Кальций: вход в клетку: сопряжение с высвобождением из внутренних депо
Гипотеза о сопряжении входа наружного Са с его высвобождением из внутриклеточных кальциевых депо была выдвинута в 1981 г. Casteels и Droogmans и затем получила свое дальнейшее развитие в работе ( Putney, 1986 ). Суть гипотезы первоначально заключалась в том, что после высвобождения кальция из эндоплазматического ретикулума и других чувствительных к гормонам эндогенных кальциевых хранилищ их последующее заполнение происходит не только за счет обратного транспорта данного иона из цитоплазмы АТФазами, но и в результате прямого поступления туда внеклеточного кальция. Фактически это выглядит как эндоцитоз. Обсуждаемая идея возникла при изучении влияния стимуляторов секреции карбахолина и субстанции Р на активность кальций-чувствительных калиевых каналов в клетках околоушной железы ( Aub et al., 1982 ). Активность каналов регистрировали по выходу Rb . При добавлении к клеткам карбохолина в бескальциевой среде наблюдается кратковременная активация калиевых каналов ионами кальция, высвобождающимися из внутриклеточных резервуаров. Если после этого, заблокировав действие карбохолина атропином , добавить субстанцию Р, активация кальциевых каналов не происходит, поскольку внутриклеточные запасы кальция истощены. По-видимому, истощение происходит из-за того, что часть эндогенного кальция выводится из клетки кальциевой АТФазой плазматической мембраны . Восполнить внутриклеточные запасы кальция и восстановить эффекты гормонов на кальций можно, если в течение короткого времени между добавлениями атропина и субстанции Р клетки выдерживать в среде, содержащей кальций. Неожиданным оказалось то, что во время заполнения внутриклеточных резервуаров кальцием не активировались Са-чувствительные калиевые каналы плазматической мембраны. Это могло означать, что во время переноса Са из внешней среды во внутренние депо не происходит повышения концентрации Са в цитоплазме, то есть внешний Са поступает во внутриклеточные резервуары, минуя цитоплазму ( Putney, 1986 ). Одно из возможных объяснений заключается в том, что образуется физический контакт между плазматической мембраной и мембраной внутриклеточных резервуаров Са++ . В месте контакта открывается пора, через которую и пополняются внутриклеточные кальциевые депо. Согласно обсуждаемой гипотезе, необходимым условием активации входа Са по такому механизму является опустошение эндоплазматического ретикулума или других хранилищ эндогенного кальция. На роль регуляторных факторов, участвующих в этом процессе, выдвигались ГТФ и инозитол-1,3,4,5-тетракисфосфат , образующийся из Ин-1,4,5-Ф при повышении [Ca]цит, ( Irvin, 1989 ).
Из данной гипотезы следует, что физиологические процессы внутри клетки регулируются путем изменения не только [Ca]цит, но и концентрации Са в мембранных кальциевых депо. Идея о регуляторной роли внутривизикулярного Са обсуждалась в связи с процессами секреции ( Sambrook,1990 ). Высказана гипотеза о том, что триггером секреции может быть не повышение [Ca]цит, а снижение его концентрации в секреторных везикулах.
Гипотеза Патни довольно широко обсуждалась в научных публикациях ( Berridge, Irvine, 1989 ). Делались неоднократные попытки ее проверки ( Merritt,Rink, 1987; Takemura, Putney, 1989 ; Kwan, Putney, 1990; Shuttleworth, 1990 ). В результате проведенных исследований первоначальная модель подверглась модификации. В модели Патни опустошение кальциевых резервуаров служит импульсом для переноса ионов Ca из наружной среды в эндогенные хранилища, минуя цитоплазму ( Putney, 1986 ; Merritt, Rink, 1987b ; Ghosh, Mullaney, Tarazi, Gill, 1989 ; Irvine, 1989) .
Более тщательные измерения [Ca]цит во время восполнения кальциевых депо (между двумя добавками агониста) в ряде случаев позволили зарегистрировать кратковременное увеличение концентрации Ca++в цитоплазме клеток ( Takemura, Putney, 1989 ; Shuttleworth, 1990 ). Это означает, что по крайней мере часть Са проходит через цитоплазму. Кроме того, было показано, что при определенных условиях восстановление эндогенного кальциевого пула практически полностью происходит за счет цитоплазматического Са ( Machen, Negulescu,1988 ).
Основываясь на этих и некоторых других данных была предложена модифицированная модель, в которой по-прежнему состояние внутриклеточных кальциевых резервуаров (т.е. их истощение по кальцию) определяет вход Са++в клетку ( Takemura,Putney,1989 ), однако поступление наружного Са++ происходит сначала в цитоплазму ( Kwan,Puntey, 1990 ).
Сильный аргумент в пользу модели сопряжения входа Са с состоянием внутренних кальциевых депо был получен в опытах на эндотелиальных клетках ( Jacob,1990 ). Одиночную нагруженную фурой-2 клетку эндотелия пупочной вены человека в течение короткого времени омывали бескальциевым раствором с гистамином,а затем добавляли раствор с Mn . Оказалось, что начальная скорость входа Mn++ была обратно пропорциональна степени наполненности кальцием внутренних хранилищ. Каким образом может осуществляться сопряжение между входом Са и внутриклеточными резервуарами, совершенно неясно. Также неизвестен механизм транспорта Са через плазматическую мембрану. Предполагается, что при этом активируются кальциевые каналы ( Kwann, Putney, 1990 ), однако зарегистрировать это пока не удалось.
В тучных клетках наблюдается активация входящего кальциевого тока, возникающего в ответ на истощение по кальцию внутриклеточных депо.
Приведенные данные указывают, что существует большое разнообразие путей, по которым гормоны и другие агонисты могут активировать вход Са в клетки. Остается неясным, существует ли универсальный механизм, обеспечивающий рецепторзависимый вход Са в клетки. Вполне допустимо, что в разных клетках работают различные системы входа Са в ответ на гормональные стимулы. Конкретный механизм, реализуемый в том или ином случае, определяется, по- видимому, типом рецептора, особенностями клетки, возможно, какими-либо другими факторами. Так, даже в одной линии клеток - клетках карциномы человека А431 - в ответ на один и тот же агонист эпидермальный фактор роста существует несколько способов рецепторактивируемого входа Са. ( Berridge, Irvine, 1989 )
