научная статья по теме ОСМОРЕГУЛЯТОРНАЯ ФУНКЦИЯ ПРОЛАКТИНА У РЫБ И ЕЕ ПРОЕКЦИЯ НА МЛЕКОПИТАЮЩИХ Биология

Текст научной статьи на тему «ОСМОРЕГУЛЯТОРНАЯ ФУНКЦИЯ ПРОЛАКТИНА У РЫБ И ЕЕ ПРОЕКЦИЯ НА МЛЕКОПИТАЮЩИХ»

УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2011, том 42, № 4, с. 59-75

УДК 577.175.32

ОСМОРЕГУЛЯТОРНАЯ ФУНКЦИЯ ПРОЛАКТИНА У РЫБ И ЕЕ ПРОЕКЦИЯ НА МЛЕКОПИТАЮЩИХ

© 2011 г. О. В. Смирнова

Лаборатория эндокринологии биологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Москва

В обзоре рассмотрено эволюционное происхождение пролактина и представлена его ключевая роль в осморегуляции у рыб. Проведено сравнение пролактина рыб и млекопитающих в отношении его структуры, продуцирующих пролактин тканей, регуляции секреции гипофизом. У рыб и млекопитающих сопоставлены: особенности структуры рецептора пролактина и индуцируемых им сигнальных каскадов, тканевое распределение и регуляция экспрессии рецептора пролактина. Представлены данные о механизмах реализации ионосберегающей функции пролактина у костистых рыб, на уровне жабр, почки, кишечника и кожных покровов. Приведены факты участия пролактина в регуляции водно-солевого обмена у млекопитающих. Высказано предположение о существовании принципиально сходных механизмов осморегуляции под действием пролактина у рыб и млекопитающих и предложен алгоритм их исследования.

Ключевые слова: осморегуляция, пролактин, рыбы, млекопитающие.

ВВЕДЕНИЕ

Пролактин, открытый в 1928 г., получил свое название по первой обнаруженной для него функции, а именно регуляции лактации. Это стимулировало исследования роли пролактина сначала в женской, а потом и в мужской репродукции, но наложило существенные ограничения на изучение других функций пролактина, и даже многие современные ученые находятся в плену этого названия. Пожалуй, переломным моментом в понимании вовлеченности пролактина в регуляцию процессов, не связанных с репродукцией, было открытие его рецептора, принадлежащего к классу 1 рецепторов цитокинов, обнаружение его продукции клетками иммунной системы и демонстрация вовлеченности пролактина в регуляцию иммунных процессов. В настоящее время известно, что пролактин регулирует разнообразные функции организма, которые можно сгруппировать в две большие категории: связанные с регуляцией размножения и связанные с поддержанием гомеостаза. Если роль пролактина в регуляции репродуктивной функции хорошо изучена, то исследования его участия в регуляции поддержания постоянства внутренней среды только начинают развиваться. Одним из оснований для этого является обнаружение высокого уровня экспрессии рецептора пролак-тина в органах, не относящихся к репродуктив-

ной сфере, в том числе в тканях, вовлеченных гомеостаз воды и солей, осуществляющих экскреторную функцию и ряда других [9, 15, 42, 48].

I. ЭВОЛЮЦИОННОЕ ПРОИСХОЖДЕНИЕ

ПРОЛАКТИНА

Пролактин принадлежит к классу I цитокинов. Этот класс рассматривается как группа общего филогенетического происхождения на основе общего типа укладки белка при низкой степени структурной гомологии и сигнализации через родственные рецепторы цитокинов класса 1. Третичная структура цитокинов класса I характеризуется четырьмя плотно упакованными альфа-спиралями с уникальной организацией в виде антипараллельной ориентации двух последовательных пар (вверх-вверх-вниз-вниз). На основе длины этих спиралей цитокины класса I делятся на цитокины с длинными цепями (пролактин, соматотропный гормон (СТГ), лептин, эритропоэтин, интерлейкины 6,

II, ЬЩ ОБМ, СЫТЕ, СТ-1 и другие) и с короткими цепями (интерлейкины 2, 3, 4 и 13). Пролактин, СТГ, плацентарный лактоген млекопитающих и соматолактин костистых рыб обладают также существенной гомологией первичной структуры и происходят, как считается, от одного предкового гена, возникшего около 850 миллионов лет назад.

Ортологи пролактина идентифицированы у рыб, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих. Гомология первичной структуры пролактина рыб и млекопитающих составляет около 37%. Поскольку единственной общей функцией пролактина, СТГ и соматолактина у рыб является осморегуляция, предполагается, что эта функция была основной исходной функцией для предкового гена этой группы гормонов, хотя не исключается его участие и в регуляции роста [56, 81].

II. ОСОБЕННОСТИ РЕГУЛЯЦИИ

ВОДНО-СОЛЕВОГО ОБМЕНА У РЫБ: РОЛЬ ПРОЛАКТИНА

Костистые рыбы существуют в воде с осмо-лярностью, отличной от осмолярности жидких сред их организма, причем для ряда видов положение осложняется переходом из соленой воды в пресную в период размножения и скатыванием молоди из пресной воды в соленую при половом созревании (эвригалинные или выносящих разную соленость виды). Осмолярность плазмы у эвригалинных рыб в пресной воде несколько ниже, чем в морской (около 310 и 350 мосм/кг, соответственно). Однако в целом осмолярность крови костистых рыб поддерживается на сходном с млекопитающими уровне, несмотря на отсутствие защитного барьера в виде не проницаемого для воды эпидермиса и различную концентрацию солей в окружающей среде. Это происходит за счет регуляции водно-солевого баланса жабрами, почками, наружными покровами и кишечником. В пресной воде кровь рыб является гиперосмоляр-ной по сравнению с окружающей средой и существует опасность избыточного поступления воды в организм и потери ионов. Адаптация к гипоосмо-лярной среде у рыб происходит за счет снижения проницаемости кожных покровов для воды, переключения функций жабр с активной экскреции ими солей на активный захват солей, сниженного потребления воды и продукции большого объема гипотонической мочи [79, 121, 122, 123, 145].

Предполагается, что эволюционно наиболее древней функцией пролактина, наиболее отчетливо проявляющейся у рыб, является регуляция осмолярности. Пролактин является главным регулятором, адаптирующим организм рыб к пресной воде, предотвращая утечку ионов во внешнее гипоосмолярное окружение, способствуя захвату ионов из окружающей среды и препятствуя поступлению воды в организм, что является решающим для выживания и поддержания гомеостаза особи. Пролактин повышает осмолярность плазмы рыб в пресной воде, усиливает задержку ионов натрия и снижает их утечку, повышает концент-

рацию в крови ионов натрия и хлора, оказывает гиперкальциемическое действие, снижает проницаемость осморегуляторных органов для воды за счет влияния на активность жабр (в частности, на изменение типа и количества хлоридных клеток жабр), почки, кишечника, кожи и мочевого пузыря исследованных видов костистых рыб. Пролактин усиливает активность мукозных клеток кожных покровов рыб, которые продуцируют кислые и нейтральные гликопротеиды, участвующие в ос-морегуляции на уровне кожного покрова. Ключевая роль пролактина в выживании рыб в пресной воде впервые показана в опытах с гипофизэкто-мией и заместительным введением гормонов гипофиза: гипофизэктомированные рыбы выживали в пресной воде только после введения пролактина [20, 36, 56, 81, 110, 145]. Хотя у рыб основной функцией пролактина является осморегуляторная, изменения осмолярности среды у эвригалинных видов рыб тесно связаны с изменениями репродуктивного цикла, что дает возможность ряду авторов предположить совместную эволюцию осморегу-ляторной и репродуктивной функции пролактина. Например, стимулируемая пролактином секреция слизи кожей рыб служит не только барьером для проницаемости воды, но у самцов и самок дис-куса является пищей для потомства [25, 66, 98].

III. ПРОЛАКТИН РЫБ И МЛЕКОПИТАЮЩИХ

Ш.1. Сравнение структуры

Пролактин костистых рыб короче пролактина млекопитающих примерно на 12-14 Ж-концевых аминокислотных остатков и не имеет дисульфид-ного мостика в Ж-концевой области белка, однако, положения двух других дисульфидных мостиков консервативны у рыб и млекопитающих, так же как и размер образующихся петель. У осетровых рыб молекула пролактина по длине ближе к млекопитающим и имеет все три дисульфид-ные связи. Все варианты пролактина рыб имеют 4 консервативных домена, характерных для других позвоночных. У тилапии и некоторых других видов рыб выявлено два варианта пролактина -РЯЫ77 и РЛХ188, кодируемые разными генами, с достаточно существенной гомологией последовательностей. Оба варианта пролактина предотвращают утечку ионов натрия и хлора из плазмы и поддерживают ее осмолярность, но у ряда видов отличаются по эффективности действия. Кроме того, соотношение продукции РЛХ177/РЯЬ188 снижается при адаптации к пресной воде по сравнению с морской [81, 110].

Эксперименты по исследованию роли Ы-конце-вых остатков пролактина человека, отсутствующих в молекуле пролактина рыб, показали, что удаление полной Ы-концевой петли (14 аминокислотных остатков) в 2-3 раза снижало сродство ' пролактина к рецептору и способность к его активации, тогда как удаление 13 аминокислотных остатков или менее даже повышало активацию рецептора в отношении транскрипции зависимых генов и пролиферации. Предполагается, что Ы-кон-цевые остатки пролактина не оказывают существенного влияния на типы биологической активности пролактина. В то же время при исследовании функции Ы-концевого фрагмента пролактина (16 КДа пролактин) млекопитающих установлено, что его действие в основном связано с негативной регуляцией ангиогенеза и не связано с осморегу-ляцией [12, 73, 114]. У млекопитающих в отличие от рыб существует несколько изоформ пролакти-на, образующихся в результате альтернативного сплайсинга или посттрансляционного процессин-га, что предполагает увеличение разнообразия его эффектов у высших позвоночных [48, 110].

111.2. Сравнение тканевых источников продукции

Основным местом продукции пролактина рыб являются пролактиновые клетки (гомологи лак-тотрофов) гипофиза, хотя экспрессия мРНК про-лактина выявлена также в кишечнике, печени и гонадах морского карася, а также в почке, жабрах, печени, селезенке, мышце, гонадах и мозге серебряного карася [81, 110].

Так же как и у рыб, основным местом продукции пролактина млекопитающих являются лактотрофы гипофиза, мРНК и/или продукция пролактина обнаружена в коже, включая потовые железы, кишечнике, печени, клетках иммунной системы, гонадах, мозге и в ряде других тканей [11, 40, 48, 71, 99, 130].

111.3. Сравнение регуляции продукции

Осмолярность среды. При миграции адаптированных к соленой воде рыб из морской воды в пресную у них существенно возрас

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

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»