Рис. 6.2. Опосредование гормонального сигнала системой фосфолипаза С-инози- тол-3-фосфат

Образование гормон-рецепторного комплекса при участии регуляторного G-белка активирует мембранную фосфолипазу С, вызывающую гидролиз фосфолипидов мембраны с образовани­ем двух вторичных посредников: инозитол-3-фосфата и диацил глицерола. Инозитол-З-фосфат ведет к выходу Са²⁺ из внутриклеточных депо. Связывание ионизированного кальция со спе­циализированным белком кальмодулином активирует протеинкиназы и вызывает фосфорили­рование внутриклеточных структурных белков и ферментов. Диацилглицерол повышает срод­ство протеинкиназы С к Са²⁺, способствуя ее активации, что также завершается процессами фосфорилирования белков. Диацилглицерол одновременно реализует другой путь опосредова­ния гормонального эффекта, активируя фосфолипазу А-2 и образование простаноидов.

ский эффект гормона. Через рассмотренную систему вторичных посредни­ков реализуются эффекты адреналина (при связи с альфа-адренорецепто­ром), вазопрессина (при связи с V-1-рецептором), ангиотензина-II, сома­тостатина, окситоцина.

4. Система кальций—кальмодулин. Ионизированный кальций поступает в клетку после образования гормон-рецепторного комплекса либо из вне­клеточной среды за счет активирования медленных кальциевых каналов мембраны (как это происходит, например, в миокарде), либо из внутри­клеточных депо под влиянием инозитол-3-фосфата. В цитоплазме немы­шечных клеток кальций связывается со специальным белком-кальмодули- ном, а в мышечных клетках роль кальмодулина выполняет тропонин С. Связанный с кальцием кальмодулин изменяет свою пространственную ор­ганизацию и активирует многочисленные протеинкиназы, обеспечиваю­щие фосфорилирование, а следовательно изменение структуры и свойств белков. Кроме того комплекс кальций—кальмодулин активирует фосфо­диэстеразу цАМФ, что подавляет эффект циклического соединения как вторичного посредника. Вызываемое гормональным стимулом кратковре­менное увеличение в клетке кальция и его связывание с кальмодулином является пусковым стимулом для многочисленных физиологических про­цессов — сокращения мышц, секреции гормонов и выделения медиаторов, синтеза ДНК, изменения подвижности клеток, транспорта веществ через мембраны, изменения активности ферментов.

6.1.1.2. Взаимосвязи вторичных посредников

В клетках организма присутствуют или могут образовываться одновремен­но несколько вторичных посредников. В связи с этим между вторичными посредниками устанавливаются различные взаимоотношения: 1) равно­значное участие, когда разные посредники необходимы для полноценного гормонального эффекта; 2) один из посредников является основным, а другой лишь способствует реализации эффектов первого; 3) посредники действуют последовательно (например, инозитол-3-фосфат обеспечивает освобождение кальция, диацилглицерол облегчает взаимодействие кальция с протеинкиназой С); 4) посредники дублируют друг друга для обеспече­ния избыточности с целью надежности регуляции; 5) посредники являются антагонистами, т. е. один из них включает реакцию, а другой — тормозит (например, в гладких мышцах сосудов инозитол-3-фосфат и кальций реа­лизуют их сокращение, а цАМФ — расслабление).

6.1.2. Механизм действия стероидных гормонов

Стероидные гормоны (рис. 6.3) обладают двумя путями действия на клет­ки: 1) классическим геномным или медленным и 2) быстрым негеномным.

6.1.2.1. Геномный механизм действия

Геномный механизм действия на клетки-мишени начинается трансмем­бранным переносом молекул стероидных гормонов в клетку (благодаря их растворимости в липидном бислое клеточной мембраны), с последующим связыванием гормона с цитоплазменным белком-рецептором. Эта связь с рецепторным белком необходима для поступления стероидного гормона в ядро, где происходит его взаимодействие с ядерным рецептором. После­дующее взаимодействие комплекса гормон—ядерный рецептор с хромати­новым акцептором, специфическим кислым белком и ДНК влечет за со­бой: активацию транскрипции специфических мРНК, синтез транспорт­ных и рибосомных РНК, процессинг первичных РНК-транскриптов и транспорт мРНК в цитоплазму, трансляцию мРНК при достаточном уров­не транспортных РНК с синтезом белков и ферментов в рибосомах. Все эти явления требуют длительного (часы, сутки) присутствия гормон-рецеп- торного комплекса в ядре.

6.1.2.2. Негеномный механизм действия

Эффекты стероидных гормонов проявляются не только спустя несколько часов, что требуется для ядерного влияния, часть из них проявляется очень

быстро, в течение нескольких минут. Это такие эффекты, как повышение проницаемости мембран, усиление транспорта глюкозы и аминокислот, освобождение лизосомальных ферментов, сдвиги энергетики митохондрий. К числу быстрых негеномных эффектов стероидных гормонов относятся, например, увеличение в течение 5 мин после введения человеку альдосте­рона общего периферического сосудистого сопротивления и артериального давления, изменение транспорта натрия через мембрану эритроцитов (во­обще лишенных ядра) под влиянием альдостерона в опытах in vitro, быст­рый вход Са²⁺ в клетки эндометрия под влиянием эстрогенов и др. Меха­низм негеномного действия стероидных гормонов заключается в связыва­нии на плазматической мембране клетки со специфическими рецепторами и активации каскадных реакций систем вторичных посредников, например фосфолипазы С, инозитол-3-фосфата, ионизированного Са²⁺, протеинки­назы С. Под влиянием стероидных гормонов в клетке может увеличиваться содержание цАМФ и цГМФ. Негеномный эффект стероидных гормонов

1 — классический геномный путь действия (гормон проникает через клеточную мембрану и цитоплазму в ядро, где после взаимодействия с ядерным рецептором воздействует на гены-ми- шени, активируя их). 2а и 2б — негеномные пути действия через мембранные рецепторы: 2а — пути, связанные с мембранным ферментом и образованием вторичного посредника, ведущего к активации протеинкиназ. Последние через фосфорилирование в ядре белка-коактиватора (БКА) активируют гены-мишени; 26 — пути, связанные с ионными каналами клеточной мем­браны, в результате чего гормон-рецепторный комплекс активирует ионные каналы, меняя возбудимость клетки. 3 — альтернативный негеномный путь действия (молекула гормона, про­никая через мембрану в цитоплазму, взаимодействует с цитозольным рецептором, что приво­дит к активации цитозольных киназ.

может быть реализован и после их связывания с цитоплазматическими ре­цепторами. Часть негеномных эффектов стероидных гормонов осуществ­ляется благодаря их взаимодействию с рецепторами, связанными с ворот­ным механизмом ионных каналов мембран нервных клеток, являясь тем самым модуляторами, например, глицин-, серотонин- или гамма-аминобу- тиратергических нейронов. Наконец, растворяясь в липидном бислое мем­браны, стероидные гормоны могут менять физические свойства мембраны, такие как ее текучесть или проницаемость для гидрофильных молекул, что также является негеномным эффектом.

Таким образом, механизмы действия гормонов разной химической структуры имеют не только различия, но и общие черты. Как и стероиды, пептидные гормоны обладают способностью избирательно влиять на транскрипцию генов в ядре клетки. Этот эффект пептидных гормонов мо­жет быть реализован не только с поверхности клетки при образовании вто­ричных посредников, но и путем поступления пептидных гормонов внутрь клетки за счет интернализации гормон-рецепторного комплекса.

6.L3. Саморегуляция чувствительности эффектора к гормональному сигналу

Изменение характера и интенсивности регуляторных сигналов, поступаю­щих к клетке, ведет к адаптивной перестройке ее рецепторных структур за счет специальных механизмов саморегуляции, изменяющих чувствитель­ность клетки к этому сигналу. Так, при избыточности внеклеточного гумо­рального сигнала формируется десенситизация соответствующего рецепто­ра, т. е. уменьшение его чувствительности к гуморальному регулятору из-за ослабления сродства рецептора к молекуле лиганда или числа рецепторных молекул. Механизм десенситизации рецепторов, реализующих регулятор­ный эффект через системы вторичных посредников, представлен на рис. 6.4. При наличии во внеклеточной среде избыточного гуморального сигнала и/или увеличении времени связывания лиганда с рецептором ак­тивируемая лиганд-рецепторным взаимодействием протеинкиназа плазма­тической мембраны фосфорилирует рецептор, в результате его аффинность к лиганду уменьшается в 2—5 раз, что предотвращает чрезмерность регуля­торного эффекта. Если этого снижения чувствительности рецептора недос­таточно, рецептор фосфорилируется другой протеинкиназой, активируе­мой соответствующим вторичным посредником. Следствием такого фос­форилирования является нарушение сопряжения рецепторов с G-белками и нарушение эффектов G-белков (активирующих или ингибирующих) на системы вторичных посредников и ионные каналы. Наконец, в случаях недостаточной эффективности двух указанных механизмов десенситизации гормон-рецепторные комплексы интернализуются внутрь клетки с образо­ванием рецепторосомы (вакуоль с рецептором). В последующем, если уро­вень гуморального регулятора во внеклеточной микросреде снизится в те­чение 2—3 ч, интернализированный рецептор может вновь встроиться в мембрану, а если повышенная концентрация регулятора сохраняется — ре­цепторосомы сливаются с лизосомами и рецепторы разрушаются. Десенси­тизация рецепторов может быть гомологической, проявляющейся в сниже­нии чувствительности только к тому гуморальному регулятору, избыток которого ее вызвал, и гетерологической, заключающейся в снижении чув­ствительности и к другим гуморальным факторам регуляции, но также реа­лизующим эффект через связанные с G-белком рецепторы и те же вторич­ные посредники.

Рис. 6.4. Схема трех путей десенситизации клетки к избыточному внешнему регуля­торному сигналу.

1. Снижение сродства рецептора к лиганду из-за фосфорилирования рецептора мембранной протеинкиназой. 2. Нарушение связи молекулы рецептора с G-белком при фосфорилирова­нии рецептора цитоплазматическими протеинкиназами. 3. Интернализация лиганд-рецептор- ного комплекса и разрушение рецептора ферментами лизосом. Стрелками со знаком (—) обо­значено подавление процесса взаимодействия.

Чувствительность клеток к внешним регуляторным сигналам зависит также и от числа так называемых свободных, или резервных, рецепторов, т. е. доступных для лиганда. Увеличивая синтез этих мембранных структур или их «всплывание» на поверхность мембраны, клетка способна повы­шать чувствительность к регуляторному сигналу (сенситизация), например в случаях недостаточного количества молекул гуморального регулятора во внеклеточной микросреде. Повышение чувствительности к регуляторному сигналу является также следствием возросшего сопряжения рецепторов с G-белком и системой вторичных посредников.

Клетки организма, как правило, используют не один, а несколько путей реализации одного гуморального регуляторного сигнала, в связи с чем для каждого лиганда (например, молекул одного гормона) на мембранах суще­ствуют несколько типов рецепторов. Так, для ацетилхолина, гистамина, катехоламинов, опиоидных пептидов, серотонина, вазопрессина иденти­

фицировано два (вазопрессин), три (опиоиды), четыре (мускариновые для ацетилхолина) и более (катехоламины, серотонин) мембранных рецепто­ров. Соответственно, меняя за счет саморегуляции чувствительность ре­цепторов одного типа, клетка изменяет характер функционирования и способна компенсировать неадекватные сдвиги в регуляторных влияниях.

Одним из регуляторных эффектов, реализуемых внутри клетки с помо­щью систем вторичных посредников мембранного лиганд-рецепторного взаимодействия, является изменение функционального состояния генома клетки и биосинтеза белка. Но и ядро клетки способно менять состояние плазматической мембраны, ее чувствительность к сдвигам внеклеточной среды, в том числе и изменению в ней количества и характера регулятор­ных сигналов. В клетках под контролем генома происходит синтез специ­альных белков — инверторов, оказывающих различное влияние на функ­циональное состояние мембраны в зависимости от адаптивно-компенса­торных потребностей клетки — изменение активности рецепторов, состоя­ния ионных каналов и насосов. Эти белки могут вести к гиперполяриза­ции клеточной мембраны, ослаблению функциональной активности клет­ки, с одновременным повышением синтеза белка и процессов регенерации внутриклеточных структур.