ABC-Белки (ABC-транспортеры, суперсемейство транспортных белков ABC)
К суперсемейству AВС (AТР binding cassette) сейчас относят порядка 300 белков, многие из которых являются транспортерами, переносящими самые разные соединения [ Higgins, 2007 , Szakacs, 2006 , Dean, 2001 , Нейфах, 2003 ]. Белкам этого семейства свойственно наличие AТР-связывающего домена, имеющего характерную структуру. Благодаря выполнению программы "Геном человека" и результатам секвенирования других геномов большая часть ABC- транспортеров была открыта за два года в самом конце XX в. Наибольшее число (129) транспортеров семейства ABC обнаружено у растений (благодаря расшифровке генома Arabidopsis ).
Белки этого семейства имеются у всех живых организмов. У человека найдено около 50 ABC-белков, примерно столько же у мыши [ Dean, 2001 ]. В связи с тем что большое число белков ABC открыто сравнительно недавно, многие из них еще мало изучены. Исследования ABC-белков важны как для медицины, так и для биологии, поскольку речь идет о проблемах защиты всех живых клеток.
Белки человека семейства ABC делят на семь подсемейств ( табл. 1 ) [ Dean, 2001 , Website ]. Принадлежность белка к тому или другому подсемейству определяют исходя из его доменной организации - числа и сочетания трансмембранных доменов (TMD, transmembrane binding domens) и AТР-связывающих доменов (NBD, nucleotid binding domens). NBD всех белков данного семейства сходны (они имеют 30-40% гомологии) независимо от субстратной специфичности транспортеров, которая весьма различна, и от видовой принадлежности [ Sarkadi, 2006 ].
Доменная организация ABC-белков подробно описана в ряде обзоров [ Ambudkar, 1999 , Higgins, 2007 , Нейфах, 2003 , Sarkadi, 2006 ].
Следует отметить, что для функционирования AВС-транспортера необходимы как минимум четыре домена. Два цитоплазматических NBD связывают и гидролизуют AТР. Каждый из двух TMD представлен несколькими (чаще всего шестью) пересекающими мембрану альфа-спиралями. Мультидоменные полипептиды, образуемые этими основными четырьмя доменами, могут быть организованы по-разному. Так, бактериальные транспортеры (например, Sav1866 ) чаще всего представляют собой гомодимеры, включающие в себя один NBD и один TMD (два гомодимера обычно функционируют вместе). В Р-гликопротеине млекопитающих все четыре домена слиты в один полипептид.
Таким образом, в подсемействе AВСВ (MDR) белки AВСВ1 (Р-гликопротеин, Pgp) , ABCB4 (Pgp3, он же MDR2/3) и AВСВ11 (ВСЕР, он же SPGP) представлены структурой (TMD-NBD)2, т.е. эти белки имеют две части, каждая из которых содержит TMD и NBD. В этом же подсемействе белки AВСВ2 (ТAР1) и AВСВЗ (ТAР2) имеют структуру (TMD- NBD)1.
Некоторые транспортеры подсемейства AВСС (MRP) имеют на N'-конце третий TMD (обозначаемый как TMD0), содержащий пять трансмембранных спиралей [ Kruh, 2003 , Deeley, 2006 ]. Это белки AВСС1 (MRP1) , AВСС2 (MRP2) , AВССЗ (MRP3) , AВСС6 (MRP6) , AВСС8 (SUR1) , AВСС9 (SUR2) . Белки, относимые к этому же подсемейству в силу их гомологии с другими транспортерами MRP ( ABCC4 (MRP4) и AВСС5 (MRP5) ), не имеют TMD0.
В другие подсемейства ABC (подсемейства AВСЕ и ABCF) включены некоторые протеины, имеющие лишь NBD [ Klein, 1999 ].
Таким образом, доменная организация ABC-белков разнообразна.
Транспортеры, характеризующиеся структурой (TMD-NBD)2, называют полными транспортерами. Они обычно локализуются в плазматической мембране клетки, в то время как половинные транспортеры, содержащие лишь один набор TMD-NBD, находят обычно во внутриклеточных мембранах [ Klein, 1999 ]. Так, белки AВСВ2 (ТAР1) и AВСВЗ (ТAР2) локализованы в мембранах эндоплазматического ретикулума. Исключение составляет половинный транспортер ABCG2 (он же BCRP, или MXR) , обнаруживаемый в плазматической мембране клетки [ Rocchi, 2000 ].
Сходство доменной организации, с одной стороны, и ее разнообразие, с другой - свидетельствуют о том, что эти белки эволюционно связаны и что эволюция белков семейства ABC человека была сложным процессом. Ясно также, что физиологические функции этих белков должны быть разными. Исследование физиологических функций белков семейства ABC - одно из интенсивно развивающихся в настоящее время направлений.
Хотя некоторые белки семейства ABC могут и не обладать транспортными функциями, подавляющее их большинство переносит разнообразные вещества(от неорганических ионов до полисахаридов, аминокислот и белков). К немногим исключениям относится белок ABCC7 (CFTR), который функционирует в качестве канала и играет важнейшую роль в регуляции потока ионов хлора в клетках эпителия [ Gadsby, 1995 , Kimura, 2007 ].
Мутации гена CFTR определяют тяжелое и часто встречающееся (1 на 2000-2500) наследственное заболевание - муковисцидоз (кистофиброз) .
Мутации в целом ряде других генов семейства ABC также определяют наследственные заболевания у людей, что свидетельствует о важной роли этих белков в организме людей [ Dean, 2001 ].
Белки ABC-семейства высококонсервативны и функционируют во всех живых клетках, свидетельствует о важной роли АВС-белков в процессах жизнедеятельности клетки. Регуляция этих белков тесно связана с теми путями сигнальной трансдукции, элементы которых часто изменяются при злокачественной трансформации. Поэтому ясно, что проблемы множественной лекарственной устойчивости (МЛУ) опухолей, обусловленной ABC- транспортерами, неразрывно связаны с проблемами канцерогенеза в целом, а также с поисками новых мишеней для таргетной терапии и путей преодоления МЛУ [ Ставровская, 2000 , Szakacs, 2006 , Ставровская, 2003 , Kellen, 2003 , Modok, 2006 ].
Для понимания роли AВС-транспортеров в индивидуальной чувствительности людей к различным лекарствам очень важна проблема полиморфизма генов, кодирующих АВС-транспортеры [ Ставровская, 2003 , Marzolini, 2004 , Sakaeda, 2004 , Sakaeda, 2005 ].
Исследования роли экспрессии и активности АВС-транспортеров для клинической онкологии продолжают оставаться необходимыми. В первую очередь нужно учитывать, что многие ABC-транспортеры могут принимать участие в многофакторной МЛУ опухолей. Между тем для большинства ABC- белков характер их экспрессии в разных тканях организма и изменения их экспрессии и активности при различных новообразованиях не исследованы. Впереди - работы с применением экспрессионных микрочипов, методов протеомики, методов, позволяющих изучать локализацию белков в клетках и функциональную активность этих белков. С точки зрения МЛУ в первую очередь необходимо понять, какие лекарственные препараты транспортирует каждый ABC-белок, а также исследовать его физиологические функции. Важно также найти по возможности специфические ингибиторы различных АВС- транспортеров.
Проведенные исследования показывают, что в регуляции АВС- транспортеров участвуют разные пути сигнальной трансдукции, разные факторы транскрипции, разные молекулярные события (например, осуществляется не только транскрипционная регуляция, но и регуляция этих белков на уровне трансляции). Какие факторы, активирующие тот или иной путь сигнальной трансдукции, активируют ABC-транспортер (транспортеры)? Являются ли такими факторами противоопухолевые препараты? В большинстве случаев эти вопросы еще требуют ответов. Какие элементы сигнальных каскадов можно определить как маркеры многофакторной МЛУ (по аналогии с YB-1 )?
Очевидно, экспрессия АВС-транспортеров стволовыми клетками солидной опухоли или лейкоза может способствовать отбору опухолевых стволовых клеток в условиях той или иной терапии. Закономерности этого процесса необходимо понимать для того, чтобы выбрать дальнейшую стратегию терапии данного новообразования. Эти и многие другие проблемы требуют дальнейших исследований.
