С является фосфатидилинозитол-дифосфат — относительно редкий фосфолипид мембран.

Фермент расщепляет фосфатидилинозитолдифосфат на липидный компонент диацилглицерин, который остается в мембране, и водорастворимый инозитолтрифосфат. Если в системе цАМФ трансмембранный перенос информации происходит с образованием одного вторичного посредника, то в фосфоино-зитидной системе идет раздвоение пути передачи сигнала, так как в результате образуются два различных вторичных посредника: диацилглицерин и инозитолтрифосфат. Они действуют в клетке согласованно и активируют соответствующие пулы протеинкиназ.

Инозитолтрифосфат стимулирует высвобождение кальция из эндоплазматического ретикулума, при этом активируется семейство Са-КМ-зависимых протеинкиназ. Его концентрация, необходимая для достижения максимальной скорости высвобождения Са2+ из депо ретикулума в нервной ткани, существенно ниже (0,2 мкМ) по сравнению с другими тканями (0,8-1,0 мкМ). Таким образом, чувствительность эндоплазматического ретикулума к инозитолтрифосфату в клетках нервной системы может быть наиболее высокой.

Инозитолтрифосфат, очевидно, не единственный из инози-толтрифосфатов, выступающих в роли вторичного посредника. Образуемый в результате фосфорилирования инозитолтрифос-фата инозитолтетрафосфат также участвует в регуляции внутриклеточной концентрации Са2+. Эта регуляция осуществляется, вероятно, влиянием инозитолтетрафосфата на поступление

356

внеклеточного Са2+ в цитоплазму. Поступление Са24" в клетку в этом случае происходит не через рецептор-зависимые Са-ка-налы, а каким-то иным, пока неизвестным способом.

Диапилглицерин служит источником арахидоновой кислоты (эстерифицирует второй гидроксил глицерина в структуре диа-цилглицерина), активирующей гуанилатциклазу. Этот путь регуляции имеет особое значение для реализации эффектов холинергической импульсации и функции мускаринчувствительных холинорецепторов и Н1 -рецепторов гистамина, для которых роль цГМФ как вторичного посредника общепризнанна. Следовательно, в системах вторичных посредников — цГМФ и фос-фоинозитидной — существует функциональная взаимосвязь через стадию образования арахидоната, обеспечивающая интегральный характер транссинаптической регуляции биохимических процессов в клетке.

Из арахидоновой кислоты образуются простаглацдины, тром-боксан и, кроме того, под действием соответствующей киназы диацилглицерин превращается в фосфатидную кислоту. Предполагается, что фосфатидная кислота обладает Са-ионофорны-ми свойствами. Так, фосфатидная кислота накапливается в мембранах клеток при действии Са-агонистов. По такому механизму, очевидно, происходит инактивация электровозбудимых Са-каналов нейронов при действии дофамина. Взаимодействуя с собственным мембранным рецептором, дофамин в нейронах большого прудовика через G-белок активирует фосфолипазу С. Образовавшаяся из диацилглицерина фосфатидная кислота индуцирует поступление в клетку внешнего кальция и накопление его в примембранном слое цитоплазмы. Результатом локального повышения концентрации Са2+ является инактивация электровозбудимых Са-каналов. Таким образом, система метаболизма фосфатидилинозитидов может регулировать внутриклеточную концентрацию Са2+ как посредством увеличения потока Са2+ через плазматическую мембрану, так и за счет выхода Са2+ из внутриклеточных депо.

Наконец, диацилглицерин активирует также протеинкина-зу, связанную с плазмалеммой, — фосфолипид-зависимый, Са-активируемый фермент — протеинкиназу С.

10.4.2. Протеинкиназа С

Уже отмечалось, что протеинкиназы, как и сопряженные с ними G-белки, имеют различную преимущественную локализацию в клетках нервной ткани. Так, аденилатциклаза и проте-

357

инкиназа С присутствуют в высоких концентрациях в мозжечке, но С-киназа (так же, как и G-киназа) локализована в клетках Пуркинье, в то время как аденилатциклаза — в гранулярных клетках. Таким образом, разные типы клеток мозга адаптированы к сигналам, активирующим синтез различных вторичных посредников: цАМФ, цГМФ, инозитолтрифосфата и диа-иилглицерина. В мозжечке рецепторов фосфоинозитидной системы примерно в 500 раз больше, чем в периферической нервной ткани.

Во многих отделах мозга, включая мозжечок, рецепторы фосфолипазы С и С-киназа имеют одинаковую локализацию и функционируют синергично. Однако в некоторых отделах, таких, как грудной отдел спинного мозга, рецепторы и киназа разобщены; две ветви этого внутриклеточного сигнального пути не составляют там эквивалентную пару. Поэтому в ряде случаев диацилглицерин формируется и активирует С-киназу без образования инозитолтрифосфата. В этих случаях, очевидно, диацилглицерин образуется уже не из фосфатидилинозитолдифос-фата, а из монофосфорилированного мембранного липида — фосфатидилинозитола Таким образом, в нервной ткани имеется еще один вариант активации протеинкиназы С.

Протеинкиназа С обнаружена в разных тканях млекопитающих и лишена строгой тканевой и видовой специфичности. Однако в мозге ее концентрация является наибольшей. Субклеточное распределение протеинкиназы С неодинаково в разных тканях и органах: фермент преимущественно локализован в ци-тозоле клеток сердца и в мембранной фракции клеток мозга. Протеинкиназа С мозга —мономер с Мг = 80-87 кД, состоящий из двух доменов: регуляторного, имеющего участки связывания для диацилглицерина и фосфолипидов, и каталитического. Домены разделяют участок полипептидной цепи, чувствительный к протеолитической атаке.

Наибольший активирующий эффект на протеинкиназу С оказывают диацилглицерины и в меньшей мере фосфатидилинози-тол, фосфатидилсерин и фосфатидная кислота. Диацилглицерины увеличивают сродство протеинкиназы С к фосфолипидам. При этом протеинкиназа С становится чувствительной к физиологическим концентрациям Са2+ в клетке (уменьшение концентрации Са2+, необходимой для активации протеинкиназы, от НО"4 до Ы0~7 М). Диацилглицерин быстро образуется в ответ на сигнал-рецепторное взаимодействие и быстро разрушается (время существования до 1 мин), что в конечном итоге и определяет его свойства как вторичного посредника.

358

Известно, что сродство С-киназы к плазматическим мембранам увеличивается во время активации. Для транслокации киназы необходим Са2+. Связывание С-киназы с мембранами обусловлено координационным взаимодействием 4 карбоксильных групп молекул фосфатидилсерина с комплексом Са2+-фер-мент.

¦ Таким образом, индуцированное инозитолтрифосфатом увеличение внутриклеточной концентрации Са2+ может активировать С-киназу при встраивании ее в мембраны. Активированная и локализованная на наружной мембране С-киназа обусловливает фосфорилирование белковых компонентов ионных каналов, изменяя тем самым их проницаемость.

Как недавно установлено, Са2+ и фосфолипиды не всегда необходимы для активации протеинкиназы С. Так, ненасыщенные жирные кислоты (арахидо-новая, олеиновая, линолевая) могут активировать фермент независимо от Са2+ и фосфолипидов. В составе изоферментов протеинкиназы С обнаружена также Са-независимая, но фосфолипид-зависимая форма фермента.

Протеинкиназа С подвергается аугофосфорилированию в присутствии Са2+ и фосфолипидов. Физиологическое значение этого процесса состоит, вероятно, в повышении активности киназы. Установлена также активация протеинкиназы С ограниченным протеолизом под действием мембраносвязанной Са-активируемой эндогенной протеазы. Полученные фрагменты теряют сродство к мембранам независимо от присутствия Са2+ и диацилглицерина. Такие рас* творимые фрагменты С-киназы, активность которых не зависит от Са*+ и фосфолипидов, появляются при взаимодействии форболовьгх эфиров с некоторыми клетками. Ингибиторы Са-зависимых протеиназ (калпайнов) блокируют это действие форболовых эфиров. Очевидно, при стимуляции рецепторов фосфолипазы С увеличение внутриклеточной концентрации ионизированного Са2+ под действием инозитолтрифосфата приводит наряду с транслокацией С-киназы на мембраны также к активации мембраносвязанньгх, Са-стимулируемых протеиназ и появлению независимой от Са2+ и фосфолипидов активности С-киназы.

¦ Таким образом, фосфорилирующая способность С-киназы может быть сохранена достаточно долго после прекращения действия вторичных посредников (Са2+, инозитолтрифосфата и диацилглицерина), что наводит на мысль об участии этого процесса в долговременном хранении информации в нейронах мозга —органа с наибольшей активностью протеинкиназы С. Более подробно роль С-киназы в формировании долговременной памяти будет рассмотрена в следующем разделе.

Сильными ингибиторами протеинкиназы С являются такие фармакологические агенты, как психотропные препараты фено-тиазинового ряда и местные анестетики. Очевидно, фармакологическое действие этих препаратов, которое раньше связывали с ингибированием кальмодулина, обусловлено их липофиль-ной природой и способностью конкурентно связываться с фос-фолипидами, тем самым препятствуя активации протеинкина-

359

зы С. Полиамины также способны ингибировать протеинкина-зу С, что связано с избыточным положительным зарядом этих соединений. В мозге недавно обнаружен термостабильный ингибитор С-киназы: димер белковых субъединиц с Мг = 19 кД. Кальмодулин и другие Са-связываюшие белки также ингибируют активность фермента, вероятно, за счет влияния на механизм активации С-киназы.

В клетках мозга найдено несколько субстратов для протеинкиназы С. Отметим среди них основной белок миелина, 87 кД-белок и В-50-белок. Степень фосфорилирования основного белка миелина протеинкиназой С, присутствующей в миелине, увеличивается in vivo при К+-деполяризации мембраны. Протеинкиназы В не оказывают такого действия.

Установлено, что активация С-киназы форболовыми эфира-ми приводит к увеличению секреции нейромедиаторов, вызванной пресинаптическими потенциалами действия. Полагают, что способность С-киназы увеличивать секрецию связана именно с фосфорилированием упомянутого выше 87 кД-белка. Этот белок локализован преимущественно в синаптосомах — как в мембранной, так и цитозольной фракциях. Вероятно, его фосфорилирование С-киназой (но не В-киназой) в окончаниях нейроно