Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ПАРАТГОРМОН-РОДСТВЕННЫЙ ПРОТЕИН. 2-е издание переработанное и дополненное

Курзанов А. Н., Ледванов М. Ю., Быков И. М., Медведев В. Л., Стрыгина Е. А., Бизенкова М. Н., Заболотских Н. В., Ковалев Д. В., Стукова Н. Ю.,

1.2.1.1. Структурно-функциональные характеристики рецептора PTH1R

Зрелая мРНК кодирует белок, состоящий из 593 аминокислот, включая N-концевой сигнальный пептид из 22 аминокислот, который удаляется во время внутриклеточного процессинга. Основная белковая топология определяется относительно крупным N-концевым внеклеточным доменом из 165 аминокислот, который опосредуeт индуцированные агонистами рецептора события активации и сигнальной трансдукции, областью трансмембранного домена, и C-концевым доменом содержащим около 130 аминокислот, который содержит сайты, участвующие в опосредовании индуцированных лигандом событий интернализации, переноса и терминации сигнала (Gardella T.J., Vilardaga J.P., 2015).

Общий рецептор PTH1R специфически взаимодействует с N-концевым доменом обеих молекул. ПТГ(PTH) и ПТГрП (PTHrP) связываются у млекопитающих с PTH1R с неразличимой аффинностью и оба лиганда стимулируют аденозин 3′ 5′-циклический монофосфат (цАМФ) и инозитол 1,4,5-трифосфат (IP3) с эквивалентной эффективностью (Juppner H., 1999).

Рецептор PTH1R принадлежит к определенному классу гептагелических G-белков, к которым также относятся рецепторы ряда других пептидных гормонов (Juppner H., 1999). Мембранный мультидоменный рецептор PTH1R относится к семейству ПТГ суперсемейства В, входящего в класс G-протеин-сопряженных рецепторов (GPCR), (по данным Европейского института биоинформатики (Хинкстон, Великобритания) и Информационного ресурса белков (PIR) (Вашингтон, США). Cуперсемейство В, входящее в класс GPCR состоит из 15 различных рецепторов, каждый из которых
распознает пептидный лиганд умеренного размера (Alexander S.P. et al., 2013). Недавняя оценка GPCR семейства B в геномах различных видов беспозвоночных обнаружила предполагаемые рецепторы у насекомых и нематод, которые совпадают с подгруппой GPCR семейства B человека, включающей PTHR1. Рецепторы семейства ПТГ демонстрируют наивысшую степень сходства последовательностей с другими рецепторами гормонов, принадлежащими к подсемейству рецепторов В1, которое включает рецепторы кальцитонина и родственных пептидов, кортикотропин-рилизинг-гормон и родственные пептиды, желудочный ингибиторный полипептид, глюкагон и родственные пептиды, гормон-рилизинг-гормон роста, гормон паращитовидной железы и родственные пептиды, пептид, активирующий аденилатциклазу гипофиза, секретин и вазоактивные кишечные пептиды. Кроме того, рецепторы семейства ПТГ имеют другие особенности, которые характерны для подсемейства рецепторов B1, включая потенциальную сигнальную последовательность и гидрофильный внеклеточный домен в аминоконце, который вносит значительный вклад в связывание лиганда (Harmar A.J., 2001; Usdin T.B. et al., 1995).

G-белок-связанные рецепторы являются наиболее распространенными рецепторами клеточной поверхности в геноме человека для гормонов, нейротрансмиттеров, сенсорных стимулов (свет, запахи, молекулы вкуса) и до 50 % современных клинических фармпрепаратов. Связывание лиганда (агониста) с GPCR запускает активацию гетеротримерных G-белков (Gαβγ), которые, в свою очередь, вовлекают и/или регулируют внутриклеточные сигнальные пути. GPCR опосредуют клеточный ответ на различные внеклеточные раздражители. (Bockaert J. and Pin J.P., 1999; Техан B.G. et al., 2014). Структурно рецепторы класса GPCR представляют собой полипептидную цепь с экстра-интрацеллюлярными петлями и семью α-спиральными трансмембранными доменами, N- и C-концевыми свободными доменами с переменными внеклеточными и внутриклеточными элементами (Bockaert J., Pin J.P., 1999; Fredriksson R. et al., 2003; Shigeta R. et al., 2003). GPCR локализованные на плазматической мембране, служат «глазами и ушами» клетки. Соответственно, GPCR имеют лиганд-связывающие элементы, открытые на внеклеточной стороне. Передача сигналов большинства GPCR через G-белки заканчивается фосфорилированием активного рецептора специфическими киназами (GPCR-киназами или GRK) и последующим связыванием белков аррестина, которые селективно распознают активные фосфорилированные рецепторы. Эффекты G-белков опосредованы либо через ионные каналы, либо ферменты, так что активация одной эффекторной молекулы вызывает движение многочисленных ионов через плазматическую мембрану или превращение многих молекул субстрата в продукт, обеспечивая дальнейшее усиление сигнала. Однако все, что делает клетка, стоит энергии. Таким образом, как только клетка получает сообщение, начинается реализация биологически целесообразной реакции прекращения передачи сигналов. В случае GPCR быстрое выключение сигнала осуществляется с помощью консервативного двухэтапного механизма: фосфорилирование рецептора с помощью GRK с последующим связыванием с аррестинами, роль которых в терминации передачи сигналов GPCR, опосредованных G-белком, хорошо известна и состоит в прекращени («арест», отсюда и название) передачи сигналов GPCR через G-белки (Carman C.V. and Benovic J.L., 1998). Недавние структурные данные выявили молекулярную основу конкуренции между G-белками и аррестинами: оба задействуют одну и ту же спиральную полость на цитоплазматической стороне рецептора Carpenter B. et al., 2016; Liang Y.L. et al., 2017; Zhou X.E. et al., 2017), так что связывание одного исключает связывание другого. Связанные G-белки легко диссоциируют от рецептора в присутствии GTP, а аррестины – нет. Так, в случае активных фосфорилированных GPCR, которые аррестины связывают с высокой аффинностью (Gurevich V.V. and Gurevich E.V., 2004; 2019), аррестины легко побеждают в конкуренции с G-белками.

Показано, что внеклеточный Ca²⁺ действует как положительный аллостерический модулятор передачи сигналов PTH1R, который регулирует устойчивую продукцию цАМФ. Равновесные и кинетические исследования лиганд-связывания и активации рецептора продемонстрировали, что Ca²⁺ продлевает время пребывания лигандов на рецепторе и таким образом увеличивает, как продолжительность активации рецептора, так и передачу сигналов cAMP (White A.D. et al., 2019).

PTH1R имеет решающее значение для здоровья человека обеспечивая поддержание гомеостатического контроля уровней Ca²⁺ в сыворотке и имеет несколько необычных сигнальных функций, таких как передача сигналов цАМФ в эндосомах (Sutkeviciute I. et al., 2019). Ряд исследований выявили измененные способы передачи сигналов 3′, 5′-циклического монофосфата аденозина (цАМФ) для рецепторов, класса GPCR, где временные ответы цАМФ происходят из рецепторов клеточной мембраны, тогда как интернализованные рецепторы продлевают продукцию цАМФ из внутриклеточных мембран (Vilardaga J.P. et al., 2014; Ferrandon S. et al. 2009; Calebiro D. et al., 2009). Первоначально обнаруженная для рецептора PTH1R, который в первую очередь связывается с сигнальными путями Gs/cAMP и Gq/Ca²⁺ и играет центральную роль в регуляции гомеостаза Ca²⁺ и костного обмена, эта модель считается новой парадигмой для сигнализации GPCR, которую можно рассматривать как новую форму смещения сигнализации, поскольку она связана с определенным местоположением и продолжительностью генерации цАМФ (Kotowski S.J. et al., 2011; Eichel K., von Zastrow M., 2018).