на и окситоцина мембранного белка нейронов головного мозга F-l (В-50). Фосфорилирование F-1 коррелируете процессами запоминания. Минимальные эффективные концентрации вазопрессина и окситоцина составляют 10~9 — 10~8М, т.е. сопоставимы с существующими и возникающими in vivo. Большие концентрации — 10~3 — 1СГ4 М вызывают обратный эффект. Можно было бы с удовлетворением ассоциировать это явление со способностью вазопрессина усиливать консолидацию памяти, предполагая, что фосфорилирование мембранного белка на более или менее длительное время изменяет возбудимость мембраны. Однако такому предположению мешает тот факт, что окситоцин, который по ряду тестов подавляет консолидацию, увеличивает фосфорилирование F-1 в еще большей мере, чем вазопрессин. Сходные эффекты описаны в экспериментах с низкими концентрациями АКТГ.

Вазопрессин оказался также активатором (опять-таки посредством индукции фосфорилирования) метилтрансферазы фосфолипидов, превращающей фосфатидилэтаноламин в фосфатидил-холин. Роль этой реакции в модификации мембраны не вызывает сомнений. Кроме вазопрессина, метилтрансферазу фосфолипидов активируют также АКТГ, гонадотропин и глюкагон. Следует отметить относительно большую продолжительность этих постсинаптических процессов — до одного часа с максимумом на 5-10-й минуте.

НП оказывают глубокое воздействие и на другие уровни метаболизма клеток-мишеней. Установлены разнообразные их влияния на синтез РНК и белков. Рассматривая эти данные, следует учитывать несколько возможных механизмов. Во-первых, объектом фосфорилирования протеинкиназами, "включаемыми" при посредстве НП, могут быть белки-регуляторы транс-ляции и транскрипции. Во-вторых, значительные изменения содержания Са2+, да и других ионов, миграция которых возникает в результате модификации мембранных белков, могут порождать другие процессы, ведущие в конечном счете к изменению скорости транскрипции тех или иных генов или к изменениям скорости трансляции (менее специфичным). В-третьих, наконец, заслуживает особого внимания установленное недавно явление интернализации рецептор-лигандных комплексов и сведения о наличии в оболочке ядра и в хроматине соединений, способных специфически связывать НП. Сама по себе ин-тернализация комплекса лиганд-рецептор рассматривалась ра-

330

нее лишь как одна из возможностей прекращения функций НП с последующей деградацией НП и рецептора до аминокислот и, наконец, ресинтеза последнего. Есть, однако, основания полагать, что в этом состоит один из путей передачи сигнала НП в геном нейрона. Прецедентом является механизм действия стероидных гормонов, которые, легко проходя через липидные компоненты мембраны, встречаются с белковыми рецепторами в цитозоле и мигрируют в ядро к хроматину. В случае РП отличие состоит в том, что для преодоления липидных мембран гидрофильные молекулы пептидов, связавшись с рецепторами, группируются и входят в клетку посредством механизма, близкого к пиноцитозу. В интернализации принимает участие особый белок — клатрин, формирующий вокруг комплекса сетчатую оболочку.

Хотя пока трудно отдать предпочтение какому-либо из намеченных выше механизмов, можно констатировать, что включение или повышение активности определенных генов под действием нейромедиаторов, особенно НП, представляет собой либо обязательный, либо очень широко распространенный процесс. Его вызывают даже медиаторы, действие которых, казалось бы, столь скоротечно, что должно быть сосредоточено на быстрых синаптических реакциях. Ярким примером является активация генов актина и некоторых протоонкогенов, наступающая в течение минут после воздействия холинергических агонистов на соответствующие нейрональные клетки в культуре. Что же касается НП, то углубленное изучение эффектов каждого из них всегда приводило к выявлению действия на активность генома. Так, действие малых НП, являющихся либеринами и статинами гипоталамуса, оказалось направленным не только на регуляцию выхода соответствующих гипофизарных гормонов из депо, но и на активацию транскрипции генов. Так, ТРГ активирует гены пролактина, причем эта быстро наступающая реакция оказалась сопряженной с фосфорилированием части ядерных белков. Активация образования мессенджер-РНК пропиомелано-кортина возникает под действием кортиколиберина. В свою очередь, РП — продукты гипофиза — действуют на специфическую активность генома своих клеток-мишеней. Индуцируемый кортиколиберином АКТГ стимулирует (через аденилатциклаз-ную систему) транскрипцию генов гидроксилазы стероидов в клетках коры надпочечника, а также так называемых белка Е и белка М (последнего — в митохондриях). В отличие от относительно быстрьгх постсинаптических событий, это длительные процессы: синтез поли-(А)+РНК, кодирующей белок М, значительно усиливается в течение нескольких суток.

331

Индуцируемый тиролиберином тиротротга в свою очередь изменяет уровень фосфорилирования белков хроматина клеток щитовидной железы в транскрипционно активных зонах последнего.

Принципиально важной для понимания функций РП является иллюстрированная выше способность этих соединений запускать после взаимодействия с рецептором целую гамму процессов на всех уровнях метаболической иерархии клеток — от мембраны до генома — с различной продолжительностью — от минут (долей минуты) до часов. Хотя ряд подобных явлений отмечен и в исследованиях действия нейромедиаторов обычного типа, пептидные регуляторы имеют важное исходное отличие — более значительную, в общем, продолжительность существования (см. раздел 9.4) и, следовательно, возможность более длительного воздействия на рецепторы. Если РП выступает в данном синапсе как сопутствующий медиатор, то после его воздействия клетка в течение относительно длительного времени может претерпевать сложные изменения своего состояния. В частности, может меняться и восприимчивость к сигналам от разнообразных рецепторов, на ней расположенных (потенциа-ция синаптической передачи, "проторение" синапсов и др.), и способность к генерации импульсов и т.д. То, что продолжительность таких изменений, вызванных РП, может варьировать от минут до, по крайней мере, суток, и заставляет рассматривать их как один из элементов в механизмах формирования памяти, да и других сложных форм поведения.

Выводы

1. Нейропептиды — межклеточные передатчики информации. Они выполняют, нередко одновременно, функции нейромедиаторов, нейромодуляторов и дистантных регуляторов.

2. Нейропептиды представляют собой малые и средние по размеру пептиды, как правило, линейные, содержащие от 2 до 40-50 а.о. Часть нейропептидов модифицирована по концевым аминокислотам (амидинирование с С-конца, ацетилирование или циклизация остатка глутамата в пироглутамат и др.). Иногда встречаются и модификации неконцевых аминокислот (посттрансляционное формирование дисульфидных связей, D-ала-нина и др.).

3. Общее число известных нейропептидов измеряется многими сотнями. Они образуют более 40 семейств.

4. Нейропептиды (вместе с другими регуляторными соеди-

332

нениями) образуют функционально непрерывную систему, функциональный континуум. Каждый нейропептид обладает своеобразным комплексом биологических активностей.

5. Нейропептиды синтезируются путем протеолиза больших пептидов-предшественников в нейронах и сосредоточиваются в везикулах нервных окончаний. Так они, как правило, сосуществуют и совместно функционируют с мономолекулярными нейромедиаторами.

6. Действие нейропептидов реализуется через систему рецепторов "медленного" типа, содержащих G-белки.

7. Срок полураспада большинства нейропептидов в жидкостях организма варьирует от минут (для олигопептидов) до часов (для пептидов среднего размера).

8. Существует сложная иерархическая система, в которой одни нейропептиды индуцируют или подавляют выход других нейропептидов. При этом сами нейропептщда-индукторы обладают, кроме того, способностью непосредственно вызывать ряд биохимических и физиологических эффектов.

333

Глава 10

Постсинаптическая трансформация сигнала. Вторичные посредники. G-белки и протеинкиназы нервной ткани

А.Е.Антипенко

Как уже показано в гл.7-9, активность нервных окончаний регулируется двумя экзогенными факторами — изменением мембранного потенциала и прямым взаимодействием медиаторов нервных импульсов с рецепторами. В результате этих событий меняется цитоплазматический уровень по меньшей мере вторичных посредников — Са2+, цАМФ, цГМФ, инозитолтрифос-фата (возможно, и инозитолтетрафосфата) и диацилглицерина, что приводит к активации соответствующих пулов протеинкиназ: цАМФ-зависимых протеинкиназ (А-киназы); цГМФ-зави-симых протеинкиназ (G-киназы); Са-кальмодулин [(КМ)-за-висимых протеинкиназ (В-киназы)] и Са-фосфолипид-зависи-мых протеинкиназ (С-киназы). Активация протеинкиназ обусловливает фосфорилирование регуляторных белков-мишеней в клетках нервной системы и тем самым модулирует функциональную активность этих клеток.

Определяющий вклад в проблему внутриклеточной регуляции был сделан в 50-60-е годы Э.Сазерлендом, сформулировавшим представление о роли циклических нуклеотидов как вторичных посредников, накапливающихся в клетке в ответ на ней-ромедиаторный или гормональный стимул (первичный посредник) и осуществляющих связь между рецепторами и исполнительными системами. В результате дальнейшего развития этих исследований оказалось, что циклический аденозинмонофос-фат (цАМФ) регулирует обмен белков, углеводов, липидов и нуклеиновых кислот, влияет на проницаемость мембран, электрическую, сократительную и секреторную функции клеток, дифференцировку и пролиферацию. Установлена роль фосфорилирования белков как основного пути действия этого нук-леотида на клетки животных. Найдена связь между содержанием циклических нуклеотидов и характером протекания некоторых патологических процессов в тканях. Описано участие цАМФ и цГМФ в проявлении действия многих лекарственных препаратов на организм. Спустя лишь 10-15 лет после открытия, сделанного Э.Сазерлендом, представления о роли и механизме дей-

334

ствия циклических нуклеотидов оказались неотделимыми от современной биохимии, ф