Раздел медицины:
Эндокринная хирургия

Лептин и его рецептор при сахарном диабете 2-го типа

1338 0
Лептин, продукт гена ob, секретируемый преимущественно адипоцитами белой жировой ткани, играет ведущую роль в регуляции энергетического метаболизма и в контроле массы тела и жировой ткани. Его дефицит у человека и экспериментальных животных приводит к тяжелым формам ожирения. Лептин проникает в мозг через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) вследствие рецептор-опосредуемого эндоцитоза.

Там он связывается с рецепторами лептина, локализованными в гипоталамусе, коре, таламусе, мозжечке, обонятельных луковицах, сосудистом сплетении. Лептиновый рецептор (OBR) относится к типу I цитокиновых рецепторов и имеет несколько изоформ, которые генерируются вследствие альтернативного сплайсинга мРНК. В результате в мозге присутствуют укороченные формы рецептора - OBRa, OBRc, OBRd и OBRf, одна длинная, полноразмерная, его форма (OBRb) со значительным по размеру С-концевым доменом, а также растворимая форма рецептора, лишенная трансмембранных участков (OBRe).

Несмотря на то, что укороченные формы лишены функционально активных внутриклеточных доменов, их внеклеточные домены, ответственные за специфическое связывание лептина, сходны с таковыми полноразмерного лептинового рецептора OBRb. Вследствие этого они с высокой эффективностью связывают гормон, но не способны осуществлять трансдукцию лептинового сигнала в клетку.

Полноразмерная форма рецептора не только специфично взаимодействует с молекулой лептина, но и наделена функциональной активностью, обеспечивая активацию внутриклеточных сигнальных белков, компонентов лептиновой сигнальной системы.  Предполагается, что укороченные формы OBR вовлечены в транспорт лептина через ГЭБ, а также могут связывать избыточные количества лептина в условиях его гиперпродукции адипоцитами, предотвращая, таким образом, развитие лептиновой резистентности в ЦНС.

В пользу этого свидетельствует тот факт, что укороченные формы OBR экспрессируются в различных отделах мозга, выполняющих как транспортную функцию, так и функцию «ловушек» избытка лептина, в то время как полноразмерная форма OBRb присутствует в основном в нейронах аркуатных ядер гипоталамуса, где и реализуется большинство центральных эффектов лептина, в том числе регуляция им пищевого поведения и энергетического гомеостаза.

Уровень лептина

Необходимо отметить, что повышение уровня лептина в нейронах аркуатных ядер приводит к быстрой десенситизации OBRb, в то время как в других отделах мозга снижение чувствительности нейронов к лептину либо не развивается, либо слабо выражено. Это подтверждает предположение о том, что сигнальные функции лептина в центральной нервной системе (ЦНС) реализуются в основном через полноразмерные рецепторы OBRb, локализованные в аркуатных ядрах гипоталамуса.

Связывание лептина с N-концевым эктодоменом рецептора OBRb приводит к конформационным изменениям его структуры и способствует формированию функционально активных олигомерных OBRb-комплексов, что необходимо для активации зависимых от лептина внутриклеточных каскадов. Следует отметить, что еще до связывания с лептином рецептор OBRb образует стабилизированные дисульфидными связями ди- и олигомерные комплексы, но они функционально не активны.

Взаимодействующий с лептином эктодомен рецептора OBRb включает несколько структурных субдоменов, наиболее важными из которых являются домен CRH2, гомологичный цитокиновым рецепторам (cytokine receptor homology domain-2), и иммуноглобулин-подобный домен Ig (immunoglobulin-like domain) (рис. 6). Лептин с высокой аффинностью связывается с CRH2-доменом, за что отвечает связывающий сайт II в молекуле лептина. С помощью связывающего сайта III лептин специфично взаимодействует с Ig-доменом.

inssah8.jpg


Рисунок 6. Структурная организация молекулы лептинового рецептора OBRb

Результатом такого двойного связывания являются изменения конформации рецептора, вызывающие его активацию. В молекуле лептина имеется еще один связывающий сайт I, но его функции и мишени, с которыми он взаимодействует, пока не выяснены. Мутации в сайте II лишают лептин способности связываться с рецептором, в то время как мутации в сайтах I и III существенно не влияют на его высокоаффинное  связывание,  но  делают  мутантные формы лептина неспособными активировать рецептор.

Вследствие этого лептины с заменами функционально важных аминокислот в сайтах I и III являются антагонистами рецептора OBRb, которые по конкурентному механизму блокируют связывание рецептора с эндогенным лептином. Среди мутаций, которые наделяют лептин свойствами антагониста, одновременная замена трех (Leu39Ala/Asp40Ala/Phe41Ala) или двух (Leu39Ala/Asp40Ala) аминокислотных остатков в сегменте 39-42 связывающего сайта I, замена остатка Asp в положении 23 на остаток лейцина, а также двойная замена Ser120Ala/Thr121Ala в N-концевой части спирали D, локализованной в связывающем сайте III.

Еще более эффективным антагонистом является молекула лептина, имеющая сочетание замены остатка Asp23Leu с тройной заменой Leu39Ala/Asp40Ala/Phe41Ala. Это приводит к 60-ти кратному повышению аффинности связывания мутантного лептина с рецептором и к 14-ти кратному повышению его антагонистической активности в условиях in vitro в сравнении с лептином с заменами Leu39Ala/Asp40Ala/Phe41Ala. Введение грызунам мутантных форм лептина с антагонистической активностью усиливает потребление ими пищи, вызывает сильно выраженное ожирение и повышение массы жировойткани.

Необходимо отметить, что перспективы практического использования антагонистов лептинового рецептора связаны в основном с созданием противоопухолевых препаратов, поскольку известно, что лептин способен усиливать рост ряда злокачественных опухолей, включая рак молочной железы и опухоли желудочно-кишечного тракта.

Совсем недавно был разработан очень эффективный и вместе с тем сравнительно дешевый антагонист лептинового рецептора, который представляет собой модифицированный полиэтиленгликолем тетрапептид Leu-Asp-Phe-Ile, структурно соответствующий участку 39-42 лептина. Этот пептид подавлял активацию лептином внутриклеточных сигнальных каскадов в опухолевых клетках молочной железы и, тем самым, ингибировал стимулирующее влияние лептина на рост этих клеток в условиях in vitro и in vivo.

Структура

Структура комплекса лептина с OBRb до конца не выяснена. В настоящее время на основании данных структурных и молекулярно-биологических исследований предложены две модели таких комплексов. В соответствии с одной из них две молекулы лептина связываются с четырьмя молекулами рецептора, образуя, таким образом, гексамерный комплекс, в то время как в другой модели соотношение между молекулами лептина и рецептора в комплексе составляет 4:4.

Связывание лептина с CRH2- и Ig-доменами меняет подвижность и взаимную ориентацию фибронектиновых доменов 3-го типа (FNIII) рецептора, что приводит к изменению структуры его трансмембранного участка и обеспечивает передачу волны конформационных перестроек на цитоплазматический домен рецептора, ответственный за трансдукцию лептинового сигнала к внутриклеточным мишеням. Связывание FNIII-домена со специфичными к нему антителами прерывает цепочку структурных изменений, вызываемых связыванием рецептора с лептином, и препятствует активации рецептора.

А.О. Шпаков, К.В. Деркач
Похожие статьи
показать еще
 
Категории