= ОБЗОРЫ
УДК 577.352.4
КЛАТРИН-ЗАВИСИМЫЙ ЭНДОЦИТОЗ В МЕХАНИЗМЕ АНТИДИУРЕТИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ВАЗОПРЕССИНА
© 2013 г. А. В. Иляскин*, Г. С. Батурина, Л. Е. Каткова, Е. И. Соленов
Институт цитологии и генетики СО РАН, 630090, Новосибирск, просп. акад. Лаврентьева, 10; *электронная почта: ilyaskin.alex@yahoo.com Поступила в редакцию 26.04.2012 г.
Регуляция водной проницаемости главных клеток эпителия собирательных трубок нейрогипофизар-ным гормоном вазопрессином лежит в основе функции почки как основного эффекторного органа в поддержании водно-солевого гомеостаза организма. Важным звеном механизма антидиуретического действия вазопрессина является клатрин-зависимый эндоцитоз водных каналов и рецепторов вазо-прессина У2. Интернализация рецепторов может не только приводить к снижению количества рецепторов в плазматической мембране, но и активировать альтернативные пути передачи сигнала. В обзоре обобщены сведения о механизме клатрин-зависимого эндоцитоза рецепторов У2 и водных каналов (AQP2), что необходимо для более глубокого понимания процессов, лежащих в основе антидиуретического действия вазопрессина.
Ключевые слова: эндоцитоз, рецептор У2, AQP2, почка.
Б01: 10.7868/80233475512060059
Основным эффекторным органом в регуляции водно-солевого гомеостаза организма является почка. В основе осморегулирующей функции почки лежит механизм регуляции водной проницаемости главных клеток эпителия собирательных трубок нейрогипофизарным гормоном вазопрессином. Связываясь со специфическими У2-рецепторами на базолатеральной поверхности клетки, вазопрессин вызывает перемещение водных каналов, формируемых белком AQP2, из внутриклеточного депо в апикальную мембрану клетки. Механизм передачи сигнала от У2-рецеп-тора включает в себя сАМР-опосредованный сигнальный путь, а также процессы, управляемые кальцием и производными фосфолипидов [1—5].
В рамках современных представлений о механизме действия вазопрессина в почке активно изучаются процессы экзо- и эндоцитоза как водных каналов, так и рецепторов вазопрессина У2. Образование клатриновых везикул, содержащих комплекс рецептора У2 с вазопрессином, по-видимому, одно из звеньев механизма антидиуретического действия гормона. Интернализация рецепторов может не только снижать количество рецепторов в плазматической мембране, но и активировать альтернативные пути передачи сигнала, не связанные с сАМР [6].
Клатриновый эндоцитоз представляет собой процесс образования инвагинаций мембраны (ССР), сопряженный с формированием сложно-
го белкового комплекса, включающего сеть кла-трина, и отщепление инвагинаций в виде внутриклеточных везикул (CCV). Формирование кла-триновых везикул является начальной стадией рециклизации многих мембранных белков, но все детали этого процесса и роль, которую он может играть в клетке, в полной мере не выяснены. Механизм образования везикул и последовательность формирования белкового комплекса кла-триновой везикулы изучены не полно, в какой-то мере определены лишь функции отдельных белков, входящих в комплекс. В настоящее время нет однозначного ответа на вопрос, что служит стимулом к началу формирования клатриновых везикул, способен ли интернализуемый белок инициировать образование инвагинаций мембраны de novo или же интернализуемый белок включается в формируемые клатриновые комплексы и завершает их сборку [7—9].
В обзоре клатрин-зависимый эндоцитоз рецепторов V2 и водных каналов (AQP2) рассмотрен как часть механизма антидиуретического действия вазопрессина.
КЛАТРИН-ЗАВИСИМЫЙ ЭНДОЦИТОЗ
Образование везикулы, окаймленной клатри-ном, происходит благодаря формированию связанного с плазматической мембраной сложного белкового комплекса. Состав комплекса зависит
Рис. 1. Схематическое изображение структур BAR-доменов, отличающихся сродством к мембранам различной степени кривизны. а - FCHo2 (F-BAR) [16]; б - амфифизин (BAR) [17]; в - IRSp53 (I-BAR) [18].
от типа клеток, а также от природы интернализу-емого мембранного белка. В частности, эндоци-тоз рецепторов, сопряженных с G-белками (GPCR), осуществляется субпопуляцией клатри-новых везикул, формирование и динамика которых в значительной мере контролируются самим рецептором [9]. Методом TIRF-микроскопии изучали динамику процесса формирования везикулы и выявили функционально связанные группы белков (белковые модули), участвующие в процессе, а также установили последовательность их включения в созревающую везикулу. Однако недостаточное временное разрешение экспериментов не позволяет определить последовательность включения белков, относящихся к одному функциональному модулю [10, 11].
Можно выделить пять основных стадий формирования везикулы: инициация, селекция ин-тернализуемого белка, сборка клатриновой оболочки, отщепление везикулы и разрушение клатриновой оболочки [12].
Эндоцитоз начинается с формирования изгиба мембраны, направленной внутрь клетки (положительной кривизны мембраны). Ряд белков, в частности эпсины, могут участвовать в формировании инвагинации путем внедрения в мембрану амфипатической спирали [13, 14]. Значительную роль в создании и стабилизации кривизны мембраны играют белки, содержащие BAR-домены. BAR-белки способны деформировать липидные мембраны in vitro [15, 16]. Множество BAR-бел-
ков образует суперсемейство, в котором выделяют белки BAR/N-BAR, проявляющие сродство к мембранам с высокой положительной кривизной; F-BAR-белки, связывающиеся с более плоскими мембранами и группу I-BAR-белков, образующих связи с мембранами отрицательной кривизны. Анализ кристаллической структуры BAR-белков показал, что BAR-домены формируют го-модимер (BAR-модуль) серповидной формы, состоящий из двух суперспирализованных мономеров, при этом угол, под которым они димеризу-ются, определяет сродство BAR-модуля к мембранам различной кривизны [15] (рис. 1). FCHo-белки, относящиеся к семейству F-BAR-белков, обладают повышенным сродством к плоским мембранам, поэтому могут инициировать образование инвагинаций и, вместе с интерсектина-ми и eps15, выступать в роли белкового комплекса, инициирующего эндоцитоз [16, 19, 20].
На следующей стадии в формирующуюся инвагинацию мембраны встраивается большое число белков, в том числе интернализуемый. В настоящее время нет однозначного ответа на вопрос, способен ли интернализуемый белок инициировать образование инвагинаций мембраны de novo или же он включается в предварительно сформированные клатриновые комплексы и завершает их сборку. Накапливаются данные о том, что активированные GPCR используют конститутивно формирующиеся клатриновые инвагинации [7—9]. Интернализуемые рецепторы
не являются пассивными участниками эндоцито-за, так как комплексы лиганд—рецептор способны влиять на динамику клатриновых инвагинаций [9, 21, 22]. Так, например, взаимодействие кластеризованных рецепторов с актиновым ци-тоскелетом при участии PDZ-белков, приводит к замедлению динамики клатриновых инвагинаций [9].
Важными компонентами комплекса белков везикулы, образующейся при интернализации рецепторов, сопряженных с G-белками, являются р-аррестины. Аррестины образуют небольшое семейство, состоящее из четырех членов. Аррестины 1 и 4 (х-аррестины) экспрессируются исключительно в палочках и колбочках сетчатки, соответственно, в то время как аррестины 2 и 3 (они же р-аррестины 1 и 2) экспрессируются повсеместно [23]. р-аррестины обеспечивают формирование связей GPCR с клатрином и адаптор-ным комплексом AP2 [24—26].
Один из ключевых участников созревания клатриновой везикулы — адаптерный комплекс AP2, включающий цепи а2, р2, ^2 и ст2 [27, 28]. С-концевые "придаточные домены" а- и р-субъ-единиц AP2 образуют связи со множеством вспомогательных белков, участвующих в интернализа-ции созревающей везикулы [29, 30], в том числе, в них расположены сайты связывания комплекса р-аррестин—рецептор, и они служат площадкой для связывания и полимеризации клатрина [31, 32]. Таким образом, AP2 — это узловой белок клатринового механизма эндоцитоза, который обеспечивает интеграцию белкового комплекса путем формирования динамичной сети низкоаффинных взаимодействий [30]. Присоединение отдельных мономеров клатрина к AP2 инициирует сборку клатриновой оболочки. Клатрин, наряду с AP2, входит в число узловых белков эндоцитоза, так как терминальные домены его тяжелых цепей взаимодействуют с множеством вспомогательных белков [33, 34].
Следующая стадия процесса эндоцитоза — отделение клатриновой везикулы от плазматической мембраны. На этой стадии важное значение имеет формирование и поддержание высокой положительной кривизны мембраны. Показано, что полимеризация клатрина способствует искривлению мембраны [14], однако этого недостаточно для формирования везикулы [35]. Полимеризация клатрина приводит к вытеснению некоторых вспомогательных белков, например, ер815 и эп-сина, которые поддерживают высокую кривизну мембраны, на края формирующейся везикулы [36]. BAR/N-BAR-белки могут генерировать и стабилизировать высокую кривизну мембраны в районе шейки образующейся везикулы, облегчая ее отщепление динамином (рис. 1) [17, 37—39]. Для семейства белков N-BAR характерно нали-
чие N-концевой амфипатической спирали, участвующей в дополнительном искривлени мембраны
[40]. Кроме того, в регуляцию кривизны мембраны может быть вовлечен актиновый цитоскелет
[41]. Полимеризующийся актиновый цитоскелет может играть роль в сближении мембран, формирующих шейку везикулы [42], а также в натяжении шейки для облегчения ее отщепления дина-мином [43]. На высокоразрешающих электронных фотографиях можно увидеть формирование разветвленного актинового комплекса вблизи формирующейся везикулы. По-видимому, это указывает на то, что главная функция актина в клатрин-зависимом эндоцитозе состоит в сужении шейки везикулы и транспортировке отделившейся клатриновой везикулы в цитоплазму [42, 44, 45]. Везикулы отщепляются главным образом динамином, который связывается с фосфатиди-линозит-4,5-дифосфатом (PIP2) мембраны при участии N-BAR/BAR-белков: амфифизина, эн-дофилина и SNX9 [46]. Динамин — белок размером порядка 100 кДа, обладающий GTP-азной активностью и способный обра
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.