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.,

14.3.3.2. Кальций-чувствительный рецептор и ПТГрП-сопряженные эффекты процесса лактации

Кальций-чувствительный рецептор (CaSR) был впервые клонирован из бычьей паращитовидной железы в 1993 году (Brown E.M. et al., 1993). Это связанный с G-белком рецептор клеточной поверхности с внеклеточным N-концевым доменом, содержащим сайты связывания кальция, соединенным с C-терминальным доменом через семь трансмембранных областей, существенных для его сигнальной функции. CaSR взаимодействует с ионами кальция и обеспечивает реагирование клеток на изменения их внеклеточной концентрации. CaSR человека содержит 1078 аминокислотных остатка (Brown E.M., MacLeod R.J., 2001; Chattopadhyay N. et al., 1996; (Brown E.M., 1991). Он экспрессируется в паращитовидных железах, почках и костях и является неотъемлемой частью регуляции системного метаболизма кальция ((Brown E.M., MacLeod R.J., 2001; Chakravarti B. et al., 2012) Генетические эксперименты показали, что этот рецептор отвечает за восприятие кальция паращитовидными железами и почками и необходим для поддержания уровня циркулирующего кальция и ПТГ (Kantham L. et al., 2009; Loupy A. et al., 2012). CaSR также был обнаружен в широком спектре органов, не вовлеченных в системный гомеостаз кальция в которых CaSR участвует в регуляции ряда клеточных процессов, таких как транспорт ионов, воды, пролиферация, дифференцировка и апоптоз. Одна из функций CaSR в некоторых из этих непаратиреоидных участков, по-видимому, заключается в регуляции продукции ПТГрП.

Одним из сайтов экспрессии CaSR является лактирующая молочная железа (Cheng I. et al., 1998; VanHouten J.N. et al., 2004; 2007). Обнаружено, что экспрессия CaR на эпителиальных клетках молочной железы варьируется в зависимости от стадии развития молочной железы, снижается во время беременности и повышается во время лактации. Во время лактации молочные железы координируют большие потоки кальция из материнского кровотока в молоко обеспечивают передачу большого количества кальция от матери к потомству (Shennan D.B., Peaker M., 2000; Horst R.L. et al., 1997). Эти потоки кальция создают уникальные проблемы для системного метаболизма кальция у матери, а также для клеточной динамики кальция в эпителиальных клетках молочной железы. Материнские потребности в доставке кальция в железу удовлетворяются за счет комбинации поглощения кальция с пищей и сохранения кальция в почках. Материнская адаптация к потребности в кальции удовлетворяется, по крайней мере частично, мобилизацией скелетных запасов кальция посредством ускоренной резорбции кости (Kovacs C.S., Kronenberg H.M., 1997). Как только кальций поступает в молочную железу, он должен транспортироваться по крутому градиенту концентрации в молоко. Детали регуляции этого процесса остаются неполными, но, как полагают, транспорт кальция происходит через трансклеточный путь, включающий аппарат Гольджи и секреторные пузырьки эпителиальной клетки молочной железы (Shennan D.B., Peaker M., 2000; Horst R.L. et al., 1997; Neville M.C., Peaker M., 1982).

CaSR, присутствующий в эпителии молочной железы, играет решающую роль в контроле концентрации кальция в материнской крови во время лактации. CaSR экспрессируется в молочной железе во время лактации существенно интенсивнее по сравнению с периодами девственности и беременности (VanHouten et al., 2007). CaSR экспрессируется на базолатеральной поверхности лактирующих эпителиальных клетках молочной железы и координирует поступление кальция в молоко. Стимуляция CaSR на нормальных клетках молочной железы по механизму обратной связи посредством которой достаточные концентрации кальция в крови, обнаруженные CaSR, ингибирует выработку ПТГрП, который циркулирует, чтобы мобилизовать запасы скелетного кальция для выработки молока (VanHouten J.N., Wysolmerski J.J., 2013; Mamillapalli R. et al., 2013; VanHouten J.N. et al., 2003; 2007). CaSR также экспрессируется в онкотрансформированных клетках молочной железы, где он стимулирует, а не ингибирует секрецию ПТГрП. Было показано, что кальций, действуя через CaSR, может увеличивать секрецию ПТГрП из культивируемых клеточных линий рака молочной железы (Mamillapalli R. et al., 2013; Sanders J.L. et al., 2000). Стимуляция кальциевого рецептора в культивируемых эпителиальных клетках молочной железы ингибирует секрецию ПТГрП, а гипокальциемия, вторичная по отношению к ограничению кальция в рационе, усиливает выработку ПТГрП в молочной железе in vivo. Стимуляция базолатерального рецептора кальция непосредственно увеличивает трансцеллюлярный транспорт кальция в эпителиальных клетках молочной железы in vitro, эффект, который не зависит от изменений в секреции ПТГрП (VanHouten J. et al., 2004).

Изучение взаимосвязи между регуляцией ПТГрП, транспортом кальция и CaR в эпителиальных клетках молочной железы, эти авторы провели в экспериментах на клетках, в которых отсутствовал ген ПТГрП. Передача сигналов CaSR регулирует продукцию ПТГрП эпителиальными клетками молочной железы in vitro. Увеличение экспрессии CaSR в лактирующих и беременных молочных железах сходно с паттерном экспрессии гена ПТГрП в молочной железе (Thiede M.A., Rodan G.A., 1988). В культуре нормальные эпителиальные клетки молочной железы экспрессировали достаточные уровни мРНК CaSR. Увеличение концентрации внеклеточного кальция привело к зависимому от дозы ингибированию секреции ПТГрП из этих клеток. Чтобы определить, опосредовано ли CaSR влияние кальция на секрецию ПТГрП, аналогичные эксперименты были проведены в присутствии неомицина и кальцимиметического соединения NPS R467, представляющего собой аллостерический активатор CaSR, который сенсибилизирует рецептор к более низким концентрациям внеклеточного кальция. Другое соединение, NPS S467 (энантиомер NPS R467), со значительно сниженной активностью в этом отношении (Nemeth E.F. et al., 1998), по существу неактивно при эквивалентных дозах и служит удобным контролем. Неомицин ингибировал секрецию ПТГрП эпителиальными клетками молочной железы, как и NPS R467. Однако NPS S467 этого эффекта не индуцировал. Аналогичным образом, повышающиеся уровни кальция, неомицина и NPS R467 также ингибировали секрецию ПТГрП из иммортализованной, но нетрансформированной линии эпителиальных клеток молочной железы.

Лактирующая грудь также является важным источником ПТГрП (Budayr A.A. et al., 1989; Thiede M.A., Rodan G.A., 1988). Большие количества ПТГрП выделяются в молоко. Кроме того, лактация, по-видимому, является единственным временем, когда ПТГрП обычно попадает в системный кровоток. Он выделяется из лактирующей груди и способствует увеличению скорости резорбции кости (VanHouten J.N. et al., 2003; Sowers M.F. et al., 1996). Потеря костного минерала во время лактации, по-видимому, обеспечивает поддержание постоянного притока кальция к молочной железег для выработки молока. Показано, что активация CaSR на эпителиальных клетках молочной железы снижает выработку ПТГрП и стимулирует транспорт кальция в молоко, повышая активность кальциевой помпы АТФазы 2b (PMCA2) в плазматической мембране (VanHouten J. et al., 2004; 2007; Ardeshirpour L. et al., 2006). CaSR экспрессируется на базолатеральной мембране лактирующих эпителиальных клеток молочной железы, тогда как PMCA2 экспрессируется на апикальной поверхности этих же клеток (VanHouten J. et al., 2004; 2007). Эти данные привели к предложению, согласно которому во время лактации молочная железа становится чувствительным к кальцию органом, который способствует регуляции системного метаболизма кальция и костей (Wysolmerski J.J., 2010). Секретируя ПТГрП, молочная железа обеспечивает мобилизацию скелетного кальция для производства молока. Преполагается, что доставка кальция в молочную железу стимулирует транспорт кальция в молоко и ингибирует дальнейшую секрецию ПТГрП, определяя классическую петлю отрицательной обратной связи между костью и молочной железой.

На данный момент механизмы и обоснование влияния ПТГрП молока на содержание кальция у новорожденных во многом неясны. Тем не менее, одна из гипотез состоит в том, что CaSR молочной железы стимулирует адаптацию материнского и неонатального кальциевого и костного метаболизма к изменениям в доступности кальция в окружающей среде (Mamillapalli R. et al., 2013). Увеличение содержания ПТГрП в молоке может предотвратить развитие гипокальциемии у новорожденных, когда содержание кальция в молоке падает. Таким образом, разрушение CaSR на эпителиальных клетках молочной железы влияет на метаболизм кальция и костей у матери, содержание ПТГрП в молоке, а также накопление кальция у новорожденных. Стимулируя транспорт кальция эпителиальными клетками молочной железы и подавляя выработку ПТГрП в эпителиальных клетках молочной железы, этот рецептор координирует усвоение кальция в молочной железе с метаболизмом кальция у матери во время лактации. Кроме того, обнаружено, что CaR-опосредованная регуляция секреции ПТГрП и кальция в молоко, по-видимому, координирует экономию кальция у матери и новорожденного.

Mamillapalli R. et al., (2013) представили генетическое подтверждение того, что CaSR регулирует выработку ПТГрП и транспорт кальция в молоке с помощью эпителиальных клетках молочной железы во время лактации. Продемонстрировано, что специфичная для молочных желез абляция чувствительного к кальцию рецептора во время лактации изменяет метаболизм кальция у матери, транспорт молока в молоке и накопление кальция у новорожденных. Разрушение CaSR специфически в эпителиальных клетках молочной железы в начале лактации приводило к увеличению продукции и секреции ПТГрП молочной железой и увеличению содержания ПТГрП в молоке. Потеря чувствительного к кальцию рецептора молочной железы также ослабляет транспорт кальция из кровотока в молоко и снижает концентрацию кальция в молоке. В экспериментах с использованием мышей с специфически удаленным CaSR из эпителиальных клеток молочной железы только в начале лактации (мыши CaSR-cKO) получены данные позволившие констатировать, что потеря CaSR в лактирующей молочной железе не нарушала альвеолярную дифференцировку эпителиальных клеток или выработку молока, но при этом зафиксировано увеличение секреции ПТГрП в молоко и уменьшение транспорта кальция из кровотока в молоко. У мышей CaSR-cKO не было ускоренной резорбции кости, но у них наблюдалось снижение костеобразования. Потеря CaSR молочной железы привела к гиперкальциемии, снижению секреции ПТГ и увеличению выведения кальция почками у кормящих матерей. Наконец, потеря CaSR молочной железы привела к уменьшению накопления кальция при сосании новорожденных, вероятно, из-за комбинации повышенного ПТГрП молока и пониженного содержания кальция в молоке. Эти результаты показали, что CaR молочной железы координирует метаболизм материнской кости и кальция, транспорт кальция в молоко и накопление кальция у новорожденных во время лактации. У мышей CaSR-cKO не было ускоренной резорбции кости, но у них наблюдалось снижение образования костной ткани. Эти генетические эксперименты подтверждают, что лактирующая молочная железа становится чувствительным к кальцию органом, который регулирует материнский и неонатальный кальциевый и костный гомеостаз (Mamillapalli R. et al., 2013).

Представленные данные подтверждают, что CaSR регулирует выработку ПТГрП клетками молочной железы. В нормальных клетках молочной железы in vivo ПТГрП экспрессируется на высоких уровнях только во время эмбрионального развития и снова во время лактации (Boras-Granic K. et al., 2011; Wysolmerski J.J. et al., 1998). Предыдущие исследования показали, что лечение кальцием и/или кальцимиметиками подавляло уровни мРНК ПТГрП и секрецию ПТГрП в культивируемых мышиных эпителиальных клетках молочной железы. Кроме того, гетерозиготная глобальная делеция гена CaSR приводила к увеличению продукции ПТГрП в культивируемых клетках (Ardeshirpour L. et al., 2006).