Характеристика ядерного типа рецепции гормонов. Классификация рецепторов суперсемейства

10 Августа в 10:43 1235 0


Несмотря на принципиальную структурно-функциональную общность членов рассматриваемого единого суперсемейства рецепторов, в его составе выделяют два семейства. Представители каждого из них характеризуются наибольшим сходством структуры и свойств всех его доменов, а также соответствующих ГЧЭ в ДНК и в ряде случаев близостью или даже идентичностью эффектов гормон-рецепторных комплексов (особенно в модельных системах).

К первому семейству рецепторов относятся ГР, MP, ПР и АР, ко второму — ЕР, TP, ДР, A1P и ЭР (Беато и др., 1988; Шутц и др., 1989). Так, в высоких концентрациях глюкокортикоиды могут воспроизводить эффекты минералокортикоидов на Na/K обмен через ГР и MP, прогестины — эффекты глюкокортикоидов на тирозинаминотрансферазу через ГР и ПР, эстрогены — эффекты Тз на синтез некоторых печеночных ферментов через ЕР и ТР. Гормон-рецепторные комплексы разных семейств перекрестных реакций не дают.

8-95-формы рецепторов стероидных гормонов

Давно известно, что все рецепторы стероидов, но не Т3 или ретиноидов способны закономерно образовывать в среде с низкой ионной силой, особенно без гормона, крупномолекулярные 8-95-формы (Горски и др., 1968).
Давно известно, что все рецепторы стероидов, но не Т3 или ретиноидов способны закономерно образовывать в среде с низкой ионной силой, особенно без гормона, крупномолекулярные 8-95-формы (Горски и др., 1968)

Установлено, что 8-9 S-форма Р — гетеротример, состоящий из 1 молекулы охарактеризованного выше рецептора и 2 однотипных молекул белка теплового шока с М.м. 90 кД (hsp 90). Считается, что димер hsp 90 (М.м. 180 кД) образует в клетке комплекс с гормонсвязывающим доменом рецептора (рис. 53). Образование комплекса инактивирует эффекторные свойства рецептора, но не препятствует связыванию стероида доменом Е.

Связывание Г при физиологической ионной силе вызывает диссоциацию Р из гетеротримера, что обусловливает активацию рецепторной молекулы. Предполагают, что функциональное значение комплексирования Р с hsp 90 дополнительно инактивирует Р без гормона. Не исключено, что hsp 90, связываясь с микротрубками, облегчает транспорт Р, вновь синтезируемых в полисомах, из цитоплазмы в ядро (Пратт, 1988).

Третичная структура 8-9S-формы рецепторов стероидных гормонов
Рис. 53. Третичная структура 8-9S-формы рецепторов стероидных гормонов:
Г — гормон, Р — рецептор (4-5S-форма), hsp90 — белок теплового шока (/, // — мономеры); 1—4 — домены А/В—Е соответственно; Э1,Э2 — зпитопы домена А/В

Гормончувствительные элементы ДНК

Важнейшим компонентом ядерного типа циторецепции являются, как уже говорилось, ГЧЭ — олигонуклеотидные регуляторные последовательности в каждой цепи двойной спирали ДНК, локализованные в зоне генов-мишеней. Обычно, но не всегда, они расположены выше 5'-конца про моторной области структурного гена на расстоянии десятков — сотен нуклеотидных остатков (пар оснований) от стартового участка инициации транскрипции. В отдельных случаях ГЧЭ могут располагаться внутри самого структурного гена (например, генов СТГ, проопиомеланокортина, самих ГР) или локализоваться на расстоянии 2500 пар оснований выше его 5'-конца (например, для ГЧЭ генов тирозинаминотрансферазы печени). Во всех случаях ГЧЭ в ядре находятся в составе эухроматина, в свою очередь связанного с ядерным матриксом.

ГЧЭ способны достаточно избирательно, с высоким сродством (Ка порядка 10-10 л/моль) связывать гормон-рецепторные комплексы. Как и все энхансоры, последовательности ГЧЭ могут взаимодействовать с рецепторами в любой ориентации — как с 5'-, так и с 3'-конца.

Универсальные минимальные структуры в составе ГЧЭ. Оказалось, что в составе ГЧЭ всех рецепторов суперсемейства имеется универсальная минимальная структура (консенсус последовательностей), необходимая для узнавания гормон-рецепторных комплексов (Беато, 1988). Эта минимальная структура консервативна и состоит всего из 13-16 пар оснований (для всех S почти всегда из 15 пар).

Минимальные структуры ГЧЭ представляют собой палиндромы (обратные, или инвертированные, повторы). Напомним, что палиндромы — нуклеотидные последовательности, состоящие из двух половинок (сетов), в каждой из которых симметрично, но в обратном (перевернутом) направлении от 5'- к 3'-концу расположены основания, комплементарные (в плане уотсон-криковских взаимодействий) друг другу.

Например,
 vvv_17.jpg
где N, любое вставочное основание, разделяющее палиндром на два сета. В случае ГЧЭ их наиболее типичные 15-членные палиндромы состоят из двух консервативных пента-гексануклеотидных половинок и 3-6-вариабель-ных вставок N. При этом ГЧЭ для ЕР — полные палиндромы (все основания сетов в противоположной ориентации комплементарны), в случае ГЧЭ для других Р неполные (незавершенные). Ниже представлена структура некоторых известных минимальных компонентов ГЧЭ для ряда рецепторов суперсемейства:
структура некоторых известных минимальных компонентов ГЧЭ для ряда рецепторов суперсемейства

Точечные мутации в 1—2-й позиции компонентов либо их инактивируют. либо вызывают инверсию активности. Нельзя не отметить, что аналогичную палиндромную структуру имеют многие регуляторные участки генома, связывающие не только гормон-рецепторные комплексы, но и другие нерецепторные белки суперсемейства. Подобную же структуру имеет и промоторный участок lac-оперона E.coli, специфически связывающий комплекс известного катаболитного активирующего белка (CAT) с цАМФ:


Подобную же структуру имеет и промоторный участок lac-оперона E.coli, специфически связывающий комплекс известного катаболитного активирующего белка (CAT) с цАМФ

Предполагают, что два сета минимальной структуры ГЧЭ обусловливают связывание гормон-рецепторного комплекса в его димерной форме, причем каждый сет связывает мономер: этим обеспечивается кооперативность транскрипционного эффекта (Беато, 1988: Шмид и др., 1989).

Множественность универсальных минимальных структур в однотипных ГЧЭ. Эти структуры содержатся в однотипных ГЧЭ в количестве 2-6. Дупликация минимальных палиндромных элементов обусловливает резкое повышение Ка рецептора к ГЧЭ и сильный кооперативный эффект гормона (О'Мэлли и др., 1988).

Можно полагать, что в основе механизмов этих процессов лежит тетрамеризация гормон-рецепторных комплексов на дуплицированных палиндромах (рис. 54). Дальнейшее увеличение количества минимальных консенсусных структур дает, как правило, дальнейший,но не столь сильный, как их удвоение, прирост эффективности действия гормон-рецепторного комплекса на ген-мишень. Вероятно, дополнительная гомоолигомеризация комплекса гормон-рецептор в процессе его взаимодействия с ГЧЭ обеспечивает стабилизацию этого взаимодействия и тем самым его эффективность.

Имеются веские основания полагать, что стабилизирующую роль при взаимодействии ДНК с гормон-рецепторным комплексом может играть не только гомоолигомеризация последних. Аналогичную роль может играть и образование гетероолигомеров, формируемых в результате избирательного связывания рецепторов с конституитивными факторами транскрипции (см. рис. 54). В свою очередь комплексы ГЧЭ-рецепторы оказывают свой регуляторный эффект на гены-мишени, стабилизируя комплексы конституитивных факторов транскрипции с промоторной областью ДНК (О'Мэлли и др., 1988: Шмид и др., 1989).

Таким образом, в специфическом эффекте рецепторных и нерецепторных белков на геном существенную роль играют не только избирательные белок-нуклеиновые, но и белок-белковые взаимодействия. Следует отметить, что сочетания взаимодействий белок — ДНК и белок—белок могут реализоваться лишь в том случае, если расстояния между связывающими белки нуклеотидными последовательностями позволяют белкам физически взаимодействовать друге другом, т.е. примерно соответствуют размерам взаимодействующих белковых молекул (Шмид и др.. 1989).

Кооперативные эффекты олигомеризации гормон-рецепторных комплексов (Г-Р) в яйцеводах кур (транскрипция гена овальбумина)
Рис. 54. Кооперативные эффекты олигомеризации гормон-рецепторных комплексов (Г-Р) в яйцеводах кур (транскрипция гена овальбумина):
Г — гормон. ГЧЭ — гормончувствительный элемент. Р — рецептор. ТФ1-ТФ3 — конституитивные белковые факторы транскрипции. TATA — промоторныи повтор нуклеотидных остатков Т и А, РУ — регуляторный участок ДНК для гена: I — эффект мономера Г-Р. II — эффект димера Г-Р. III — эффект тетрамера Г-Р :ia счет дупликации ГЧЭ

Из вышесказанного следует, что само наличие минимальных консенсусных структур в ГЧЭ — условие необходимое, но недостаточное для инициации полноценного гормонального эффекта. Для осуществления последнего принципиально важны их число и возможность специфического взаимодействия гормон-рецепторных комплексов с иными факторами транскрипции.

Роль других взаимодействий гормон-рецепторных комплексов с хроматином в инициации специфического гормонального эффекта. Наряду с указанными специфическими взаимодействиями существенную роль в инициации гормонального эффекта играют и другие менее специфические или неспецифические взаимодействия гормон-рецепторных комплексов с хроматином.

Так, установлено, что гормон-рецепторные комплексы, но не свободные рецепторы, способны прочно, относительно избирательно связываться с нуклеосомальными гистонами. TP и ГР образуют прочные ассоциаты с аргинин-обогашенными коргистонами НЗ и Н4, а ЕР — с умеренно обогащенными лизином коргистонами Н2А и Н2В (Уэда и др., 1989). Хорошо известно, что специфическое связывание гормон-рецепторных комплексов с акцепторными участками ДНК происходит на фоне неспецифического, но весьма прочного связывания с ДНК в целом.

При этом различия в Ка специфического и неспецифического взаимодействия ДНК с мономерными гормон-рецепторными комплексами отличаются лишь на один порядок (Розен, Смирнов, 1981). Отмеченные взаимодействия рецепторов с гистонами и ДНК представляют собой начальное событие в инициации гормонального эффекта. Его функциональное значение сводится к деконденсации хроматина: накоплению гормон-рецепторных комплексов в ядре; облегчению поиска соответствующих ГЧЭ; обеспечению возможности эффективного синтеза рРНК.

За этими процессами следуют специфические белок-нуклеиновые и белок-белковые взаимодействия; избирательная регуляция интенсивности транскрипции; изменение уровня синтеза и количества мРНК, а также рРНК. Эти инициирующие стадии обусловливают процессинг вновь синтезированных молекул РНК и поступление их в полисомы, а затем гормонзависимое изменение скорости синтеза регулируемых ферментативных и структурных белков.

В.Б. Розен
Похожие статьи
показать еще
 
Эндокринная хирургия