5. 4. Основные пути сигнальной трансдукции.

     К настоящему времени известно три основных сигнальных каскада. Первый каскад 
стимулируется митогенами и факторами роста : Ras-Raf-MEK-ERK.
     Второй и третий каскад стимулируются цитокинами, гормонами и различными факторами 
стресса - белками из Rho семейства (Rho, Rac, CDC42). Как их различить? МАР киназный 
компонент, который фосфорилируется уникальными киназами по тирозину и треонину в одном 
трех мотивов Thr-Glu-Thr, Thr-Phe-Tyr или Thr-Glu-Tyr, что зависит от трех путей. Для 
активации одного из этих путей инициирующий стимул может также мобилизовать другие 
сигнальные молекулы: изоформы протеин киназы C, киназы фосфолипидов, альфа- и бетта- 
субъединицы G-белков, фосфолипазы, внутриклеточный Са2+.
	Сигнал завершается двумя путями:
   1.	Фосфорилирование ниже стоящих молекул верх стоящими киназами.
   2.	Компоненты возвращаются в дефосфорилированное состояние.
        Все три пути могут пересекаться.

5.4.1. Факторы роста и их рецепторы

     Эпидермальный фактор роста (EGF) и тромбоцитарный фоктор роста (PDGF ) 
представляют собой небольшие полипептиды, стимулирующие рост особого типа клеток. Они 
вызывают множество эффектов, в том числе инициируют или стимулируют клеточный цикл. 
Рецепторы этих лигандов имеют общее строение - большой экстраклеточный домен и 
цитоплазматический домен. Рецепторы EGF и PDGF состоят из одной полипептидной цепи. 
Рецептор инсулина - димер. Эти рецепторы являются протеин киназами. 
     Поиск специфических молекул-мишеней для токсических соединений в конечном счете 
свел все к изучению рецепторов. Обычно рецептор - это протеин, связывающий лиганд, в 
результате чего меняется его функция вместе с сигнальной трансдукцией. Важная 
особенность рецептора - высокая специфичность естественного лиганда. Это особенно важно 
для ответа рецептора на нужный лиганд и никакой другой. Это помогает связать две клетки 
в разных частях организма. Было показано, что даже нонамолярная концентрация гормона 
оказывает нужное влияние на клетку- мишень. Еще одно важное свойство - обратимость 
связи рецептора и лиганда. 
     В животной клетке присутствует три основные категории рецепторов. Рецептор 
функционирует как одна из частей сигнального механизма. Первая группа рецепторов 
находится на поверхности клетки и связывается с крупными лигандами, которые не могут 
проникнуть в клетку (полипептидные гормоны). Второй вид рецепторов - стероидные, 
которые являются факторами транскрипции, чья способность влиять на экспрессию генов 
изменяется после связи с лигандом. Третья категория рецепторов состоит из ионных 
каналов. Они находятся на поверхности клетки, что позволяет ионам двигаться по 
градиенту концентрации, после того как рецептор свяжется с лигандом. Например, хорошо 
изученный G-белок стимулирует аденилат-циклазу, которая превращает АТР в АМР. Другой G-
белок ингибирует аденилат- циклазу. Этот процесс очень важен, так как АМР влияет на 
многие функции клеток. Многие токсичные агенты повреждают рецепторы, так, например, 
доказано, что токсин холеры связывается со стимулирующим G-белком и необратимо 
активизирует его. Это приводит к неспособности всасывать воду эпителием кишечника, что, 
в конечном итоге, приводит к смерти от обезвоживания.

5.4.2. Механизм действия ras белка 

     Ras принадлежит к большому семейству малых GTP-связывающих белков и регулирует 
клеточный рост и дифференцировку. В активном состоянии Ras связан с молекулой GTP, а в 
неактивном - с GDP. Обмен GDP на GTP стимулируется белковым фактором обмена гуанин 
нуклеотида (GEF, guanine nucleotide exchange factor). Гидролиз связанного с ras GTP до 
GDP осуществляется GTPаза активирующим белком (GAP, GTPase activating protein). Кроме 
того, белковый ингибитор диссоциации гуанин нуклеотида (GDI, guanine nucleotide 
dissociation inhibitor) способен поддерживать Ras в неактивном состоянии, ингибируя 
обмен гуанин нуклеотидов. 
     Активация Ras опосредуется рецепторной тирозин киназой. После связывания ее 
рецепторной экстраклеточной части тирозин киназы с фактором роста и ее димеризации 
происходит взаимное фосфорилирование ее внутриклеточных доменов. Фосфорилирование 
создает благоприятную конформацию киназы для связывания с цитозольным белком Grb2 
содержащим SH2 домен. Посредством этого домена Grb2 связан с GEF. Таким образом, GEF 
оказывается у внутренней поверхности клеточной мембраны, с которой связан Ras 
посредством гидрофобного остатка фарнезила. Происходит образование активного комплекса 
ras-GTP. Этот комплекс взаимодействует с серин/треонин киназой raf. Интересно, что Ras-
GTP не повышает каталитическую активность raf, а просто привлекает ее из цитозоля к 
мембране, где она фосфорилирует другие связанные с мембраной белки. Эти события 
вызывают активацию ERK.
     При процессинге белка ras происходит его фарназилирование по аминокислотному 
остатку Cys-186, отщепление следующей после Cys-186 C-концевой части. Cys-186 
становится C-концевым остатком ras и метилируется. Обратимое пальмитилирование других 
остатков цистеина ближе к С-концу ras повышает его сродство к мембране. Наиболее 
частыми онкогенными мутациями ras являются мутации в 12 и 61 кодонах. Мутация в 12 
кодоне затрагивает GTP-связывающий сайт. 61 кодон входит в состав L4 домена, который 
изменяет свою конформациюпри гидролизе GTP.
     Белок ras фосфорилирует Raf белок, который в свою очередь активирует МЕК. 
Последний обладает двоякой специфичностью - фосфорилирует треонин и тирозин. Его 
мишень - ERK МАР киназа. Оба типа необходимы для активации МАР киназ. 
 

Назад

Далее