Передача сигнала извне для деления нормальной клетки

По признакам структуры и функции эти клетки разделены на типы, – их более 200.

Функции любого типа клетки в многоклеточном организме определяются генами через их продукты – белки.

Деление клетки, т.е. размножение, – признак того, что она живая. Этим свойством старые и дефектные клетки ткани заменяются новыми, а, значит, об новляется организм. Без этого многоклеточный организм не может жить.

В организме нормальная клетка может делиться лишь после получения сигнала к делению. Без сигнала ей это «запрещено» генами.

Любое свойство клетки определяется микросредой, окружающей клетку. В состав этой среды входят: 1) соседние клетки, с которыми она связана молекулами; 2) внеклеточный матрикс – продукт самих клеток; с ним клетка также связана молекулами; 3) жидкая среда – тканевая жидкость, кровь и лимфа (Ю.М. Васильев, 1997).

Для деления клетка получает сигнал из микросреды – из тканевой жидкости, от клеток-соседей и от внеклеточного матрикса.

Чем является сигнал для клетки в организме? Это сигнальная молекула, иначе – молекула-лиганд. Для размножения клетки ей нужны молекулы- лиганды. Среди них – это молекулы фактора роста и цитокины. С химической точки зрения, это белки. Через молекулы-лиганды клетки разного типа осуществляют связи между собой, обмениваются информацией и этим создают многоклеточный организм как единое целое.

Откуда берутся молекулы-лиганды для нормальной клетки? Они не синтезируются в самой этой клетке.

Это важно для отличия нормальной клетки от раковой клетки.

Что нужно, чтобы молекула-лиганд подействовала на клетку? Для этого нужна молекула-рецептор на клетке, на которую будет действовать молекула- лиганд.

В клетке разного типа синтезированный белок обычно своей частью выставляется на поверхность клетки. Это продукт генов данного типа клетки. Белки данного типа клетки своего рода антенны – это и есть молекулы- рецепторы. Они определяют набор молекул-лиганд, с которыми может реагировать клетка данного типа. Реагирование клетки означает, что ее молекула- рецептор будет узнавать в межклеточной среде свою молекулу-лиганд и соединяться с ней. Молекула-лиганд своей поверхностью комплементарна поверхности молекулы-рецептора, т.е. подходит, как субстрат к своему ферменту. Если

клетка не имеет специфического рецептора, она «слепа» в отношении этого сигнала. Клетку, способную воспринимать свой сигнал, называют клеткой- мишенью.

Что представляет собой молекула-рецептор? Это молекула белка, например, ростового фактора. В ней различают три части: внешняя часть – на поверхности мембраны клетки, контактирует с межклеточной жидкостью; средняя часть – пересекает насквозь мембрану клетки, и внутреннюю часть – выступает в цитоплазму клетки (Рис. 1).

Рис. 1.

Схема строения молекулы-рецептора

Для деления нормальной клетки молекулой-лигандом обычно являются факторы роста (GF): эпидермальный фактор роста (EGF), тромбоцитарный фактор роста (ТGF), интерлейкины 1, 2 и др. Но только прохождение фазы G1 клеточного цикла стимулируется такими митогенами. У многих молекул- рецепторов внутренняя часть является ферментом – протеинкиназой. Функция киназы – присоединять фосфатную группу к белку и этим активировать его.

Так как для деления клетки необходима репликация ее ДНК, а также ряд белков, в том числе ферменты, то ясно, что путь передачи сигнала к делению начинается на мембране клетки и заканчивается в ядре клетки (Рис. 2).

Рис. 2.

Схема этапов передачи сигнала для деления клетки

1-й этап. Молекула-рецептор своим участком связывается с молекулой- лиганд. Это вызывает аллостерическое изменение внутренней части молекулы- рецептора. Изменение формы этой части активирует рецептор (Рис.3).

2-й этап. Протеинкиназа активирует цепочки белков в цитоплазме присоединением к белку фосфатной группы, активируя его; он активирует следующий в цепочке белков и т.д.

3-й этап. Передача сигнала активированным белком переходит в ядро клетки. Там активируются белки транскрипции для синтеза иРНК и др. иРНК после выхода из ядра направляются в рибосомы, где по ним синтезируются новые белки для следующего деления клетки, в ядре – синтез ДНК, т.е. ее репликация и затем деление клетки.

Рис. 3.

Схема связывания рецептора с молекулой-лигандом

Все этапы передачи сигнала в клетке обратимы, как только молекула- лиганд отделяется от рецептора или в результате распада самой молекулы- лиганда. Обратимы также и промежуточные этапы цепи передачи сигнала – путем удаления фосфатной группы с белка.

Передача сигнала извне для деления нормальной клетки регулируется рядом генов через их продукт – белки.

Это были обычные белки-рецепторы для вызова ответа нормальной клетки.

Но на мембране клетки имеется также универсальные белки-рецепторы, сопряженные с G-белком, их обозначают – GPCR, от англ. G-protein coupled receptor. Он реагирует на молекулу-лиганд любого типа.

GPCR – это белок, полипептидная цепь которого семь раз пересекает мембрану клетки. В нем два участка: с внешней стороны мембраны участок, вылавливающий молекулу-лиганд, а участок, контактирующий с G-белком, – на ее цитоплазматической стороне.

Его действие на клетку реализуется по химическому сигналу к внутрклеточным мишеням через G-белок. Пока с активным центром GPCR не свяжется молекула-лиганд, он находится в неактивном состоянии – «выключен». Причина: нет контакта его участка с G-белком. Результат – нет ответа клетки (Рис. 4).

Рис. 4.

GPCR в клетке «выключен»

GPCR «включается», когда молекула-лиганд связывается с его активным центром, и тогда участок его молекулы связывается с G-белком. Этот белок активируется и посылает сигналы клетке. Результат – возникает ответ клетки (Рис. 5).

Рис. 5.

GPCR в клетке «включен»

Знания о функциях GPCR и G-белка в нормальной клетке важны для понимания нарушений в раковой клетке. Эти молекулярные структуры становятся новыми мишенями для создания селективно действующих лекарств, уничтожающих раковые клетки.