научная статья по теме АКТИВИРУЕМЫЕ ПРОТЕАЗАМИ РЕЦЕПТОРЫ И НЕЙРОПЛАСТИЧНОСТЬ: PAR РЕЦЕПТОРЫ КАК ВОЗМОЖНАЯ МИШЕНЬ ДЛЯ КАТЕПСИНА В Медицина и здравоохранение

Текст научной статьи на тему «АКТИВИРУЕМЫЕ ПРОТЕАЗАМИ РЕЦЕПТОРЫ И НЕЙРОПЛАСТИЧНОСТЬ: PAR РЕЦЕПТОРЫ КАК ВОЗМОЖНАЯ МИШЕНЬ ДЛЯ КАТЕПСИНА В»

НЕЙРОХИМИЯ, 2010, том 27, № 1, с. 5-13

= ОБЗОРЫ =

УДК 577.25

АКТИВИРУЕМЫЕ ПРОТЕАЗАМИ РЕЦЕПТОРЫ И НЕЙРОПЛАСТИЧНОСТЬ: PAR РЕЦЕПТОРЫ КАК ВОЗМОЖНАЯ

МИШЕНЬ ДЛЯ КАТЕПСИНА В © 2010 г. О. Н. Давыдова, А. А. Яковлев*

Лаборатория функциональной биохимии нервной системы, Учреждение Российской академии наук институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва, Россия

Экстраклеточные сериновые протеазы принимают участие во многих процессах головного мозга, как в норме, так и при патологии. Многие эффекты этих протеаз опосредованы протеазными рецепторами, PAR (protease-activated receptors) — уникальным классом рецепторов, распространенных во многих тканях организма, в том числе в мозге. Различные протеазы способны, за счет про-теолиза PAR в различных положениях, либо активировать, либо инактивировать рецептор. Однако мало изучен вопрос о том, какие именно протеазы являются эндогенными регуляторами того или иного типа PAR рецепторов в нервной ткани in vivo. Известно, что протеазы относительно неспецифичны в отношении субстратов, в частности, протеазы различных классов могут расщеплять один и тот же субстрат. На основании данных литературы и собственных результатов мы предполагаем, что экстраклеточный катепсин В, принадлежащий к классу цистеиновых протеаз, может регулировать функцию протеазных рецепторов нервных клеток.

Ключевые слова: протеазы, катепсин В, мозг, PAR рецепторы, нейропластичность.

СЕРИНОВЫЕ ПРОТЕАЗЫ В ГОЛОВНОМ МОЗГЕ

Протеолитические ферменты являются самым широко представленным в геноме человека и животных классом, примерно 2% генома занято про-теазами [1]. Соответственно распространенности, ферменты этой группы принимают участие в самых разнообразных процессах, протекающих в организме. Образование, развитие, специализация и смерть клеток напрямую зависят от активности протеоли-тических ферментов. Протеазы могут осуществлять не только неспецифический гидролиз полипептидов, но и высокоспецифичный направленный ограниченный протеолиз. Изменение структуры, активности или экспрессии протеаз являются причиной многих заболеваний, в том числе ней-родегенеративных и онкологических.

Участие протеаз головного мозга в нейрональ-ной пластичности впервые было показано на примере тканевого активатора плазминогена (1РЛ).

*Адресат для корреспонденции: 117485, Москва, ул. Бутлерова, 5а; e-mail: al_yakovlev@rambler.ru

Принятые сокращения: PAR — активируемые протеазами рецепторы, tPA — тканевой активатор плазминогена, LTP — долговременная потенциация, NMDA — N-метил-В-аспартат, BDNF — нейротрофический фактор мозга, KLK8 — калликре-ин 8, KLK6 — калликреин 6, PAR-AP — пептид, активирующий PAR рецептор, ГЭБ — гематоэнцефалический барьер, ЦНС — центральная нервная система, MCAO — окклюзия средней мозговой артерии, ВИЧ — вирус иммунодефицита человека.

Этот фермент широко экспрессируется в различных клетках как развивающегося, так и взрослого мозга, и является самой распространенной в мозге экстраклеточной протеазой. В эксперименте по изучению экспрессии генов в головном мозге оказалось, что одним из генов раннего ответа при ней-рональной активности является ген этой протеазы [2]. Увеличение экспрессии этого гена связано с различными проявлениями активности нейронов, в том числе с выработкой долговременной потен-циации (LTP) [2], а также с улучшением пространственного обучения у животных [3]. В дальнейшем было показано, что в гиппокампе дефицитных по tPA мышей сама долговременная потенциация существенно изменяется [4]. Показано, что tPA вызывает значительные структурные перестройки в дендритах и аксоне нейронов гиппокампа [5], а увеличение активности протеазы в амигдале сопровождается структурными перестройками нейронов [6], что, в свою очередь, приводит к изменению эмоционального статуса животных. В мозжечке крыс после выработки сложных моторных навыков увеличивается экспрессия tPA [7]. С другой стороны, tPA вызывает увеличение повреждения головного мозга после ишемии [8] и опосредует часть эффектов при экзайтотоксическом повреждении [9]. Таким образом, к настоящему времени убедительно продемонстрировано, что tPA принимает участие в структурной нейрональной пластичности в головном мозге.

Идентифицированы некоторые механизмы, с помощью которых tPA оказывает влияние на ней-рональную пластичность. Показано, что tPA расщепляет NR1 субъединицу NMDA рецептора [10] и регулирует кальциевый ток в клетку. Расщепление именно этого рецептора может влиять на выработку LTP. Известно, что часть эффектов tPA опосредована плазмином — протеазой, которую активирует tPA. Так, активация плазмина tPA, в свою очередь, активирует BDNF, трофический фактор, принципиально важный для выработки LTP [11]. Однако не все эффекты tPA опосредованы плазмином. Вероятно, эта протеаза также принимает участие в перестройках внеклеточного матрикса и модуляции определенных рецепторов.

На сегодняшний день участие в процессах ней-рональной пластичности и нейродегенерации показано для ряда других сериновых протеаз. Известно, что в мозге присутствует эндогенный тромбин, и его секреция клетками мозга, судя по всему, имеет большое значение для нейрональной пластичности [12—15]. Более того, повышение концентрации тромбина в нервной ткани, имеющее место при ряде патологических состояний, оказывает деструктивное действие на нейроны и может играть важную роль в патогенезе болезни Альцгеймера, при эпилепсии и паркинсонизме [15—17].

Сериновые протеазы семейства калликреинов также играют важную роль в процессах пластичности головного мозга и при нейродегенеративных состояниях. Так, нейропсин (калликреин 8, KLK8), представитель семейства калликреинов, вовлечен в процессы нейропластичности и выработки LTP [18, 19], а также в процессы эпилептогенеза [20]. Показано, что в гиппокампе мышей, дефицитных по гену нейропсина, наблюдаются определенные морфологические изменения, отражающие, судя по всему, роль этой протеазы в нормальном функционировании синапсов и нейрональной пластичности [21]. Инкубация гиппокампальных нейронов в культуре в присутствии рекомбинантного нейроп-сина также сопровождается морфологическими изменениями, что подтверждает его участие в процессах формирования синапсов [22].

Другим представителем калликреинов, с высоким уровнем экспрессии в головном мозге, является нейрозин (калликреин 6, KLK6). В ряде исследований показано, что данная протеаза может быть вовлечена в процессы нейродегенерации при различных патологиях, таких, как болезнь Альцгейме-ра, паркинсонизм и рассеянный склероз [23]. Обнаружено, что уровень нейрозина снижен у пациентов с болезнью Альцгеймера, и показана потенциальная возможность процессинга белка-предшественника амилоида, APP, этой протеазой [24, 25]. Вовлеченность нейрозина в процессы демиелинизации, возможно, обусловлена тем, что основной белок миелина и олигодендроцитарный гликопротеин миелина являются субстратами этой протеазы [26, 27].

РОЛЬ PAR РЕЦЕПТОРОВ В ФУНКЦИОНИРОВАНИИ КЛЕТОК ГОЛОВНОГО МОЗГА (НЕЙРОНАЛЬНАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ, НЕЙРОДЕГЕНЕРАЦИЯ)

Несмотря на то, что внеклеточный протеолиз, приводящий к модификации внеклеточного мат-рикса и морфологии синапсов, принято рассматривать как один из важнейших механизмов, участвующих в развитии LTP, важным механизмом действия экстраклеточных протеаз на LTP является активация специфических рецепторов. Более того, активация рецепторов протеазами имеет непосредственное отношение к механизмам, приводящим к нейродегенерации. Одним из таких путей воздействия протеолитических ферментов, в первую очередь, тромбина, является активация так называемых протеазных рецепторов, PARs (protease activated receptors) — уникального класса сопряженных с G-белками рецепторов, повсеместно представленных в различных типах тканей и клеток [28]. Уникален в первую очередь механизм их активации, изученный на примере рецептора к тромбину, PAR1 [29] и, как выяснилось, общий для всех четырех известных в настоящее время представителей семейства, PAR1-4 [30]. Активирующая протеаза связывается с внеклеточной частью рецептора и отщепляет от него N-концевой фрагмент; при этом новый N-конец рецептора работает как собственный ли-ганд, взаимодействуя с участком второй экстраклеточной петли рецептора, что приводит к конформа-ционным изменениям и активации рецептора. PAR рецепторы отличаются по способности различных протеолитических ферментов их активировать. Так, тромбин является активатором PARI, PAR3 и PAR4, а трипсин активирует PAR2 и PAR4 в различных типах клеток [28]. Инактивация PAR рецепторов может происходить по механизму, сходному с механизмом активации, а именно, с помощью протео-лиза [31]. На разных типах клеток показано, что катепсин G может либо активировать, либо инакти-вировать PAR1 рецептор [31], а катепсин G и эла-стаза могут инактивировать PAR3 [32]. Такая разнонаправленная регуляция связана с тем, что одна и та же протеаза может расщеплять рецептор в различных сайтах, как активирующем, так и инактивиру-ющем, и конечный результат зависит от эффективности протеолиза в той или иной позиции. При этом инактивация рецепторов может происходить как за счет отщепления от рецептора участка взаимодействия с активирующим пептидом, предотвращая дальнейшее связывание пептида с рецептором [31], так и за счет протеолитического отщепления N-концевого фрагмента, отличного от фрагмента, необходимого для активации [33]. Изучены механизмы сенситизации и десенситизации PAR рецепторов [30]. Сенситизация опосредована необратимой деградацией рецептора, сигналлингом с участием протеинкиназы С и эндоцитозом с последующим расщеплением в лизосоме, а десенситиза-

ция — синтезом новых рецепторов и встраивании новых рецепторов в мембрану с помощью комплекса Гольджи [30].

Следует отметить, что гексапептиды, соответствующие образованным вследствие протеолитиче-ской активации N-концевым последовательностям PARI, PAR2 и PAR4 рецепторов (так называемые активирующие пептиды, PAR-AP) обладают свойствами лигандов и способны активировать соответствующие рецепторы без участия протеаз. Более того, PAR-AP обладают способностью активиров

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.

Показать целиком