Мобилизация протеинтирозинкиназ на плазматической мембране
Различные рецепторы мобилизуют протеинтирозинкиназы , локализуя их на плазматической мембране .
Основные положения:
- Рецепторы, связывающие протеинтирозинкиназы, используют комбинации эффекторов, подобные тем, которые характерны для рецепторных тирозинкиназ.
- Часто эти рецепторы непосредственно связываются с факторами транскрипции.
Многие рецепторы клеток действуют через протеинтирозинкиназы, однако их поверхностные рецепторы не обладают киназной активностью. Такие рецепторы ассоциируют с протеинтирозинкиназами плазматической мембраны и активируют их. К этой группе рецепторов относятся интегрины , представляющие собой ключевые молекулы, участвующие в клеточной адгезии , рецепторы гормонов роста , а также рецепторы, обеспечивающие развитие воспаления и иммунный ответ . Хотя по структуре эти рецепторы сильно различаются, они обладают сходным механизмом действия.
Интегрины представляют собой рецепторы, основная функция которых заключается в обеспечении прикрепления клеток к внеклеточному матриксу . Они также обеспечивают взаимодействие с белками других клеток ( рис. 18.40 ). К числу лигандов интегринов относятся некоторые белки внеклеточного матрикса , например фибронектин , а также белки клеточной поверхности , участвующие в межклеточных взаимодействиях. Связывание ингегринов обеспечивает клетку информацией об окружении, которая влияет на ее функционирование. При этом также инициируются сигналы, контролирующие некоторые клеточные программы, такие как вхождение в цикл , пролиферация , жизнеспособность , дифференцировка , формообразование и подвижность , а также тонкую настройку клетки на прием сигналов от других лигандов. (Подробнее об интегринах см. Интегрины представляют собой рецепторы белков внеклеточного матрикса и Интегриновые рецепторы участвуют в клеточных сигнальных процессах ).
Талин и альфа-актинин относятся к числу цитоскелетных белков, непосредственно взаимодействующих с некоторыми субъединицами интегрина . Эти цитоскелетные белки связывают интегрины в сложные цитоскелетные структуры, известные под названием фокальные адгезии (контакты) .
Белковые комплексы фокальной адгезии связывают цитоскелет с каскадом сигнальных процессов, которые являются связующим звеном между состоянием прикрепления клетки и процессами регуляции клеточного ответа . Эти комплексы содержат FAK-киназу , которая при связывании интегрина активируется. Аутофосфорилирование FAK мобилизует сигнальные белки, содержащие домены SH2 , особенно p85 субъединицу киназы PI 3 и протеинкиназы семейства Src . Сигнальные молекулы, ассоциированные с цитоскелетными белками, связанными с интегрином, в виде комплексов фокальной адгезии или других структурных комплексов, участвуют в реализации различных эффектов интегринов . Ассоциация цитоскелетных белков с рецепторами интегрина также вызывает функциональные изменения последних.
Сигналы, которые действуют на расстоянии, такие как гормональные сигналы , могут также передаваться в клетку посредством нерецепторных тирозинкиназ . Гормон роста (GH) представляет собой белок, продуцируемый передней долей гипофиза , который регулирует рост костей , метаболизм липидов и другие процессы, связанные с клеточным ростом . Недостаток гормона роста служит причиной низкорослости , а его гиперпродукция вызывает акромегалию , одну из разновидностей гигантизма . Рецепторы GH являются представителями семейства рецепторов цитокинов , в которое входят рецепторы пролактина , рецепторы эритропоэтина , рецепторы лептина и рецепторы интерлейкинов . Все эти рецепторы характеризуются сходными биохимическими функциями, такими как ассоциация с белками JAK/TYK из семейства тирозинкиназ , однако узнают различные, хотя и перекрывающиеся группы сигнальных белков цитоплазмы . Передача сигнала с участием рецепторов GH служит моделью рецепторов, не обладающих ферментативной функцией и действующих как каркасная структура для внутриклеточных сигнальных белков , находящаяся под контролем агониста .
На рис. 18.41 представлена структура гормона роста, связанного с внеклеточным доменом своего рецептора. Большая часть энергии связывания обеспечивается за счет лишь небольшого количества аминокислотных остатков, присутствующих в области связывания. В клетке передача сигнала с участием рецептора GH в существенной мере зависит от его ассоциации с цитоплазматической тирозинпротеинкиназой , Janus киназой 2 (JAK2) . На рис. 18.42 видно, что эта киназа связывается с областью рецептора, обогащенной пролином . Связывание лиганда индуцирует димеризацию рецептора, что затем способствует активации JAK2 за счет межмолекулярного аутофосфорилирования.
Таким образом, передача сигнала от GH в основном связана с фосфорилированием Tyr . Наряду с аутофосфорилированием JAK2, сам рецептор также фосфорлируется по Tyr. Так же как и в случае рецепторных тирозинкиназ, фосфорилирование остатков тирозина в последовательности рецептора гормона роста приводит к образованию сайтов связывания для сигнальных белков, содержащих домены связывания фосфотирозиновых остатков. Первичными мишенями служат факторы транскрипции, известные под названием передатчики сигнала и активаторы транскрипции, или STAT . Эти факторы содержат SH2-домены и связываются с последовательностями, содержащими фосфотирозин , которые находятся в структуре гормона роста. При связывании рецептора, киназа JAK2 фосфорилирует тирозиновые остатки в STAT. Затем STAT направляются в ядро , где активируют транскрипцию .
Рецептор гормона роста и киназа JAK2 также участвуют в функционировании других путей передачи сигнала. Например, адаптер Shc содержит остатки Tyr , способные фосфорилироваться с участием JAK2. Этот адаптер обеспечивает активацию Ras и всего пути передачи сигналов с участием ERK1/2 MAPK . Адаптеры, специфичные для системы передачи сигналов с участием инсулина , включая субстраты инсулиновых рецепторов (IRS) 1, 2 и 3, также являются мишенями для гормона роста и, вероятно, отражают его способность индуцировать некоторые метаболические эффекты, характерные для инсулина.
В процессах передачи сигналов от GH также участвуют циклы обратной связи. Комплекс рецептора и гормона роста связывается с адаптором SH2-B , который стимулирует передачу сигнала от GH. В то же время гормон роста индуцирует транскрипцию генов, кодирующих супрессоры передачи сигнала от цитокинов (белков SOCS) . Как показывает название, эти белки ингибируют передачу сигналов от цитокинов в некоторых, или даже во всех, случаях за счет ингибирования активности JAK2 . Белки SOCS содержат домен SH2 , способствующий их связыванию или с фосфорилированной JAK2, или с рецептором цитокинов. Механизм ингибирования передачи сигнала цдя разных SOCS-белков различен, поскольку некоторые из них нарушают сигнальный путь с участием JAK2 в присутствии GH-рецептора . С другой стороны, SOCS-1 непосредственно связывается с петлей активации JAK2, и ддя ингибирования активности этой киназы рецептора не требуется. Особенно важную роль играет этот механизм в передаче сигналов от GH, поскольку, в противоположность индуцированному лигандом механизму даун-регуляции , который контролирует много рецепторов, рецептор GH деградирует независимо от наличия на нем лиганда.
Рецепторы цитокинов также функционируют за счет мобилизации тирозинкиназ. К цитокинам - сигнальным белкам, модулирующим процесс воспаления , а также рост клеток и дифференцировку , - относятся интерлейкины , фактор ингибирования лейкозов , онкостатин M , кардиотропин-1 , цитокин , напоминающий кардиотропин , и цилиарный нейротрофический фактор (CNTF) . Каждый цитокин связывается со своим рецептором, но каждый рецептор связывается с одним и тем же трансмембранным белком, который называется gp130 . Механизм передачи сигнала с участием этого белка включает его взаимодействие с тирозинкиназой типа JAK/TYK и с факторами транскрипции семейства STAT . Этот механизм напоминает характерный ддя рецептора гормона роста.
В отличие от многих рецепторов цитокинов этого класса, рецепторы CNTF не проходят сквозь мембрану. Вместо этого с наружной стороной плазматической мембраны связан гликозилфосфатидилинозитол (GPI) . GPI ковалентно связан с мембраной и при действии специфической фосфолипазы рецептор может высвобождаться во внеклеточную среду. Свободный рецептор может взаимодействовать с мембранами других клеткок и индуцировать сигнал.
Наличие общей субъединицы, передающей сигнал, gp130, позволяет предполагать, что для формирования ответа клетки на специфический лиганд существует единый механизм. В некоторых случаях между субъединицами, связывающими лиганд, существует конкуренция за взаимодействие с переносчиком сигналов, gp130 . В результате характер выходного сигнала может меняться. На рис. 18.43 представлены некоторые параллели в передаче сигналов с участием рецепторов, обладающих протеинкиназной активностью или связанных с ними протеинкиназ.
Последний тип рецепторов, который мы здесь рассмотрим, иллюстрирует дальнейшее развитие представлений о существовании уникальных и общих субъединиц. Для T-лимфоцитов характерно наличие уникального сложного, мультибелкового рецептора T-клеток ( TCR ), который обеспечивает способность этих клеток узнавать специфические антигены и реагировать на них. Как показано на рис. 18.44 , TCR состоит из восьми субъединиц, которые могут быть представлены в виде комплекса, содержащего четыре димера: альфа-бета, гамма-эпсилон, дельта-эпсилон и дзета-дзета. Узнавание специфического антигена обеспечивается субъединицами альфа и бета, которые для каждой клетки свои. Остальные субъединицы TCR инвариантны.
Субъединицы гамма, дельта и эпсилон комплекса CD3 обладают близкой структурой. В отличие от других субъединиц, последовательность, соответствующая дзета, обнаружена в клетках других типов и может представлять собой компонент других рецепторов, например Fc , который связывает некоторые иммуноглобулины .
Ключевую роль в процессе передачи сигнала иммунорецепторами играет последовательность, которая называется последовательность активации, содержащая тирозин, или ITAM . Для нее характерно наличие близко расположенных пар остатков тирозина. Каждая субъединица CD3 содержит одну ITAM, и дзета-цепь содержит три ITAM. Всего каждый рецептор содержит десять последовательностей активации. При активации TCR , за счет киназы Lck и киназы Fyn , относящихся к семейству Src , происходит фосфорилирование тирозиновых остатков в ITAM. Затем ITAM связывается с тандемными доменами SH2 белка ZAP-70 (с молекулярной массой 70 кДа), что способствует фосфорилированию остатков тирозина в ZAP-70 под действием Src. Фосфорилированные остатки тирозина в белке ZAP-70 связываются с другими адапторами и сигнальными молекулами, что активирует дополнительные переносчики сигнала. В итоге, в результате протекания всех этих событий, развивается реакция Т-клеток на антиген, что выражается во вступлении их в цикл и в продуцировании цитокинов, регулирующих активность других клеток иммунной системы.
Смотрите также:
