БИОХИМИЯ, 2006, том 71, вып. 2, с. 157 - 172
УДК577.1: 547.97
СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ КАРТИРОВАНИЕ
а-ФЕТОПРОТЕИНА
Обзор
© 2006 г. А.А. Терентьев*, Н.Т. Молдогазиева
Российский государственный медицинский университет, 117997Москва, ул. Островитянова, 1; факс (495)434-0588, электронная почта: aaterent@mtu-net.ru
Поступила в редакцию 11.11.04 После доработки 18.07.05
а-Фетопротеин (АФП) является основным онкофетальным белком млекопитающих, в небольшом количестве содержащимся в норме у взрослых особей и принадлежащим к семейству белков альбуминоидных генов, наряду с сывороточным альбумином, витамин Д-связывающим белком и а-альбумином (афамином). Несмотря на то что физико-химически и иммунохимически АФП достаточно хорошо изучен, его биологическая роль в эмбрио- и канцерогенезе, а также во взрослом организме, включая механизмы его функционирования, до сих пор не выяснена. В течение последних десяти лет осуществляются попытки изучения биологической роли АФП путем идентификации его функционально важных участков. С помощью сравнения первичной структуры АФП и ряда физиологически активных белков показано существование в их полипептидных цепях сходных участков. На этом основании предсказано существование целого ряда функций АФП, т.е. его полифункциональность. Локализация функционально важных участков с определением их аминокислотного состава и вида биологической активности позволяет составить структурно-функциональную карту АФП. Часть пептидных фрагментов АФП человека получена синтетическим путем и изучена в различных тестах биологической активности. Обзор посвящен обобщению и анализу данных по изучению структурно-функциональных взаимосвязей, а также описанию функционально важных участков АФП, полученных разными группами авторов в течение последнего десятилетия. Приводится структурно-функциональная карта АФП с указанием как экспериментально подтвержденных, так и предполагаемых биологически активных участков.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: АФП, а-фетопротеин, пептидные фрагменты, структурно-функциональное картирование, полифункциональность.
а-Фетопротеин (АФП) — основной сывороточный белок, характерный для эмбрионального периода развития всех представителей класса млекопитающих и, возможно, всех позвоночных. АФП является также наиболее известным опухолевым маркером, обнаруживаемым с высокой специфичностью у больных с первичным раком печени и тератокарциномой [1—4], и в течение почти полувека, прошедшие со времени его открытия, является объектом интенсивных исследований. К настоящему времени выделены, очищены разными способами и охарактеризованы АФП человека и некоторых видов животных, в том числе мыши, крысы, кролика, морской свинки и др. (см. обзоры [5—7]). Для девяти видов млекопитающих: человек, шимпанзе, горилла, лошадь, собака, свинья, сурок, мышь и крыса, полностью расшифрована первичная структура АФП (базы данных 8ш58-Рго1;,
* Адресат для корреспонденции и запросов оттисков.
TrEMBL). Однако биологическая роль АФП во время эмбрионального развития, а также во взрослом организме (в норме и в процессе канцерогенеза) до сих пор остается до конца не выясненной.
Современные базы данных (SwissProt, TrEMBL, PIR и др.) и компьютерные программы (BLAST, FASTA, ClustalW и др.) обеспечивают исследователей набором необходимых инструментов для осуществления сравнительного анализа первичных структур белков и пептидов c целью обнаружения в их составах сходных аминокислотных последовательностей и выявления функционально важных участков. Предполагается, что белки, обладающие сходными (одинаковыми) функциями, характеризуются наличием в их первичных структурах ответственных за эти функции участков со сходной аминокислотной последовательностью. Обычно это короткие сегменты полипептидной цепи, состоящие из нескольких (до 10—15) аминокис-
лотных остатков (а.о.). Анализ структурно-функциональных взаимосвязей между различными белками позволяет предсказать возможные функции белка на основании обнаружения в его составе аминокислотных последовательностей, сходных с последовательностями других физиологически активных белков.
В начале 1990-х годов американский ученый Мизеевский [8, 9] предложил гипотезу «модульной кассеты», согласно которой молекула АФП состоит из набора структурно и функционально различимых элементов, представляющих собой короткие аминокислотные последовательности, плотно упакованные в полипептидной цепи белка. В качестве первых таких элементов были предложены сигнальные участки, сходные с мотивами гетеродимеризации ядерных стероидных и тиреоидных рецепторов, выявленные в составе АФП человека. На основании данных о высокой аффинности АФП мыши и крысы к эстрогенам [10—13] проведен сравнительный анализ первичных структур а-фетопротеина и рецептора для эстрогенов (ЭРа). Оказалось, что на С-конце ДНК-связывающего домена ЭРа, вблизи его основного эстрадиолсвязывающего участка, находятся участки для связывания ряда белков теплового шока (HSP — heat shock proteins). В составе АФП человека выявили пептидный сегмент, состоящий из 34 а.о. и содержащий аминокислотные последовательности, сходные с функционально важными участками HSP-70 [14]. Впоследствии этот пептидный фрагмент получили с помощью химического синтеза на твердой фазе и обозначили Р149. Биологическое тестирование пептида показало, что он ингибирует эстрогензависимую пролиферацию клеток и рост эстрогензависимых опухолей, поэтому был назван пептидом, ингибирую-щим рост (или GIP — growth inhibitory peptide). В последующем в составе АФП человека выявили аминокислотные последовательности, сходные с последовательностями функционально важных участков некоторых факторов роста и белковых гормонов, ингибиторов циклинзависи-мых киназ, белков экстрацеллюлярного матрик-са и др. [7—9, 14—19]. Обнаружение в первичной структуре АФП и ряда физиологически активных белков сходных аминокислотных последовательностей позволяет сделать предположение о том, что они могут обладать сходными функциями. В целом, в составе АФП обнаружено более 20 типов функционально важных участков, активность части из которых лишь предсказана, а другой части — подтверждена в различных экспериментальных моделях. При локализации биологически важных участков АФП человека некоторые исследователи используют нумерацию
полной, незрелой, другие — зрелой, без сигнального пептида молекулы. Причем, при нумерации зрелой молекулы АФП порой не учитываются последние уточнения ее аминокислотного состава, согласно которым она состоит из 591, а не 590 а.о., как считалось ранее [20].
В предлагаемом обзоре мы попытались упорядочить и свести к единой нумерацию аминокислотных остатков пептидных фрагментов АФП человека, используя нумерацию полипептидной цепи зрелой молекулы с учетом современных уточнений (SwissProt 02771). Проведено обобщение и анализ данных по исследованию структурно-функциональных взаимосвязей, а также описаны наиболее изученные биологически активные участки АФП, выявленные разными группами авторов в течение последнего десятилетия, и представлена структурно-функциональная карта АФП человека (см. рисунок).
СТРОЕНИЕ а-ФЕТОПРОТЕИНА
а-Фетопротеин впервые обнаружен в 1956 г. Бергстрандом и Кзаром при электрофорезе на бумаге белков сыворотки крови плода человека как фракция, обладающая подвижностью а-1-глобулинов [21]. Иммунохимическая идентификация АФП в качестве эмбрионального белка осуществлена Мюрал и Руле в 1961 г. [22]. Интерес к АФП резко возрос после обнаружения его синтеза в организме взрослых особей в процессе канцерогенеза. В 1959 г. в лаборатории Г.И. Абе-лева выявили антиген, специфичный для химически индуцированной гепатомы у мышей. В 1962 г. этот антиген обнаружили в амниотичес-кой жидкости, экстрактах ткани печени и сыворотке крови эмбрионов мышей. Стало ясно, что клетки гепатомы вырабатывают и секретируют в кровь эмбриоспецифический а-глобулин. В том же году на VIII Всемирном конгрессе по проблеме рака эти данные были обсуждены и опубликованы год спустя [1]. В 1963 г. в материалах I Всесоюзного биохимического съезда были опубликованы данные об обнаружении Ю.С. Татариновым эмбриоспецифического а-глобу-лина (названного впоследствии а-фетопротеи-ном, АФП) в крови взрослых людей, больных первичным раком печени [2].
Во время эмбрионального развития АФП синтезируется, в основном, печенью плода и висцеральной энтодермой желточного мешка. В некоторой степени на отдельных стадиях внутриутробного развития он может синтезироваться эмбриональной почкой, поджелудочной железой и энтодермой желудочно-кишечного тракта [23—25]. Концентрация АФП нарастает и
CBSI...................
HMS2 / Y-E-N-
(19)1 XVIII
сигнальным пептид
,R-\S-E-T-F-N-L-L-F-I-L-F-I-S-E-V-W-K-M ..EGFLS
'__HMS1
-. 4I-A-S-l|-L-D-S-Y-Q' I-,50
/ ^ К-Е -1 -A-T-L-A-D4K-V-M-K-S-V-E -К-Y
">ve-q-s-s-g-c-l-e-n-)q-l'
PRS
-L-A-D-L-A-T-X-E, -V-F-Q-A
-t-a|j;
A-F-L-Ej-E-L-C-H-E-K-E-I-L^
I
-S-C-C-D-S-H-G-Y^*
R-H-N-C-F-L-^
P P P VP
?! V-Q-F-I/ ^I-S-A' ^T' \C-K-
V
C-E-A-Y-EH
-D-R-E-T-F-M-N-K-F-I-Y-E-I
„^A-K-C-C-S
r\t-T-,
I-I-K-D-Y-R-A-A-W-L-L-I-T
Aa.
X-L-F''5
-C-F-Q-T-K-A-A-T-V-T, 200
4
к
H-Q-N-L-L-S-S-jjT-R-LfE^
......LRE ............
C-A-V-Щ—K-N-F-G-T-R-T-F-Q-A-l-T-V-T
j __-T.nv ---В
^^C-C}H-E-H-V-H-A4V}D-L]:V-L-K-Q|-I-E-T-F-N-V-K-T'/ _I | - I | _,.........BBS2
Cfbj-Q|^-GrE-K|-I-M-S-Y-I-C-S-Q-Q-D-T-L,[
ZBS
CBS?
DGEK L-B1
pJ-R-D-dib-F-
..^йг.яЕ
1-
T-L-K-C-C-E-T-I-K-N/ I 300
4E-R-G-Q-C-I-I-H-A\
]|l-f- R-N-lJ-N^ S-L-G -E^ ^K-E-D-N^
3-Е -K~N|- I -F-L-A-,
S-F-V-H-E
^T-Q-F-C-K-E-L-b)-E-Q-Y-GfK-A-V-R-b-IfV-S-vjA-b-Q
jY^i
-v{A
\ ,L-E-C-Q+D-K-G-E-E-E-L-Q{-~ ABS ""'L-A (ILRVAK) MHHD1
■r-k-a-l-a-q-s-e-q-i-y/
1 S 400 ......-MPS
.............X-t-G-L-F^Q-K-L-G-E-Y-Y-L-Q-N-A-F-L-V-A-Y-T-K-K-^
S^O-C-d-T-A-A-T-A-A-M-K-R-T-I-A-M-L-E-js-S-T-L-O-P^
""T,-C-Q-A-q4G-V-A-L-Q-t-M-K-Q4 E-F-L- I -N+L-V-K-Q ..... ......-I- 1—1 1
-,g-o-c-c-k-e-lIl-g-s-f-d-a-i-v -A-E-L-O-E-E-fT-I-O-^
i 1 ^Q-E-V-C-F-A-E -E-G-Q-K-L-1 ч s V-G-L-A-A-R-T-K/ KLS3
Структурно-функциональная карта а-фетопротеина человека (первичная структура АФП представлена по оп
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.