научная статья по теме ОСОБЕННОСТИ НЕЙРОТРОПНОГО ДЕЙСТВИЯ ТРОМБИНА Биология

Текст научной статьи на тему «ОСОБЕННОСТИ НЕЙРОТРОПНОГО ДЕЙСТВИЯ ТРОМБИНА»

УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2004, том 35, № 3, с. 37-49

УДК 612.014.2.017+591.88

ОСОБЕННОСТИ НЕЙРОТРОПНОГО ДЕЙСТВИЯ ТРОМБИНА

© 2004 г. О. П. Балезина, Н. Ю. Герасименко, Т. Н. Дугина, С. М. Струкова

Кафедра физиологии человека и животных Московского Государственного Университета

Рассмотрены особенности функциональной активности тромбина в центральной и периферической нервной системе. Описано семейство специализированных мембранных рецепторов тромбина - так называемых PARs (Proteinase Activated Receptors), их представительство в отделах ЦНС. Сопоставлены зависимые от концентрации и активности PAR-рецепторов нейропротекторные и повреждающие эффекты тромбина в ЦНС. Представлены литературные и собственные данные о возможном присутствии PARs в составе периферической нервной системы (ПНС), о способности эндогенного и экзогенного тромбина, а также пептида-агониста PAR -рецепторов влиять на регенерацию периферических нервов. Обсуждаются перспективы стимулирования in vivo регенерации нервов с использованием экзогенного тромбина и синтетических агонистов PAR-рецепторов.

В современной неврологии и нейрофизиологии ведется активный поиск фармакологических средств, обладающих свойствами ростовых ней-ротрофических факторов, способных ускорить процесс регенерации аксонов и переживания нейронов после их повреждения [6, 44, 48]. Среди перспективных препаратов нейротрофического действия в последнее время называют сериновые протеиназы, у которых наряду с протеолитичес-кой активностью в отношении специфических белковых субстратов обнаружена и сигнальная функция. К таким протеиназам наряду с урокина-зой, тканевым активатором плазминогена, трипсином относится и тромбин [3, 4, 9].

Тромбин известен как мультифункциональная молекула, образующаяся локально из протромбина в месте повреждения или воспаления сосуда и превращающая фибиноген в фибрин, а также активирующая кровяные пластинки [4]. Наряду с этим известно множество других функций тромбина: выступать в качестве фактора адгезии и хемотаксиса для нейтрофилов, макрофагов, моноцитов, индуцировать митозы глиальных и других клеток, видоизменять морфологию глиальных клеток, способствовать ретракции нейритов и т.д. [3, 4, 13, 19, 63, 64, 66, 77]. В последнее десятилетие была открыта принципиально новая функция тромбина - его способность изменять состояние нервных клеток в норме и патологии через активацию специальных мембранных рецепторов к тромбину, находящихся на поверхности нервных и глиальных клеток [13, 30, 42, 50, 67]. Далее будут представлены данные литературы и собственные эксперименты, демонстрирующие рецептор-ные нейротропные эффекты тромбина в ЦНС и ПНС.

ОСОБЕННОСТИ ДЕЙСТВИЯ ТРОМБИНА НА МЕМБРАННЫЕ РЕЦЕПТОРЫ

Тромбин относится к сериновым эндопептида-зам, катализирующим расщепление пептидных связей основных аминокислот, преимущественно аргинина. Тромбин представляет собой глико-протеид (содержащий около 5% углеводов) с молекулярной массой 37000. Молекула тромбина состоит из двух полипептидных цепей (А- и В-це-пи), соединенных дисульфидной связью. Активный (протеолитический) центр тромбина локализован в В-цепи. Триаду активного центра фермента образуют Ser205, His 43 и Asp99 [4].

Среди других сериновых протеиназ семейства трипсина тромбин отличает высокая специфичность в отборе расщепляемых субстратов и пептидных связей, которая обусловлена наличием в молекуле наряду с классическим активным центром дополнительного центра связывания - узнавания субстратов и рецепторов [3, 4, 5]. Субсайты этого центра узнавания - анионсвязывающий эк-зосайт-1, называемый также участком узнавания фибриногена, и анионсвязывающий экзосайт-2, называемый участком связывания гепарина. Анионсвязывающий экзосайт-1 играет важную роль в связывании тромбина с фибриногеном и фибрином, тромбомодулином, кофактором II гепарина, гирудином, а также с мембранными рецепторами, активируемыми протеиназами, а эк-зосайт-2 - с гепарином [4, 5, 9].

В 90-е годы были описаны и выделены мембранные рецепторы тромбина - так называемые PARs (от англ. "Protease Activated Receptors") [10, 13, 16, 31, 42]. Эти структуры представляют собой семидоменные трансмембранные рецепторные белки, сопряженные с G-белками [28, 30]. Передача сигнала внутрь клетки при действии тромбина на PARs может происходит путем активации

{cAMP

СРТ)

i [Ca]1+, PKC TyrK

\cAMP

(¡p

к [Ca]1+, PKC TyrK

Рис. 1. Схема организации PARl-рецептора, его связи с G-белками и взаимодействия с тромбином и TRAP6. А - начальный момент связывания тромбина с N-концевым доменом(показан стрелками) и "отрезания" тромбином N-кон-цевого участка. Б - взаимодействие "привязанного лиганда" с молекулой PAR, приводящее к активации G-белков и внутриклеточных каскадов (подробности см. в тексте). В - активация PAR1 с помощью TRAP6 - гексапептида (SFLLRN), являющегося агонистом PARl-рецептора и связывающегося непосредственно с активным центром PAR 1.

разных типов G-белков, фосфолипазы С и адени-латкиназы, с последующим образованием IP3, протеинканизы С, ц-АМФ, повышением уровня внутриклеточного кальция и других мессендже-ров [71, 72, 73, 77]. Следует подчеркнуть, что PARs существенно отличаются от других известных семидоменных трансмембранных рецептор-ных белков уникальным механизмом активации, -с помощью так называемого "привязанного лиганда". На первом этапе активации своего рецептора (рис. 1, А) тромбин связывается с определенным участком ^-концевого внеклеточного домена рецептора и гидролизует пептидную связь между аргинином и серином во внеклеточном ^-концевом домене. В результате этого отщепляется небольшой конечный пептидный фрагмент на N-конце и экспонируется новая ^-концевая последовательность, которая и служит "привязанным лигандом". "Привязанный лиганд" связывается с активным центром своей молекулы PAR. Активный центр находится в области второй внеклеточной петли рецепторной молекулы. Связывание приводит к конформации молекулы PAR и активации G-белков (рис. 1, Б,В).

В настоящее время известно четыре типа PAR [74]. Наиболее изучен PARI -рецептор. Его внеклеточный N-конец содержит два важных домена: домен, подобный участку гирудина (K52YEPF), комплементарный анионсвязывающему экзосай-ту тромбина, и участок, расщепляемый тромбином (LDPR41S). Участок, структурно сходный с фрагментом гирудина, обеспечивает эффективное узнавание тромбином молекулы рецептора. Связанный с рецептором тромбин расщепляет пептидную связь Arg41-Ser42. Вторая внеклеточная петля содержит несколько остатков, важных для лиганд-рецепторного взаимодействия. Внутриклеточные петли являются участками узнавания

G-белка, а цитоплазматический С-конец белковой молекулы содержит несколько участков для фосфорилирования, инактивации и интернализа-ции рецептора (рис. 1, А,В).

PAR2 - единственный рецептор этой группы, который не активируется тромбином. Наиболее изученные агонисты PAR2 - трипсин и триптаза тучных клеток, хотя этот рецептор может активироваться также факторами свертывания крови -Ха и Vila в комплексе с тканевым фактором [11]. Недавно показано, что именно PAR2 - рецепторы периферических аксонов участвуют в формировании болевых и ноцицептивных сигналов на периферии [34, 38, 50, 69], а также в процессах воспаления в нервной системе [59].

PAR3 содержит последовательность, комплементарную анионсвязывающему экзосайту тромбина, а PAR4 не содержит этой последовательности, поэтому PAR4 человека активируется в ~100 раз более высокими концентрациями тромбина, чем PAR1 [16].

Для современной неврологии весьма важен тот факт, что для PAR1-, PAR2- и PAR4-рецепто-ров уже синтезированы низкомолекулярные пеп-тиды-агонисты, последовательность аминокислот которых идентична таковой в "привязанном лиганде". Синтетические пептиды-агонисты PAR1, PAR2 и PAR4 в отличие от самого тромбина способны активировать PAR-рецепторы по механизмам, независимым от расщепления рецепторов тромбином. Как правило, для этого приходится использовать их в значительно больших (на 35 порядков) концентрациях. К числу синтетических пептидов относится, например, гексапептид Ser-Phe-Phe-Leu-Arg-Asn-NH2, получивший название TRAP6. На рис. 1,С показано взаимодействие

такого пептида-агониста непосредственно с активным центром молекулы PAR.

ПРЕДСТАВИТЕЛЬСТВО ТРОМБИНА И PARS В НЕРВНОЙ СИСТЕМЕ

В настоящее время рецепторы тромбина (PARs) выявлены в составе различных отделов ЦНС как на нейронах, так и на глиальных клетках [41, 50, 58]. Экспрессия мРНК PARI обнаружена в мозге крысы в поздний эмбриональный и ранний постнатальный периоды. В мозге взрослых крыс экспрессия PARI наблюдается в мезен-цефальных дофаминергических нейронах, ядрах таламуса и ствола мозга, обонятельных луковицах и клетках Пуркинье мозжечка [50]. В работах Никлоу и соавт. [48], Стриггов и соавт. [60, 61] описана экспрессия всех четырех типов рецепторов PAR в коре, гиппокампе, таламусе, гиппота-ламусе, миндалине и стриатуме. Высокий уровень экспрессии PARI выявлен в гиппокампе, коре и миндалине, в меньшей степени PARI экспрессиру-ется и в других исследованных авторами областях мозга. PAR2 и PAR3 обнаружены в гиппокампе, коре, миндалине, таламусе, гиппоталамусе и стриатуме [80]. Экспрессия PAR4 наблюдается во всех этих областях, кроме стриатума [50, 62, 64, 67, 71, 73].

Ванг и соавт. [73, 74] продемонстрировали совместную экспрессию всех четырех типов PAR-ре-цепторов тромбина в культуре астроцитов. Было показано, что при активации всех четырех типов PAR-рецепторов в астроцитах может повышаться уровень ионизированного кальция. Избирательную активацию рецепторов проводили с помощью тромбина, трипсина, пептидов-агонистов. Увеличение внутриклеточной концентрации кальция под действием низких концентраций тромбина (1.5 нМ) было опосредовано активацией преимущественно PARI, так как блокада этого типа рецепторов практически полностью снимала прирост уровня внутриклеточного кальция в глиальных клетках.

Наряду с исследованиями экспрессии рецепторов тромбина активно изучается вопрос о возможном образовании самого тромбина и его специфического ингибитора нексина-1 в составе нервной тка

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»