Фосфатидилинозитольная система.
Это еще одна система вторичных мессенджеров, используемая G-белокассоциированными мембранными рецепторами, которая применяет для передачи сигнала продукты реакции расщепления одного из фосфолипидных компонентов клеточной мембраны — фосфатидилинозитола. Эту реакцию катализирует фосфолипаза С — фермент, который связан с мембраной и активируется под влиянием G-белка. После связывания гормона с рецептором фосфолипаза С расщепляет фосфатидилинозитол на диацилглицерин (ДАГ) и инозитолтрифосфат, каждое из этих веществ индуцирует клеточный ответ. Инозитолтрифосфат переходит в цитоплазму клетки и, взаимодействуя с эндоплазматическим ретикулумом, стимулирует выброс кальция в цитоплазму. Увеличение концентрации кальция в цитоплазме является одним из основных способов стимуляции различных клеточных процессов посредством активации кальцийзависимых ферментов.
В отличие от инозитолтрифосфата диацилглицерин остается в связанном состоянии на внутренней стороне клеточной мембраны, где он активирует мембранную протеинкиназу С (РКС). Активация протеинкипазы С происходит только под воздействием ДАГ в присутствии повышенных концентраций кальция в цитоплазме, т. е. действие инозитолтрифосфата и ДАГ являются синергичными. Как и другие киназы, РКС осуществляет активацию ферментов клетки путем их фосфорилирования.
Процессы, стимулированные фосфатидилинозитольной системой передачи сигнала, затухают после дефосфорилирования инозитолтрифосфата и превращения его в ииозитол, а также инактивации ДАГ путем фосфорилирования этого соединения. Снижение концентрации ионов кальция в цитоплазме к исходному уровню приводит к подавлению активности внутриклеточных ферментов, стимулированных РКС.
Помимо непосредственно сопряженных с рецептором ионных каналов, которые открываются при образовании комплекса гормон — фермент, существуют также ионные каналы, состояние которых регулируется гормончувствительным рецептором при посредничестве G-белка. В этом случае мембранный рецептор и трансмембранный ионный канал представляют собой независимые белки. При формировании комплекса лиганд — рецептор G-белок, расположенный в мембране рядом с рецептором, взаимодействует с белком, образующим канал. Это взаимодействие приводит к конформационным изменениям белка капала, открыванию канала и перемещению ионов через мембрану. Обычно при открывании канала в клетку попадает большое количество ионов и соответственно происходит увеличение их концентрации в цитоплазме (Finn et al., 1996). Возможно, наилучшим примером реализации этого механизма передачи сигнала является гладкомышечная клетка, где G-белки регулируют открывание специфических ионных каналов в плазмалемме, что приводит к резкому увеличению концентрации кальция в цитозоле. В покое концентрация кальция в цитозоле этих клеток составляет 0,1 —0,2 мкмоль-л"1, однако при гормон-индуцированной активации кальциевых каналов концентрация этих ионов быстро повышается до 1 ммоль-л'1. Такое увеличение концентрации ионов кальция намного превышает наблюдаемое в случае открывания каналов, входящих в состав рецептора.
В некоторых случаях повышение концентрации ионов кальция оказывает воздействие на внутриклеточные процессы опосредованно. Существенное увеличение содержания ионов кальция в цитоплазме увеличивает вероятность их взаимодействия со специфическими кальцийсвязывающими белками внутри клетки. Наиболее изученным среди таких белков является кальмодулин, который можно обнаружить практически в любой клетке. Этот белок имеет четыре сайта связывания и обладает высоким сродством к кальцию. После того как кальций, источником которого могут служить и внутренние депо, свяжется со всеми четырьмя сайтами, комплекс кальций — кальмодулин приобретает способность активировать ферменты, чаще всего киназы. Киназы в свою очередь активируют ферменты, которые принимают непосредственное участие в клеточных процессах, индуцированных действием гормона, связавшегося с внешней поверхностью мишени. Клеточный ответ затухает после диссоциации комплекса гормон — рецептор и последующего закрывания каналов. После этого аденозиитрифосфатзависимые кальциевые насосы возвращают ионы кальция в место первоначальной локализации, т. с. в эндоплазмтический ретикулум или за пределы клетки.
Интеграция ответных реакций клетки-мишени, индуцированных гормональным воздействием
Интегративные процессы, которые характеризуют функционирование эндокринной системы, проявляются не только во время синтеза гормонов, но и в ответе тканей-мишеней на эти гормоны. Выражаясь конкретнее, биологический процесс, стимулированный одним гормоном, может быть модифицирован при воздействии другого гормона. Такая интегрированная чувствительность клетки может быть проиллюстрирована феноменами пермиссивности, синергизма и антагонизма. Синергизм, который часто называют еще потенцированием, имеет место, когда два различных гормона стимулируют один и тот же процесс в клетке-мишени. В этом случае клеточная реакция при совместном воздействии двух гормонов превышает ту, которую можно было бы ожидать в случае простого суммирования эффектов индивидуального воздействия каждого из этих гормонов. Чтобы проиллюстрировать это явление, рассмотрим воздействие гормона роста и кортизола на адипоциты. Оба фермента стимулируют липолизв клетках жировой ткани, однако при совместном воздействии скорость расщепления адипоцитов намного выше, чем если бы эти гормоны воздействовали но отдельности и их индивидуальный эффект суммировался простым сложением.
В случае пермиссивности связывание одного гормона с клеткой-мишенью должно предшествовать связыванию другого, чтобы последний мог стимулировать биологический ответ в клетках-мишенях. В этом случае говорят, что первый гормон оказывает на клетку-мишень пермиссивное воздействие, т. е. позволяет ей реагировать на второй гормон. Подобное явление можно наблюдать во многих типах клеток-мишеней, когда связывание тиреоидного гормона обеспечивает возможность воздействия па эти клетки адреналина. И наконец, антагонизм наблюдается в ситуации, когда влияние одного гормона противодействует другому и эффективно ослабляет или даже устраняет последствия его воздействия па клетку-мишень. Примером подобного взаимодействия является гормон роста, который препятствует проявлению эффектов инсулина при совместном воздействии на их общие ткани-мишени, т. е. связывание гормона роста нарушает способность инсулина стимулировать поглощение глюкозы и синтез гликогена в клетках печени и скелетных мышц.
Заключение
Даже краткое описание, данное в этой главе, делает очевидным тот факт, что механизмы, используемые эндокринной системой для регулирования биологических процессов в тканях-мишенях, характеризуются значительной степенью сложности и интегрированности. С целью поддержания гомеостаза в условиях разнообразных изменений внутренней и внешней среды для управления физиологическими процессами, происходящими в каждой отдельной клетке, организм использует стероидные и белково-пептидные гормоны, а также разнообразные внутриклеточные механизмы передачи сигнала. Вместе с тем стало понятно, что многие патологические состояния организма, например сахарный диабет II типа, могут быть непосредственно обусловлены нарушением функции этих механизмов передачи сигнала. Именно поэтому в настоящее время значительное количество исследований направлено на углубление наших знаний о гормонзависимых механизмах передачи сигнала в частности, а также функционирование эндокринной системы в общем.