АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Механизм действия инсулина

А. Рецептор инсулина. Действие инсулина начи­нается с его связывания со специфическим гликопротеиновым рецептором на поверхности клетки-мишени. Различные эффекты этого гормона могут проявляться либо через несколько се­кунд или минут (транспорт, фосфорилирование бел­ков, активация и ингибирование ферментов, синтез РНК), либо через несколько часов (синтез белка и ДНК и клеточный рост).

Инсулиновый рецептор подробно исследован с помощью биохимических методов и технологии рекомбинантных ДНК. Он представляет собой гетеродимер, состоящий из двух субъединиц (а и бета) в конфигурации а₂-бета₂, связанных между собой дисуль-фидными мостиками. Обе субъедини­цы содержат много гликозильных остатков. Удале­ние сиаловой кислоты и галактозы снижает как спо­собность связывать инсулин, так и активность этого гормона. Каждая из гликопротеиновых субъединиц обладает особой структурой и определенной функ­цией. а-Субъединица (мол. масса 135000) целиком расположена вне клетки, и связывание инсулина, ве­роятно, осуществляется с помощью богатого цистином домена. Бета-Субъединица (мол. масса 95000) — трансмембранный белок, выполняющий вторую ва­жную функцию рецептора, т. е. преобразование сигнала. Цитоплазматическая часть бета-субъединицы обладает тирозинкиназной активно­стью и содержит участок аутофосфорилирования. Считается, что и то и другое важно для преобразова­ния сигнала и действия инсулина. Порази­тельное сходство между тремя рецепторами, выпол­няющими различные функции. Действительно, последовательности некоторых участков бета-субъединицы гомологичны таковым в рецепторе ФРЭ.

Рецептор инсулина постоянно синтезируется и распадается; его период полужизни составляет 7— 12 ч. Рецептор синтезируется в виде одноцепочечного пептида в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме и быстро гликозилируется в аппарате Гольджи. Предшественник человеческого рецептора инсулина состоит из 1382 аминокислот, его мол. мас­са составляет 190 000, при расщеплении он образует зрелые а- и бета-субъединицы. У человека ген инсулинового рецептора локализован в хромосоме 19.

Рецепторы инсулина обнаружены на поверхности большинства клеток млекопитающих. Их концен­трация достигает 20 000 на клетку, причем часто они выявляются и на таких клетках, которые не относят к типичным мишеням инсулина. Спектр метаболиче­ских эффектов инсулина хорошо известен. Однако инсулин участвует и в таких процессах, как рост и ре­пликация клеток, органогенез и дифференцировка у плода, а также в процессах заживления и регенерации тканей. Строение инсулипового рецептора, способность различных инсулинов связыва­ться с рецепторами и вызывать биологические реак­ции практически идентичны в клетках всех типов и у всех видов. Так, свиной инсулин почти всегда в 10—20 раз эффективнее свиного проинсулина, ко­торый в свою очередь в 10—20 раз эффективнее ин­сулина морской свинки даже у самой морской свин­ки. Инсулиновый рецептор имеет, по-видимому, вы­соко консервативную структуру, еще более консерва­тивную, чем структура самого инсулина.

При связывании инсулина с рецептором происхо­дят следующие события: 1) изменяется конформация рецептора, 2) рецепторы связываются друг с другом, образуя микроагрегаты, пятна или нашлеп­ки, 3) рецептор подвергается интернализации и 4) во­зникает какой-то сигнал. Значение конформационных изменений рецептора не известно, но интернали-зация, вероятно, служит средством регуляции коли­чества и кругооборота рецепторов. В условиях высо­кого содержания инсулина в плазме, например при ожирении или акромегалии, число инсулиновых ре­цепторов снижается и чувствительность тканей-мишеней к инсулину уменьшается. Такая «снижаю­щая» регуляция обусловлена потерей рецепторов в результате их интернализации, т. е. процесса про­никновения инсулин-рецепторных комплексов в клетку путем эндоцитоза с помощью покрытых клатрином пузырьков. «Снижающая» ре­гуляция объясняет отчасти инсулинорезистентность при ожирении и сахарном диабете II типа.

Б. Внутриклеточные медиаторы. Хотя механизм действия инсулина изучается более 60 лет, некоторые важнейшие вопросы, например природа внутрикле­точного сигнала, остаются нерешенными, и инсулин в этом отношении не исключение. Внутриклеточные посредники не идентифицированы для очень многих гормонов. Множество различных моле­кул рассматривалось в качестве возможных внутри­клеточных вторых посредников или медиаторов. К ним относятся сам инсулин, кальций, циклические нуклеотиды (сАМР, сСМР), Н₂О₂, пептиды мем­бранного происхождения, фосфолипиды мембраны, одновалентные катионы и тирозинкиназа (рецептор инсулина). Не одно из предположений не подтверди­лось.

В центре внимания современных исследователей лежит тот факт, что инсулиновый рецептор сам является ферментом, чувствительным к инсулину, поскольку при связывании инсулина он подвергается аутофосфорилированию. Эта функция осуществляе­тся бета-субъединицей, которая, действуя как протеинкиназа, переносит гамма-фосфат с АТР на остаток тиро­зина в бета-субъединице. Инсулин повышает V_mах этой ферментативной реакции, а двухвалентные катионы, особенно Мп²⁺ снижают К_м для АТР.

Фосфорилирование тирозина нетипично для кле­ток млекопитающих (на долю фосфотирозина при­ходится всего 0,03% фосфоаминокислот, содержа­щихся в нормальных клетках), и вполне возможно, что наличие у рецепторов ФРЭ, ТФР, ИФР-1 тиро-зинкиназной активности неслучайно. Существует предположение, что тирозинкиназная активность — важный фактор в действии продуктов ряда вирус­ных онкогенов. Их связь с клеточными аналогами онкогенов, обладающими сходными свойствами при злокачественном и нормальном клеточном росте, рассматривалась выше. Изучение структуры этих компонентов выявило высокую степень гомологии между рецепторами и онкогенами.

Участие тирозинкиназы в преобразовании инсулин-рецепторного сигнала не доказано, но оно мо­гло бы заключаться в фосфорилировании специфи­ческого белка, инициирующего действие инсулина, в запуске каскада фосфорилирование-дефосфо-рилирование, в изменении некоторых свойств клеточной мембраны или образовании какого-то связанного с мембраной продукта, например фосфолипида.

В.форилирование-дефосфорилирование белка. Многие из метаболических эффектов инсулина, осо­бенно те, которые возникают быстро, опосредованы его влиянием на реакции фосфорилирования-дефосфорилирования белка, что в свою очередь влияет на ферментативную активность данного бел­ка. В неко­торых случаях инсулин снижает внутриклеточное со­держание сАМР (активируя сАМР-фосфодиэстеразу), что приводит к уменьшению активности сАМР-зависимой протеинкиназы. Такие эффекты ха­рактерны для гликогенсинтазы и фосфорилазы. В других случаях действие инсулина не зависит от сАМР и сводится к активации других протеинкиназ (например, в случае тирозинкиназы инсулинового рецептора), ингибированию третьих протеинкиназ или (что значительно чаще) к стимуля­ции фосфатаз фосфопротеинов. Дефосфорилирование увеличивает активность ряда ключевых фермен­тов. Такие ковалентные модификации обеспечивают почти мгновенные изменения актив­ностей ферментов.

Г. Влияние на трансляцию мРНК. Известно, что инсулин влияет на количество и активность по край­ней мере 50 белков в различных тканях, причем мно­гие из этих эффектов сводятся к ковалентной моди­фикации. Представления о роли инсулина в трансляции мРНК основывается на данных о рибосомном S6-белке-компаненте рибасомной субъединицы 40S. Такой механизм мог бы обеспечивать общее влияние инсулина на синтез белков в печени, скелетных и сердечных мышцах.

Д. Влияние на экспрессию генов. Все описанные эффекты инсулина реализуются на уровне плазмати­ческой мембраны или в цитоплазме. Однако инсулин способен влиять (по-видимому, через свой внутри­клеточный медиатор) и на некоторые специфические ядерные процессы. Фермент фосфоенолпируват-карбоксикиназа (ФЕПКК) катализирует скорость-лимитирующую реакцию глюконеогенеза. Синтез ФЕПКК под действием инсулина снижается, а следо­вательно, уменьшается и интенсивность глюконеоге­неза. Сравнительно недавно было показано, что при добавлении инсулина к культуре клеток гепатомы уже через несколько минут избирательно уменьшае­тся скорость транскрипции гена ФЕПКК. В результате уменьшается количество как первично­го транскрипта, так и зрелой мРНК_ФЕПКК, что в свою очередь приводит к снижению синтеза ФЕПКК. Этот эффект проявляется при физиологических кон­центрациях инсулина (10—10 моль/л), опосредуется инсулиновым рецептором и, по-видимому, обусловлен снижением скорости синтеза мРНК(ФЕПКК).

Впервые влияние инсулина на транскрипцию ге­нов было обнаружено при изучении механизма регу­ляции ФЕПКК, однако в настоящее время известны и другие примеры. Более того, представляется ве­роятным, что регуляция синтеза мРНК — главный эффект инсулина. Инсулин оказывает влияние на синтез многих специфических мРНК, в том числе на пока не идентифицированные мРНК в печени, жировой ткани и в мышцах (скелетных и сердечной). Доказано действие инсулина на транс­крипцию генов овальбумина, альбумина и казеина.

Действие инсулина распространяется на фермен­ты, остающиеся в клетках, на секретируемые фер­менты и белки, на белки, принимающие участие в процессах размножения, и на структурные белки. Эти эффекты регистрируются во многих органах и тканях и у многих видов. Регуляция транс­крипции специфических мРНК под действием инсу­лина в настоящее время не вызывает сомнений. Этот путь модуляции ферментативной активности по ва­жности не уступает механизму фосфорилирования-дефосфорилирования. Именно влиянием инсулина на транскрипцию генов, вероятно, объясняется его роль в эмбриогенезе, дифференцировке, а также ро­сте и делении клеток.

Дата добавления: 2015-07-17 | Просмотры: 722 | Нарушение авторских прав