АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

РЕЦЕПЦИЯ ГОРМОНОВ

Общие представления о клеточных рецепторах для гормонов, их структурно-функциональной организации и типах циторецепции. Ключевым этапом физиологического действия гормона на клетку является его спонтанное и обратимое комплексирование с биоспецифическим белком-рецептором. Рецепторами называют специфические структуры клетки, связывание с которыми является обязательным условием проявления эффекта внеклеточного биологически активного вещества. В химическом плане рецепторы представляют собой кислые крупномолекулярные олигомерные белки, которые в случае внутриклеточной локализации являются простыми, тогда как при мембранной локализации – ассоциированы с углеводами (т.е. являются гликопротеидами). Цитоплазматические и ядерные рецепторы, как правило, гидрофильны, тогда как большая часть мембранных (та, что занимает трансмембранное положение) – гидрофобна. Большинство мембранных рецепторов жестко зафиксированы в мембране, тогда как некоторые (например, рецепторы для инсулина) могут совершать свободные латеральные, поплавковые (изменяют вертикальную ориентацию в мембране) и вращательные движения, обращаясь различными функциональными локусами то в сторону внеклеточного, то внутриклеточного пространства, что облегчает поиск молекул гормона и акцепторных структур, активация которых запускает реализацию гормонального сигнала в клетке. Таким образом, трансмембранная локализация некоторых рецепторов компенсируется высокой их подвижностью.

В одной и той же клетке (в том числе в составе ее мембраны) может быть более десятка разных типов рецепторов, каждый из которых проявляет избирательную чувствительность к строго определенным гормонам. Причем, связывание каждого гормона со своим рецептором, как правило, не зависит от состояния других рецепторов. Антагонизм же между некоторыми биологически активными веществами (инсулином и глюкагоном, статинами и либеринами, норадреналином и ацетилхолином) проявляется лишь на стадии реализации гормонального сигнала в физиологический ответ клетки.

Рецепторы обладают высоким сродством и избирательностью к определенным биологически активным веществам, но могут связывать и их структурные аналоги. Вещества, имитирующие действие гормона на клетку-мишень, называют агонистами или миметиками. Вещества, которые, связываясь с рецепторами, сами не вызывают биологического эффекта, но препятствуют связыванию гормона клеткой-мишенью, тем самым временно блокируя его эффект, выступают в роли антагонистов гормонов или литиков. Несмотря на структурные и стерические особенности рецепторов к разным гормонам, определяющие их специфичность, в ряде случаев близкие по строению гормоны могут связываться не только со специфическим своим рецептором, но и с рецептором для сходного гормона. Так, гормоны переднего гипоталамуса – окситоцин и вазопрессин – являются октапептидами, отличающимися друг от друга 3-м и 8-м аминокислотными остатками. В концентрациях, в 10 раз превышающих физиологические, они могут связываться с рецепторами и к своему, и к родственному гормону и вызывать эффекты, характерные для родственного гормона (окситоцин может оказывать антидиуретическое действие, а АДГ – стимулировать сокращение миометрия матки и процесс молокоотдачи). В концентрациях, в десятки раз превышающих физиологические, инсулин, имеющий структурную гомологию с соматомединами (посредниками действия СТГ на организм), может взаимодействовать с рецепторами соматомединов в хрящевой ткани, стимулируя ее рост. При высоких концентрациях ЛГ и ФСГ они могут взаимодействовать как с собственными рецепторами, так и с рецепторами для гомологичного гормона, вызывая его эффекты. Таким образом, во всех случаях физиологический ответ клетки-мишени зависит не столько от природы гормона, сколько от типа рецептора, с которым связалось биологически активное вещество и вызвало активацию рецептора. Вместе с тем, в нормальных (физиологических) концентрациях гормоны взаимодействуют только с собственными рецепторами, вызывая тем самым только свойственные им эффекты. В случае отсутствия в клетке специфических рецепторов ни гормон, ни его синтетический антагонист не способны воздействовать на нее. Следовательно, рецептор является необходимым периферическим звеном эндокринной функции, обеспечивающим возможность передачи и во многом обуславливающим интенсивность приема, проведения и реализации гормонального сигнала. В отношении целого организма гормоны представляют собой системные внеклеточные сигналы, а рецепторы – распознающие посредники гормонов. В отношении клеток рецепторы выступают в роли внутриклеточных регуляторов метаболизма, а гормоны – внеклеточных аллостерических их эффекторов.

Согласно общепринятой феноменологической модели структурно-функциональной организации рецепторной молекулы, она состоит из трех главных пространственно разобщенных локусов, осуществляющих три основные динамически сопрягаемые функции:

ü избирательный прием гормонального сигнала (обеспечивается локусом рецептора, специфически и обратимо связывающим гормон). Гормонсвязывающий локус рецептора обладает высоким сродством к гормонам, избирательностью этого сродства и ограниченной емкостью (зависит от количества связывающих сайтов в молекуле рецептора), что отличает рецепторы гормонов от большинства транспортных белков плазмы крови. Большинство рецепторов для гормонов имеют по одному связывающему сайту, и только лишь рецепторы для инсулина и прогестерона в яйцеводах птиц характеризуются наличием двух гормонсвязывающих сайтов на каждую молекулу рецептора. Ограниченная емкость рецепторов обеспечивает действие гормонов в рамках физиологических или умеренных фармакологических концентраций. Более того, в физиологических условиях только небольшая доля специфических рецепторов оккупирована гормоном. Избыточная же концентрация рецепторов обеспечивает, прежде всего, высокую скорость гормон-рецепторного взаимодействия. Взаимодействие гормонсвязывающих локусов мембранных рецепторов с гормоном осуществляется в водной фазе внеклеточной жидкости, поскольку распознающие гормон сайты мембранных рецепторов, жестко зафиксированных в мембране, ориентированы в межклеточное водное пространство. Участок молекулы гормона, вступающий во взаимодействие со связывающим локусом рецептора, в свою очередь, называется адресным. Адресный участок гормона составляет, как правило, значительную часть его молекулы. Например, у глюкагона адресный участок образован 2-27-м аминокислотными остатками, у паратгормона – 2-29-м, у ангиотензина, состоящего всего из 8 аминокислотных остатков – 3-6-м. Адресные участки гормонов, как правило, относятся к линейному типу (т.е. представляют собой последовательность мономерных остатков близко расположенных в первичной структуре макромолекулы). Связывание гормонов, их агонистов или антагонистов с рецепторами происходит быстро и обратимо. Связывание гормона, присутствующего в крови в физиологических концентрациях, с чужим рецептором встречается в животном организме очень редко и не вызывает физиологического ответа ткани (показано только для половых гормонов: эстрогены могут связываться с рецепторами для андрогенов, при этом конкурентно препятствуя действию андрогенов)

ü инициацию регуляторных эффектов гормона вследствие избирательного взаимодействия гормон-рецепторного комплекса с различными акцепторными структурами клетки. Данная функция осуществляется одним или несколькими отдельными исполнительными участками рецепторной молекулы, которые активируются под действием гормонсвязывающего локуса, временно вступают во взаимодействие с определенными макромолекулами клетки, изменяют их функциональное состояние и тем самым обуславливают инициацию внутриклеточного эффекта гормона. Взаимодействие гормон-рецепторного комплекса с акцепторными макромолекулами клетки-мишени происходит в водной фазе цитозоля, поскольку исполнительные локусы мембранных и цитоплазматических рецепторов обращены в цитозоль. Изменение структуры гормона может повлиять не только на связывание его с рецептором, но и на инициацию регуляторного эффекта. Так, отщепление от глюкагона (полипептид, состоящий из 29 аминокислотных остатков) N-концевого гистидина не приводит к потере его способности взаимодействовать со специфическими рецепторами, но устраняет биологические эффекты гормона на клетку. Вместе с тем, отщепление от глюкагона или АКТГ С-концевых окта- или декапептидов не лишает их биологической активности, но сопровождается резким снижением сродства гормонов к рецепторам. Участок молекулы гормона, ответственный за проявление его гормонального эффекта, называют эффекторным. Зачастую он относится к конформационному типу и формируется только при приобретении молекулой гормона третичной и возможно четвертичной структуры, в результате чего далеко расположенные в первичной пептидной последовательности аминокислотные остатки оказываются пространственно сближенными и формируют общий локус, ответственный за конформационные перестройки в молекуле рецептора, связавшей гормон. Так, важнейшим элементом для проявления биологической активности ФСГ является N-ацетилнейраминовая кислота (углевод), которая ковалентно присоединяется к белковой части молекулы и обуславливает формирование определенной ее пространственной структуры, при которой гормон распознается рецептором и вызывает биологический ответ в клетке-мишени. Отщепление этой кислоты от молекулы ФСГ приводит к потере биологической активности гормона. Вместе с тем, у стероидных гормонов, в отличие от пептидных, трудно выделить определенные участки, ответственные за связывание с рецептором (адресные) и запуск внутриклеточного эффекта (эффекорные). Определяющую же роль во взаимодействии стероидных гормонов с рецепторами и реализации эффекта, по-видимому, играет форма молекулы. У тиреоидных гормонов эффекторным, вероятнее всего, является первое бензольное кольцо тиронина, тогда как адресным – второе – вместе со свободными амино- и карбоксильной группами. В результате конформационных перестроек рецептора под действием присоединившегося гормона, гормон-рецепторный комплекс приобретает способность вызывать конформационные перестройки в соседних молекулах, активация которых и приводит к запуску внутриклеточного эффекта гормона.

ü проведение (трансдукция) принятого внешнего гормонального сигнала с переводом его в новый, внутриклеточный сигнал благодаря первичной конформационной перестройке рецепторной молекулы (выполняется участками внутримолекулярного сопряжения двух первых локусов).

Наряду с адресным и эффекторным участками, в молекуле гормонов выделяют еще и вспомогательные участки. Модификация таких участков не влияет на взаимодействие гормона с рецептором и активацию под влиянием его эффекторного участка определенных локусов рецептора, но играет важную роль в стабилизации молекулы гормона, переносе ее белками крови, а также в контроле доступности гормона для разных тканей. Так, нарушение структуры определенных участков инсулина может не влиять на биологическую его активность, но приводит к нарушению связывания с b-глобулинами плазмы, в результате чего большая часть инсулина оказывается свободной и быстро инактивируется печенью, что обуславливает развитие сахарного диабета. Таким образом, в молекуле гормона можно выделить, как минимум, три типа структурно и функционально различных участков – адресный, эффекторный и вспомогательный. Рецептор же представляет собой единую функциональную структуру с асимметрично расположенными детерминантами, одна из которых связывает гормон, а другие – избирательно связываются с акцепторами клетки и инициируют биологические эффекты. Количество разных рецепторов в клетках организма больше, чем количество образующихся в нем специфических регуляторов, поскольку многие гормоны и нейромедиаторы, как правило, действуют не через один, а через несколько типов рецепторов (так выделяют три типа адренорецепторов, в пределах каждого из которых различают по два подтипа). При этом разные рецепторы для одного и того же гормона могут вызывать совершенно разные биологические эффекты и использовать для этого разные внутриклеточные посредники и механизмы их активации (в частности, катехоламины через посредство a₁-адренорецепторов вызывают возбуждение и сокращение гладкомышечных клеток, тогда как через посредство a₂ – напротив, гиперполяризацию и расслабление). Характер же ответа разных тканей на один и тот же гормон определяется соотношением рецепторов разного типа в клетках-мишенях.

По клеточной локализации рецепторов, характеру акцепторных мест и особенностям инициируемых эффектов, циторецепция гормонов может быть подразделена на два основных типа:

ü внутриклеточный, типичный для стероидных и тиреодных гормонов, способных проникать через плазматическую мембрану внутрь клетки, где они взаимодействуют с цитозольными, ядерными или другими рецепторами. При этом наиболее важные акцепторные сайты для таких гормон-рецепторных комплексов локализованы в ядре, а наиболее типичные эффекты таких гормонов сопряжены с синтезом ферментов и других белков, в связи с чем медленно развиваются во времени. Вместе с тем, часть цитозольных рецепторов для этих гормонов может быть связана не только с хроматином, но и с лизосомальной, плазматической и ядерной мембранами, а также с элементами цитоскелета, что позволяет им действовать на клетку и негеномным путем. В некоторых случаях стероидные гормоны могут воздействовать на определенные клетки только через рецепторы плазматической мембраны и внутриклеточные посредники. Так, прогестерон действует на ооцит только через мембранные рецепторы.

ü поверхностный (мембранный), по которому рецептируются белково-пептидные гормоны, катехоламины, а также практически все тканевые гормоны и нейромедиаторы. При таком типе взаимодействия гормоны связываются с рецепторами, расположенными в плазматической мембране, что влечет за собой активацию под действием гормон-рецепторного комплекса определенных мембранных акцепторных структур, в том числе мембранносвязанных ферментов, и образование внутриклеточных медиаторов действия гормона. В качестве таких мембранных акцепторов к гормон-рецепторным комплексам выступают аденилатциклаза, неэлектрогенные кальциевые каналы и специфические протеазы, а в роли внутриклеточных медиаторов – соответственно цАМФ, кальций и специфические гликопептиды. Эффекты гормонов, действующих через рецепторы плазматической мембраны, реализуются очень быстро, поскольку под их влиянием активируются уже синтезированные белки-ферменты, функциональные или структурные белки.

Кинетика взаимодействия гормона с рецептором. Внутриклеточный и мембранный типы рецепции, имея ряд существенных отличительных черт, характеризуются принципиально общими закономерностями, касающимися главным образом приема гормонального сигнала, тогда как дальнейшие пути этих двух типов рецепции и реализации гормонального сигнала в клетке расходятся и имеют свои особенности. Так, закономерности связывания гормонов с рецепторами являются общими и определяются законом действующих масс: при увеличении концентрации гормона (Г) происходит его взаимодействие с рецептором (Р) и образуется гормон-рецепторный комплекс (Г-Р):

где К₊₁ и К_-1 – константы скоростей соответственно ассоциации и диссоциации гормон-рецепторного комплекса; К₊₁ определяется скоростью, с которой гормон и рецептор находят друг друга, ориентируются определенным образом и связываются с образованием активного комплекса Г-Р; К_-1 находится в обратной зависимости от прочности образовавшихся связей между гормоном и рецептором. Отношение К₊₁ к К_-1 отражает константу ассоциации (или сродства), которая характеризует отношение концентрации занятых гормоном рецепторов к концентрации свободных рецепторов; обратная константе ассоциации величина является константой диссоциации (она во многом характеризует сродство гормона к рецептору).

По мере накопления гормон-рецепторных комплексов реакция ассоциации замедляется, а реакция диссоциации – усиливается, и спустя какое-то время наступает состояние динамического равновесия, при котором скорость образования комплекса Г-Р равна скорости его распада. Концентрация образующихся гормон-рецепторных комплексов зависит от константы ассоциации, концентрации молекул гормона и количества рецепторов в клетке-мишени. Преобладание же процессов распада гормон-рецепторных комплексов над процессами их образования в клетке происходит за счет понижения концентрации свободных молекул гормона в пространстве, окружающем рецептор. При этом равновесие в реакции сдвигается в сторону диссоциации молекул гормона от рецептора. Снижение же концентрации свободных молекул гормонов в области рецепторов достигается в большинстве случаев благодаря деятельности специальных ферментов межклеточной жидкости, плазматической мембраны или внутриклеточных органоидов, инактивирующих гормоны, а в случае катехоламинов – благодаря обратному захвату специальными структурами клетки. Так, белково-пептидные гормоны инактивируются под действием высокоспецифических протеаз, встроенных в мембраны клеток-мишеней, стероидные гормоны могут окисляться, восстанавливаться или гидроксилироваться, а тиреоидные – дейодироваться под действием ферментов, локализованных в мембране эндоплазматического ретикулума клеток-мишеней. Для многих ферментов, инактивирующих гормоны, характерно субстратное торможение: они угнетаются высокими концентрациями субстрата (т.е. определенного гормона, который расщепляют), в связи с чем в момент поступления большого количества свободных молекул данного гормона к клетке-мишени не проявляют активности, но по мере частичного связывания свободных молекул гормона рецепторами клетки-мишени и, как следствие, уменьшения концентрации свободных молекул гормона, начинают активироваться и инактивировать еще несвязанные свободные молекулы гормонов. По мере же уменьшения концентрации свободных молекул гормонов реакция образования гормон-рецепторного комплекса сдвигается в сторону его диссоциации, а освобождающиеся из связи с рецептором молекулы гормона продолжают инактивироваться проявляющим свою активность ферментом. Таким образом, вначале, при высоких концентрациях свободных молекул гормона в области рецепторов клетки-мишени, происходит формирование гормон-рецепторных комплексов, а фермент, инактивирующий гормон, блокируется высокой концентрацией свободных молекул гормона. По мере же снижения концентрации свободных молекул гормона (из-за связывания с рецепторами) снимается блок с инактивирующего гормон фермента, и происходит постепенная инактивация оставшихся свободными молекул гормона, в результате чего распад гормон-рецепторного комплекса начинает преобладать над его образованием, а высвобождающиеся из распавшихся Г-Р-комплексов молекулы гормона продолжают инактивироваться ферментом. Такое сложное взаимоотношение между активностью фермента, инактивирующего гормон, и концентрацией свободных молекул гормона позволяет медиаторному или гормональному сигналу развиваться и гаснуть в течение долей миллисекунд (для многих медиаторов) или десятков секунд и даже минут (для многих гормонов). Низкие скорости диссоциации от рецепторов свойственны, прежде всего, гормонам сложной белковой природы, а также стероидным и тиреоидным гормонам в связи с необычайно высоким сродством таких гормонов к рецепторам (константа ассоциации составляет 10^-9-10^{-11 М).}

Механизмы десенситизации рецепторов при длительном или чрезмерном гормональном воздействии. Гормоны, с одной стороны, специфически регулируют синтез и активацию определенных белков в клетке-мишени и тем самым избирательно моделируют работу клеток, а, с другой стороны, после достаточно длительной или сильной оккупации рецепторов временно снижают чувствительность клеток к последующим порциям гормона вплоть до исчезновения ответа на них. Этот второй процесс, являющийся обязательной стадией рецепторного цикла (знаменующей его окончание), получил название десенсибилизации (десенситизации, рефрактерности, привыкания или тахифилаксии). Практической медицине давно известно, что продолжительная или чрезмерная стимуляция рецепторов гормоном или его агонистом приводит к снижению чувствительности тканей к гормону (одна из причин инсулиннезависимого сахарного диабета), тогда как временное прекращение действия гормона на ткань-мишень, возникающее вследствие уменьшения концентрации гормона или введения блокатора рецепторов, напротив, сопровождается повышением чувствительности тканей к данному гормону. Так, продолжительное повышение концентрации катехоламинов в животном организме приводит к снижению количества b-адренергических рецепторов и практически полной потере чувствительности аденилатциклазы к активирующему действию катехоламинов. Инъекция кроликам резерпина (временно опустошает катехоламиновые депо, что сопровождается уменьшением симпатических влияний на ткани-мишени), напротив, сопровождается почти 2-х кратным увеличением количества b-адренергических рецепторов в кардиомиоцитах. Аналогичный эффект оказывает 2-3-недельное введение блокатора b-адренергических рецепторов пропранолола. При этом параллельно с увеличением количества рецепторов возрастает и реактивность внутриклеточной сигнальной системы, в частности, увеличивается степень активации аденилатциклазы катехоламинами. Спустя определенный интервал времени после прекращения продолжительного действия гормона на клетку-мишень, вызвавшего снижение чувствительности к нему, происходит восстановление реактивности клетки, иногда даже с появлением некоторой гиперсенсибилизации. Прекращение введения блокатора, вызвавшего повышение чувствительности клеток-мишеней к гормону, напротив, сопровождается постепенным снижением этой чувствительности. Подобные эффекты изменения чувствительности рецепторов при длительном или чрезмерном введении гормонов в организм или, напротив, блокировании рецепторов развиваются и по отношению к другим гормонам. Так, гормон роста в концентрации 10^-10-10^{-9 М за 6 часов инкубации с лимфоцитами обратимо снижает количество соответствующих рецепторов в их мембранах на 30-70%. Удаление гормона из среды инкубации приводит к восстановлению в течение 6-24 часов количества рецепторов к исходному уровню. Продолжительное действие прогестерона, который преимущественно связывается с внутриклеточными рецепторами, также вызывает снижение их количества в клетках-мишенях. Единственным исключением из этого общего правила десенситизации рецепторов при длительном действии гормона является пролактин, длительное действие которого приводит к увеличению рецепторов для него в молочной железе и поддержанию и увеличению процессов молокообразования.}

Установлено, что основное значение в механизме десенсибилизации имеет дозозависимая элиминация части рецепторов клетки, приводящая к их дефициту. Уровень элиминации может достигать 80-90% от исходного количества рецепторов; при этом элиминируются рецепторы как участвующие, так и не участвующие в инициации регуляторных эффектов гормона. В случае рецепторов для стероидных гормонов временная их инактивация в рабочем цикле может происходить как в ядре, так и, возможно, в цитозоле. Не исключено, что процесс инактивации рецепторов происходит за счет их дефосфорилирования фосфатазами, а активируют фосфатазы сами гормон-рецепторные комплексы. При этом действие фосфатаз распространяется как на рецепторы, связанные с гормонами, так и на свободные рецепторы.

Одной из наиболее вероятных причин элиминации мембранных рецепторов, кроме их дефосфорилирования мембранными фосфатазами, может быть процесс образования в плазматических мембранах больших кластеров рецепторов с G-белком, накопления этих кластеров в окаймленных мембранных ямках (впячиваниях мембраны внутрь клетки в области образования кластеров) и последующей интернализации (погружения в цитоплазму) кластеризованных рецепторов. В образовании таких кластеров важную роль могут играть образующиеся пептидные связи (под действием фермента трансглутаминазы) между свободными карбоксильными группами одного белка и свободными аминогруппами другого; размеры кластеров достигают 150-300 нм. Отшнуровавшиеся с поверхности и диффундирующие в цитоплазму рецепторные кластеры либо поступают в лизосомы, либо переходят в форму водорастворимых молекул в цитозоле. В результате интернализации мембранных рецепторов их количество в клетках-мишенях может снижаться в 3-5 раз, а восстановление чувствительности клеток к регулятору потребует значительного времени, поскольку должен произойти синтез новых молекул и встраивание их в мембрану. Не исключено, что восстановление активности кластеризованных рецепторов для белково-пептидных гормонов и катехоламинов и последующее обратное их включение в толщу мембраны может быть обусловлено фосфорилированием интернализованных белков. При некоторых формах десенсибилизации мембранных рецепторов может изменяться не только их состояние, но и состояние белка-посредника в передаче сигнала на аденилатциклазу или фосфолипазу (G-белка или трансдуцина). При этом может снизиться способность G-белка взаимодействовать с гормон-рецепторным комплексом и акцепторными белками-ферментами мембраны.

Постепенное восстановление рецепторов для стероидных и тиреоидных гормонов происходит благодаря их последующему фосфорилированию специфическими протеинкиназами.

В пользу зависимости состояния рецепторов от процессов их фосфорилирования-дефосфорилирования свидетельствует ряд фактов. Так, гормонсвязывающая активность некоторых рецепторов (например, рецепторов для глюкокортикоидов) усиливается и стабилизируется фосфорилированием рецепторных белков, тогда как в отсутствии АТФ-генерирующей системы или под влиянием щелочной фосфатазы эта способность резко снижается, что указывает на важную роль фосфатных групп рецептора в связывании гормона. Кроме того, обнаружено, что транслокация рецепторов для стероидных гормонов из цитоплазмы в ядро усиливается благодаря фосфорилированию специальных ингибирующих эту транслокацию факторов. Таким образом, фосфорилирование в некоторых случаях может способствовать транслокации рецепторов стероидных гормонов в ядро. Выявлено также, что дефосфорилирование ядерных рецепторов для стероидных гормонов снижает их связывание с хроматином и гормонсвязывающую способность; более того, снижается суммарное количество рецепторов в клетке вследствие их частичной элиминации. После фосфорилирования рецепторов, ранее дефосфорилированных, их активность полностью восстанавливается.

Следовательно, в основе десенситизации тканей-мишеней к гормонам лежит химическая модификация рецепторов в форме дефосфорилирования-фосфорилирования их молекул, что может быть важным фактором в завершении рабочего рецепторного цикла, элиминации активных рецепторов и их рециклизации. При этом десенсибилизация рецепторов во многих тканях не сопровождается их разрушением, а восстановление чувствительности клеток к гормонам, как правило, не требует их синтеза de novo. Частичное же разрушение молекул рецепторов, требующее усиления их синтеза для восстановления чувствительности клеток-мишеней к гормонам, может наблюдаться при инактивации части мембранных рецепторов путем отшнуровывания и погружения их кластеров внутрь клетки.

Механизмы регуляции выраженности биологического эффекта гормонов на ткани-мишени. Одна из первых теорий, описывающая систему проведения гормонального сигнала (от связывания гормона с рецептором до биологического эффекта гормона), была предложена Кларком в 1926 году и получила название оккупационной теории. Согласно этой теории существует прямо пропорциональная зависимость между долей рецепторов, связавшихся с веществом, и ответом ткани на это вещество: при оккупации гормоном 50% рецепторов развивается полумаксимальный эффект. Иными словами, биологический эффект гормона пропорционален концентрации гормон-рецепторного комплекса, которая, в свою очередь, зависит от концентрации рецепторов и молекул гормона, а также от сродства рецепторов к гормону. Так, если при определенной концентрации гормона достигается определенной силы биологический эффект, то уменьшение сродства рецептора к гормону приведет к тому, что для достижения того же биологического эффекта понадобятся большие концентрации гормона. Аналогичная закономерность будет наблюдаться и при уменьшении концентрации рецепторов. Например, если рост клетки не сопровождается дополнительным синтезом рецепторов, то по мере роста клетка будет снижать свою чувствительность к определенным биологически активным веществам. В частности, увеличение диаметра клетки в 2 раза приведет к увеличению площади поверхности мембраны в 4 раза и, как следствие, к 4-х кратному снижению концентрации рецепторов, что требует для проявления биологического эффекта гормона на клетку больших его концентраций. Отчасти этим фактом, а не только наличием различных изоформ рецепторов можно объяснить разную чувствительность клеток различных тканей к одним и тем же гормонам.

Третий путь регуляции биологического эффекта гормона, заключающийся в изменении сродства рецепторов к гормону и возможный в результате определенной модификации рецепторной молекулы, реализуется в живых организмах очень редко. Сродство рецептора к гормону может зависеть от ряда констант гомеостаза. Так, сродство инсулиновых рецепторов к инсулину весьма чувствительно к рН межклеточной жидкости: при сдвиге рН в кислую сторону (уменьшении до 7,0, что бывает при метаболическом или дыхательном ацидозе, голодании, диабете) сродство инсулиновых рецепторов к гормону снижается на 50%, что ослабляет влияние инсулина на ткани-мишени. Еще одним способом изменения сродства рецепторов к гормонам является механизм отрицательной кооперативности, заключающийся в том, что чем больше рецепторов оккупировано гормоном, тем ниже их сродство к этому гормону (этот способ регуляции реализуется путем изменения константы сродства рецепторов к гормону и ограничивает выраженность чрезмерного гормонального влияния на клетки-мишени). Определенную роль в регуляции сродства мембранных рецепторов к гормону может играть сопрягающий белок (G-белок, или трансдуцин, обеспечивающий передачу сигнала от гормон-рецепторного комплекса на мембранный фермент, катализирующий синтез внутриклеточных посредников действия гормона). Так, первоначальное взаимодействие гормон-рецепторного комплекса с мембранносвязанным G-белком приводит к повышению сродства рецептора к гормону, тогда как последующая активация под действием гормон-рецепторного комплекса G-белка сопровождается связыванием его с ГТФ, которое в 5-50 раз понижает сродство рецептора к гормону. Более того, в некоторых тканях активированный гормон-рецепторным комплексом G-белок после присоединения ГТФ может оказывать ингибирующее влияние на аденилатциклазу. Отмеченное характерно для эндорфинов, энкефалинов, катехоламинов (в случае их действия через a₂-адренорецепторы) и ацетилхолина (при действии его через М-холинорецепторы). Таким образом, один и тот же ГТФ-связывающий мембранный G-белок, в зависимости от своего структурно-функционального состояния, может содержать в активном центре либо ГДФ (в случае, когда проявляет активность ГТФ-азы), либо ГТФ (когда временно изменяет свое состояние под действием гормон-рецепторного комплекса) и, с одной стороны, влиять на дальнейшее существование гормон-рецепторного комплекса, а, с другой – направлять гормональный сигнал либо по пути активации, либо ингибирования аденилатциклазы или фосфолипазы.

Гораздо чаще клетка реагирует на разные воздействия путем изменения концентрации рецепторов. Так, при ожирении снижается концентрация рецепторов к инсулину в мембранах клеток печени и жировой ткани, но при этом концентрация рецепторов к контринсулярным гормонам (СТГ, глюкагону, катехоламинам) остается нормальной. Снижение концентрации рецепторов к инсулину приводит к тем же физиологическим эффектам, что и недостаточная продукция этого гормона островками Лангерганса поджелудочной железы, поскольку для активации тканей со сниженной концентрацией инсулиновых рецепторов необходимы более высокие концентрации инсулина. Постоянная стимуляция оставшихся рецепторов инсулином сопровождается их десенсибилизацией и, как следствие, снижением чувствительности к инсулину. Вместе с тем, обработка мембран гепатоцитов тучных животных фосфолипазами приводит к возрастанию инсулинсвязывающих участков в 3-4 раза, что связано с нормализацией состояния десенситезированных под действием стимуляции инсулином рецепторов. Чувствительность клетки к стероидным гормонам может уменьшаться вследствие транслокации рецепторов в ядро, сопровождающимся снижением концентрации рецепторов в цитоплазме. Более того, стероидные и тиреоидные гормоны могут индуцировать или подавлять синтез многих гормональных рецепторов. Например, тиреоидные гормоны стимулируют синтез a- и b-адренергических рецепторов в сердце, а эстрогены регулируют содержание в половых железах рецепторов для пролактина, ЛГ и ФСГ.

Несмотря на то, что зависимость между концентрацией гормон-рецепторного комплекса и биологическим эффектом гормона была обнаружена во многих тканях, в дальнейшем было установлено, что максимальный биологический эффект гормона может развиваться даже в том случае, если гормон оккупировал лишь очень малую долю рецепторов. Так, после инкубации гладких или сердечных мышечных волокон с атропином или кураре (блокаторы М-холинорецепторов) образуется прочный комплекс между холинорецептором и антагонистом, который может разрушаться лишь в течение десятков минут. Но при этом эффект ацетилхолина (такой же по величине, как и при действии на нормальную, незаблокированную, ткань) начинает развиваться уже спустя несколько секунд после начала отмывания рецептора от блокатора. Причем гиперполяризующий эффект ацетилхолина на гладкие миоциты или сердечные клетки проявляется уже через несколько секунд даже при отмывании ткани от необратимо связывающихся с рецепторами блокаторов (например, дибензамином). Отмеченное свидетельствует в пользу того, что в клетке существует избыток рецепторов, благодаря чему гормон или его агонист может вызывать максимальный эффект даже тогда, когда оккупирует лишь небольшую долю клеточных рецепторов.

Таким образом, в клетке существует некоторый избыток рецепторов и, кроме того, многократное усиление внутриклеточного гормонального сигнала, благодаря чему гормон или его агонист может вызывать максимальный ответ даже тогда, когда он оккупирует лишь небольшую долю клеточных рецепторов. Так, концентрация катехоламинов, циркулирующих в крови равна 10^-9-10^{-8 М. Сродство рецепторов к этим гормонам обычно ниже (константа диссоциации 10-7}-10^{-6 М). Полумаксимальная активация аденилатциклазы в мембранных препаратах, выделенных из разных тканей, наблюдается в присутствии сравнительно высоких концентраций катехоламинов (10-7}-10^{-6 М), а влияние на гликогенолиз или липолиз в тканях (т.е. эффекты, опосредуемые цАМФ, образующейся под действием аденилатциклазы) происходят в присутствии низких концентрация катехоламинов (10-9}-10^{-8 М). Показано, что для проявления биологического эффекта катехоламинов достаточно их связывание менее чем с 1% β-адеренергических рецепторов. Экспериментально подтвержден избыток рецепторов для гистамина (почти 100-кратный), почти 10-кратный избыток рецепторов для глюкагона, ангиотензина, АКТГ и многих других гормонов. Вместе с тем, тот факт, что оккупация небольшого количества клеточных рецепторов приводит к развитию максимального физиологического ответа ткани, объясняется высокой степенью усиления (105}-10⁸ раз) гормонального сигнала в связи с тем, что при образовании всего лишь одного гормон-рецепторного комплекса в клетке может появиться 10⁵-10⁸ молекул вторичных посредников действия гормона (определенных веществ или ионов). Существование избытка рецепторов и внутриклеточное усиление гормонального сигнала обеспечивает клетке высокую чувствительность к внеклеточным регуляторам. Так, если физиологический ответ клетки-мишени достигается при связывании с гормоном всего 1% рецепторов, то при увеличении концентрации гормонсвязывающих участков в 2 раза он будет достигаться при оккупации 0,5% рецепторов, вследствие чего чувствительность клетки к данному гормону возрастет в 2 раза. Величина же биологического эффекта гормона далеко не всегда отражает меру занятости им рецепторов. Многие клетки морфологически и функционально поляризованы не только в отношении поступления питательных веществ, экскреции определенных секретов, но и в отношении поступления регуляторных воздействий. Так, высокая плотность рецепторов к гормону может иметь место в определенном участке клетки. Биологический эффект гормона пропорционален концентрации, а не общему количеству рецепторных молекул. Следовательно, локальная высокая плотность рецепторов в определенных участках клетки-мишени является одним из механизмов повышения ее чувствительности к регулирующему гормону. При этом предполагается, что концентрирование рецепторов в определенном участке мембраны клетки-мишени может происходить за счет неоднородного распределения липидов в мембране (т.е. за счет существования в мембране липидных ареалов с разной вязкостью, по-разному связывающих и заякаривающих рецепторные молекулы). Определенную роль в заякаривании рецепторов для гормонов играют белки цитоскелета, разрушение которых приводит к равномерному распределению рецепторов в клетке. Очевидно, что если клетка сумеет сконцентрировать все мембранные рецепторы на площади, составляющей 1% от площади мембраны, и если именно на этот участок будет направлено действие регулятора, то чувствительность клетки к регулятору возрастет в десятки раз. Наиболее выраженной способностью повышения чувствительности к гуморальному фактору за счет локального концентрирования рецепторов характеризуется постсинаптическая мембрана химических синапсов. Процесс временного концентрирования рецепторов четко проявляется в лимфоцитах и морфологически и функционально поляризованных клетках слизистой полых органов. В этих клетках рецепторы за несколько минут могут собираться в кластеры (концентрироваться) в самых разных участках мембраны, после чего кластеры распадаются. Благодаря отмеченному механизму может очень быстро и обратимо изменяться чувствительность клетки к соответствующему регулятору.

Более поздней, однако, экспериментально недоказанной, теорией, пытающейся объяснить зависимость эффекта гормона от связывания его с рецепторами, является теория скорости Пейтона. Согласно этой теории биологический эффект гормона на клетку определяется не столько концентрацией гормон-рецепторного комплекса, сколько скоростью, с которой происходит связывание рецептора с гормоном в связи с тем, что образовавшийся гормон-рецепторный комплекс остается инертным до тех пор, пока не распадается, и один его «квант», образовавшийся, а потом распавшийся, вызывает один или несколько «квантов» биологического эффекта. Согласно теории Пейтона характер действия гормона на клетку зависит от константы скорости распада гормон-рецепторного комплекса: если константа диссоциации гормон-рецепторного комплекса высока – вещество является сильным агонистом, если низка – антогонистом (т.е. длительная оккупация рецепторов гормоном приводит к блокированию биологического эффекта гормона). Согласно же оккупационной теории между скоростями ассоциации-диссоциации гормон-рецепторного комплекса и характером действия гормона связи не существует, характер же действия гормона определяется внутриклеточным усилением эффекта гормона. Именно скоростная теория Пейтона может объяснить двухфазное влияние многих фармакологических агентов, которые при низких концентрациях оказывают активирующее, а при высоких – блокирующее действие на рецептор. Для многих веществ показано, что их сродство к рецептору определяется константой скорости диссоциации: чем она меньше, тем больше сродство. Экспериментально подтверждено, что антагонисты гормонов имеют большее сродство к рецептору, чем агонисты, что служит одним из доказательств в пользу теории скорости Пейтона. Вместе с тем, эта теория не подвергнута необходимому экспериментальному анализу, в связи с чем носит гипотетический характер. Более того, некоторые экспериментально полученные факты не согласуются с теорией скорости Пейтона. Так, стероидные гормоны оказывают влияние на процессы транскрипции в ядре, только находясь в комплексе со своими рецепторами, а от момента образования такого комплекса в цитоплазме до взаимодействия с хроматином может проходить несколько минут или даже десятки минут. Отщепление же гормона от рецептора лишает рецептор способности взаимодействовать с хроматином и влиять на транскрипцию (т.е. проявлять биологический эффект).

Структурные особенности рецепторов для разных гормонов

Характеристика рецепторов стероидных гормонов. Рецепторы стероидных гормонов представляют собой кислые гидрофильные белки (коэффициент седиментации 6,5-9 S, молекулярная масса 150-320 кДа, радиус Стокса 5-8,5 нм) ассиметричной формы. Основным их свойством является стереоспецифичность – способность избирательно связываться со строго определенным стероидом, что обуславливает избирательную чувствительность определенных клеток к тем или иным разновидностям стероидных гормонов. Вероятнее всего, структурная организация рецепторов для разных стероидных гормонов во многом сходна, а отличия касаются, прежде всего, гормонсвязывающего локуса этих рецепторов. В частности, эти олигомерные рецепторные белки (т.н. холорецепторы) для большинства стероидов состоят из двух субъединиц и в среде с высокой ионной силой диссоциируют на:

ü субъединицу, сохраняющую все функциональные свойства рецепторной молекулы, в том числе, способность специфически связываться с гормоном и приобретать после этого высокое сродство к акцепторным участкам хроматина (т.н. верорецептор, имеющий константу седиментации 3,5-4 S). С помощью мягкого ферментативного гидролиза верорецептора в присутствии ингибитора протеаз антипаина удалось вычленить из его структуры ту минимальную часть, которая еще полностью сохраняет специфические гормонсвязывающие свойства, но уже утрачивает способность взаимодействовать с ядерным хроматином. Этот минимальный участок верорецептора, очевидно, идентичен гормонсвязывающему локусу рецептора и обозначается как мерорецептор (константа седиментации 2,5 S, радиус Стокса – 2,5 нм). Вероятнее всего мерорецептор в рецепторах для различных стероидных гормонов гетерогенен

ü специальный формирующий фактор (константа седиментации 6,8 S), представляет собой сложный олигомерный белок, состоящий в случае эстрогенных рецепторов из прочно, но обратимо связанных между собой компонента А и шести компонентов В. Гормонсвязывающей активностью он вообще не обладает, а к хроматину имеет очень низкое сродство. Формирующий фактор, по-видимому, играет регуляторную роль для функционирования верорецептора и, в частности, в отношении его способности взаимодействовать с ядерным хроматином. Согласно одним данным формирующий фактор ингибирует взаимодействие верорецептора с ядерным хроматином, согласно другим – напротив, стимулирует.

Рецепторы для кортикостероидов. В большинстве клеток рецепторные белки для кортикостероидов составляют не более 0,01% от общего содержания белков (концентрация связывающих участков – от 10² до 10⁵ на клетку). Количество рецепторов для кортикостероидных гормонов не является постоянным, зависит от пола, возраста, различных биологических ритмов, уровня тиреоидных гормонов и кортикостероидов в крови, а также фазы клеточного цикла в клетках-мишенях (наибольшая плотность рецепторов имеет место в период интерфазы, а минимальная – в момент митоза). Локализуются рецепторы для кортикостероидов как внутри клеток, так и на поверхности (в составе плазматической мембраны). При этом большинство авторов склонны считать, что мембранные рецепторы ускоряют проникновение кортикостероидных гормонов в клетку, наибольшая плотность рецепторов для кортикостероидов имеет место в цитозоле, а ядерные рецепторы, связанные преимущественно с хроматином, имеют цитозольное происхождение и накапливаются в ядре вторично, в результате перехода в ядро гормон-рецепторных комплексов из цитозоля. Вследствие этого ядерные и цитозольные рецепторы для кортикостероидных гормонов имеют принципиально общие физико-химические и иммунологические свойства. Кроме плазматической мембраны, рецепторы для кортикостероидов обнаружены в мембране митохондрий и микросом. Оптимум рецепторных свойств для кортикостероидов проявляется при рН 7,2-8,0. Большую роль в связывании ими гормона играют кислородные атомы в молекулах кортикостероидов, которые не только участвуют в формировании водородных связей внутри самих молекул, но и определяют взаимодействие между гормоном и рецептором. Кроме того, взаимодействие между кортикостероидом и рецептором определяется гидрофобными свойствами определенных участков рецепторных белков. Активация свободного рецептора для кортикостероида, необходимая для образования гормон-рецепторного комплекса, является АТФ-зависимым процессом и включает восстановление сульфгидрильных групп и фосфорилирование, которое может происходить либо в самой рецепторной молекуле, либо в компонентах, тесно связанных с гормон-рецепторным взаимодействием. В результате взаимодействия кортикостероида с активной формой рецептора образуется гормон-рецепторный комплекс, который перед последующей транлокацией в ядро должен подвергнуться активации. Активирование образовавшегося гормон-рецепторного комплекса происходит путем дефосфорилирования и отщепления термостабильного фактора, что вызывает его сложные конформационные перестройки.

Несмотря на то, что, по мнению большинства исследователей, в ядро транслоцируется гормон-рецепторный комплекс, остается до конца нерешенным вопрос относительно того, какая его часть является наиболее существенной для взаимодействия и индукции конформационных перестроек в ядерном хроматине. Так, в литературе существует точка зрения, согласно которой основным компонентом, определяющим специфичность реакции с белками хроматина, является молекула гормона, а рецептор выполняет транспортную функцию и не участвует в процессах взаимодействия с ядерным материалом. Другое предположение состоит в том, что ведущую роль в реализации биологического ответа играет молекула самого рецептора, которая, изменив конформацию под действием присоединившегося гормона, приобретает способность взаимодействовать с белками ядерного хроматина. Экспериментально, подтверждено, что в ядрах клеток-мишеней для кортикостероидов обнаруживаются незанятые рецепторы, и равновесие между занятой и свободной формой рецептора может быть сдвинуто присутствием в ядре свободного гормона, который, проникая в ядро и связываясь с ядерными рецепторами, повышает их сродство к определенным ядерным акцепторам. В качестве таких акцепторов могут выступать белки хроматина, тРНК, фермент РНК-полимераза и непосредственно определенные гормончувствительные нуклеотидные последовательности ДНК. Активация большинства из этих акцепторов под действием гормон-рецепторного комплекса происходит путем их дефосфорилирования. При этом, вероятно, существует два типа взаимодействия гормон-рецепторного комплекса с ядерным материалом:

ü насыщаемое, специфическое связывание гормон-рецепторного комплекса с определенными нуклеотидными последовательностями ДНК, которые регулируют активность гормонзависимых генов

ü ненасыщаемое связывание гормон-рецепторного комплекса с различными белками хроматина, имеющее преимущественно отношение к регуляции специфического связывания.

Комплексы кортикостероидных гормонов с рецепторами могут проникать не только в ядро, но и в митохондрии, где оказывают влияние на экспрессию митохондриального генома и на процессы окислительного фосфорилирования.

Рецепторы для кортикостероидов обнаружены в разных органах (печени, сердце, головном мозге, лимофидных органах, скелетных мышцах, жировой ткани, почках, коже и т.д.), и действие одних и тех же кортикостероидов на разные ткани может быть различным, что свидетельствует в пользу гетерогенности популяции кортикостероидных рецепторов. Так, в лимфоидных органах глюкокортикоиды ингибируют синтез белка, а в печени, напротив, стимулируют. Кроме того, ингибиторы трансляции по-разному влияют на проявление эффектов кортикостероидов в различных тканях-мишенях, что также свидетельствует в пользу гетерогенности кортикостероидных рецепторов и внутриклеточных путей реализации гормонального сигнала. В одной и той же ткани могут быть представлены разные типы рецепторов для кортикостероидов.

Рецепторы для эстрогенов и прогестерона. Максимальная плотность рецепторов для эстрогенов обнаружена в матке, влагалище, яичниках, молочных железах; кроме того, они имеются и в структурах ЦНС (преоптической, передней и медиобазальной областях гипоталамуса, стволе мозга, коре больших полушарий) и в аденогипофизе. Но при этом концентрация эстрогеновых рецепторов в структурах ЦНС в 3-10 раз меньше, чем в матке или аденогипофизе, что обусловлено незначительным числом нейронов-мишеней для эстрогенов, тогда плотность эстрогеновых рецепторов в чувствительных к ним нейронах достаточно высока. Рецепторы для прогестерона имеются в матке, молочных железах и медиобазальной области гипоталамуса.

В химическом отношении эстрогеновые рецепторы являются умеренно кислыми крупномолекулярными белками (молекулярная масса – 230-250 кДа в условиях низкой ионной силы), имеющими четвертичную структуру и состоящими из 2-4 субъединиц. Константа ассоциации рецепторов с эстрогенами, характеризующая степень их сродства, высока и составляет 10⁹-10¹¹ М^-1. Анализ внутриклеточного распределения эстрогенов в клетках-мишенях показал, что 50-80% их локализуется в ядре, а 20-35% – в цитозоле.

Ядерные рецепторы для эстрогенов и прогестерона имеют цитозольное происхождение. Так, после однократного введения эстрогенов и прогестерона через 1-3 часа наблюдается транслокация гормон-рецепторных комплексов в ядро и падение общего содержания рецепторов в клетке, после чего через 18-24 часа следует фаза регенерации общего содержания рецепторов в клетке за счет реактивации части рецепторов и частичного синтеза их de novo. Причем количество рецепторов для эстрогенов через 24 часа не только восстанавливается, но в 1,5-2 раза превышает исходный уровень, тогда как после введения прогестерона через 24-72 часа содержание его рецепторов в цитозоле не восстанавливается. Вместе с тем, количество рецепторов к прогестерону прогрессивно увеличивается в процессе развития беременности, несмотря на то, что концентрация прогестерона и количество его молекул, вступающих во взаимодействие с клетками матки, нарастает (т.е. при беременности не происходит десенситизации прогестероновых рецепторов матки под действием нарастающих доз прогестерона).

Рецепторы для эстрогенов обладают следующими свойствами:

ü их число в клетке должно быть ограничено (т.е. связывающие места должны быть полностью насыщены); в клетке-мишени содержится приблизительно 500-30000 эстрогеновых рецепторов

ü связывание гормона должно иметь тканевую специфичность, соответствующую его биологической специфичности

ü связывающие места должны обладать высоким сродством к гормону, а их концентрация должна соответствовать физиологической концентрации гормона (т.е. для эстрогеновых рецепторов не характерна избыточность)

ü связывание гормона с рецептором носит обратимый характер.

Несмотря на высокую специфичность эстрогеновых рецепторов, они могут связываться и с андрогенами. Наряду с цитозольной и ядерной локализацией рецепторов для эстрогенов, они обнаружены и в плазматической мембране клеток-мишеней и по своим фармакологическим свойствам весьма сходны с цитозольными и ядерными рецепторами. Так, экспериментально получен факт в пользу способности эстрогенов изменять ионную проницаемость мембраны нейросекреторных клеток медиобазального гипоталамуса, продуцирующих люлиберин, что сопровождается их деполяризацией и усилением экскреции люлиберина. В функциональном плане цитозольные и отчасти мембранные рецепторы для эстрогенов определяют чувствительность клеток к ним (мембранные рецепторы могут способствовать избирательному поглощению клетками-мишенями эстрогенов), а ядерные – характер и выраженность ответа.

Взаимодействие эстрогенов с рецепторами и последующая индукция гормон-рецепторным комплексом биологического ответа клеток-мишеней сходна с таковой для других стероидов. В частности, эстрогены проникают в клетку-мишень самостоятельно или с помощью специальных белковых носителей, или с участием узнающих их мембранных рецепторов, после чего связываются с цитозольными рецепторами (между ними образуются сильные нековалентные связи). Образовавшийся гормон-рецепторный комплекс благодаря определенным конформационным перестройкам приобретает способность транслоцироваться в ядро и вступать во взаимодействие с акцепторными участками хроматина, индуцируя определенные конформационные перестройки в нем и тем самым модулируя процессы транскрипции. При этом в литературе существует точка зрения, согласно которой после взаимодействия рецептора с эстрогеном происходят определенные конформационные перестройки в структуре рецептора, и он приобретает способность присоединять к себе белковый фактор активации (или формирующий фактор, присутствует в цитоплазме клетки-мишени в такой же концентрации, что и рецептор). После чего гормон-рецепторный комплекс транлоцирует этот фактор в ядро. Взаимодействовать же с акцепторными участками хроматина может белковый фактор активации, после чего происходит модуляция экспрессии определенных генов. Таким образом, согласно этой точке зрения регулирует активность определенных генов белковый фактор активации, а роль комплекса рецептор-эстроген состоит в активации этого фактора (присоединении, определенных конформационных перестройках, в результате чего он становится способным взаимодействовать с акцепторными участками хроматина, и переносе в ядро). Вместе с тем эта гипотеза носит дискуссионный характер. Цикл рецепции завершается разрушением или вытеснением гормон-рецепторного комплекса из хроматина. Пул цитоплазматических рецепторов пополняется как за счет их биосинтеза de novo, так и реактивации вышедших из ядра рецепторов.

Прогестероновый рецептор представляет собой крупный умеренно кислый белок, имеющий сложную четвертичную структуру. Активированная его форма образована двумя субъединицами – А и В с молекулярной массой 79 и 106 кДа. При этом исходной формой рецептора является димер, состоящий из двух прогестеронсвязывающих субъединиц, который в свободном состоянии не способен взаимодействовать с акцепторными сайтами хроматина. Он приобретает такую способность только в результате конформационных перестроек под действием присоединившегося прогестерона. Взаимодействие активированной под влиянием прогестерона рецепторной молекулы с ядром клетки согласно одной из существующих концепций включает два этапа. На первом этапе за счет субъединицы В происходит связывание гормон-рецепторного комплекса с акцепторными местами на хроматине, что приводит к диссоциации димера и освобождению субъединицы А. Субъединица А, в свою очередь, обеспечивает второй уровень узнавания путем высокоспецифического избирательного взаимодействия с ДНК, в результате которого происходит дестабилизация спиральной структуры соответствующих участков ДНК, их разворачивание и, как следствие, повышение доступности для транскрипции.

Эстрогены и прогестерон оказывают взаимное влияние на синтез не только собственных, но и гетерологичных рецепторов. Так, эстрогены стимулируют синтез в матке и молочных железах рецепторов для прогестерона, увеличивая их концентрацию в 2-15 раз. Под действием прогестерона, напротив, происходит уменьшение содержания как цитоплазматических, так и ядерных рецепторов для эстрогенов в клетках-мишенях. Кроме того, прогестерон предотвращает увеличение количества эстрогенных рецепторов в ответ на введение эстрадиола. Очевидно, прогестерон стимулирует синтез в клетках-мишенях для эстрогенов белковых ингибиторов транскрипции эстрогеновых рецепторов. Вместе с тем, при беременности прогестерон, напротив, стимулирует синтез рецепторов для эстрогенов в матке.

Рецепторы для андрогенов. Рецепторы для андрогенов присутствуют во многих тканях организма (семенниках и семевыводящих протоках, предстательной железе, наружных половых органах, ЦНС, гипофизе, печени, костной и мышечной тканях, почках, кроветворных органах, сердце, коже и ряде других структур). Широкий диапазон физиологического действия андрогенов сочетается с высокой избирательностью и специфичностью рецепторов в тканях-мишенях. Андрогены контролируют половое развитие, процессы репродукции, сперматогенез, сексуальное поведение, секрецию гонадотропинов, синтез белка в печени, костях и мышцах, влияют на биохимические процессы в почках, кроветворение, рост волос, секрецию кожного сала и т.д.

Несмотря на разнообразие клеток-мишеней для андрогенов, прием ими гормонального сигнала, инициация и реализация физиологического действия андрогенов в клетках-мишенях осуществляется по универсальному пути, который в большинстве случаев включает рецепцию гормонов в цитоплазме, транслокацию гормон-рецепторных комплексов в ядро и их взаимодействие с определенными акцепторными участками хроматина. Разнообразие же физиологических ответов на андрогенные воздействия зависит от тканевой и органной специфичности (т.е. от конкретной структурно-функциональной организации андрогензависимых и андрогенчувствительных органов и тканей). Но даже в одном и том же органе андрогены могут обуславливать разные по характеру физиологические сдвиги. Такая мультипотентность действия андрогенов обусловлена, с одной стороны, множественностью форм андрогенных рецепторов, а, с другой – разветвленностью путей метаболизма андрогенов с образованием различных биологически активных их производных. Так, в ряде тканей-мишеней (например, предстательной железе) рецепторы для андрогенов обладают гораздо более высоким сродством к 5a-дигидротестостерону, чем тестостерону, тогда как в других (например, в скелетных мышцах, некоторых структурах ЦНС) – напротив, к тестостерону, а в некоторых (красный костный мозг и печень) – к 5b-дигидротестостерону или 5a-андростандиолам (почки). Следовательно, гетерогенность андрогенсвязывающих белков в тканях-мишенях соответствует разветвленности путей функционального метаболизма андрогенных стероидов. Причем в составе рецепторных белков для андрогенов в той или иной клетке преобладает та популяция, которая позволяет наиболее полно реализовать биологическое действие гормона или его активного метаболита на деятельность клетки-мишени.

Установлено, что цитоплазматические рецепторы для андрогенов обеспечивают взаимодействие с гормоном и перенос его в ядро. При этом транслокации гормон-рецепторного комплекса в ядро предшествует конформационная перестройка рецепторных белков в составе гормон-рецепторного комплекса. Андрогенные рецепторы ядра отличаются по физико-химическим свойствам от цитоплазматических. Биологическое действие большинства андрогенов определяется их взаимодействием с акцепторными участками хроматина ядра.

Главными физиологическими факторами, регулирующими концентрацию андрогенных рецепторов в тканях-мишенях, являются сами андрогены и некоторые другие гормоны. Так, установлено, что кастрация, сопровождающаяся резким снижением уровня андрогенов в крови, приводит к понижению андрогенной чувствительности тканей, тогда как заместительное введение андрогенов после кастрации сопровождается постепенной нормализацией содержания рецепторов для андрогенов. Следовательно, сами андрогены стимулируют синтез собственных рецепторов в тканях-мишенях. При этом некоторые исследователи высказывают предположение, согласно которому содержание андрогенных рецепторов зависит не столько от концентрации андрогенов, сколько от активности протекания ростовых процессов в тканях, которая во многом регулируется андрогенами и их активными метаболитами. Наряду с гомоспецифической регуляцией андрогенных рецепторов, существует и гетероспецифическая, осуществляемая другими гормонами. Так, известно, что уровень андрогенных рецепторов в клетках семенных канальцев семенника регулируется ФСГ аденогипофиза, а пролактин оказывает стимулирующее влияние на связывание 5a-дигидротестостерона рецепторами предстательной железы. Определенную роль в регуляции андрогенной чувствительности тканей может играть и мелатонин эпифиза, поскольку он участвует в регуляции полового созревания организма.

Характеристика рецепторов для тиреоидных гормонов. Рецепторы тиреоидных гормонов представлены несколькими независимыми пулами различных ядерных, цитоплазматических, митохондриальных и мембранных белков. Общим их свойством является преимущественное сродство к трийодтиронину, чем к тироксину (в 10-20 раз большее). Большая же часть тироксина в клетках прежде, чем образовать комплекс с рецепторами, превращается в трийодтиронин путем монодейодирования. Монодейодирование представляет собой ферментативный процесс, катализируемый ферментными системами микросом, связанных с гранулярной ЭПС. Различают 3 дейодирующие системы, первая из которых локализована в печени, почках и щитовидной железе, вторая – в аденогипофизе, коре больших полушарий, бурой жировой ткани и плаценте, а третья – в коже, ЦНС и плаценте. При этом наибольшая доля общего фонда Т₃ организма формируется из Т₄ в первой дейодирующей системе (т.е. в печени, почках и щитовидной железе), тогда как вторая и третья деодирующие системы обеспечивают поддержание локального внутриклеточного пула Т₃. Кроме того, третья дейодирующая система принимает участие в регуляции активности второй.

Наибольшая плотность рецепторов для Т₃ характерна для ядра клетки-мишени: ядерные рецепторы составляют 90% от общего количества рецепторов для тиреоидных гормонов в клетках-мишенях и в большинстве органов имеют 10⁴ связывающих мест на клетку. Ядерные рецепторы непосредственно связаны с ДНК (силами электростатического взаимодействия), имеют идентичные физико-химические свойства вне зависимости от вида ткани и животных. Предполагают, что ядерный Т₃-рецептор находится в линкерной области ДНК между двумя нуклеосомами. В химическом плане ядерные рецепторы представляют собой кислые негистоновые белки (коэффициент седиментации 3 S, молекулярная масса 50,5 кДа, радиус Стокса 3,5 нм). Процесс взаимодействия Т₃ с ядерными рецепторами характеризуется следующими свойствами:

ü насыщением и связанной с этим независимостью эффекта гормона от его дозы после достижения полного насыщения гормонсвязывающих сайтов

ü гормон-рецепторные комплексы модулируют в разных тканях продукцию соединений, различных как по своей природе, так и по функциям.

Из общего количества тиреоидных гормонов, связанных с ядром, 85-90% составляет Т₃ и 10-15% – Т₄. Следовательно, основной формой тиреоидных гормонов, действующих на уровне ядра, является трийодтиронин.

Митохондриальные рецепторы для тиреоидных гормонов локализованы во внутренней мембране митохондрий и представляют собой липопротеины, которые по своим связывающим свойствам близки к ядерным рецепторам для трийодтиронина. Цитозольные рецепторы тиреоидных гормонов являются кислыми белками с молекулярной массой 100 кДа и сродством к тиреоидным гормонам на 2-3 порядка более низким, чем у ядерных рецепторов. Вследствие этого при нормальном тиреоидном статусе (в эутиреодном состоянии) с цитоплазматической фракцией рецепторов связано лишь около 1% тиреоидных гормонов. Пул цитоплазматических рецепторов для тиреоидных гормонов не проникает в ядро и не взаимодействует с ядерным хроматином. Предполагают, что цитозольные рецепторы для тиреоидных гормонов выполняют резервно-защитную функцию, способствуя сбережению некоторого запаса тиреоидных гормонов внутри клетки.

Дата добавления: 2015-02-06 | Просмотры: 2579 | Нарушение авторских прав