4.3.4. Перенос митогенного сигнала

Перенос митогенного сигнала — процесс многоэтапный. В зависимости от типа клетки и конкретного митогенного сти­мула реализуется один из множества сигнальных путей. Далее в качестве «прототипа» описан путь, опосредованный тирозин-протеинкиназными рецепторами и МАР-киназным каскадом.

Ростовые факторы (регуляторы пролиферации) секретиру-ются одними клетками и действуют паракринным образом на других. Это небольшие белки; полипептидная цепь EGF (epi­dermal growth factor) состоит, например, из 53 аминокислот. Существует несколько семейств ростовых факторов, члены каждого из которых объединены структурной гомологией и функциональным сходством. Одни из них стимулируют про­лиферацию, например EGF, PDGF (platelet-derived growth fac­tor, тромбоцитарный фактор роста), а другие (TGF-p, TNF, интерфероны) — подавляют ее.

Рис. 4.4. Прототипическая структура тирозинкиназ-ного рецептора, в которой представлены: аминокон-цевые (N) и карбоксикон-цевые (С) участки поли­пептидной цепи рецепто­ра, участки связывания лиганда, АТР и субстрата. Цистеиновые остатки (светлые кружочки) фор­мируют лигандсвязываю-щий «карман», а тирози-новые остатки (темные кружочки) участвуют в вы­полнении специфической функции рецептора.

Рецепторы расположены на клеточной поверхности. Каж­дая клетка обладает своим особым «репертуаром» рецепторов и соответственно своим особым набором ответных реакций. Тирозинкиназные рецепторы (ТКР) состоят из нескольких до­менов: внеклеточного (взаимодействующего с лигандом), трансмембранного и подмембранного, обладающего тирозин-протеинкиназной активностью (рис. 4.4).

Структура рецепторов может существенно различаться. Так, в отличие от рецептора EGF, состоящего из одной поли­пептидной цепи (1186 аминокислот), другие могут состоять из нескольких полипептидов. В зависимости от структуры ТКР подразделяются на три субкласса (рис. 4.5).

Рецепторы I субкласса характеризуются мономерным стро­ением (состоят из одной полипептидной цепи) и присутствием во внеклеточном домене двух повторов цистеинбогатых после­довательностей. Рецепторы субкласса II функционируют как ге-теротетрамеры и состоят из двух а-субъединиц (формируют ли-гандсвязывающий домен) и двух р-субъединиц (несущих каждая по каталитическому домену), соединенных дисульфидными свя­зями (S-S). Субъединицы аир образуются в результате расщеп­ления белка-предшественника, кодируемого одним геном. Ре­цепторы субкласса III отличаются двумя особенностями: отсут­ствием цистеинбогатых повторов во внеклеточном участке (ли-гандсвязывающий домен у них организован по-иному) и вклю­чением длинной последовательности в каталитический домен.

При связывании с ростовыми факторами (например, EGF) молекулы рецепторов димеризуются, их внутриклеточные до-

EGF-R — рецептор эпидермального фактора pocTa:I-R (рецептор инсулина), PDGF-R (рецептор фактора роста тромбоцитов). Заштрихованные прямо­угольники в рецепторах I и II субклассов — цистеиновые повторы в составе внеклеточных доменов (участвуют в связывании лиганда); светлые прямо­угольники в подмембранной области — тирозинкиназные домены; светлые кружочки в рецепторах III субкласса — консервативные участки, обогащенные цистеином.

мены сближаются и индуцируют межмолекулярное автофос-форилирование по тирозину. Этот трансмембранный перенос сигнала — зарождение той волны «возбуждения», которая рас­пространяется затем в виде каскада реакций фосфорилирова­ния внутрь клетки и благодаря которой митогенный стимул достигает в конце концов генетического аппарата ядра. ТКР обладают тирозинкиназной активностью, но по мере продви­жения сигнала внутрь клетки тип фосфорилирования меняет­ся на серин/треониновый.

Ras-белки. Одним из наиболее важных является сигнальный путь с участием Ras-белков (это подсемейство так называемых G-белков, образующих комплексы с гуаниловыми нуклеотида-ми; Ras-GTP — активная форма, Ras-GDP — неактивная). Этот путь — один из основных в регуляции клеточного деления у выс­ших эукариот, он настолько консервативен, что его компоненты способны заменить соответствующие гомологи в клетках дрозо­

филы, дрожжей и нематод. Он опосредует разнообразные сигна­лы, исходящие из внешней среды, и функционирует, по всей ве­роятности, в каждой клетке организма. Ras играет роль своеоб­разного турникета, через который должен пройти почти любой из поступающих в клетку сигналов. Критическая роль этого белка в регуляции клеточного деления известна с середины 80-х годов, когда активированная форма соответствующего гена (он­коген Ras*) была обнаружена во многих опухолях человека.

Функционирует этот путь на начальном этапе следующим образом (рис. 4.6.). Во многих белках, участвующих в переносе митогенного сигнала, идентифицированы так называемые Src-гомологичные домены (Src homology domains) SH2 и SH3 — аминокислотные последовательности, гомологичные таковым белка Src (одного из первых идентифицированных онкобелков). Они способны специфически связываться соответственно с фосфотирозином и с обогащенной пролином аминокислотной последовательностью (prolin-rich motif). Таким образом, белки, обладающие SH2- и БНЗ-доменами, способны «стыковаться» с другими белками, имеющими соответственно либо фосфорили-рованный тирозин, либо пролиновый «мотив». Важной особен­ностью SH-доменов является их ограниченная пермиссивность, т.е. способность обеспечивать взаимодействие не строго с одним, а с несколькими родственными активаторами.

Выявлена особая группа «адаптерных» белков, обладающих обоими SH2- и БНЗ-доменами (в частности, Grb2, growth fac­tor receptor-bound protein 2) и способных поэтому служить свя­зующим звеном между другими сигнальными элементами. Благодаря ограниченной пермиссивности белка-адаптера число возможных, возникающих при его посредничестве белок-белковых комбинаций весьма велико.

*Гены обозначаются курсивом в латинской транскрипции; белки — продукты гена — обычным латинским шрифтом.

В конкретной ситуации Ras-опосредованного сигнального пути (например, при взаимодействии EGF с рецептором) ди-меризация последнего приводит к автофосфорилированию подмембранного домена. В результате возникает сайт связыва­ния с адаптерным белком Grb2 (точнее, с его 8Н2-доменом). В то же время два БНЗ-домена Grb2 обеспечивают его высоко­аффинное взаимодействие с белком Sosl («рекрутируют» его в мультибелковый комплекс, локализованный в плазматической мембране и включающий Ras). Sosl способствует активации Ras (посредством замены GDP на GTP) и Ras-зависимого ки-назного каскада (см. далее). Активирующая роль Sosl уравно­вешивается действием белка GAP (GTPase activating protein), который повышает ГТФазную активность Ras и способствует его превращению в неактивный комплекс Ras — GDP.

Y Неактивные Y рецепторы