Внутрішньоклітинні сигнальні шляхи, що починаються від мембранного рецептора (Ташмухамедов)

Насьогодні одна із систематизацій шляхів трансдукції сигналів може бути заснована на певних вторинних месенджерах, які беруть участь у сигнальних каскадах:

1) цАМФ опосередковані шляхи

2) цГМФ опосередковані шляхи (незалежні від NO)

3) цГМФ і NO-опосередковані шляхи

4) шляхи, опосередковані іонами Са²⁺, ДАГ і інозитолтрифосфатом

5) шляхи, опосередковані іншими похідними ліпідів

6) шляхи, опосередковані малими G-білками

7) шляхи без залучення системи вторинних месенджерів

Історично, першим вторинним месенджером було відкрито циклічну АМФ (цАМФ)- Сазерленд (1957) і першим каскадом, який було вивчено, був са­ме каскад, що активується циклічними нуклеотидами. Зв'язування ре­цептору із специфічним лігандом приводить до приєднання до цього рецептору так званого G-білка (гуаніннуклеотидзв'язуючого білка). Нагадаємо, що ці G-білки пов'язані з роботою цАМФ-залежної і фосфатидилінозітольної системи трансдукції сигналу (основні ефектори G-білків – аденілатциклаза=АЦ і фосфоліпаза С=ФЛС), виконують функцію трансмітерів, передаючи сигнал від рецептора всередину клітини. Утворений комплекс активує аденілатциклазу, що перетворює АТФ на цАМФ. [Гормон -регульовані АЦ є трансмембранними глікопротеїдами, які активуються системою G-білків, що активно співпрацюють з системою рецепторів (GPCR), пов’язаних з G-білками. Ці рецептори належать до найбільшого класу поверхневих молекул, залучених у трансдукцію сигналу; складаються з 7 α-спіралей-7ТМ. G-білки є гетеротримерами і складаються з субодиниць α, β, γ, причому α- субодиниці є активуючими (α_s) і інгібуючими (α_i), тобто роботу аденілатциклази по різному регулюють два види білків (G_s та G _i). Зв’язування сигнальної молекули з рецептором стимулює структурні перебудови G-білка, що в свою чергу приводить до втрати спорідненості α до ГДФ та заміну її на ГТФ, подальше найчастіше вивільнення α·ГТФ з комплексу з субодиницями β, γ, латеральна дифузія в мембрані до зустрічі з АЦ та активація (інгібування) мембраннозв’язаної АЦ. Завдяки власній ГТФазній активності Gα каталізує розщеплення ГТФ до ГДФ і фосфату, після чого активізуються зворотні описаним вище процеси).

цАМФ активує протеїнкіназу А (ПК-А), яка фосфорилює білки по залишках серину та треоніну і таким чином активує їх. Повернення до неактивованого стану відбувається за допомогою цАМФ-фосфодіестерази, що перетворює цАМФ у 5´-АМФ, і фосфатази, яка дефосфорилює активований білок. Слід відмітити, що в процесах активації значну роль відіграє і дефософорилювання - для повернення системи у початковий стан і здатності її сприймати наступні сигнали. Система цАМФ працює в адренорецепторах, дофамінових, гістамінових рецепторах, рецепторах до адено­зину, простагландинів, вазопресину, глюкагону.

Далі було відкрито, що подібним вторинним месенджером є і цГМФ. Він утворюється під дією гуанілатциклази. Цитозольний форма цього ферменту активується монооксuдами NO, CO i OH, які на думку ряду авторів разом з церамідом, фосфатидною кислотою, циклоаденозинмонофосфат-рибозою належать до родини вторинних посередників. цГМФ активує іншу протеїнкіназу - ПК-Г, яка фосфорилює інші, ніж ПК-А білки (теж по залишках сери­ну і треоніну).

До початку 80-х років каскади цАМФ і цГМФ були найбільш вив­ченими і вважалися за головні. Однак пізніше було з'ясовано, що існу­ють і інші каскади і в імунних клітинах самевони відіграють голо­вну роль у передачі сигналу від антиген-специфічних рецепторів. Го­ловним із цих каскадів виявився поліфосфоінозитидний (вторинні месенджери -Са²⁺, ІФ₃).

Отже на початку 90-х років 20 ст. було показано, що саме Са²⁺, поліфосфо-інозитидний каскад відіграє провідну роль у передачі сигналу від антиген-специфічних рецепторів у клітинах імунної системи.

Ключовим ферментом цього каскаду є фосфоліпаза С (ФЛ-С), яка активується після зв’язування рецептора із специфічним лігандом. Активація цього ферменту, що міститься на внутрішній стороні плазмолеми, залежить від його ізоформи. Для ФЛ-С_β характерним трансмітером є G-білок.

Для антиген-специфічних рецепторів імунних клітин є характерною ФЛ-С_γ, яка у клітинах вищих хребетних також поділяється на дві ізоформи С_γ 1 і С_γ 2.

Перша ізоформа експресована у клітинах усіх типів, а друга- тільки в імунокомпетентних. Отже останні мають обидві форми фосфофоліпази С_γ. ФЛ-С_γ в неактивному стані не прикріплена до мембрани, а вільно дифундує у цитозолі. Тому у процесі дифузії молекули ФЛ-С_γ можуть опосередковано зв’язуватись з антиген-специфічним рецептором і бути фосфорильованими по залишкам тирозину специфічними тирозиновими кіназами - виконавцями трансміттерних функцій.

Таким чином на рівні активації сигналінгу з залученням Т- і В- клітинного рецептору одним з механізмів є рекрутування внутрішньоклітинних білків до плазматичної мембрани шляхом тирозин-залежного фосфорилювання власне рецептора, так і скафолдних і адапторних білків (I). Другий механізм – активація мембрано-асоційованих G-білків, які рекрутують сигнальні молекули до мембрани (II). Третій механізм – локальне утворення модифікованих мембранних ліпідів в результаті активації рецепторів (III).

I. Тирозинові кіна­зи, що беруть участь у передачі сиґ­налу від антигенспецифічного рецептора Т- і В-клітин, поділяють на чотири (п’ять) родини за спільними ознаками будови та гомоло­гією амінокислотних послідовностей. Слід підкреслити, що всі тирозинові кінази, крім каталітичного, мають консервативні доме­ни, які визначають взаємодію кіназ з пев­ними субстратами, а також їх локалізацію в сигнальному комплексі.

Зараз ми розглянемо доменну структуру сигнальних білків, до яких належать тирозинові протеїнкінази, фосфоліпаза Сγ (PL Cγ), фосфоінозитид- 3 кіназа (РІ3К), адапторні білки і т.д.