Общий очерк: гипотеза «второго медиатора»

Перенос наружных (т. е. внеклеточных) гормональных «сигналов» во внутреннюю среду клетки после лигандрецепторного взаимодей­ствия осуществляется «вторыми медиаторами», которые образуют­ся на мембранном уровне. Первоначальная формулировка этой концепции, принадлежащая Sutherland, показана на рис. 4—2, где представлен общий механизм, с помощью которого пептидные гор­моны, действующие на клеточную поверхность, стимулируют обра­зование «вторых медиаторов», таких, как цАМФ. Вначале эта общая схема действия пептидных гормонов на мембранные рецепто­ры и аденилатциклазу была предложена на основании исследова­ний, проведенных с катехоламинами, вазопрессином, глюкагоном и АКТГ, но затем было показано, что многие пептидные гормоны вызывают активацию аденилатциклазы и повышение внутрикле­точного уровня цАМФ. Однако для некоторых пептидных гормо­нов, таких, как ангиотензин, инсулин и СТГ, механизм активации клеток-мишеней остается невыясненным (табл. 4—1). Даже в тех тканях, в которых «вторым медиатором» действия пептидных гор­монов принято считать цАМФ, неполностью ясен способ, которым одна эффекторная система транслируется в целый спектр реакций отдельных клеток-мишеней. Этот вопрос осложняется двойствен­ной природой многих пептидных и белковых гормонов, которые, с одной стороны, являются трофическими факторами с их поздними влияниями на рост и дифференцировку клеток, а с другой, высту­пают в роли быстрых регуляторов таких клеточных реакций, как стероидогенез и секреция гормонов. Схема этих медленных и быст­рых эффектов гормонов, оказывающих как поздние ростовые, так и кратковременные метаболические влияния [27], приведена на рис. 4—9. Связь между двумя указанными аспектами действия пептидных гормонов выяснена недостаточно полно, и большинство наших знаний о клеточных реакциях на гормонрецепторное взаи­модействие основано на результатах исследования острых эффек­тов пептидных гормонов на их клетки-мишени.

Внутриклеточные сигнальные молекулы, генерируемые гормон-рецепторным взаимодействием, действуют затем на мембранные и цитоплазматические белки, изменяя скоростьограничивающие эта­пы эффекторных систем, контролирующих реакции клетки-мише­ни. Лучше всего охарактеризованными медиаторами являются цАМФ и кальций, выступающие в роли внутриклеточных транс­миттеров и приводящие метаболизм клетки-мишени в соответствии с потребностями в реакции на внешнюю стимуляцию такими фак­торами, как гормоны и другие лиганды. Если кальциевый стимул обеспечивается повышением концентрации кальция в цитозоле за счет поглощения кальция из внеклеточной жидкости или перерас­пределения внутриклеточного кальция, то циклические нуклеоти­ды образуются из АТФ и ГТФ за счет активации циклазных фер­ментов, расположенных в плазматической мембране и цитозоле соответственно. Таким образом, образование цАМФ непосредствен­но связано с насыщением рецепторов клеточной поверхности и ак­тивацией аденилатциклазы, локализующейся на внутренней поверхности липидного бислоя плазматической мембраны. В от­личие от этого, гуанилатциклаза расположена преимущественно в цитозоле и не активируется непосредственно гормональными «стимулами». Кальций оказывает важное действие как на гуанилатциклазную активность, так и на разрушение гЦМФ фосфодиэстеразой, и внутриклеточная концентрация кальция слу­жит, вероятно, основным регулятором уровня цАМФ и цГМФ в клетке [28].

Таблица 4—1. Пептидные гормоны и аденилатциклаза

1. Гормоны, действующие через цАМФ как «второй медиатор» а. Адренокортикотропный гормон (АКТГ, кортикотропин) б. Лютеинизирующий гормон (ЛГ, лютеотропин) в. Хорионический гонадотропин человека (ХГЧ) г. Фолликулостимулирующий гормон (ФСГ, фоллитропин) д. Гонадотропин сыворотки жеребой кобылы (ГСЖК) е. Тиротропный гормон (ТТГ, тиротропин) ж. Липотропин (ЛПГ) з. Меланоцитстимулирующий гормон (МСГ, меланотропин) и. Антидиуретический гормон (АДГ, вазопрессин) к. Тиротропин-рилизинг гормон (ТРГ) л. Паратиреоидный гормон (ПТГ) м. Кальцитонин (КТ) н. Глюкагон о. Катехоламины (b-адренергические эффекты) п. Простагландины (ПГЕ₁)

2. Гормоны, действующие, вероятно, не через цАМФ а. Ангиотензин II б. Гонадотропин-рилизинг гормон (ГнРГ, рилизинг-гормон лютеинизирую­щего гормона, РГ-ЛГ)

3. Гормоны, действующие не через цАМФ а. Инсулин б. Инсулиноподобные факторы роста в. Соматомедин г. Фактор роста эпидермиса (ФРЭ) д. Фактор роста фибробластов (ФРФ) е. Активность, стимулирующая размножение (АСР) ж. Фактор роста нервов (ФРН) з. Гормон роста (СТГ) и. Пролактин к. Плацентарный лактоген л. Окситоцин м. Соматостатин н. Катехоламины (a-адренергические эффекты) о. Простагландины (ПГF_2a) [3]

Рис. 4—9. Общая схема интеграции ранних и поздних реакций на действие гормонов, вызывающих как острые метаболические сдвиги, так и долговре­менные изменения роста и развития (Tata [27] в модификации).

Роль кальция в сопряжении стимула и реакции при активации сократительных и секреторных процессов была установлена доста­точно надежно. Впоследствии, однако, выяснение широко распро­страненных эффектов цАМФ в качестве «второго медиатора» обус­ловило тенденцию к умалению роли кальция как внутриклеточно го регулятора. Позднее было показано значение взаимодействий между циклическими нуклеотидами и кальцием [29], и вновь стали подчеркивать примат этого иона в качестве медиатора активации многих процессов в клетках-мишенях [30].

ЦИКЛИЧЕСКИЙ АМФ

Поскольку гормональная стимуляция клеток-мишеней, как прави­ло, имеет прерывистый и преходящий характер, внутриклеточные «вторые медиаторы» должны подвергаться быстрому кругообороту (путем разрушения или поступления в новый цикл) с тем, чтобы повторные и меняющиеся внешние стимулы могли бы превращать­ся в строго соответствующие количественные реакции клетки. Ди­намическое равновесие между образованием и элиминацией цик­лических нуклеотидов контролирует их внутриклеточный уровень в исходном и активированном гормоном состоянии клетки и соз­дает возможность развития быстрых реакций на изменение уровня внеклеточных регуляторов. Эта регуляция опосредуется в основ­ном активацией аденилатциклазы в клеточной мембране, что при­водит к увеличению внутриклеточной концентрации цАМФ. Ско­рость разрушения цАМФ фосфодиэстеразой также является объек­том гормональной регуляции и может влиять на внутриклеточную концентрацию нуклеотида (см. рис. 4—2). Все известные на сего­дня эффекты цАМФ в эукариотических клетках реализуются через превращение неактивной фосфокиназы (протеинкиназы) в актив­ную форму, которая катализирует фосфорилирование специфиче­ских белковых субстратов в клетке-мишени. Таким образом, пони­мание механизма действия пептидных гормонов требует выяснения путей гормональной регуляции активности аденилатциклазы и фосфодиэстеразы, а также путей активации и функций цАМФ-за­висимой протеинкиназы.