незом во время формирования мембран. Использование специальных методов показало, что ганглиозиды расположены на наружной стороне пре- и постси-наптических терминалей, принимающих непосредственное участие в передаче нервного импульса.

¦ Ганглиозиды имеют отношение не только к синаптиче-ским контактам, но локализованы и в других типах нейрональ-ных и глиальных мембран, о чем свидетельствуют различия в содержании и составе ганглиозидов в различных областях мозга.

125

4.8.3. Организация ганглиозидов в мембране

Молекулярная организация ганглиозидов в мембране очень динамична, что создает, с одной стороны, некоторую локальную неустойчивость мембраны, а с другой - поддерживает ее целостность. Молекулы ганглиозидов не подвержены флип-флопу, но способны к латеральной диффузии с широко варьирующей скоростью.

Несмотря на большую подвижность ганглиозидов, они не вносят хаотичность в распределение компонентов мембраны. Это достигается, во-первых, образованием горизонтальных связей между олигосахаридными цепочкам гликопротеинов и гли-колипидов, приводящих к устойчивому полимерному комплексу. Во-вторых, гликолипиды и гликопротеины могут сцепляться периферическими гликозаминогликанами, которые, как правило, не закреплены в интегральной зоне мембраны, свободно диффундируют и взаимодействуют с гликолипидами и глико-протеинами ионными и водородными связями, образуя своеобразный латекс (рис.4.4). В-третьих, ограничение латерального движения гликолипидов достигается сосредоточением их в определенных областях с повышенной вязкостью. В-четвертых, топографию поверхности стабилизируют цитоскелетные системы клетки.

Различные поливалентные лиганды гликопротеиновой природы с помощью цитоскелетной системы вызывают в мембранах перераспределение гликолипидов в группы, участки, полюса. Степень агрегации зависит от степени взаимодействия олигосахаридных структур с лектинами, причем один и тот же агент может вызывать агрегацию одних молекул в группы, а других — в полюса.

Как правило, большие плотные массы олигосахаридных цепочек гликопротеинов служат фокусной точкой, вокруг которой увеличивается степень упаковки ганглиозидов. Нековалент-ное кооперативное взаимодействие ганглиозидов приводит к тому, что в участках скопления ганглиозидов резко возрастает отношение ганглиозидов к фосфолипидам. В результате возникают весьма сложные эффекты. Жидкостность в этих локусах становится ниже, ганглиозидные кластеры приобретают максимальную нестабильность из-за взаимного отталкивания отрицательно заряженных сиаловых кислот, мембранный потенциал в этом локусе становится максимальным.

Участки, занятые заряженными ганглиозидными молекулами, имеют повышенное сродство к водорастворимым, экзогенным лигандам, а области, свободные от ганглиозидов, осуществляют гидрофобное взаимодействие с лигандами другой природы (рис.4.5). Оба рода взаимодействия вызывают кооперативные и некооперативные структурные перестройки в мембране, оказывают разнообразные влияния на состояние клетки.

Агрегация ганглиозидов и гликопротеинов на поверхности важна для поддержания контактов между клетками, поскольку конгломераты молекул обеспечивают более устойчивые контакты, чем молекулы, случайно или дисперсно разбросанные на поверхности. Подобные агрегаты могут содержать различные рецепторы или несколько копий одного рецептора, или составлять единый рецепторный комплекс, состоящий из гликолипидов и гликопротеинов.

¦ Таким образом, зона, где происходит кодирование и декодирование информации, передача ее внутрь клетки и где реализуется прямая и обратная связь с ядром, представляет собой обширную систему перекрестносвязанных гетерогенных гликози-лированных молекул. Эта область является своеобразным распределительным щитом регуляторных сигналов, в котором молекулы ганглиозидов могут выполнять роль триггеров, регуляторов или трансдукторов, функции сигнальных молекул на стадии дифференциации и участвовать в определении видовой и тканевой специфичности.

127

сигнал сигнал

Рис А.5. Важность ганглиозидных кластеров мембран в ориентировочном связывании лигандов и последующем внутриклеточном ответе

4.8.4. Ганглиозиды и передача информации через мембраны

Ганглиозиды участвуют в модулировании рецепторных функций.

Диапазон рецепторных свойств ганглиозидов широк: они связывают токсины, вирусы, медиаторы и гормоны. Есть данные о том, что ганглиозиды потенциируют действие нейроро-стового фактора и участвуют в рецепции интерферона.

Из всего множества индивидуальных ганглиозидов только 128

для девяти строго доказана специфичность связывания. Это прежде всего моносиалоганглиозид GMI, который высокоспецифично (с низкой константой диссоциации) взаимодействует с холерным токсином, дофамином, тиротропином; а также пен-та-, тетра-, три- и дисиалоганглиозиды — компоненты рецеп-торного комплекса для токсинов, вирусов, гормонов (табл.4.9), и дисиалоганглиозид GD3, который в эквимолекулярных соотношениях соединяется с серотонином.

Таблица 4.9.

Сродство ганглиозидов головного мозга к различным лигандам

Лиганлы Ганглиозид, обладаюший преимущественным сродством к лиганлу

Холерный токсин GMi' GDlb

Столбнячный токсин GQIb> GDlb* GTlb

Ботулинический токсин GTIb

Токсин Е. coli GM1

Вирус Сендай GPi> GQlb> GTla

Вирус гриппа GTlb> GDlb

Дофамин GM1

Серотонин GD3

Интерферон GM2> GT1

Тиротропин GTlb> GDlb> GM1

Лютеотропин GTlb> GDib

Гонадотропин GTlb

Фибронектин GTh GDlo

Взаимодействие ганглиозидов с холерным токсином привлекает особое внимание, что обусловлено широким использованием его для изучения механизмов действия нейрорецепторов. В настоящее время наиболее изучен механизм взаимодействия холерного токсина с моносиалоганглиозидом GM1. Некоторое функциональное значение в опосредовании действия холерного токсина, кроме G^, имеет дисиалоганглиозид GDIb. Установлено, что взаимодействие между ними модифицирует структуру холерного токсина и нарушает бислой мембраны. Олиго-

129

сахаридная часть моносиалоганглиозида GM1 связывается с узнающей молекулой холерного токсина — протомером В, что вызывает увеличение локальной плотности ганглиозидов, их ми-целлообразование. Мицеллы ганглиозидов взаимодействуют с регуляторной единицей холерного токсина — протомером А. Этот протомер А обладает АДФ-рибозилирующей активностью. В результате АДФ-рибозилирования компонентов некоторых из так называемых медленных рецепторов происходит активация аде-нилатциклазы (см. также гл.7 и 8).

Мицеллы ганглиозидов способствуют погружению иротоме-ра А в липидную фазу и транслокации протомера А внутрь клетки. Чем выше концентрация ганглиозидов и мицеллообразова-ние, тем выше рибозилтрансферазная активность протомера А. Ганглиозиды в немицеллярной форме не способны "погрузить" протомер А в мембрану.

¦ Мицеллообразование ганглиозидов способствует, таким образом, реорганизации липидного слоя, причем это свойство зависит от структуры комплекса токсин-ганглиозид.

4.8.5. Участие ганглиозидов в дифференциации клеток

Была предложена модель клеточного цикла, в которой кроме стадии покоя G0, неустойчивой и регулируемой циклическими нуклеотидами, постулируется стадия D-дифференциации, контролируемая ганглиозидами. По мере формирования ней-рон-нейрональньгх взаимодействий меняется структура и количество ганглиозидов и увеличивается число высокоаффинных контактов.

Участвуя в дифференциации клеток, ганглиозиды увеличивают время выживания клеток и вызывают морфологические изменения клеток, проявляя нейритогенный эффект (рис.4.6). Ней-ритогенный эффект экзогенных ганглиозидов обнаружен в культурах клеточных линий нейронального и хромаффинного происхождения, в симпатических и парасимпатических ганглиях и в нервно-мышечных препаратах.

На рис.4.6 представлен нейритогенный эффект моносиалоганглиозида GMI в концентрации 10~4М на рост отростков спи-нального ганглия эмбриона цыпленка. Экзогенные ганглиозиды оказывают влияние на протяженность отростков, их число на клетку (спрутинг) и на разветвленность отростков (арборизацию). Интересно, что моносиалоганглиозид GM1 вызывает только увеличение длины аксонов, а три- и тетрасиалоганглиозиды в тех же концентрациях усиливают спрутинг и арборизацию.

130

Рис.4.6. Нейритогенный эффект GMi (1(Г4 М) на рост отростков спинного ганглия эмбриона цыпленка (А, В, Д — первые три дня без добавления GMI; Б, Г, Е — при добавлении GM])

4.8.6. Терапевтические эффекты ганглиозидов

Ганглиозиды in vivo обладают уникальными свойствами: при введении в организм подкожно, внутримышечно или интрапе-ритонеально они относительно длительное время сохраняются в кровяном русле, лишены токсичности, в небольших количествах проникают через гемато-энцефалический барьер и активно встраиваются в нейрональные мембраны. Они способствуют репарации поврежденных аксонов, обладают выраженными терапевтическими эффектами при травмах головного и спинного мозга.

В настоящее время наиболее изучена молекулярная и биологическая роль в этих процессах моносиалоганглиозида GM1, который при введении in vivo:

а) восстанавливает нейрохимические параметры дофаминер-гических нейронов после нарушения нигростриатной системы,

131

усиливает захват дофамина и активность ?ирозингидроксила-

зы;

б) восстанавливает нейрохимические характеристики при частичной холинергической и глутаматергической деафферен-тации гиппокампа, увеличивает активность холинацетилтранс-феразы и ацетилхолинэстеразы;

в) восстанавливает высокоаффинный захват холина в коре больших полушарий после нарушений ядер переднего мозга;

г) нормализует дисбаланс между активностью дофамин- и серотонинергических нейронов, вызванный введением апомор-фина;

д) оказывает рост-стимулирующий эффект и защитное действие против вторичной дегенерации серотонин- и норадре-нергических нейронов, вызванной нейротоксинами;

е) уменьшает церебральный отек и восстанавливает ионный баланс после травмы;

ж) способствует регенерации зрительного нерва после перерезки.

С другой стороны, введение антител к GM] вызывает у развив