УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2014, том 45, № 4, с. 90-98
УДК 612:576.82
ГЛИКОПРОТЕИН-Р: СТРУКТУРА, ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ И МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ МОДУЛЯЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ
© 2014 г. Е.Н. Якушева, И.В. Черных, А.В. Щулькин, Н.М. Попова
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова " Министерства здравоохранения Российской Федерации, Рязань
В обзоре литературы охарактеризована структура, локализация и физиологическая роль эффлюкс-ного белка-транспортера биобиотиков и ксенобиотиков - гликопротеина-Р, систематизированы молекулярные механизмы индукции и ингибирования его функциональной активности.
Ключевые слова: гликопротеин-Р, АВСВ1-белок, ЫВЯ1-ген, физиологическая роль, индукция, ингибирование.
Гликопротеин-Р, или ABCB1 -белок, - это широко представленный в тканях организма энергозависимый белок-транспортер, препятствующий всасыванию в желудочно-кишечном тракте и ускоряющий экскрецию широкого спектра разнородных по химической структуре эндо- и ксенобиотиков. Активность гликопротеина-Р подвержена значительным колебаниям как в результате генетических особенностей организма, так и вследствие воздействия на него различных факторов внешней и внутренней среды [1, 2, 3]. При этом как индукция, так и ингибирование функционирования белка-транспортера может привести к неэффективности фармакотерапии, относительной передозировке лекарственных веществ, а также к проявлению ряда патологических состояний, таких как множественная лекарственная устойчивость опухолей и пр. В связи с вышеизложенным необходима систематизация знаний о структуре, особенностях функционирования и механизмах модуляции активности гликопротеина-Р.
СТРУКТУРА И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ГЛИКОПРОТЕИНА-Р
Гликопротеин-Р (Pgp) - АТФ-зависимый эф-флюксный белок-транспортер, участвующий в транспорте липофильных эндогенных и экзогенных субстратов из клетки [4]. Впервые он был выявлен в 1976 г. в опухолевых клетках яичника [5].
Pgp является представителем суперсемейства ABC-транспортеров (Adenosine triphosphat binding
cassette), контролирующих химический гомеостаз посредством транспорта молекул через клеточные мембраны. Представители данного суперсемейства обнаружены во всех прокариотических и эукариотических организмах [6]. У человека ABC-транспортеры кодируются 48 генами, объединенными в семь подсемейств (ABCA-ABCG) на основе сходства нуклеотидной последовательности. Среди данных генов наиболее изучены ABCB1, или MDR1 (multidrug-resistance gene 1), который кодирует Pgp [7].
Pgp представляет собой крупный трансмембранный белок с молекулярной массой 170 кДа, состоящий из 1280 остатков аминокислот, сгруппированных в две гомологичные половины, соединенные между собой подвижным линкерным полипептидом, обеспечивающим их конформа-ционную устойчивость. Каждая половина имеет большой гидрофобный трансмембранный домен и консервативный цитоплазматический домен, включающий АТФ-связывающий сайт (нуклеотид-связывающий домен) [1, 8]. Для соответствующей направленности в пространстве и стабильности молекулы Pgp необходимо N-гликозилирование на его первой экстрацеллюлярной петле, что показано в исследованиях на клеточных клонах, устойчивых к винкристину [9].
Транспортировка молекулы субстрата осуществляется благодаря гидролизу одной молекулы АТФ, а энергия, выделяемая при гидролизе второй молекулы АТФ, необходима для возвращения кон-формационной структуры Pgp к первоначальной. Причем лимитирующей стадией в данном процес-
се является отщепление от молекулы транспортера АДФ и неорганического фосфата [10, 11].
Особенность функционирования Р - наличие у него так называемой "базальной АТФ-азной активности" при отсутствии в среде субстратов транспортера. Установлено, что гидролиз АТФ необходим Рер для поддержания определенной пространственной структуры, обеспечивающей высокую активность и широкую субстратную специфичность [12].
- полиспецифичный белок, способный распознавать широкий спектр веществ различной химической структуры. Его субстраты - соединения с молекулярной массой от 330 Да до 4000 Да, представляющие собой органические катионы, слабые органические основания, некоторые органические анионы и незаряженные соединения, в том числе полипептиды и их производные.
транспортирует целый ряд лекарственных веществ: флуоресцентные красители, антиаритмические средства, гипотензивные препараты, сердечные гликозиды, антитромбоцитарные средства, антикоагулянты, стероидные гормоны, противоопухолевые препараты, антибиотики, ингибиторы ВИЧ-протеиназы, иммунодепрессанты и др. [1, 13].
Широкая субстратная специфичность Рер объясняется наличием множественных сайтов, связывающих ксенобиотики, что позволяет ему транспортировать вещества различного химического строения [5]. Возможно также, что для обеспечения полиспецифичности Р^р принимает различные конформации в цитоплазматической мембране по сравнению с его кристаллической структурой [14].
ЛОКАЛИЗАЦИЯ ГЛИКОПРОТЕИНА-Р,
ЕГО ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ
Многочисленные исследования показали широкую распространенность Р^р во многих органах и тканях организма. Иммуногистохимический анализ и применение верапамила и нифедипи-на - специфических ингибиторов Рер - выявили наличие белка-транспортера в слизистой оболочке кишечника человека, где его роль заключается в ограничении абсорбции потенциальных субстратов из кишечника [15, 16], а также защите организма от проникновения кишечной микрофлоры [17].
Локализуясь на билиарной поверхности гепа-тоцитов, апикальной поверхности эпителиоцитов проксимальных канальцев почек и протоков поджелудочной железы Рер осуществляет эффлюкс
субстратов в желчь, первичную мочу и панкреатический секрет соответственно [18].
В эндотелии капилляров, формирующих гисто-гематические барьеры (гематоэнцефалический, гематоовариальный, гематотестикулярный и ге-матоплацентарный), а также в глиальных клетках Рер препятствует проникновению в ткани мозга, половых желез и плода токсичных эндогенных веществ и ксенобиотиков [19, 20]. Функционирование белка-транспортера в гематоэнцефалическом барьере - одна из причин эпилепсии, резистентной к лекарственной терапии [21]. Снижение функциональной активности Р^р в гематоэнцефалическом барьере потенцирует накопление в мозге Р-амилоида, что является причиной развития болезни Альцгеймера [22].
Методом полимеразной цепной реакции выявлена выраженная экспрессия гена МБЯ1 в протоках потовых желез, дерме и кровеносных сосудах кожи, что также подтверждается гистохимически. Данная локализация предполагает функционирование белка-транспортера в качестве барьера для трансдермального проникновения ксенобиотиков [23].
Рр выявлен во всех гемопоэтических предшественниках, с наиболее интенсивной экспрессией в плюрипотентных стволовых клетках [24], а также в Т-клетках, зрелых лимфоцитах периферической крови и натуральных киллерах [25], что свидетельствует об участии белка-транспортера в их защите от токсичных веществ и различных регуляторных факторов, вызывающих дифферен-цировку и пролиферацию клеток [26]. В активированных лимфоцитах Рер вовлечен в транспорт цитокинов: интерлейкинов-1, 2 и 4 [26].
Рр обнаружен в беременной матке и в Р-клет-ках поджелудочной железы, где он принимает участие в транспорте половых гормонов и инсулина соответственно [27, 28]. Важную роль Р^р играет в переносе кортикостероидов - кортизола, кортикостерона и альдостерона в надпочечниках. Показано, что экспрессия данного белка-транспортера повышена у пациентов с бронхиальной астмой, резистентной к терапии глюкокортикои-дами [1].
Выявлено также участие Р^р в транспорте холестерина [29], фосфатидилхолина и сфингомиели-на [30] через цитоплазматические мембраны.
Белок-транспортер обнаружен в трофобластах плаценты, скелетной и сердечной мускулатуре, легочной ткани человека, однако сведения о физиологической роли Р^р в данных тканях весьма противоречивы [19, 31].
Экспрессия Р ярко выражена в опухолевых тканях [19, 32], что является одной из ведущих причин феномена множественной лекарственной устойчивости опухолей - приобретения первоначально чувствительными к химиотерапии опухолевыми клетками резистентности после воздействия на них цитостатиков [33, 34]. Установлено, что белок-транспортер способен защищать опухоль не только от химиопрепаратов, но и от облучения ультрафиолетом, дефицита факторов роста и некоторых других воздействий, что невозможно объяснить только лишь его "эффлюксной" функцией. Предполагают, что данные эффекты Р могут быть связаны с его способностью блокировать развитие апоптоза в клетке опухоли за счет модулирования активности ключевых ферментов запрограммированной гибели [35].
Функционирование Рр в качестве эффлюксно-го насоса для эндогенных веществ и ксенобиотиков подтверждается его преимущественно апикальной локализацией. Однако в надпочечниках белок распределен диффузно и защищает клетки от высокой локальной концентрации стероидов, секретируя их в интерстиций [36].
Таким образом, Рр экспрессируется во многих тканях организма и принимает участие в его защите от потенциально токсичных ксенобиотиков, их метаболитов и эндогенных веществ, а также является модулятором роста, дифференцировки и смерти клеток.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ МОДУЛЯЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ ГЛИКОПРОТЕИНА-Р
Суммируя современные представления, можно выделить следующие механизмы изменения функциональной активности Р:
1) изменение экспрессии гена МВЯ1 посредством влияния на его промотор;
2) полиморфизм гена МВЯ1;
3) увеличение дозы гена - амплификация участка генома, содержащего ген МВЯ1;
4) стабилизация мРНК гена МВЯ1;
5) передача Рр между клетками;
6) изменение активности синтезированного белка-транспортера;
7) изменение метаболизма клеток.
Изменение экспрессии гена MDR1 посредством влияния на его промотор. Р кодируется генами МБЯ, которые включают у человека два гена (МВЯ1 и МВЯ2), а у грызунов - три гена
(mdrl, mdr2 и mdr3). Гены MDR1 человека и mdrl, mdr3 грызунов вовлечены в механизмы развития ле
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.