4.3.1. Эндокринная, паракринная и аутокринная регуляция

В организме существует два типа физиологической регуля­ции клеточного размножения — эндокринная и паракринная (рис. 4.1). Эндокринная регуляция осуществляется специали­зированными органами (железами внутренней секреции), в

числе которых — гипофиз, надпочечники, щитовидная, пара-щитовидная, поджелудочная и половые железы. Они секрети-руют продукты своей активности в кровь и оказывают генера­лизованное воздействие на весь организм.

Эндокринная регуляция

Паракринная регуляция отличается от эндокринной тем, что секретируемые клетками активные вещества распростра­няются диффузией и действуют на соседние клетки-мишени. Есть множество действующих таким образом митогенных сти­муляторов (полипептидных ростовых факторов): эпидермаль-ный фактор роста, фактор роста тромбоцитов, интерлейкин-2 (фактор роста Т-клеток), фактор роста нервов и т.д.

Аутокринная регуляция [Sporn, Todaro, 1980] отличается от паракринной регуляции тем, что одна и та же клетка является и источником ростового фактора, и его мишенью. Результат — непрекращающееся, самоподдерживающееся митогенное «возбуждение» клетки, приводящее к нерегулируемому раз­множению. В данной ситуации клетка не нуждается в исходя­щих из организма митогенных стимулах и становится в этом отношении полностью автономной. Хотя эта модель была предложена авторами для объяснения механизма вирусного канцерогенеза, различные ее модификации применимы, по-видимому, и для многих других канцерогенных ситуаций.

4.3.2. Митогенная «рефлекторная дуга»

В регуляции сложных систем, как бы различны они ни были, обнаруживаются общие черты. Так, можно уловить

Фактор роста

_Ч

Активвция рецептора

ФаКТОрЫ ТраНСКрИПЦИИ Гимтпч иРЫК

(туе, fosjun и др.; ^{синтвз МРНК}

_Ч

Рис. 4.2. «Рефлекторная дуга» митогенного сигнала. Пояснения в тексте.

принципиальное сходство между рефлекторной активностью животного и митотической активностью клетки (рис. 4.2).

В обеих ситуациях на периферии системы существуют раз­личные специализированные рецепторы (глаз, ухо, тактиль­ные и обонятельные — в первом случае; рецепторы ростовых факторов — во втором); в обеих ситуациях воспринимаемые рецепторами внешние сигналы центростремительным пото­ком передаются внутрь системы (в виде импульсов по чувстви­тельным нервам или в виде каскадов реакций фосфорилирова­ния), и, наконец, в обеих ситуациях после обработки сигнала в центре (в центральной нервной системе или в клеточном ядре) соответствующий центробежный поток (в виде импуль­сов по двигательным нервам или в виде молекул мРНК) по­ступает к исполнительным органам и индуцирует их актив­ность (двигательную, секреторную и т.п. — в первом случае и митотическую — во втором).

Перенос митогенного сигнала от периферии клетки к ее центру (генетическому аппарату) осуществляется в виде каска­да реакций фосфорилирования посредством протеинкиназ (ферментов, фосфорилирующих белки). Существует три типа протеинкиназ (тирозиновые, сериновые и треониновые) в за­висимости от их способности фосфорилировать определенные аминокислоты. Фосфатные группы играют роль молекулярных переключателей: меняя конформацию определенных белковых структур (доменов), они могут «включать» или «выключать» их активность (имеются в виду ферментативная активность, ДНК-связывающая способность и способность образовывать белок-белковые комплексы).

Центростремительная волна митогенной импульсации в максимально упрощенном виде сводится к передаче фосфат­ной группы, наподобие эстафетной палочки, от одной проте­инкиназы к другой. В конечном итоге она достигает ядерных регуляторных белков (транскрипционных факторов), активи­рует их (тоже посредством фосфорилирования) и тем самым индуцирует перепрограммирование генома. Необходимо отме­тить, что активность протеинкиназ практически на любом этапе переноса митогенного сигнала уравновешивается актив­ностью противодействующих им ферментов — дефосфорили-рующих белки фосфатаз. Баланс позитивных и негативных эффектов — фундаментальное свойство регуляции клеточного деления, проявляемое на любом его уровне.

Противоположно направленный (центробежный, т.е. из ядра в цитоплазму) поток информации в виде молекул мРНК обу­словливает специфическую реакцию клетки на митогенный сиг­нал — синтезируется множество новых белков, выполняющих структурные, ферментативные и регуляторные функции.

Следует отметить еще ряд характерных особенностей меха­низма митогенной стимуляции. Во-первых, участвующие в нем белки, как правило, не уникальны, а образуют семейства, члены которых объединены сходством структуры и функции, но различаются в деталях (в частности, субстратной специ­фичностью, активностью, сайтами фосфорилирования, спо­собностью связываться со специфическими последователь­ностями ДНК и т.д.). Это свойство обеспечивает гибкость, пластичность и надежность всего механизма.

Во-вторых, сигнальные белки во многих случаях имеют четко выраженное доменное (или модульное) строение. Име­ется в виду подразделение молекулы белка на отдельные структурно-функциональные блоки (см., в частности, стро­ение рецепторов ростовых факторов на рис. 4.4). Другим при­мером может служить структурная организация регуляторных белков, в которых можно вычленить ДНК-связывающий и трансактивирующий домены (см. далее). Функционально близкие домены обладают структурным сходством даже у очень отдаленных в эволюционном отношении видов, что де­лает компьютерный поиск гомологий чрезвычайно эффектив­ным средством выяснения функций новых белков (именно таким способом были сделаны многие важные открытия).

В-третьих, в структуре многих сигнальных белков сущест­вуют своеобразные «стыковочные узлы» (docking sites) разных типов, предназначенные для белок-белковых взаимодействий. Поскольку одна молекула может обладать несколькими таки­ми участками, существует возможность самосборки очень сложных многокомпонентных конструкций, необходимых и для переноса сигнала, и для регуляции транскрипции. Присо­единение к конструкции новых элементов иногда обозначают

термином «рекрутирование». Одни и те же структурные блоки могут формировать существенно разные конструкции, что на­деляет систему функциональной гибкостью и свойством взаи­мозаменяемости отдельных ее элементов.

В-четвертых, линейные сигнальные пути не изолированы, а взаимодействуют друг с другом, что ведет к формированию сложных функциональных сетей.

В-пятых, нерегулируемое размножение трансформирован­ной клетки можно представить, если продолжить аналогию с рефлекторной дугой как следствие возникновения очага «за­стойного» возбуждения в том или ином звене пути переноса митогенного сигнала. Повреждение гена и как следствие — структурный дефект какого-либо из сигнальных белков, спо­собный зафиксировать его в постоянно активном состоянии (т.е. сделать независимым от «вышестоящих» регуляторных инстанций), — один из главных механизмов канцерогенеза. Нормальные гены, участвующие в переносе митогенного сиг­нала и потенциально способные на такое превращение, назы­ваются протоонкогенами.

В-шестых, баланс позитивных и негативных факторов, как уже отмечалось выше, — фундаментальное свойство любой сложной регуляторной системы, в том числе и управляющей клеточным делением. Протоонкогены — элементы позитивной регуляции; они являются акселераторами клеточного деления и в случае превращения в онкогены проявляют себя как доми­нантный признак. Вместе с тем в давних опытах образования ге-терокарионов (продуктов слияния клеток в культуре) установле­но, что свойство туморогенности (способности образовывать опухоли при перевивке животным) ведет себя как признак ре­цессивный: гетерокарионы, образованные слиянием нормаль­ных и трансформированных клеток, ведут себя как нормальные. Это указывает на присутствие в нормальных клетках неких нега­тивных (тормозящих клеточное деление) факторов, способных при внесении в опухолевую клетку нормализовать ее. В последу­ющем такие белковые факторы были идентифицированы; коди­рующие их гены получили название генов-супрессоров. Полная трансформация клетки, таким образом, является следствием не­скольких генетических событий: активации онкогена(ов) и ин­активации гена(ов), осуществляющих супрессорные функции.