Рецепторы и гормоны

Рецепторы одного гормона в разных клетках вызывают различные эффекты. Количество разных рецепторов в клетках одного организма, по-видимому, больше, чем количество специфических регуляторов, которые образуются в этом организме, так как многие гормоны и нейромедиаторы действуют не через один, а через несколько типов рецепторов.

Разные рецепторы одного и того же гормона могут вызывать совершенно разные биологические эффекты и использовать для этого разные регуляторные механизмы.

Так, например, адреналин, действуя через альфа-адренергические рецепторы, вызывает сокращение, а через бета-адренергические рецепторы - расслабление кровеносных сосудов, мочевого пузыря и селезенки. Каким будет ответ ткани на адреналин - это определяется концентрацией адреналина и соотношением альфа- и бета-адренергических рецепторов в клетках.

Гормональные эффекты: кинетическая теория Кларка. Впервые попытку дать кинетическое описание всей системы проведения гормонального сигнала (от связывания с рецептором до реализации биологического эффекта) предпринял Кларк в 1926 г. Он предположил, что существует прямопропорциональная зависимость между долей рецепторов, связавшихся с веществом, и ответом ткани на это вещество. Иными словами, при оккупации гормоном 50% рецепторов развивается полумаксимальный биологический эффект, следовательно, константа сродства, определяемая в физиологоическом эксперименте, является истинной, характеризует сродство рецептора к гормону.

Вскоре, однако, было обнаружено, что максимальный биологический эффект может развиваться даже в том случае, если гормон оккупировал лишь малую долю рецепторов.

Так, например, после преинкубации гладких мышц, сердца и других тканей, с кураре или атропином образуется прочный комплекс между холинергическим рецептором и соответствующим антагонистом. Этот комплекс может разрушаться лишь в течение десятков минут, однако эффект ацетилхолина (причем такой же по величине, как и на непреинкубированной ткани) развивается уже спустя несколько секунд после начала отмывания рецептора от блокатора. Это противоречие эксперимента с теорией Кларка можно было объяснить вытеснением блокатора ацетилхолином путем отрицательной кооперативности. Однако выявление таких же эффектов при использовании блокаторов, которые необратимо связываются с рецептором (например, дибензамина), исключало такое объяснение. Стало ясно, что в клетке существует "избыток" рецепторов, благодаря чему гормон или его агонист может вызвать максимальный ответ даже тогда, когда он оккупирует лишь небольшую долю клеточных рецепторов.

Концентрация катехоламинов, циркулирующих в крови, равна 10-9 - 10-8M. Сродство рецепторов к этим гормонам обычно ниже (К=10-7 - 10-6М). Полумаксимльная активация аденилатциклазы в мембранных препаратах, выделенных из разных тканей, наблюдается в присутствии сравнительно высоких концентраций катехоламинов (10-7 - 10-6M), а влияние на гликогенолиз или липолиз в тканях (эффекты, опосредуемые синтезом цАМФ) обычно происходит в присутствии низких концентраций катехоламинов (10-9 -10-8М). Показано, что для проявления биологического эффекта катехоламинам достаточно связывание менее, чем с 1% бета- адренергических рецепторов. Существует также 100-кратый избыток рецепторов гистамина, не менее, чем 10-кратный "избыток" рецепторов глюкагона, ангиотензина, АКТГ и рецепторов многих других гормонов.

Тот факт, что оккупация гормоном небольшого количества клеточных рецепторов приводит к развитию максимального физиологического ответа ткани объясняется высокой степенью усиления гормонального сигнала (105 - 108 раз). Это значит, что при связывании с рецептором одной молекулы гормона в клетке может появиться (или исчезнуть) 105- 108 молекул определенных веществ или ионов. Существование "избытка" рецепторов обеспечивает клетке высокую чувствительность к внеклеточным регуляторам.

Как уже отмечалось, есть вещества, связывание которых с рецепторами вызывает такой же по величине эффект, как и связывание гормона (агонисты), есть и такие, при связывании которых никогда не достигается максимальный эффект (частичные агонисты), а есть вещества, и вовсе не вызывающие биологического эффекта, но связывающиеся с рецептором (антагонисты). Следовательно, величина биологического эффекта далеко не всегда отражает меру занятости рецепторов тем, или иным веществом.

Гормональные эффекты: кинетическая теория Пейтона. Интересную попытку объяснить, почему связывание с рецептором является обязательным, но недостаточным условием проявления эффекта, предпринял Пейтон. В противоположность "оккупационной" теории Кларка, он постулировал, что биологический эффект гормона и его агонистов определяется не концентрацией гормон-рецепторного комплекса, а скоростью с которой происходит связывание вещества с рецептором. "Оккупационная" теория, по мнению Пейтона, правильно описывает только эффекты антагонистов. В случае действия агонистов образовавшийся комплекс с рецептором остается инертным до тех пор, пока не распадется и один "квант" гормон-рецепторного комплекса, образовавшегося и затем распавшегося, вызывает один или несколько "квантов" биологического эффекта.

Согласно теории "скорости" Пейтона, от константы скорости распада комплекса рецептор-вещество зависит характер действия этого вещества: если K#- 1 высока - вещество является сильным агонистом, если средней величины - частичный агонист (одновременно проявляет и миметическое и литическое действие), если низка - вещество является а нтагонистоми.

Согласно "оккупационной" теории, между скоростями диссоциации - ассоциации комплекса вещество-рецептор и характером действия этого вещества связи не существует. Характер этого действия определяется некой "внутренней активностью" вещества. Теория Пейтона с помощью таких конкретных понятий, как константы скорости ассоциации и диссоциации, объясняет, почему одно вещество активирует, а другое - блокирует рецептор. По теории "скорости", оккупация рецепторов приводит к блокировани/ю биологического эффекта. Это положение может объяснить двухфазное влияние многих фармакологических агентов: при низких концентрациях они оказывают активирующее действие, а при высоких - блокирующее действие на рецептор.

Для многих веществ показано, что их сродство к рецептору определяется константой скорости диссоциации: чем меньше K#-1, тем больше сродство. Антагонисты имеют, как правило, большее сродство к рецептору, что находится в полном соответствии с теорией "скорости".

К сожалению, эта теория до сих пор не подвергнута необходимому экспериментальному анализу, поэтому в настоящее время ее приходится рассматривать только как интересную гипотезу. Отметим, что некоторые факты не укладываются в теорю "скорости". Так, например, стероидные гормоны могут влиять на процессы транскрипции, только находясь в комплексе со своими рецепторами. От момента образования такого комплекса в цитоплазме до взаимодействия с хроматином может проходить несколько минут или даже десятков минут. Отщепление гормона от рецептора лишает последний способности взаимодействовать с хроматином и тем самым проявлять биологический эффект.

Рецепторы: модуляция активности. Рецепторы пептидных гормонов (инсулиновый, глюкагоновый, EGF, PDGF) ингибируются путем эндоцитоза. Они подвергаются эндоцитозу и деградируют в лизосомах. Есди рецептор и возврвщается на поверхность клетки, то все равно, большую часть времени он проводит внутри клетки.

Изучение RTK (рецепторы тирозинкиназные или RTK) рецептора PDGF (Фактор роста тромбоцитов) показали, что 3-киназа PI играет важную роль в эндоцитозе этого класса рецепторов.

Активность бета-адренергических рецепторов ингибируется путем фосфорилирования ПКА нескольких серинов и треонинов в цитозольном домене рецептора. Фосфорилированный рецептор нормально связывает лиганд, но не активирует Gs белок.

Такая инактивация называется гетерологической десентизацией.

Гомологичная десентизация осуществляется рецептор-специфическими ферментами. Например бета-адренергическая рецепторная киназа (BARK) фосфорилирует только бета-адренергические рецепторы.

С фосфорилированным рецептором связывается бета-аррестин и блокирует его взаимодейсвие с G-белком.

Сходный процесс происходит в зрительной системе. При возрастании уровня цАМФ в клетке фосфорилируются много рецепторов, вовлеченных в синтез цАМФ, при удалении гормона они дефосфорилируются и чувствительность клетки восстанавливается.

EGF рецептор фосфорилируется PKC (Протеинкиназы C), при этом уменьшается его сродство к EGF. Таким образом, в процессе активации клетки EGF наблюдается следующая обратная связь: связывание EGF с рецептором активирует PLC-гамма (фосфолипаза C- гамма), далее ДАГ (Диацилглицерин) активирует PKC, которая фосфорилирует рецептор EGF, что вызывает ослабление связывания с ним EGF и, таким образом, потерю чувствительности клетки к действию EGF.

Cвязывание гормона с рецептором. Молекулярно-биологические исследования вскрыли гомологию аминокислотных последовательностей различных рецепторов, помогли понять эволюцию рецепторов и объединить их в семейства. Например, внеклеточный домен рецептора СТГ относится к семейству, включающему рецепторы пролактина, рецепторы интерлейкина-2, рецепторы интерлейкина-3, рецепторы интерлейкина-4, рецепторы интерлейкина-6, рецепторы интерлейкина-7, рецепторы эритропоэтина и рецепторы гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора. Рецептор андрогенов локализуется внутри клетки и принадлежит к семейству лиганд-чувствительных регуляторов транскрипции; это семейство включает также рецепторы ретиноидов, рецепторы тиреоидных гормонов и рецепторы 1,25(OH)2D3. После присоединения гормона к гормонсвязывающему домену такие рецепторы активируются и перемещаются в ядро. ДНК- связывающий домен активированного рецептора распознает регуляторную последовательность гена-мишени (так называемый лиганд-чувствительный элемент гена), взаимодействует с ней и стимулирует транскрипцию.

Молекулярно-биологические исследования позволили охарактеризовать генетические дефекты рецепторов, лежащие в основе резистентности к гормонам (табл. 2.2).

Нарушения специфичности взаимодействия гормона с рецептором. При резистентности к какому-либо гормону его концентрация в сыворотке, как правило, возрастает (иногда на несколько порядков) в соответствии с принципом отрицательной обратной связи. Постоянно повышенный уровень гормона может привести к запуску неспецифического механизма действия гормона (к срыву специфичности). Гормон, концентрация которого повышена, будет связываться не только со своими специфическими рецепторами, но и с рецепторами гомологичных гормонов или факторов роста. Срыв специфичности наблюдается не только при резистентности к гормонам. Например, при диабете беременных избыток инсулина вызывает макросомию плода, действуя через рецепторы ИФР-I. Некоторые опухоли секретируют ИФР-II, который связывается с рецепторами инсулина и вызывает гипогликемию. Избыток СТГ при акромегалии активирует рецепторы пролактина, что приводит к галакторее. Гиперинсулинемия при инсулинорезистентности вызывает гиперандрогению (синдром поликистозных яичников), acanthosis nigricans и гипертрофическую кардиомиопатию. Все эти эффекты инсулина опосредуются рецепторами ИФР-I.

Дата добавления: 2015-05-10