРЭ-связывающим доменом. Його N кінцева частина розташована поза клітини і є ФРЕ-зв'язує доменом. Рецептор має єдиний мембранний сегмент і великий внутрішньоклітинний домен, що володіє тірозінкіназной активністю. ФРЕ-рецептор, як і інші рецепторні білки, містить позаклітинні домени, багаті цистеїном, але їх функція невідома.

      ФРЕ-рецептор знаходиться на плазматичної мембрани в високоафінними і нізкоаффінной формах. Можливо, це пов'язано з існуванням в мембрані різних станів асоціації цього білка. Показано, що зв'язування з ФРЕ стабілізує димерную форму очищеного рецептора в детергенти; це вказує на важливість агрегації рецептора для передачі сигналу. Біохімічні дослідження показують, що зв'язування з ФРЕ індукує тірозінкіназной активність, зокрема автофосфорилювання рецептора, за кількома залишками тирозину в цитоплазматичної домені. Як пов'язані між собою кіназная активність і клітинна відповідь, незрозуміло. У деяких типах клітин існує якийсь незалежний механізм, за допомогою якого ФРЕ впливає на фосфатіділінозітольную систему, можливо, шляхом стимулювання ферменту, фосфорилирует фосфатнділінозітол з утворенням монофосфорильованих похідного.

      Рецептор ФРЕ фос-форіліруется протеінкіназою С, яка десенсибілізуючої рецептор і індукує його поглинання шляхом ендоцитозу. Одним з ранніх подій, пов'язаних з ФРЕ-стимуляцією клітин, є активація Na + / H +-Антіпортера в плазматичній мембрані. + и к незначительному повышению рН. Це призводить до заміни внутрішньоклітинного Н + на позаклітинний Na + і до незначного підвищення рН. Це ранній відповідь на багато мітогенний агенти, і зміни рН може бути достатньо для індукції активності інших клітинних ферментів. Мітогенний відповідь, тобто індукція синтезу ДНК, є тривалим відповіддю, що вимагає присутності ФРЕ у зовнішньому середовищі протягом кількох годин. Механізм цього явища залишається незрозумілим.

      ФРЕ-рецептор поглинається шляхом рецепторзавісімого ендоцитозу. Початково рецептори розподілені в плазматичній мембрані випадковим чином, але при зв'язуванні ФРЕ комплекс рецептор / ФРЕ концентрується в облямованих ямках, поглинається і потрапляє в лизосому, де відбувається його деградація. Це очищає поверхню з ефективністю приблизно 80% рецепторів за 20 хв. , составила 1,5–10~ 10 см 2 -с * ', что указывает на существование каких-то препятствий при его латеральном движении. Латеральна рухливість рецептора, виміряна за допомогою методу FRAP, склала 1,5-10 ~ 10 см 2-с * ', що вказує на існування якихось перешкод при його латеральному русі. Мутанти, у яких відсутній велика частина цитоплазматичного домену, теж дифундують повільно, з чого випливає, що цей домен не пов'язаний з зі зменшенням латеральної рухливості. Можливо, для цього важливі взаємодії з компонентами позаклітинної матриці. Однак цитоплазматичний домен необхідний для ендоцитозу, як і в інших рецепторів. Делеція 63 амінокислотних залишків з С-кінця призводить до втрати рецептором сайту аутофос-форілірованія і високого спорідненості до ФРЕ. Тим не менш, цей рецептор залишається здатним до ендоцитозу і володіє мітогенних властивостями.

      Мутагенез дуже корисний для з'ясування механізму функціонування рецепторів, але важливим чинником, який поки не вдалося з'ясувати, є ступінь асоціації рецептора в мембрані. Це особливо цікаво для тих рецепторів, які мають єдиний спіральний трансмембранний сегмент, з точки зору передачі конформаційного зміни у позаклітинному агоніст-зв'язує домені до внутрішньоклітинного тірозінкнназному домену через єдину спіраль. Навряд чи зв'язування ФРЕ змінює геометрію спіралі; спіраль не може також «ковзати» вздовж іншої спіралі усередині трансмембранного домену, якщо рецептор має один трансмембранний сегмент. Можливо, зв'язування ФРЕ змінює білково-ліпідні взаємодії, завдяки яким спіраль може проштовхуватися через бішар. Інша можливість - зміна ступеня агрегації рецепторів при зв'язуванні з ФРЕ; про це свідчить вивчення виділених білків.

      Адренвргический рецептор d Адренвргіческій рецептор

      Багато важливих особливості / 9 адренергічних рецепторів ми вже обговорювали. Кілька таких рецепторів було клоновано; при цьому було показано, що вони структурно подібні з сімейством опсинів, в тому числі родопсину, і з мускарііовимі холинергическими рецепторами. Мабуть, всі ці білки мають по сім трансмембранних спіралей; експериментальне підтвердження цьому було отримано для родопсину. Консервативні залишки цих рецепторів локалізовані головним чином у гідрофобних областях, а не в гідрофільних петлях, що з'єднують трансмембранні сегменти. Серед цих консервативних залишків у трансмембранних сегментах знаходиться декілька полярних залишків. Зауважимо, що ці білки негомологичностью бактеріоро-сопсіну.

      Ретінальсвязивающій сайт родопсину знаходиться в гідрофобному ядрі, утворюючи шнффово основу за залишком лізину в спіралі VII. Було б заманливо припустити, що агоністсвязивающій сайт в / 3 адренергічні рецептори також локалізована в гідрофобному ядрі. Для перевірки цього припущення було проведено сайт-специфічний мутагенез / 3 адренергічного рецептора хом'яка. Отримані результати свідчать про те, що гідрофільні петлі несуттєві для зв'язування агоніста або антагоніста, а також показують, що для зв'язування агоніста необхідний залишок аспартату в положенні 113, що знаходиться в спіралі III. белком. Не є несподіванкою отримані в цих роботах дані про те, що, ймовірно, гідрофільна петля бере участь у взаємодії з G білком.

      рвцептор мастоцитов и базофилов lgE рвцептор мастоцитів і базофілів

      Мастоцити і базофіли містять секреторні гранули, наповнені гістаміном. За відповідної стимуляції ці екзоці-орга везикули зливаються з плазматичною мембраною і вивільняють запасений гістамін. рецепторов клеточной поверхности, которая индуцируется связыванием либо с IgE , либо с другими лиган-дами, сшивающими рецепторы. IgE система представляет особенный интерес, поскольку для нее действительно показана роль агрегации рецепторов в передаче сигнала, а кроме того, она является примером системы, связанной с деградацией фосфатидилинозитола, которая инициируется G белком. Показано, що цей процес запускається агрегацією IgE рецепторів клітинної поверхні, яка індукується зв'язуванням або з IgE, або з іншими ліга-дами, що зшиває рецептори. IgE система представляє особливий інтерес, оскільки для неї дійсно показана роль агрегації рецепторів в передачі сигналу, а крім того , вона є прикладом системи, пов'язаної з деградацією фосфатидилінозитолу, яка ініціюється G білком.

      рецептор представляет собой а /372 тетрамер; он был очищен, а ген а-субъединицы – клонирован и секвенирован. IgE рецептор є а / 372 тетрамер; він був очищений, а ген а-субодиниці - клонований і секвенований. рецептору IgG , который относится к иммуноглобулиновому суперсемейству. Ця субодиниця гомологічна Fc рецептора IgG, який відноситься до імуноглобулінового суперсімейство. рецепторы распределены в мембране равномерно и обладают ограниченной подвижностью. У відсутність зшиває ліганда IgE рецептори розподілені в мембрані рівномірно і володіють обмеженою рухливістю. , и ответ возникает только под действием мультимерных форм IgE , которые способны связывать несколько рецепторов одновременно. Кожен рецептор може зв'язати одну молекулу IgE, і відповідь виникає тільки під дією мультімерних форм IgE, які здатні зв'язувати кілька рецепторів одночасно. , вызывают быструю иммобилизацию рецепторных кластеров, которая, по-видимому, осуществляется благодаря последовательным взаимодействиям с элементами цитоскелета и не может определяться простой гидродинамикой. Олігомери, що містять лише кілька молекул IgE, викликають швидку іммобілізацію рецепторних кластерів, яка, мабуть, здійснюється завдяки послідовним взаємодіям з елементами цитоскелету і не може визначатися простий гідродинаміки. У результаті всіх цих подій запускається клітинну відповідь, при якому утворюються фосфоінозі-тіди і арахідонова кислота, мобілізація Са 2 + і секреція гістаміну. белка. Ця відповідь інгібується кашлюковим токсином, мабуть, за участю G білка.

      7. Онкогени і передача сигналу

      Рецептори і механізм передачі сигналу грають істотну роль в регуляції клітинного росту і диференціювання. Ті ж фактори, як показують молекулярно-генетичні дослідження, беруть участь у процесах переродження пухлин. Найкращими експериментальними моделями з'явилися онкогени ретровірусів. Було показано, що за пухлинну трансформацію інфікованих клітин відповідають 20 різних ретровірусних генів, званих онкогенами. Ці онкогени в більшості випадків мають клітинні аналоги. - erbB , является укороченным вариантом ФРЭ-рецептора. Наприклад, білок, який кодується вірусним онкогенів v - erbB, є укороченим варіантом ФРЕ-рецептора. У цьому випадку вірусний онкоген родинний клітинному гену, що кодує ФРЕ-рецептор. Такі клітинні гени називаються протоонкогенах. Використовуючи здатність онкогенів трансформувати клітини в культурі, вдалося виділити їх також з ДНК пухлинних клітин. Онкогени з'являються в результаті генетичних ушкоджень у протоонкогенах. Близько половини протоонкогенів, ідентифікованих за гомології з вірусними онкогенами, теж було виявлено при вивченні пухлин. Однозначної кореляції між видом онкогена і виникає пухлиною або характером порушення функціонування клітини не виявлено. Існує гіпотеза, що протоонкогени кодують білки, які беруть участь у передачі сигналу, опосередковуваного мембранами, або є мішенями для других посередників.

      Продукти деяких ідентифікованих онкогенів мають тірозінспеціфічной протеінкіназной активністю і є аналогами мембранних рецепторів для мітогенних пептидів і гормонів росту. Сверхекспрессія онкогена, зміну специфічності для білкових субстратів або зміна регуляції активності можуть призводити до патології. Протоонкогена може перетворитися на онкоген в результаті простих точкових мутацій. Продукти не всіх онкогенів, що володіють тірозінкіназной активністю, є трансмембранних білків, деякі з них представляють собою периферичні мембранні білки.

      - res гомологичны а-субъединице G белков. Онкогенні білки типу v - res гомологічних а-субодиниці G білків. белок, который стимулирует фосфатидилинозитольную систему. Відповідні гени є модифікації гена, що кодує G білок, який стимулює фосфатіділінозітольную систему. Показано, що введення цих онкогенів в геном приводить до підвищення рівня диацилглицерол, хоча вміст розчинних фосфоінозитидів при цьому не збільшується. Як це пов'язано з трансформацією - невідомо. Відзначимо, що форболових ефіри прискорюють утворення пухлин, і ця функція, ймовірно, пов'язана з активацією протеїнкінази С.

      Найбільш істотно те, що порушення апарату передачі сигналу може індукувати рак. Вивчення цієї закономірності може виявитися корисним не тільки для встановлення механізмів виникнення пухлин, але і для виявлення складної мережі взаємодій у системі передачі сигналу, відповідальної за нормальну клітинну проліферацію і диференціювання.

      Резюме

      Взаємодії клітини з її оточенням здійснюються за участю рецепторів, розташованих на її поверхні. Функції цих рецепторів істотно розрізняються. Одні з них визначають адгезивні властивості клітин по відношенню до інших клітин або компонентів позаклітинного матриксу. Інші беруть участь в системах сигнал / відповідь або в імпорті макромолекул в цитоплазму.

      Порівняння амінокислотної послідовності рецепторів показує, що багато з них можуть бути згруповані в суперсімейства структурно споріднених, але функціонально розрізняються білків. . Наприклад, багато рецептори, які беруть участь у міжклітинній адгезії, належать до суперсімейство імуноглобулінів IgG. Інтегріни складають інше суперсімейство, що включає в себе безліч рецепторів для позаклітинних компонентів матриксу.

      Рецептор, що пов'язується з таким позаклітинним лігандом, як гормон або нейромеднатор, і опосередковує клітинну відповідь, здійснює це одним зі способів. В одних випадках рецептор сам є протеінкіназою, а в інших він утворює іонний канал. Зв'язування ліганда з позаклітинним ділянкою рецептора змінює ці функції, ініціюючи каскад подій у цитоплазмі. белок влияет на другие клеточные процессы, такие, как деградация фосфатидилинозитола в клеточной плазматической мембране. В інших випадках рецептор зв'язується з гуанідіннуклео-тідсвязивающім білком і активує його в цитоплазмі у відповідь на зовнішній сигнал. G білок впливає на інші клітинні процеси, такі, як деградація фосфатидилінозитолу в клітинній плазматичній мембрані. белками, образуют одно из нескольких суперсемейств рецепторов, участвующих в системах сигнал / ответ. Рецептори, які взаємодіють з G білками, утворюють одне з декількох суперсімейство рецепторів, що беруть участь в системах сигнал / відповідь.

      Важливо пам'ятати, що поверхня тваринної клітини дуже динамічна й плазматична мембрана бере участь у дивовижному явищі, званому Рециклювання мембран. Внутрішньоклітинні везикули постійно зливаються з плазматичною мембраною, а ділянки плазматичної мембрани в свою чергу отшнуровиваются з утворенням внутрішньоклітинних везикул. Ці процеси становлять частину ендоцітозного і екзоцітозного шляхів.

    Додати в блог або на сайт

    Цей текст може містити помилки.

    Біологія | Курсова
    369.1кб. | скачати


    Схожі роботи:
    NMDA-рецептори
    Клітинна інженерія 2
    Клітинна теорія
    Клітинна інженерія
    Клітинна інженерія
    Суперсімейства рецепторів ГАМК гліціновие і 5-НТ рецептори
    Антитіла й клітинні рецептори для них
    Суперсімейства рецепторів ГАМК гліціновие та 5 НТ рецептори
    Нейрональні рецептори в клітинах імунної системи
    © Усі права захищені
    написати до нас
    Рейтинг@Mail.ru