Биологические мембраны - А. Н. Огурцов 2012

Электрогенез биомембран
Мембранные рецепторы
Тирозин-киназные рецепторы и МАР-киназные каскады

АДФ-стимулируемая активизация процесса свёртывания крови (рисунок 139) инициирует ещё и регулируемый экзоцитоз тромбоцитами специфических белков - тромбоцитарных факторов роста PDGF (platelet-derived growth factor). Эти факторы роста инициируют процесс регенерации повреждённых кровеносных сосудов.

Клетки кровеносных сосудов имеют в составе мембраны PDGF-рецепторы, к экзоплазматическим доменам которых и присоединяются молекулы PDGF, а цитозольные домены этих рецепторов обладают тирозин-киназной активностью. Это означает, что, будучи активизированным связыванием с PDGF, цитозольный домен рецептора может фосфорилировать тирозины других белков.

Одна молекула тромбоцитарного фактора роста PDGF может связаться с двумя близкорасположенными PDGF-рецепторами, в результате чего они взаимно фосфорилируют друг друга, аутофосфорилируются (рисунок 147).

В структуре многих цитозольных белков присутствует так называемый SH2 домен, на дне глубокого кармана которого расположен положительно заряженный аргинин. Домен SH2 предназначен для связывания с фосфорилированным тирозином. Другие фосфорилированные аминокислоты просто не достают до дна кармана, следовательно, сила их связи недостаточна для образования прочного белок-белкового комплекса.

Рисунок 147 - Схема инициации MAP-киназного каскада

Поэтому белки с SH2 доменом связываются с димеризованным PDFG-рецептором, но не связываются с одиночным PDFG-рецептором, у которого нет фосфорилированного тирозина, содержащего необходимую для связывания отрицательно заряженную фосфатную группу.

Один из белков, имеющих SH2 домен, называется белок номер два, связывающийся с рецептором фактор роста (Grb2, growth factor receptor binding protein number 2). С помощью Grb2 к активированному PDFG-рецептору присоединяется другой белок SOS, и в таком комплексе этот белок SOS становится фактором замены нуклеотида гуанина (GEF, guanine nucleotide exchange factor) для ГТФазы, называемой Ras. В результате, GEF-белок SOS стимулирует замену ГДФ на ГТФ в белке Ras, переводя его в активное состояние.

Активизированный белок Ras запускает ферментативный каскад, состоящий из протеин-киназ, которые фосфорилируют друг друга и в конце этого каскада активируют (фосфорилированием) последнюю протеин-киназу, называемую митоген ассоциированная протеин киназа или MAP-киназа (МАРК, mitogen associated protein kinase).

Названия киназ - элементов этого каскада - не отличаются оригинальностью. Та киназа, которая фосфорилирует MAP-киназу, называется МАР-киназа-киназа или МАРКК. А её в свою очередь фосфорилирует МАР-киназа-киназа-киназа или МАРККК. И уже эту киназу "третьего" уровня активирует белок Ras (см. [1] и. 6.8.4).

Слово митоген в названии киназ означает, что они участвуют в стимуляции процесса митоза (MITosis GENeration, mitogen), поэтому MAP-киназа, активированная PDGF-фактором таким сложным образом, запускает процесс клеточного деления.

Фосфорилированная МАР-киназа переносится в ядро, где она фосфорилирует белковые факторы транскрипции тех генов, экспрессия которых завершается репликацией ДHК и синтезом белков, обеспечивающих митоз.

Тромбоцитарный фактор роста - это один из множества факторов роста. И все факторы роста инициируют подобные каскады. Сначала фактор роста связывается с димеризованным тирозин-киназным рецептором (специфическим для каждого фактора). Затем к фосфорилированному тирозину рецепторов присоединяется белок с SH2 доменом (такой, как Grb2). В результате активируется белок Ras и весь MAP-киназный каскад, что приводит к репликации ДНК и делению клетки.

Отметим важное терапевтическое использование МАР-киназных каскадов. Эти каскады выключаются, когда происходит дезактивация ГТФазы Ras в результате гидролиза ГТФ.

Мутантная форма белка Ras с нарушенной ГТФазной активностью не гидролизует ГТФ, не дезактивируется и, следовательно, постоянно активизирует MAP-киназный каскад, что приводит к делению клеток даже при отсутствии факторов роста.

Такая мутантная форма белка Ras обнаружена в 20% раковых клеток человека.

Лекарственный препарат R115777 блокирует фосфорилирование белком Ras киназы МАРККК, каскад прерывается, и характерное для раковых заболеваний неконтролируемое деление клеток останавливается.

Кроме МАР-киназных каскадов факторы роста могут стимулировать выброс ионов кальция в цитозоль из эндоплазматического ретикулума. у-Изоформа фосфоинозитид фосфолипазы С (PLCy) также имеет SH2 домен и связывание с её с тирозин-киназным рецептором приводит к её фосфорилированию (активизации) (рисунок 148).

Рисунок 148 - Схема активизации у-фосфолипазы С

Активная PLCy гидролизует PIP2, а образующийся инозитол трисфосфат инициирует выход кальция из эндоплазматического ретикулума.