Природа гормонрецепторного взаимодействия

Известно, что связывание пептидных гормонов с их рецепторами на плазматической мембране клеток обусловлено как гидрофоб­ными, так и электростатическими взаимодействиями. О значении гидрофобных эффектов в связывании пептидного гормона с рецептором свидетельствуют температурные влияния на процесс связывания. Для некоторых пептидов, таких, как АКТГ и ангио­тензин II, показана и роль электростатических взаимодействий в связывании с рецепторами. В связывании АКТГ рецепторами надпочечников важную роль играет основной участок молекулы гормона; на связывание ангиотензина II с надпочечниковыми рецепторами также сильно влияет основность N-концевого амино­кислотного остатка. Процессы активации, обусловленные связы­ванием гормона, в свою очередь могут зависеть от электростати­ческих эффектов. Так, низкие концентрации полилизина стиму­лируют аденилатциклазу и стероидогенез в надпочечниках и клетках Лейдига, по-видимому, путем электростатического взаи­модействия с анионными группами плазматической мембраны.

Дальнейшему выяснению роли гидрофобных взаимодействий в рецепторном связывании способствовали рентгенодифракпионные исследования трехмерной структуры инсулина и глюкагона [13]. В молекуле инсулина относительно постоянный участок поверх­ности, определяющий биологическую активность, содержит много гидрофобных аминокислотных остатков. Предполагают, что свя­зывание инсулина с его рецептором—это процесс, аналогичный димеризации, обусловленный аддитивными эффектами гидрофоб­ных взаимодействий и водородных связей. Влияние модификации специфических аминокислотных остатков на биологическую ак­тивность и рецепторное связывание коррелирует с изменением конформации молекулы инсулина, и для полного связывания с рецептором необходимо несколько аминокислотных остатков ин­сулина.

В отличие от инсулина, имеющего относительно ригидную структуру, определяющую нужное для рецепторного связывания трехмерное расположение аминокислот, молекула глюкагона об­ладает удлиненной и чрезвычайно гибкой структурой. Подобно инсулину молекулы глюкагона легко агрегируют под действием гидрофобных связей, образуя в этом случае трехмерную структу­ру. При тех низких концентрациях глюкагона, которые присут­ствуют в крови, этот гормон, вероятно, циркулирует в виде мономера, имеющего случайную конформацию. Предполагают, что биологически активной конформацией является спиральная струк­тура, взаимодействующая с рецептором двумя гидрофобными уча­стками, расположенными на каждом конце спирали, и что для активации аденилатциклазы существенное значение имеет круп­ная аминоконцевая часть молекулы.

Эти наблюдения свидетельствуют о том, что молекулы как инсулина, так и глюкагона в процессе отложения в гранулах ас­социируются с помощью своих гидрофобных участков; связыва­ние их с рецепторами также определяется преимущественно гид­рофобными взаимодействиями. Существование двух гидрофобных участков, впервые обнаруженное в мономере глюкагона, было отмечено и в молекулах секретина и вазоактивного интестинального пептида. Некоторые меньшие по размерам молекулы, такие, как тиротропин-рилизинг гормон, рилизинг-гормон лютеинизиру­ющего гормона, ангиотензин II и брадикинин, также обладают двойной симметрией. Это позволило предположить, что симмет­ричные свойства пептидных последовательностей отражаются в структуре рецепторов и что такие пептиды связываются с двумя сходными или идентичными субъединицами рецептора. Две субъ­единицы недавно были обнаружены в рецепторах ЛГ, инсулина и ангиотензина II, тогда как рецептор ацетилхолина состоит из нескольких субъединиц. Такая состоящая из субъединиц струк­тура гормональных рецепторов могла бы отражать их общее свой­ство, связанное с эволюцией симметрии и внутренней гомологии пептидных гормонов, равно как и с возникновением кооператив­ных взаимодействий при контакте с рецепторами.

Процессы, обусловливающие окончание гормонрецепторного взаимодействия in vivo, выяснены недостаточно. Хотя реакция связывания может, конечно, быть обратимой, но, в соответствии с законом действия масс, механизм, определяющий продолжи­тельность активации рецептора в интактной клетке, по-видимому, отличается от простой диссоциации. Можно было бы предполо­жить разрушение высвобождающегося из комплекса с рецепто­ром гормона, но разрушение большинства гормонов изолирован­ными клетками-мишенями не зависит от взаимодействия с ре­цепторами. Кроме того, гормон, который специфически связывается тканями-мишенями, после элюции с рецепторов пол­ностью сохраняет свою биологическую активность. Это свойство можно использовать для очистки радиоактивных гормонов с по­мощью аффинной хроматографии на осажденных рецепторах, что­бы выделить биологически активные молекулы из меченых гор­мональных препаратов. Как будет показано далее, часть гормон-рецепторных комплексов инактивируется или разрушается в живых клетках в ходе процессов, включающих интернализацию и лизосомный катаболизм.