Рецепция гормонов клетками, механизмы действия стероидных и нестероидных гормонов. Роль вторичных мессенджеров в передаче сигнала.

Взаимодействие гормона с рецептором — это обязательный начальный этап, который запускает целый каскад реакций, в результате которого гормон осуществляет свой физиологический эффект: например, повышение синтеза специфических белков-рецепторов, повышение синтеза гормона, сокращение гладкомышечных клеток и т.п.

1. Механизм действия стероидных гормонов.

Стероидные гормоны легко проникают внутрь клетки через поверхностную плазматическую мембрану в силу своей липофильности и взаимодействуют в цитозоле со специфическими рецепторами. В цитозоле образуется комплекс «гормон-рецептор», движущейся в ядро. В ядре комплекс распадается и гормон взаимодействует с ядерным хроматином. В результате этого происходит взаимодействие с ДНК, а затем — индукция матричной РНК. В ряде случаев стероиды, например, стимулируют в одной клетке образования 100-150 тыс. молекул м РНК, в которых закодирована структура лишь 1-3 белков. Итак, первый этап действия стероидных гормонов — активация транскрипции. Одновременно происходит активация РНК-полимеразы, осуществляющего синтез рибосомальной РНК (р-РНК). За счет этого образуется дополнительное количество рибосом, которые связываются с мембранами эндоплазматического ретикулума и образуют полисомы. Вследствие всего комплекса событий (транскрипции и трансляции) через 2-3 часа после воздействия стероида наблюдается усиленный синтез индуцированных белков. В одной клетке стероид влияет на синтез не более 5-7 белков. Известно также, что в одной и той же клетке стероид может вызвать индукцию синтеза одного белка и репрессию синтеза иного белка. Это происходит вследствие того, что рецепторы данного стероида неоднородны.

2. Механизм действия тиреоидных гормонов.

Рецепторы находятся в цитоплазме и в ядре. Тиреоидные гормоны (а точнее — трийодтиронин, потому что тироксин должен отдать один атом йода и превратиться в трийодтиронин, прежде чем совершить свой эффект) связываются с ядерным хроматином и индуцируют синтез 10-12 белков — это происходит за счет активации механизма транскрипции. Тиреоидные гормоны активируют синтез многих белков-ферментов,регуляторных белков-рецепторов. Тиреоидные гормоны индуцируют синтез ферментов, участвующих в метаболизме, и активируют процессы энергообразования. Одновременно тиреоидные гормоны повышают транспорт аминокислот и глюкозы через мембраны клеток, усиливают доставку аминокислот в рибосомы для нужд синтеза белка.

3. Механизм действия белковых гормонов, катехоламинов, серотонина, гистамина.

Эти гормоны взаимодействуют с рецепторами, расположенными на поверхности клетки, а конечный эффект действия этих гормонов может быть — сокращение, усиление ферментных процессов, например, гликогенолиз, повышение синтеза белка, повышение секреции и т.д. Во всех этих случаях лежит процесс фосфорилювания белков-регуляторов, перенос фосфатных групп от АТФ до гидроксильных групп серина, треонина, тирозина, белка. Этот процесс внутри клетки осуществляется при участии ферментов-протеинкиназы. Протеинкиназы — это АТФ-фосфотрансферазы. Их много разновидностей, для каждого белка — своя протеинкиназа. Например, для фосфорилазы, участвующей в расщеплении гликогена, протеинкиназа называется «киназа фосфорилазы».

В клетке протеинкиназы находятся в неактивном состоянии. Активация протеинкиназы осуществляется за счет гормонов, действующих на поверхностно расположенные рецепторы. При этом сигнал от рецептора (после взаимодействия гормона с этим рецептором) в протеинкиназы передается при участии специфического посредника, или вторичного мессенджера. В настоящее время выяснено,что таким мессенджером могут быть: а) ц-АМФ, б) ионы Са, в) диацилглицерин, г) какие-то другие факторы (вторичные посредники неизвестной природы). Таким образом, протеинкиназы могут быть ц-АМФ-зависимые, Са-зависимые, диацилглицерин-зависимые.

Известно, что в качестве вторичного посредника ц-АМФ выступает при действии таких гормонов как АКТГ, ТТГ, ФСГ, ЛГ, хорионический гонадотропин, МСГ, АДГ, катехоламины (бета-адренорецепторного эффект), глюкагон, паратирин (паратгормон), кальцитонин, секретин, гонадотропин, тиролиберин, липотропин.

Группа гормонов, для которых мессенджером является кальций: окситоцин, вазопрессин, гастрин, холецистокинин, ангиотензин, катехоламины (альфа-эффект).

Для некоторых гормонов пока не идентифицированы посредники: например, СТГ, пролактин, хорионический соматомамматропин (плацентарный лактоген), соматостатин, инсулин, инсулиноподобный фактор роста и т.п.

Рассмотрим работу ц-АМФ как мессенджера: ц-АМФ (циклического аденозинмонофосфата) образуется в клетке под влиянием фермента аденилатциклазы из молекул АТФ, АТФ — ц-АМФ. Уровень ц-АМФ в клетке зависит от активности аденилатциклазы и от активности фермента, который разрушает ц-АМФ (фосфодиэстеразы). Гормоны, которые действуют за счет ц-АМФ, как правило, вызывают изменение активности аденилатциклазы. Этот фермент имеет регуляторную и каталитическую субъединицы. Регуляторная субъединица тем или иным способом связана с гормональным рецептором, например, за счет G-белка. При воздействии гормона происходит активация регуляторной субъединицы (в «покое» эта субъединица связана с гуанизиндифосфатом, а под влиянием гормона она связывается с гуанизинтрифосфатом и поэтому активируется). В результате повышается активность каталитической субъединицы, которая расположена на внутренней стороне плазматической мембраны, и поэтому повышается содержание ц-АМФ. Это, в свою очередь, вызывает активацию протеинкиназы (точнее, ц-АМФ-зависимой протеинкиназы), в дальнейшем вызывает фосфорилирование, которое приводит к конечному физиологического эффекта, например, под влиянием АКТГ клетки надпочечников производят в больших количествах глюкокортикоиды, а под влиянием адреналина в ГМК, содержащие бета-адренорецепторов, происходит активация кальциевого насоса и расслабления ГМК.

Итак: гормон + рецептор — активация аденилатциклазы — активация протеинкиназы — фосфорилирования белка (например, АТФ-азы).

Мессенджер — ионы кальция. Под влиянием гормонов (например, окситоцина, АДГ, гастрина) происходит изменение содержания в клетке ионов кальция. Это может происходить за счет повышения проницаемости мембраны клетки для ионов или кальция за счет освобождения свободных ионов кальция из внутриклеточных депо. В дальнейшем кальций может вызвать ряд процессов, например, повышение проницаемости мембраны для ионов кальция, натрия, может взаимодействовать с микротубулярноворсинчатою системой клетки и, наконец, может вызвать активацию протеинкиназы, зависимых от ионов кальция. Процесс активации протеинкиназы связан прежде всего с взаимодействием ионов кальция с регуляторным белком клетки — кальмодулином. Это высокочувствительный к кальцию белок (например тропонина С в мышцах), что содержит 148 аминокислот, имеет 4 места связывания кальция. Все ядерные клетки имеют в своем составе этот универсальный кальцийеднальний белок. В условиях «покоя» кальмодулин находится в неактивном состоянии и поэтому не способен осуществлять свое регулирующее воздействие на ферменты, в том числе на протеинкиназы. В присутствии кальция происходит активация кальмодулина, в результате чего активируются протеинкиназы, а в дальнейшем происходит фосфорилирования белков. Например, при взаимодействии адреналина с адренорецепторами (бета-Ар) в клетках печени происходит активация гликогенолиза (расщепление гликогена до глюкозы). Этот процесс начинается под влиянием фосфорилазы А, что в клетке находится в неактивном состоянии. Цикл событий здесь такой: адреналин + бета-АР — повышение внутриклеточной концентрации кальция — активация кальмодулин — активация киназы фосфорилазы (активация протеинкиназы) — активация фосфорилазы В, превращение ее в активную форму — фосфорилазу А — начало гликогенолиза.

В случае, когда имеет место другой процесс, последовательность событий такова: гормон + рецептор — повышение уровня кальция в клетке — активация кальмодулин — активация протеинкиназы — фосфорилирования белка-регулятора — физиологический акт.

Мессенджер-диацилглицерин. В мембранах клетки являются фосфолипиды, в частности фосфатидилинозитол — 4,5-бифосфат. При взаимодействии гормона с рецептором это фосфолипид разрывается на два осколка: диацилглицерин и инозитолтрифосфат. Эти осколки являются мессенджерами. В частности, диацилглицерин дальнейшем активирует протеинкиназу, что приводит к фосфорилирования белков клетки и соответствующего физиологического эффекта.

Другие мессенджеры. В последнее время ряд исследователей полагает, что в роли Мессен-Джери могут выступать простагландины и их производные. Предполагается, что каскад реакций такой: рецептор + гормон — активация фосфолипазы А2 — разрушение фосфолипидов мембраны с образованием арахидоновой кислоты — образование простагландинов типа ПГЕ, ПГФ, тромбоксанов, простациклина, лейкотриенов-физиологический эффект.