Липиды и родственные соединения являются сигнальными молекулами
Основные положения:
- В мембранах образуются многочисленные производные липидов , представляющие собой вторичные мессенджеры .
- В ответ на различные стимулы, фосфолипазы C высвобождают растворимые вторичные мессенджеры липидной природы.
- Наряду с сигналами от других источников, функционирование каналов и переносчиков находится под контролем различных липидов .
- Изменение формы клеток и их подвижности находится под контролем PIP3 , который образуется под действием PI 3-киназы .
- PLD и PLA2 участвуют в образовании вторичных мессенджеров липидной природы.
Для сигналов, возникающих в плазматической мембране, в цитоплазме или в клеточных органеллах, существуют растворимые мишени, обладающие регуляторными функциями, однако интегральные белки плазматической мембраны также являются объектом строгого контроля. Для них, в первую очередь, основную роль играют вторичные мессенджеры липидной природы . Эти липиды, образующиеся из мембранных фосфолипидов или других источников, выполняют многочисленные функции в процессах внутриклеточной передачи сигналов . Поскольку их исследование представляется гораздо более сложной задачей, чем исследование растворимых мессенджеров, многое еще остается непонятным. На рис. 18.17 представлена структура некоторых из этих производных липидов.
Фосфолипазы C (PLC) представляют собой прототипы ферментов метаболизма сигнальных липидов. Изоформы PLC катализируют гидролиз фосфолипидов между 3-sn-гидроксильной и фосфатной группами, что приводит к образованию диацилглицерина и фосфорного эфира . В клетках животных и у грибов PLC, специфичные по отношению к фосфатидилинозитол-4,5-дифосфату (PIP2) , гидролизуют его, образуя два вторичных мессенджера: 1,2-sn-диацилглицерин (DAG) и инозитол-1,4,5-трифосфат (IP3) . РIР2 , который является субстратом PLC , сам является важнейшим регуляторным лигандом, который контролирует активность нескольких ионных каналов, переносчиков и ферментов. Таким образом, PLC изменяет концентрацию трех вторичных мессенджеров , и его суммарный эффект определяется скоростью оборота субстрата и продуктов.
Вероятно, DAG является наиболее хорошо известным вторичным мессенджером липидной природы: гидрофобность ограничивает его функционирование мембранами. DAG активирует некоторые изоформы протеинкиназы C (PKC) , контролирует активность некоторых катионных каналов, и активирует, по крайней мере, еще одну из протеинкиназ. При дальнейшем гидролизе DAG дает арахидоновую кислоту , которая может регулировать некоторые ионные каналы. Арахидоновая кислота также служит предшественником таких продуктов окисления, как простагландины и тромбоксаны , которые являются мощными внеклеточными генераторами сигналов. Для активации РКС, наряду с DAG, необходимо их взаимодействие с ионами кальция и с такими кислыми фосфолипидами, как фосфатидилсерин . Таким образом, для активации РКС необходимо совпадение нескольких входных сигналов, приводящих как к генерации DAG, так и к увеличению внутриклеточной концентрации Са2+. Известно более десяти РКС, которые на основании наличия консервативной последовательности в их каталитическом домене относятся к одной группе. Также известны три подгруппы РКС, для которых характерно наличие общей последовательности, но которые проявляют различные регуляторные свойства. Эти киназы иллюстрируют многообразие путей регуляции, характерных для остальных протеинкиназ млекопитающих.
Первая из этих групп, канонические РКС, обычно представляет собой растворимые, или слабо связанные с мембранами ферменты. Их связь с мембранами остается слабой до того момента, пока не появится DAG. Последний приводит к упрочению их связывания с мембранами и к активации при связывании с другими регуляторами. Для второй группы РКС необходимы близкие по структуре липиды, но не обязательно наличие ионов Са2+. Для ферментов третьей группы необходимы другие липиды, однако для активации не требуются DAG и ионы Са2+.
N-концевой участок РКС содержит псевдосубстратный домен, представляющий собой последовательность, напоминающую таковую типичного субстрата, за исключением замены Ser на Ala. Псевдосубстратный домен связывается с активным сайтом, чтобы ингибировать активность киназы. Активаторы смещают псевдосубстратный домен с активного сайта. Подобно многим другим протеинкиназам, обладающим отдельными аутоингибиторными доменами, РКС также активируются за счет протеолиза. Протеазы отщепляют гибкий участок молекулы, что приводит к утрате регуляторного домена и последующей активации киназы.
РКС является основным рецептором форболовых эфиров , которые представляют собой мощные промоторы опухолевого роста . Они имитируют DAG и вызывают более сильную и продолжительную активацию, чем физиологические стимуляторы. Столь мощная стимуляция может индуцировать протеолиз РКС, что приводит к снижению уровня фермента или к его полной деградации.
Второй продукт, образующийся при действии PLC , представляет собой IP3 , который является растворимым вторичным мессенджером. Наиболее важной мишенью IP3 является Са2+-канал эндоплазматического ретикулулома. IP3 вызывает открытие этого канала и выход Са2+ из депо в цитоплазму. При этом уровень кальция в цитозоле быстро увеличивается более чем в 100 раз, что, в свою очередь, приводит к активации множества белков, которые служат для него мишенями.
Известно, по меньшей мере, шесть семейств PIP2-селективных PLC ферментов, которые отличаются друг от друга по формам регуляции, доменной структуре и по общим консервативным последовательностям. Они обладают сходными каталитическими доменами. PLC-бета стимулируются главным образом Gальфаq и Gбета-гамма (в различной степени). Активность некоторых ферментов изменяется при фосфорилировании. Изоформы PLC-гамма стимулируются фосфорилированием по Tyr остаткам, часто это происходит с участием рецепторной тирозинкиназы. Изоформы PLC-эпсилон контролируются небольшими мономерными G-белками , входящими в семейство Rho . Вопросы регуляции изоформ PLC-дельта исследованы недостаточно. Обнаружены еще два класса ферментов, аналогичные PLC-дельта , PLC-ню и PLC-эта (PLC-альфа не существует). Наряду со специфическими формами регуляции, все PLC стимулируются ионами Са2+, и часто кальций проявляет синергизм с другими стимуляторами. Этот синергизм обеспечивает интенсификацию и пролонгирование передачи сигнала с участием ионов кальция, которые наблюдаются во многих клетках.
Фосфолипаза A2 (PLA2) и фосфолипаза D (PLD) также гидролизуют фосфолипиды глицерина в мембранах клетки, образуя при этом важнейшие компоненты системы передачи сигналов. PLA2 гидролизует жирную кислоту , которая во многих фосфолипидах находится в положении sn2. При этом образуется близкий по структуре фосфолипид, и свободная жирная, обычно ненасыщенная, кислота . Чаще всего это арахидоновая кислота , которая является предшественником внеклеточных сигнальных молекул. Биологическая роль свободных фосфолипидов до конца не выяснена, однако она, по-видимому, связана с их влиянием на структуру мембранного бислоя.
PLD катализирует реакцию аналогично PLC, однако при действии D-формы гидролизуется фосфодиэфирная связь со стороны замещения у фосфатной группы; при этом образуется 3-sn-фосфатидная кислота . Клеточные PLD действуют на многочисленные фосфолипиды, однако фосфатидилхолин, вероятно, представляет собой субстрат, в наибольшей степени имеющий отношение к сигнальным функциям. Функции фосфатидной кислоты, которая также образуется при фосфорилировании DAG, выяснены пока недостаточно, однако, вероятно, она играет определенную роль в процессах секреции и слияния внутриклеточных мембран.
Смотрите также:
