Биологический каталог




Нейрохимия: Учебник для биологических и медицинских вузов

Автор И.П.Ашмарин, А.Е.Антипенко, В.В.Ашапкин, Г.Г.Вольский, С.А.Дамбинова и

асса — 100-105 кД. 2'-Фосфодиэстераза гидролизует 2-5А до АМФ и АТФ, молекулярная масса этого фермента около 40 кД.

Чтобы оценить биохимическое и физиологическое значение процессов образования 2-5А, необходимо остановиться на механизмах подавляющего влияния цАМФ на пролиферативный статус нервных клеток (в качестве модели использовали клетки PC-12). Так, действие ряда факторов, в частности фактора роста нервов, а также повышение уровня цАМФ, вызванное тео-филлином или дибутирил-цАМФ, приводит к остановке деления и дифференцировке этих клеток. Действие теофиллина (ингибитора фосфодиэстеразы цАМФ) в отличие от фактора роста нервов или дибутирильного аналога цАМФ носит кратковременный характер (наибольшее число клеток с нейритами наблюдается через сутки). Повышение концентрации цАМФ в результате ингибирования фосфодиэстеразы под действием теофиллина, как и в случае фактора роста нервов и'дибутирил-аАМФ, приводит к блокаде активного деления и дифференцировке нервных клеток. Однако в дальнейшем падение активности фосфодиэстеразы, обусловленное теофиллином, и соответ-

343

ствующее увеличение уровня цАМФ компенсируется индукцией биосинтеза этого фермента. Именно этим и объясняется кратковременное действие теофиллина.

Повышение уровня цАМФ в нервных клетках (так же, как и в клетках некоторых других типов), вызванное действием факторов, непосредственно влияющих на аденилатциклазную систему (адреналин, теофиллин и др.), сопровождается более чем 10-кратным увеличением концентрации 2-5А. Установлено, что рост уровня олиго(А) синтетазы и концентрации 2-5А наблюдается при дифференцировке клеток и замедлении клеточного деления.

ш Исследование биологических свойств 2—5А показало, что этот олигоиуклеид способен обратимо активировать специфическую латентную нуклеазу (РНКазу L), ускорять гидролиз РНК и, таким образом, ингибировать синтез белка in vivo и тормозить процесс размножения клеток. Следовательно, повышение уровня 2-5А и изменение концентрации цАМФ является частью универсального механизма регуляции клеточного деления. К настоящему времени установлены два взаимодополняющих процесса, с помощью которых осуществляются эти регулятор-ные реакции. С одной стороны, стимуляция А-киназы при повышении уровня цАМФ (и/или уменьшение активности термостабильного ингибитора А-киназы) приводит к фосфорили-рованию белка сМг- 18 кД. Этот белок в виде фосфоформы является ингибитором активности 2' -фосфодиэстеразы — фермента гидролиза 2-5А*. С другой стороны, повышение концентрации цАМФ внутри клетки вызывает индукцию олиго(А) синтетазы. осуществляющей синтез 2-5А (вероятно, за счет транслокации Р-субъединицы А-киназы в ядро и активации специфических генов).

Совокупность этих событий приводит к устойчивому повышению уровня 2-5А и связанному с этим переходу нервных клеток в состояние покоя. По-видимому, именно таким образом осуществляется ярко выраженный антипролиферативный эффект цАМФ, вызванный действием этого вторичного посредника на систему метаболизма 2-5А, При этом взаимное влияние уровней цАМФ и 2-5А основано на механизме отрицатель-

* Сходный механизм регуляции активности доказан для протеинфосфата-зы I. Ингибитор этой фосфатазы, как упоминалось, также фосфорилируется и, соответственно, активируется с помошью А-киназы. Интересно, что молекулярная масса ингибитора фосфопротеинфосфатазы I также 18 кД. Таким образом, можно полагать, что механизм цАМФ-зависимой регуляции гидролиза 2-5А не является уникальным. Вероятно, подобным образом регулируется активность и других ферментов. 344

ной обратной связи. Так, установлено, что подъем уровня 2-5А, обусловленный увеличением внутриклеточной концентрации цАМФ по указанным механизмам, в свою очередь, способствует активации фосфодиэстеразы цАМФ. В результате происходит снижение уровня цАМФ и прекращение роста концентрации 2-5А, который является в этом случае вторичным (по отношению к цАМФ) посредником в проявлении антипролифера-тивного действия цАМФ.

10Л.3. Фосфодиэстераза

В прекращении сигнала цАМФ участвуют фосфодиэстераза, гидролизующая этот нуклеотид до АМФ. В противоположность аденилатциклазе фосфодиэстераза — преимущественно растворимый фермент. В то же время активность фермента обнаружена во фракциях саркоплазматического ретикулума, митохондрий и ядер.

Циклонуклеотидактивируемая фосфодиэстераза гидролизу-ет как цАМФ, так и цГМФ, при этом под действием цГМФ ускоряется гидролиз цАМФ и наоборот, что свидетельствует о положительной кооперативности двух активных центров. Несомненна роль фермента в проведении нервного импульса: так, в постсинаптической мембране нервной ткани обнаружен необычайно высокий уровень фосфодиэстеразы цГМФ.

Для фосфодиэстеразы характерно наличие множественных форм. Эти формы различаются как по молекулярной массе, так и по сродству к одному и тому же и к различным циклическим нуклеотидам. В целом, сродство к циклическим нуклеотидам у фосфодиэстераз в 100-1000 раз ниже, чем у протеинкиназ А и G, поэтому при ускорении синтеза нуклеотидов сначала происходит насыщение циклическими нуклеотидами регуляторных центров киназ и лишь затем —гидролиз цАМФ и цГМФ фос-фодиэстеразами.

В мозге содержатся Са-кальмодулинрегулируемые формы как цАМФ-синтезируюшего (аденилатциклаза), так и цАМФ-гид-ролизующего (фосфодиэстераза) ферментов. Са-кальмодулин-зависимая фосфодиэстераза представляет собой гомодимер, состоящий из субъединиц с различной молекулярной: массой у разных изоформ фермента. Ограниченный протеолиз субъединицы 60 кД приводит к появлению фрагмента с Мг = 36 кД и необратимой активации фосфодиэстеразы. Фрагмент 36 кД более не активируется кальмодулином. Следовательно, субъединицы фосфодиэстеразы включают 2 фрагмента: каталитический

345

и регуляторный (связывающий кальмодулин).

Анализ регуляторных свойств фосфодиэстеразы в нервной ткани свидетельствует о тесном сопряжении между цАМФ- и Са-зависимыми системами внутриклеточной сигнализации; это сопряжение может модулироваться с помощью изоферментов фосфодиэстеразы. Так, в мозге быка найдены 2 изоформы Са-КМ-зависимой фосфодиэстеразы, состоящей из субъединиц с Мг = 60 и 63 кД. Изофермент с субъединицами 60 кД может быть фосфорилирован цАМФ-зависимой протеинкиназой, что приводит к уменьшению сродства фосфодиэстеразы к кальмо-дулину. Дефосфорилирование этого изофермента осуществляет Са-КМ-стимулируемая протеинфосфатаза; при этом восстанавливается чувствительность фосфодиэстеразы к кальмодулину.

В отличие от изофермента с субъединицами 60 кД фосфорилирование изоформы фосфодиэстеразы с субъединицами 63 кД осуществляется Са-КМ-зависимыми протеинкиназами. Это фосфорилирование также приводит к потере чувствительности фосфодиэстеразы к кальмодулину и "обращается" Са-КМ-стиму-лируемой протеинфосфатазой с восстановлением чувствительности фосфодиэстеразы к КМ. Очевидно, такой механизм регуляции фосфодиэстеразы реализуется в мозге in vivo, несмотря на очень высокую (>10 мкМ), "насыщающую" концентрацию в нем КМ. Фосфорирование снижает сродство фермента к КМ и обусловливает зависимость его активности от физиологических концентраций Са2+.

¦ В нервной ткани, таким образом, существует тесная взаимосвязь между двумя системами вторичных посредников, Са2+ и цАМФ, осуществляемая посредством цАМФ- и Са-зависимо-го фосфорилирования-дефосфорилирования различных изоферментов фосфодиэстеразы цАМФ. Эта взаимосвязь может модулироваться также различным сродством к Са2+ аденилатциклазы, фосфодиэстеразы, протеинкиназы и фосфатазы. Так, аде-нилатциклаза мозга активируется гораздо более низкими концентрациями Са24\ чем фосфодиэстераза.

Кроме циклических нуклеотидов, Са2+ и ограниченного про-теолиза фосфодиэстеразу активируют также полианионы, фосфолипиды, жирные кислоты. Ингибиторами или активаторами фермента являются многочисленные фармакологические вещества. Фосфодиэстераза является более "удобной" мишенью для действия лекарственных препаратов, чем аденилатциклаза, так как менее специфична в отношении эффекторных влияний (нет сложного настраиваемого рецепторного аппарата). Мощными ингибиторами фосфодиэстеразы являются производные ксанти-

346

нов — ингибирование осуществляется блокадой аллостериче-ского центра связывания нуклеотидов.

10.2. цГМФ-ЗАВИСИМОЕ ПРОТЕИЫФОСФОРИЛИРОВАНИЕ. ПРОТЕИНКИНАЗА G

Вскоре после открытия цАМФ-зависимых протенкиназ был обнаружен еще один класс циклонуклеотид-зависимых фосфо-рилирующих ферментов, стимулируемых с помощью цГМФ, — протеинкиназы G. В тканях млекопитающих содержание протеинкиназ G весьма невелико (1-2% от общей протеинкиназной активности). Наиболее высок уровень активности и содержания протеинкиназ G в мозжечке, сердечной мышце и легких, эти же ткани содержат и наибольшее количество цГМФ, не превышающее, впрочем, 10% от содержания в них цАМФ. Основное количество протеинкиназы G обнаружено в цитозоле, некоторая часть фермента связана с цитоплазматическими мембранами и ядерной фракцией.

Фермент состоит из двух примерно идентичных субъединиц (74 кД), каждая из которых имеет каталитическую активность и способна связывать циклический нуклеотид. Ограниченным про-теолизом можно перевести димер в мономеры и затем разделить каждую субъединицу на цГМФ-связывающий и каталитический фрагменты. Эти исследования наряду с выявленной гомологией между протеинкиназой G и протеинкиназой А II типа по субстратной специфичности, аминокислотной последовательности, способности к аутофосфорилированию, иммунологическим свойствам привели к представлению о том, что цАМФ и цГМФ-зависимые протеинкиназы эволюционировали от общего гена, кодирующего одну полипептидную цепь. В процессе развития цАМФ-зависимый фермент стал синтезироваться в виде разобщенных компонентов, тогда как цГМФ-зависимая протеинкиназа синтезируется как одна цепь.

В отличие от каталитической субъединицы протеинкиназы А, способной высвобождаться во время активации фермента, внутриклеточное перемещение "недиссоциированной" протеинкиназы G может быть затруднен. На основании аминокислотного анализа протеинкиназы G было установлено, что одна субъ

страница 69
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95

Скачать книгу "Нейрохимия: Учебник для биологических и медицинских вузов" (21.4Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(22.11.2019)