БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ, 2015, том 32, № 3, с. 168-174
= ОБЗОРЫ
УДК 612.111.6
БЕЛКОВЫЙ СПЕКТР МЕМБРАНЫ ЭРИТРОЦИТОВ И ЕГО ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ПАТОЛОГИИ
© 2015 г. И. В. Бабушкина12, Ю. И. Пивоваров1, Т. Е. Курильская1, А. С. Сергеева1,
О. П. Ильина2, Г. Б. Боровский3
Научный центр реконструктивной и восстановительной хирургии СО РАМН, 664003, Иркутск, ул. Борцов Революции, 1 2Иркутская государственная сельскохозяйственная академия, 664038, Иркутская область, Иркутский район, пос. Молодежный 3Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАМН, 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 132, а/я 317 Поступила в редакцию 20.01.2015 г.
В мини-обзоре приведены основные сведения о функциях белков мембраны эритроцита. Проанализированы результаты изучения изменений белкового спектра эритроцитов при разных патологиях: гипертонической болезни, метаболическом синдроме, пневмонии и т.д. Обсуждается вопрос, является ли изменение белков мембран типовым или специфическим для разных видов патологий.
Ключевые слова: мембрана эритроцитов, белки, патологии.
Б01: 10.7868/80233475515030020
Транспорт кислорода и углекислого газа уже давно не рассматривается как единственная функция эритроцитов, поскольку известно, что эритроциты способны влиять на процессы микроциркуляции в органах и тканях за счет изменения структурно--функциональных свойств мембраны, определяющих ее деформацию, геометрию, вязкость и текучесть. Нарушение этих характеристик приводит к изменению взаимодействия между красными клетками крови и эндотелием сосудов, что в конечном итоге вызывает снижение диффузии кислорода к клеткам ткани [1, 2].
Известно, что мембрана эритроцитов, как и других клеток, состоит из липидного бислоя, прикрепленных к нему белков и периферических белков, формирующих скелет клетки. Причем взаимодействия между белками и липидным бис-лоем обеспечивают дополнительную стабилизацию мембраны [3, 4].
Учитывая тот факт, что мембрана эритроцита на 40—60% состоит из белков, которые играют важную роль в транспорте веществ, адгезии клеток крови, выполняют сигнальную функцию и обладают ферментативной активностью, наше внимание было сосредоточено именно на белковом компоненте мембраны эритроцита при патологии. Изменение количества и соотношения белков влияет на стабильность мембраны эритроцитов и ее способность к деформации, что сопро-
вождается нарушением транспортной функции, а также может приводить к разрушению красных клеток крови. В связи с чем актуален вопрос, изменение белков мембран это типовая или специфическая реакция для разных видов патологий.
Классический протеомный анализ показал, что мембрана эритроцита содержит около 59 полипептидов и 43 изоформ белков [5]. Однако позднее установили, что протеом зрелых эритроцитов человека включает 340 мембранных белков и 252 растворимых цитоплазматических белка [6]. Белки мембраны эритроцитов можно разделить на периферические и интегральные, в зависимости от их расположения в мембране. Периферические белки включают белки цитоскелета, сохраняющие исходную форму эритроцита. Основными компонентами мембранного скелета эритроцитов являются спектрины (белки полосы 1 и 2), актин (полоса 5), анкирин (белки полос 2.1, 2.2, 2.3), а также белки полос 4.1 и 4.9. Эти белки составляют половину всех мембранных белков.
Спектрин, наиболее важный компонент скелета мембраны эритроцитов, имеет две изоформы (а и в), которые образуют слабо намотанную спираль. Две а- и в-спирали связаны в единый тетра-мер, который формирует сайты связывания акти-новых микрофиламентов, образующих сети на цитоплазматической поверхности мембраны [7]. Высказано мнение, что эластичность мембраны эритроцитов в большой степени зависит от дина-
мической перестройки комплекса димеров спек-трина в тетрамеры под влиянием напряжения сдвига в кровотоке [8]. Спектрины формируют ячейки примембранного цитоскелета, с которым связаны актиновые филаменты [9]. Основные функции спектринов — поддержание формы клеток и обеспечение их устойчивости к деформации, а также контроль латеральной подвижности интегральных мембранных белков. Изменение структурно-функциональных свойств белков ци-тоскелета может использоваться также для передачи сигнала к другим белкам мембраны [10].
Среди белков цитоскелета в отдельную группу выделяют якорные белки (анкирин, белок полосы 4.1), которые опосредуют прикрепление белков цитоскелета к интегральным белкам [11, 12]. С помощью анкирина спектрин связывается с мембраной через белок полосы 3. Степень фосфо-рилирования анкирина обусловливает его связывание с другими белками цитоскелета. Этот механизм регулирует в том числе форму и деформируемость эритроцита. Фосфорилирование анкирина сАМР-зависимой протеинкиназой значительно снижает его сродство к спектриновым димерам и при участии цитоплазматического домена анион-транспортного белка увеличивает степень формирования спектриновых тетрамеров и олигомеров. Селективный протеолиз анкирина приводит к конформационным перестройкам не только ци-тоскелетных, но и интегральных белков. Показано, что удаление терминальных доменов анкири-на в результате протеолиза либо альтернативного сплайсинга мРНК белка полосы 2.2 может играть физиологическую роль в эритроцитах во время их созревания. Белок полосы 2.2 — это активированная форма анкирина, которая имеет более высокое сродство к спектрину и высокое сродство к анионтранспортному белку [13, 14].
Главная функция белка 4.1 в мембране состоит в стабилизации взаимодействия спектрина с актином при формировании основных связующих компонентов цитоскелета эритроцитов, через которые осуществляется регуляция формы, стабильности и деформируемости клетки. Ключевая роль белка полосы 4.1 проявляется в его множественных белок-белковых взаимодействиях: латеральных — со спектрин/актиновой сетью и вертикальных — с цитоплазматическими доменами трансмембранных белков (гликофорином С, белками полосы 3). Связывание с цитоплазматиче-скими доменами анионтранспортного белка и гликофоринов дополнительно стабилизирует каркас мембраны эритроцитов [15]. В то же время усиление взаимодействия анкирина с анион-транспортным белком приводит к отсоединению белка 4.1 от цитоплазматического домена белка 3. Высказывается мнение, что белок 4.1 служит посредником в передаче внеклеточного сигнала от гликофорина на цитоскелет. Кроме того, белок
полосы 4.1 способствует формированию тройного комплекса с гликофорином С и р55 (белок семейства связанных с мембраной гуанилаткиназ) через мембранносвязывающий домен (30 кДа). В регуляции этих взаимодействий важную роль играет комплекс Са2+ —кальмодулин [16]. Исследования, проведенные in vitro, показали, что взаимодействие между кальмодулином и белком 4.1 может играть важную роль в обеспечении стабилизации других белков, т.е. выполнять шапероно-подобную функцию в зрелых эритроцитах, компенсируя отсутствие белкового синтеза [17, 18]. Фосфорилирование белка полосы 4.1 мембранной киназой и казеинкиназой А может вести к релаксации спектринового цитоскелета и формированию более пластичной мембранной структуры вместе с повышением деформируемости клетки в целом [19]. Известно, что 2,3-дифосфоглицерат способствует взаимодействию в комплексе спек-трин—актин—белок 4.1 [20].
К периферическим белкам также относятся сократительные белки мембраны эритроцитов: актин, тропомодулин, миозин, тропомиозин, строматин [21]. Тропомодулин связывается с одним из концов молекул тропомиозина и предотвращает его взаимодействие с актиновыми фила-ментами [22, 23]. Кроме того, предполагают, что одна из функций белка полосы 7 (тропомиозина) — регуляция взаимодействия спектрина с актином, так как филаменты актина, связанные с тропо-миозином, проявляют низкое сродство к спек-трину [24]. Белки полосы 7 не однородны, при анализе методом двумерного электрофореза они делятся на 10 фракций, из которых наиболее важен стоматин (7.2). Его недостаток вызывает сто-мацитоз, болезнь, связанную с чрезмерной проницаемостью клеточной мембраны [25].
Вторая группа белков включает интегральные, или трансмембранные белки, некоторые из них пронизывают мембрану 1 раз, другие имеют несколько участков (доменов), последовательно пересекающих бислой, и выполняют транспортную, рецепторную и ферментативную функцию.
Одним из основных транспортных белков полосы 3 является анионтранспортный белок (25% клеточной поверхности), который формирует основу (кор) макромолекулярного комплекса интегральных и периферических белков мембраны эритроцитов, обеспечивает перенос анионов
HCO Cl . Анионтранспортный белок связывает мембранный скелет с мембраной клетки, участвуя в образовании комплекса белок полосы 3 — анкирин—спектрин, а также представляет собой основное место, где гемихромы, ферменты гликолиза и гемоглобин связываются с мембраной эритроцита [26, 27]. При деоксигенации эритроцитов смещение анкирина относительно анион-транспортного белка ведет к освобождению спек-
170
БАБУШКИНА и др.
трин-актинового скелета от мембраны. При длительном кислородном голодании этот механизм вызывает образование и отрыв везикул от мембраны [28].
Предполагают, что взаимодействие белка полосы 3 с ферментами гликолиза проходит при участии стыковочных белков. С-концевой участок анионтранспортного белка связывает карбо-ангидразу II, что приводит к двум событиям: поглощению углекислого газа и высвобождению кислорода из гемоглобина. В условиях высокой оксигенации связывание гликолитических ферментов с белком полосы 3 ингибирует гликолиз при усилении пентозофосфатного пути. При низкой оксигенации взаимодействие дезоксигемо-глобина с белком полосы 3 приводит к усилению гликолиза и снижению активности пентозофос-фатного пути [29—33].
Вертикальные и горизонтальные взаимодействия между компонентами мембраны обеспечивают целостность, прочность и деформируемость клетки [34, 35]. В вертикальном взаимодействии участвуют спектрин, белок полосы 3, анкирин и белок 4.2. Нарушение связей между данными белками при уменьшении их количества способствует отрыву от мембраны эритроцитов везикул, что приводит к уменьшению поверхностной площади, увеличению ж
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.