Влияние бактериальных токсинов на активность аденилатциклазы (АДФ-рибозилирование G-белков)

Для изучения функционирования G-белков аденилатциклазной системы были использованы экзогенные бактериальные яды - холерный и коклюшный токсины. Токсины в экспериментальных условиях повышают активность аденилатциклазы практически во всех клетках организма.

Холерный токсин - олигомерный белок. Одна из субъединиц - фермент АДФ-рибозилтрансфераза; проникая в клетку, она катализирует присоединение АДФ-рибозы к ос8-субъединице комплекса [α_s-ГТФ][АЦ] (этап активации аденилатциклазы).

NAD⁺+ [α_iβγ-ГТФ][АЦ] → [АДФ-рибозил-α_s ГТФ[АЦ] + никотинамид + Н⁺.

АДФ-рибозилирование ингибирует проявление ГТФ-фосфатазной активности α_s-субъединицы, не происходит дефосфорилирование ГТФ. Цикл функционирования G_s-белка останавливается на этапе активации фермента аденилатциклазы, отвечающего за образование цАМФ из АТФ. Фермент аденилатциклаза сохраняет повышенную активность в течение длительного времени.

Субъединица коклюшного токсина, проникая в клетку, катализирует АДФ-рибозилирование α-субъединицы активированного G_s-белка

NAD⁺+ [α_iβγ-ГТФ] -" [АДФ-рибозил- α_iβγ-ГТФ] + никотинамид + Н⁺.

Модифицированная α,-субъединица сохраняет высокое сродство к βγ-субъединицам, т.е. G_i-белок теряет способность диссоциировать на α_i-ГТФ и βγ-субъединицы. Таким образом, ингибирующий сигнал (α_i-ГТФ) не достигает аденилатциклазы, значит в этом случае возможна только её активация при связывании с α_s-ГТФ. Действие коклюшного токсина на клетки тканей всегда приводит к повышению уровня цАМФ.

Симптомы холеры и коклюша развиваются в результате действия токсинов, вырабатываемых соответствующими микроорганизмами.

Гуанилатциклазная система: Довольно долгое время циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ) рассматривался как антипод цАМФ. Ему приписывали функции, противоположные цАМФ. К настоящему времени получено много данных, что цГМФ принадлежит самостоятельная роль в регуляции функции клеток. В частности, в почках и кишечнике он контролирует ионный транспорт и обмен воды, в сердечной мышце служит сигналом релаксации и т.д.

Известны четыре разные формы гуанилатциклазы, три из которых являются мембраносвязанными и одна, растворимая, открыта в цитозоле. Показано, что мембраносвязанные формы состоят из 3 участков: рецепторного, локализованного на внешней поверхности плазматической мембраны; внутримембранного доменаи каталитического компонента, одинакового у разных форм фермента. Гуанилатциклаза открыта во многих органах, что свидетельствует о широком ее участии в регуляции внутриклеточного метаболизма, опосредованном через цГМФ. Мембраносвязанный фермент активируется через соответствующие рецепторы короткими внеклеточными пептидами, в частности гормоном предсердным натрийуретическим пептидом (АНФ), термостабильным токсином грамотрицательных бактерий и др. АНФ, как известно, синтезируется в предсердии в ответ на увеличение объема крови, поступает с кровью в почки, активирует гуанилатциклазу (соответственно повышает уровень цГМФ), способствуя экскреции Na и воды. Гладкие мышечные клетки сосудов также содержат аналогичную рецептор-гуанилатциклазную систему, посредством которой связанный с рецептором АНФ оказывает сосудорасширяющее действие, способствуя снижению кровяного давления. В эпителиальных клетках кишечника активатором рецептор–гуанилатциклазной системы может служить бактериальный эндотоксин, который приводит к замедлению всасывания воды в кишечнике и развитию диареи.

Б) цAMФ осуществляет функции вторичного внутриклеточного посредника в действии первичных посредников — например, ряда гормонов и нейромедиаторов. цAMФ опосредует биологическую функцию гормонов путем активации (инактивации) клеточных протеинкиназ (фосфатаз). Протеинкиназы, в свою очередь, фосфорилируют эффекторные белки и изменяют (увеличивают или уменьшают) их активность.

При активации аденилатциклазы, катализирующей образование цAMФ из АТФ, или блокировании фосфодиэстеразы, осуществляющей деградацию этого цAMФ, концентрация цAMФ в клетке увеличивается. Таким образом, содержание цАМФ в клетке определяется соотношением активностей этих двух ферментов. Связь между гормоном или др. химическим сигналом (первый посредник) и цAMФ (второй посредник) осуществляет аденилатциклазный комплекс. Гормон, взаимодействуя с рецептором, активирует аденилатциклазу, которая образует цAMФ из АТФ.

Концентрация цAMФ, образующегося в клетке, превышает концентрацию действующего на клетку гормона в 100 раз. В основе механизма действия цAMФ в тканях животных и человека лежит его взаимодействие с протеинкиназами, например, протеинкиназы А. Связывание цAMФ с регуляторной субъединицей протеинкиназы приводит к диссоциации фермента и активации его каталитической субъединицы, которая, освободившись от регуляторной субъединицы, способна фосфорилировать определённые белки (в том числе ферменты). Изменение свойств этих макромолекул путём фосфорилирования меняет и соответствующие функции клеток. цAMФ играет определённую роль в морфологии, подвижности, пигментации клеток, в кроветворении, клеточном иммунитете, вирусной инфекции и др.

Циклический гуанозинмонофосфат это циклическая форма нуклеотида, образующаяся из гуанозинтрифосфата (GTP) ферментом гуанилатциклазой. цГМФ действует как вторичный посредник и его действие подобно цАМФ, в основном активируя внутриклеточные протеинкиназы в ответ на связывание с клеточной мембраной пептидных гормонов (для которых мембрана непроницаема) с внешней стороны клетки.

Инозитолтрифосфат - это водорастворимый второй посредник, диффундирующий в цитозоль. Он действует в первую очередь путем высвобождения кальция (Ca) из эндоплазматического ретикулума. Например, он активирует кальция (Ca) -зависимую фосфокиназу, фосфорилирующую ферменты.

Внутриклеточная система второго посредника ИФ3 также может управляться множеством внешних медиаторов и гормонов, в том числе ацетилхолином, серотонином, вазопрессином и тиреотропным гормоном; как и система цАМФ, она характеризуется разнообразными внутриклеточными эффектами. Возможно, эта система активируется и светом в зрительном рецепторе глаза, и играет центральную роль в фототрансдукции. Впервые в индивидуальном развитии организма рецептор системы ИФ3 активируется спермием, вследствие чего ИФ3 принимает участие в регуляторных реакциях, сопровождающих оплодотворение яйцеклетки.

Липидная субъединица ДАГ также переносит сигнал, диффундируя в липидной фазе плазматической мембраны к расположенной на ее внутренней поверхности С-киназе, которая и активируется с участием фосфатидилсерина в качестве кофактора. Затем С-киназа запускает фосфорилирование белков, переводя их в активную форму.

В передаче сигнала диацилглицерол используется как вторичный посредник липидной природы и является продуктом гидролиза фосфоинозитолдифосфата (PIP2) ферментом фосфолипазой С (PLC), связанным с мембраной, который в этой же реакции образует инозитолтрифосфат (IP3). Хотя инозитолтрифосфат перемещается в цитозоль, диацилглицерол остается связанным с плазматической мембраной ввиду ее гидрофобных свойств.

Диацилглицерол является активатором протеинкиназы С (PKC). Образование диацилглицерола в мембране облегчает транслокацию протеинкиназы С из цитозоля в плазматическую мембрану. Протеинкиназа С является Са-кальмодулинзависимой, однако диацилглицерол повышает её сродство к Са-кальмодулину, вызывая активацию при более низкой концентрации ионов кальция в цитоплазме.

Диацилглицерол является короткоживущим соединением, он может фосфорилироваться с образованием фосфатидной кислоты или расщепляться с образованием арахидоновой кислоты, необходимой для синтеза простагландинов.

В) NO можно рассматривать как мессенджер 2 порядка, запускающего работу гуанилатциклазного каскадного механизма. Гуанилатциклаза может быть в мембране и в цитоплазме.

Образуется NO под дейcтвием NO-синтазы из l-аргинина->l-цитрулин->NO.

NO-синтаза – НАДФ зависимый фермент. Процесс происходит в присутствии О2. Активность NO-синтазы регулируется нейромедиаторами. Образовавшийся NO связывается с гемом, который является частью фермента гуанилатциклазы. При этом гуанилатциклаза начинает нарабатывать цГМФ из ЦТФ. цГМФ стимулирует протеинкиназу, фосфорилирующую соответствующие белки в клетке. Например, в гладких мышцах ими являются легкие цепи миозина, происходит расслабление гладкой мускулатуры. Т.О. главная мишень для NO – гуанилатциклаза.

NO способен связываться с супероксиданионами, образуя пероксинитриты, которые распадаются на гидроксиланион NO₂. И то, и другое – свободные радикалы. Это обеспечивает бактерицид. и противоопухолев. рец-р NO. В клетках почек под действием NO повышается уровень матричной РНК, кодирующей АМК последовательность ренина.

Т_1/2 – короткий (5с)

Выполняет важные функции:

- участвует в бактерицидном и и противоопухолевом эффектах лейкоцитов;

- является связанным с эндотелием фактором, расслабляющим гладкие мышцы сосудов;

- роль сигнальной молекулы в различных нейрональных функциях;

- при повышенной продукции является медиатором воспаления при ревматических аутоимунных заболеваниях;

- при повышенной продукции играет роль в росте опухолей;

- участвует в расслаблении сосудов при действии ^ температур.

- благодаря повышению активности гуанилатциклазы способствует трансмембранному переносу ионов Са²⁺.

- тормозит агрегацию тромбоцитов.

Поиск по сайту: