Функции белков

Функции белков

Функции белков, связывающих ИФР, связанные с ИФР

  • торможение взаимодействия ИФР с Рц за счёт конкуренции за ИФР (например, мутации в ИФРСБ-4, снижающие сродство к ИФР-П, снимают тормозное действие ИФРСБ-4 на индуцируемую ИФР-П пролиферацию остеобластов; аналоги ИФР со сниженным сродством к ИФРСБ-4 значительно эффективнее природного гормона стимулируют биосинтез белка в мышце; гиперэкспрессия ИФРСБ-4 в гладкой мускулатуре у трансгенных мышей приводит к гипоплазии мышц);
  • направленный транспорт ИФР за счёт локального высвобождения ИФР из комплексов с ИФРСБ под влиянием локально действующих факторов (протеолиза, изменения характера фосфорилирования (для ИФРСБ-1), возможно, изменения кон-формации ИФРСБ при его взаимодействии с внеклеточным матриксом или клеточной поверхностью) (например, мутации в ИФРСБ-1 и ИФРСБ-4, тормозящие протеолиз этих белков, усиливают тормозное действие ИФРСБ на ростовые процессы; индукция ФСГ экспрессии разрушающей ИФРСБ-4 и ИФРСБ-5 протеиназы РАРР-А клетками гранулёзы яичников может служить фактором селекции доминантного фолликула);
  • направленный транспорт ИФР за счёт связывания ИФРСБ с клеточной поверхностью (например, предварительная инкубация фибробластов с ИФРСБ-3 усиливает действие на эти клетки ИФР-І) или внеклеточным матриксом (например, мутации ИФРСБ-5, блокирующие его связывание с внеклеточным матриксом, снимают потенцирующее действие ИФРСБ на эффект ИФР в гладкомышечных клетках);
  • возможно, однонаправленное с ИФР действие ИФРСБ за счёт связывания ИФРСБ с собственными Рц на клеточной поверхности;
  • возможно, доставка ИФР внутрь клетки (например, комплексы ИФР с ИФРСБ-3 и ИФРСБ-5 транспортируются в ядро пролиферирующих клеток);
  • резервирование ИФР в местах его предстоящего действия (например, в комплексе с ИФРСБ-5 при ремоделировании кости, заживлении ран);
  • предотвращение гипогликемического действия ИФР (например, гиперпродукция опухолью про-ИФР-Н, который слабо связывается с ИФРСБ, сопровождается гипогликемией).

Самостоятельное действие

Функции белков, связывающих ИФР, не зависимые от ИФР

  • возможно, самостоятельное действие внутри клетки (например, ИФРСБ-3 и ИФРСБ-5 транспортируются в ядро пролиферирующих клеток независимо от наличия ИФР); ИФРСБ-3 способен взаимодействовать с ядерным Рц X ретиноидов (RXRa) и модулировать его транскрипционную активность, а ИФРСБ-5 связывается с транскрипционным фактором/коактиватором FHL2 (four and a half of LIM-only protein 2 — белок 2, содержащий только четыре с половиной домена LIM); ИФРСБ-4 посредством неизвестного механизма подавляет стероидогенную активность фолликулярных клеток яичника в присутствии антагониста ИФР-І;
  • самостоятельное действие через мембранные Рц, отличные от Рц ИФР (например, связывание ИФРСБ-1 с Рц фибронектина интегрином а5рі повышает миграцию одних клеток и стимулирует апоптоз других; другие примеры включают торможение ИФРСБ-3 роста клеток рака молочной железы и ряда других клеток, а также апоптоз, стимуляцию ИФРСБ-5 роста остеобластов, стимуляцию миграции гладкомышечных клеток сосудов); указанные эффекты наблюдаются в отсутствие ИФР или с мутантными ИФРСБ, лишёнными способности связывать ИФР; из мембран остеобластов выделен белок, связывающий ИФРСБ-5 и обладающий серин/треонинкиназной активностью; самостоятельное действие ИФРСБ-5 блокируется мутациями, нарушающими его взаимодействие с гепарином, а также обработкой клеток гепариназой;
  • N-концевой домен ИФРСБ, получаемый в результате протеолиза, проявляет повышенное сродство к инсулину и может тормозить активирующее действие инсулина в отношении Рц инсулина.

Возможные функции белков, родственных ИФРСБ

Сродство белков, родственных ИФРСБ (ИФРСБ-рБ) к ИФР, по меньшей мере, в 100 раз ниже, чем у ИФРСБ. Поэтому полагают, что связывание ИФР не является основной функцией данной группы белков. Вместе с тем ИФРСБ-рБ1 и ИФРСБ-рБЗ достаточно интенсивно связывают инсулин и тормозят активацию Рц инсулина.

  • ИФРСБ-рБ1 экспрессируется преимущественно в эндотелии новообразующихся капилляров, поэтому предполагается его участие в ангиогенезе. Белок связывается с коллагеном типа IV и индуцирует биосинтез вазодилататора простациклина.
  • ИФРСБ-рБ2 проявляет митогенную и хемоаттрактантную активность в отношении фибробластов, взаимодействует с поверхностью клеток эндотелия посредством своего С-концевого домена и за счёт этого стимулирует их пролиферацию. Эффекты снимаются гепарином. В фибробластах данный белок, по-видимому, опосредует ряд эффектов TGFp.
  • ИФРСБ-рБЗ экспрессируется некоторыми опухолями, и его уровень снижает супрессор опухолей WT1 (Wilms’ tumor protein 1 — белок 1 опухоли Вильмса), что предполагает протоонко-генную функцию белка. Из неопухолевых тканей наиболее высокий уровень ИФРСБ-рБЗ обнаруживается в развивающейся почке.
  • ИФРСБ-рБ4 экспрессируется преимущественно фибробластами. Интенсивно связывается плазматическими мембранами клеток (в частности, через интегрин avP3, что, по-видимому, обеспечивает стимулирующее действие на ангиогенез за счёт прикрепления клеток эндотелия). Возможно, таким же образом белок стимулирует хондрогенез.
  • ИФРСБ-рБ7 экспрессируют остеобласты, стареющие клетки. Белок локализован преимущественно на клеточных мембранах, снижает злокачественность опухолей и стимулирует гибель клеток. Снижает минерализацию кости остеобластами и повышает клеточную адгезию.
  • ИФРСБ-рБ8 экспрессируется рядом опухолевых клеток.

Метаболизм сигнальных соединений

Может подавлять опухолевый рост и злокачественность.

  • ИФРСБ-рБ5 обладает активностью сериновой протеиназы в отношении ИФРСБ-5.
  • ИФРСБ-рБ6 специфичен для эндотелия.

Метаболизм сигнальных соединений включает деградацию соединений, необходимую для придания динамизма соответствующим регуляторным системам, а также активацию предшественников (прогормонов), повторную активацию (реактивацию) и возникновение новых форм гормональной активности. В ряде случаев в результате метаболизма сигнальных соединений могут образовываться антагонисты, т.е. соединения, лишённые собственной активности, но блокирующие действие родительских соединений, что может повышать динамичность систем регуляции.

Интегральными показателями метаболизма служат период полужизни (t1/2) сигнального соединения и скорость его метаболического клиренса, т.е. объём крови, полностью освобождаемый от данного соединения в единицу времени.

Стероиды

Стероидные гормоны, содержащие А4-3-кетогруппировку в кольце А (кортикостероиды, прогестерон, тестостерон), подвергаются последовательному восстановлению С4-С5 двойной связи под действием 5а- и 5(3-редуктаз с образованием 5а- и 5р-дигидропроизводных и восстановлению 3-кетогруппы под действием За- и 3(3-гидроксисте-роиддегидрогеназ с образованием За- и Зр-тетрагидропроизводных. [Следует иметь в виду, что пространственная структура 5а-восстановленных соединений достаточно близка исходной структуре (транс-сочленение колец А и В, относительно плоская структура), тогда как 5р-восстановление ведёт к циссочленению колец А и В со значительным смещением СЗ за плоскость молекулы].

Андрогенная активность

Значимость указанных превращений различна для разных групп гормонов. 5р-Редукция кортикостероидов и прогестерона практически полностью блокирует их гормональную активность, тогда как 5а-дигидропроизводные глюкокортикоидов и прогестерона, хотя и в ослабленной форме, сохраняют гормональную активность. 5Р-Дигидротестостерон не обладает андрогенной активностью, тогда как андрогенная активность 5а-дигидротестостерона превышает таковую исходного тестостерона при сниженной анаболической активности. Таким образом, при образовании 5а-дигидротестостерона из тестостерона имеет место активация. Клонировано 2 изозима 5а-редуктазы, один из которых (тип 1) характерен для печени (обеспечивает инактивацию гормонов), а изозим типа 2 экспрессируется преимущественно в простате, других андрогензависимых органах, коже и обеспечивает активацию андрогенов. Мутации изозима типа 2 могут приводить к одной из форм мужского ложного гермафродитизма. 5р-Редуктаза экспрессируется преимущественно в печени, обеспечивает инактивацию стероидных гормонов и один из этапов биосинтеза жёлчных кислот.

У человека выявлено несколько ферментов с Зр- и За-гидроксис-тероиддегидрогеназной активностью (ГСД). Недостаточность Зр-ГСД является причиной синдрома CHILD (congenital hernidysplasia with ichthyosiform erythroderma and limb defects), летального для мужских особей. Зос-ГСД, относящиеся к семейству 1 альдо-кеторедуктаз, кодируемые минимально 4 генами, могут различаться по субстратной специфичности. Изозим С1 проявляет значительную 20а-ГСД активность (см. ниже). Изозим С2 обладает относительно низкой ферментативной активностью, но играет важную роль в транспорте жёлчных кислот в клетках печени. Изозим СЗ выполняет функцию синтазы PGF. В превращениях дигидропроизводных стероидов может также принимать участие 3-гидроксистероидэпимераза (семейство ретинолдегидрогеназ), способная катализировать эпимеризацию Зсс-гидроксила через образование 3-кетогруппы.

Активный андроген

При этом из малоактивного 5а-андростан-За,17р-диола может образовываться активный андроген 5а-дигидротестостерон, т.е. фермент способен осуществлять реактивацию андрогенов. Что касается кортикостероидов и прогестинов, то а- или р-восстановление 3-кетогругпгы дополнительно снижает их гормональную активность. Однако тетрагидропроизвод-ные стероидов могут обладать и иными типами активности (например, активностью аллостерических регуляторов Рц-ионных каналов). У птиц 5р-дигидротестостерон — стимулятор гемопоэза.
Кортикостероиды и прогестины могут также подвергаться восстановлению по 20-кетогруппе под действием 20а- и 20р-гидро-ксистероиддегидрогеназ. Ряд гидроксистероиддегидрогеназ способен катализировать окислительно-восстановительные реакции по нескольким положениям стероидной молекулы. Например, один из ферментов печени кролика обладает За,3р,17р,20а-дегидрогеназными активностями. Ферментов, строго специфичных в отношении оксидоредукции стероидов в положении 20, по-видимому, нет. а- и р-Восстановление 20-кетогруппы кортикостероидов ведёт к резкому снижению гормональной активности. То же происходит при 20р-восстановлении прогестинов. В то же время 20а-восстановленные прогестины отчасти сохраняют гестагенную активность.

Характерной особенностью метаболизма андрогенов и эстрогенов является оксидоредукция кислородной функции в положении 17. В случае андрогенов окисление 17р-гидроксила до ке-тогруппы ведёт к полной утрате андрогенной активности, в то время как в группе эстрогенов такое превращение лишь ослабляет взаимодействие с Рц при сохранении полной агонистической гормональной активности. Реакции оксидоредукции катализируют 17р-гидро-ксистероиддегидрогеназы (ГСД). К настоящему времени клонировано не менее 10 таких ферментов.