Особенности отдельных групп рецепторных тирозинкиназ

Семейство тетрамерных рецепторов

Фосфорилированный внутриклеточный домен RET может взаимодействовать с РТВ доменом белков группы DOC, участвующих в реорганизации эндоплазматического ретикулума, связывании актина. Недостаточность RET ведёт к развитию болезни Хиршспрунга, характеризуемой недостаточностью миграции клеток из нервного гребня в ЖКТ, что может вести к обструкции кишечника. Мутации гена RET ассоциированы с множественной эндокринной неоплазией типа 2а или 2Ь (в зависимости от типа мутаций), чаще с феохромоцитомой и медуллярной карциномой щитовидной железы. Рекомбинации гена RET (области, кодирующей киназный домен) с другими генами ведут к появлению гибридных белков, являющихся онкогенами.

Рецептируемые лиганды: инсулин и инсулиноподобные факторы роста I и II (ИФР-І и ИФР-П). Рц содержит 2 сильно гликозилированные внеклеточные СЕ а, формирующие связывающий центр для одной молекулы гормона, и 2 СЕ р, содержащие внеклеточный, трансмембранный и внутриклеточный домены, причём последний включает тирозинкиназный фрагмент. СЕ а симметрично связаны дисульфидным мостиком, а также дисульфидными связями с внеклеточными доменами СЕ Р (всего 3 S-S мостика). Исключая олигомерность, Рц этого типа по структуре близки Рц эфринов. Данные Рц содержат богатый цистеином фрагмент, обусловливающий множество внутримолекулярных дисульфидных связей между близко расположенными остатками цистеина, и два тандемно расположенных фрагмента, гомологичных фибронектину.

СЕ а и р Рц образуются из единого предшественника путём протеолитического выщепления 4 аминокислот. Межсубъединичные связи формируются в ходе внутриклеточного процессинга предшественника. Считается, что связывание лиганда СЕ а Рц ведёт к изменению конформации СЕ р, что сопровождается активацией тирозин-киназной активности. Как и в случае других Рц-тирозинкиназ, активированный Рц аутофосфорилируется, что фиксирует активную конформацию. С Рц данного типа связываются и фосфорилируются адапторные молекулы 2 типов: структурно сходные субстраты Рц инсулина (IRS — insulin receptor substrate) — IRS1-IRS4 и She (трансформирующий белок, содержащий домен гомологии 2 с Src).

Основной партнёр She

Оба адаптера связываются с примембранной областью внутриклеточного домена Рц посредством своих доменов РТВ, которые узнают аминокислотный мотив NPXpY (имеющийся и в некоторых других Рц, например в Рц ИЛ-4). Поскольку оба типа адаптеров взаимодействуют с одной и той же областью Рц, связывание носит конкурентный характер, что ведёт к преобладанию того или иного пути проведения сигнала. IRSs и She фосфорилируются Рц, что создаёт сайты связывания для нижележащих элементов системы проведения сигнала. Основной партнёр She — адаптер Grb2, взаимодействующий с фосфорилированным She посредством своего SH2 домена. Далее через Sos (son of sevenless — белок, активируемый Рц, не содержащими 7 трансмембранных доменов) происходит активация Ras, через МАРК ведущая к проведению митогенного стимула. Функция IRSs преимущественно связана с регуляцией обменных процессов в клетке. Основным партнёром фосфорилированных IRSs служит PI3K, связывание которой происходит с участием её SH2 доменов. С IRSs взаимодействуют и другие содержащие домен SH2 белки (SHP2, Grb2, She), но относительно слабо. Адаптер Nck2 взаимодействует с IRSs посредством своих SH3 доменов, независимо от фосфорилирования IRSs. Функция РН домена IRSs, по-видимому, заключается в направлении белка к плазматической мембране, что происходит благодаря сродству этого домена к фосфолипидам.

Терминация рецепторного цикла происходит с участием нескольких механизмов. Одним из них служит фосфорилирование IRSs серин/треонинпротеинкиназами, что блокирует связывание IRSs с Рц. Примером такого типа регуляции является фосфорилирование Ser312, расположенного рядом с доменом РТВ в IRS1, под действием зависимых от инсулина киназ (например, PKC-Q или JNK1.

Резистентность к инсулину

Ещё одним способом регуляции является взаимодействие с фосфорилированным She содержащей SH2 домен инозитол-5′-фосфатазы (SHIP — Src homology 2 domain-containing inositol-5-phosphatase), фосфорилируемой и активируемой Рц. Это взаимодействие ингибирует и путь сигнализации через Ras (за счёт конкуренции с Grb2), и путь, включающий PI3K, поскольку SHIP разрушает продукты каталитической активности PI3K, активирующие, в частности, киназу АКТ. С субстратами Рц инсулина взаимодействует ряд фосфотирозинфосфатаз (SHP2, РТР1В). Их фосфорилирование Рц приводит к их активации, что обеспечивает ускоренное дефосфорилирование IRSs и самого Рц. Нокаут гена РТР1В у мышей в значительной мере снимает экспериментальную резистентность к инсулину. Ещё один путь десенситизации Рц включает их интернализацию. Инсулин вызывает быстрое перемещение Рц из плазматической мембраны в эндоплазматический ретикулум. Активность Рц сохраняется и в этом компартменте клетки, но Рц становится недоступным для внеклеточного гормона. Основная часть интернализованного Рц может вновь поступать в плазматическую мембрану. Полагают, что интернализация инсулин-рецепторных комплексов служит важным путём удаления инсулина из циркуляции.

Рассматриваемое семейство Рц включает Рц инсулина (INSR), Рц инсулиноподобных факторов роста (IGFR), а также сиротский Рц, родственный Рц инсулина (IRR — insulin receptor-related receptor). IGFR взаимодействует предпочтительно с ИФР-І, хуже — с ИФР-П и значительно хуже — с инсулином. Рц инсулина экспрессируется в виде двух сплайсинговых вариантов (INSR-A и INSR-В), различающихся наличием на С-конце а-СЕ изоформы В дополнительного фрагмента из 12 а.к. остатков. Это небольшое различие оказывает, однако, заметное влияние на специфичность взаимодействия изоформ Рц инсулина с лигандами: INSR-B с высоким сродством взаимодействует только с инсулином, значительно слабее связывает ИФР-П и ещё слабее — ИФР-І.

Рецепторы с треонинкиназной активностью

В то же время изоформа INSR-A связывает ИФР-И почти так же интенсивно, как и инсулин. Благодаря значительной гомологии между IGFR и INSR, во многих тканях значительная доля Рц ИФР-І и инсулина находится в виде гибридного Рц, состоящего из половинок INSR(a+p) и IGFR(a+P). В зависимости от входящей в его состав изоформы INSR, такой гибридный Рц служит Рц либо ИФР-І и отчасти ИФР-II (в случае изоформы INSR-B), либо Рц ИФР-І, ИФР-П и инсулина (в случае изоформы INSR-A). Интересно, что, независимо от типа лиганда, такой гибридный Рц индуцирует изменения в клетке, характерные для действия ИФР-І (стимуляция пролиферации, антиапоптоз). Выявлены многочисленные мутации генов Рц инсулина и его субстратов, вызывающие инсулинорезистентность. Функция IRR (insulin receptor-related receptor — Рц, родственный Рц инсулина) остаётся неизвестной. Нокаут гена IRR у мыши не оказал заметного влияния на фенотип.

Лиганды Рц с серин/треонинкиназной активностью — члены надсемейства трансформирующего фактора роста р (TGFp, акти-вины, ингибины, АМН, GDNF, морфогенетические белки кости BMP). Известны проводящие сигнал гетеромерные Рц типа I и II и вспомогательные Рц типа III (бетаглиган и эндоглин), которые снабжают истинные Рц лигандом и не обладают Ser/Thr-киназной активностью. Каталитические домены (250—300 а.к. остатков) Ser/ Thr-киназ и Туг-киназ имеют существенную гомологию, что свидетельствует об их общем эволюционном происхождении. Исключая Рц членов надсемейства TGFp, подавляющая часть Ser/Thr-киназ локализована внутри клетки, тогда как Tyr-киназы ассоциированы преимущественно с плазматической мембраной. Структурно Рц типа I и II близки между собой и включают N-концевой внеклеточный гликозилированный лигандсвязывающий домен, короткий транс-мембранный домен и внутриклеточный С-концевой домен, включающий киназный домен. Рц типа II несколько крупнее Рц типа I.

Лигандсвязывающий внеклеточный домен

Бетагликан — сильно гликозилированный (преимущественно глюкозаминогликановыми группами) белок, содержащий длинный лигандсвязывающий внеклеточный домен, короткий трансмембранный домен и короткий внутриклеточный домен. Существует также в растворимой форме и не всегда экспрессируется совместно с функциональными Рц TGFp и, следовательно, не является абсолютно необходимым для проведения сигнала. Но в его присутствии эффективность функциональных Рц возрастает. Эндоглин — димерный интегральный мембранный гликопротеин, имеющий 70% гомологию в трансмембранном и внутриклеточном домене с бетагликаном. Оба белка рыхло ассоциированы с TpR-I и II.

Функции Рц типа I и II в проведении сигнала различны: димер-ный лиганд, взаимодействуя одновременно с двумя типами Рц, сближает конститутивно активный Рц типа II с неактивным Рц типа I. Это приводит к фосфорилированию Рц типа I по Gly-Ser-богатому участку в примембранной области внутриклеточного домена и активации киназной активности. Связывать лиганд Рц типа II способен и в отсутствие Рц типа I, но гормональный сигнал при этом не проводится. Очевидно, гормональная специфичность определяется Рц типа И, а направленность эффекта — преимущественно Рц типа I. Клонировано несколько Рц каждого типа. Известен ряд наследственных заболеваний, ассоциированных с мутациями разных Рц. Недостаточность Рц TGFpRII (как и его лиганда TGFpi) у мышей приводит к гибели эмбрионов из-за дефектов гемопоэза и ангиогенеза в желточном мешке. Развитие опухолей прямой кишки и желудка у человека часто связано с соматическими мутациями Рц TGFp, которые в норме опосредуют антипролиферативное действие лиганда.

Наиболее изученными путями проведения сигналов через Рц-серин/треонинкиназы служат пути с участием транскрипционных факторов семейства Smad и протеинкиназы ТАК-1.

Группа транскрипционных факторов

Smads относятся к группе транскрипционных факторов, которые очень слабо и малоспецифично взаимодействуют с ДНК, узнавая широко распространенные обогащенные GC короткие последовательности, называемые Smad-связывающими элементами (SBEs). Специфичность регуляции экспрессии контролируемых Smad генов обеспечивает взаимодействие Smads с другими транскрипционными факторами, сайты связывания которых на ДНК локализованы рядом с SBEs. Взаимодействие Smads с ДНК осуществляется с участием их N-концевого домена МН1. С-концевой домен МН2 участвует во взаимодействии с корегуляторами. Различают три типа Smads:

(1) регулируемые Рц Smads (R-Smads), к которым относятся Smadl, Smad2, Smad3, Smad5, Smad8, фосфорилируемые по их С-концу Рц типа I; (2) нефосфорилируемый Рц общий партнёр Smads (Smad4, или DPC4), формирующий гетеромерные комплексы с R-Smads и участвующий в регуляции транскрипции; (3) ингибиторные Smads (I-Smads), к которым относятся Smad6 и Smad7 и которые блокируют проведение сигнала через R-Smads на нескольких уровнях. Структурно I-Smads отличаются от R-Smads и Smad4 преимущественно по N-концевой области домена МН1 и размером вставки между доменами МН1 и МН2, а также отсутствием на С-конце фосфорилируемой Рц последовательности SSXS.

Первым этапом пути сигнализации TGFp/Smad является рекрутирование Smad в комплекс с Рц. Это может происходить с участием ряда вспомогательных белков. Один из них — белок, заякоривающий Smad для активации Рц (SARA — Smad anchor for receptor activation). Этот белок заякорен на внутренней мембране клетки посредством домена FYVE, взаимодействующего с фосфолипидами (фосфатидилинозитол-3-фосфатом). Одновременно он может через Smad-связывающий домен (SBD, локализованный на N-koh-це молекулы) связываться с неактивированным R-Smad и с Рц (посредством С-концевой области).