Белки ras: факторы - активаторы (GAP, GEF)
р21ras работает по механизму GTPазного цикла ( рис.5 ). Этот белок способен гидролизовать GTP до GDP и Pi (реакция Mg++ -зависимая), однако гидролиз, а также диссоциация GDP идут in vitro довольно медленно: (0.02 и 0.008 мин-1 соответственно). Тем не менее, in vivo эти реакции идут гораздо быстрее за счет присутствия в клетке факторов-катализаторов работы белков ras двух типов:
1) GAP (GTPase activating proteins), повышающих константу гидролиза связанного GTP, (см.также NF1 ) и
2) GEF (guanine nucleotide exchange factors), ускоряющие диссоциацию комплекса ras*GDP.
Таким образом, GAP-белки укорачивают время жизни р21ras в активном, GTP-связанном соcтоянии, а GEF-белки производят обратное действие ( рис. 6. GTPазный цикл р21ras: регуляция ). ( Trahey M. and McCormick F., 1987 ; Trahey M. ea, 1988 ; Xu N. ea, 1990 ; Chardin P. ea, 1993 ).
Как правило, регуляторы ras - большие белки, имеющие мультидоменную структуру и во много раз превосходящие р21ras по молекулярной массе.
Уже охарактеризовано около 50 различных белков-регуляторов низкомолекулярных GTP-связывающих белков ras и rho ( Boguski M.S. and McCormick F., 1993 ).
Для семейства rho существует третий тип регуляторов - ингибиторы диссоциации GDP , ( GDI , guanine-nucleotide-dissociation inhibitors) способна ингибировать как процесс замещения GDP на GTP, так и активность GAPs ( Boguski M.S. et al., 1993 , Bollag G., McCormic F., 1991 ).
В нормальных неделящихся клетках Ras-белки присутствуют преимущественно в GDP-связанной "неактивной" форме. Однако в ответ на ростовую стимуляцию сывороткой или факторами роста в клетках может повышаться уровень GTP-связанной формы белка ( Satoh T. et al., 1990 ).
Продукты онкогенов с повышенной тирозинкиназной активностью оказывают сходное действие ( Satoh T. et al., 1991 ). Эти данные указывают на важную роль GTP-связанных "активных" форм Ras-белка для нормальной клеточной пролиферации и на их участие в трансдукции сигналов , передающихся с рецепторов ФР и мембранных тирозинкиназ.
GTPазная активность суперсемейства Ras- и Ras-родственных белков в клетке строго регулируется. Белки находятся в "активной" форме и проводят сигналы, когда они связаны с GTP , и "неактивны", когда связаны с GDP ( Boguski M.S. et al., 1993 , Bollag G., McCormic F., 1991 ).
GTP-связанная форма медленно переходит в GDP-связанную форму за счет присущей белку способности гидролизовать GTP. Низкая собственная GTPазная активность нормальных Ras-белков может быть сильно увеличена активирующими регуляторными белками GAPs ( GTPase-activating proteins ) ( Boguski M.S. et al., 1993 , Bollag G., McCormic F., 1991 ).
Активность GAP в свою очередь также регулируется. Показано, что активация протеинкиназы C (важного компонента в передаче внутриклеточных сигналов ), имеющая место при стимуляции деления Т-лимфоцитов , понижает активность GAP ( Downward J. et al., 1990 ). Следствием уменьшения GAP-активности является снижение скорости гидролиза GTP до GDP и присутствие в клетках преимущественно GTP-связанной формы p21 , активно проводяшей митогенные сигналы . С другой стороны показано, что активность GAP может значительно повышаться при увеличении плотности посева клеток, обладающих контактным ингибированием ( Hoshino M. et al., 1988 ). В результате этого активируется GTPазная активность Ras, что приводит к преимущественному содержанию GDP-связанной "неактивной" формы белка.
Мутантные онкогенные Ras-белки также взаимодействуют с GAP ( Vogel U.S. et al., 1988 ), однако GAP не увеличивает их GTPазную активность ( Trahey M., McCormick F., 1987 ). С целью определения роли GAP в индуцированной ras-генами трансформации было исследовано влияние гиперэкспрессии GAP на злокачественною трансформацию, вызываемую гиперэкспрессией нормального ( c-Ha- ras1 ) и мутантного ( v-Ha-ras ) p21 ( Zhang K. et al., 1990 ). Было найдено, что GAP супрессирует трансформацию NIH 3T3 клеток нормальным p21, но не мутантным. Эти результаты говорят в пользу гипотезы о том, что GAP функционирует как негативный регулятор нормального Ras-белка.
Помимо белков, активирующих GTPазную активность Ras, существуют регуляторные пептиды, осуществляющие активацию обратного процесса - замещения GDP на GTP. Эти белки именуются GEFs ( guanine-nucleotide-exchange factors ), или GNRPs ( guanine- nucleotide-releasing proteins ), или GDSs ( guanine-nucleotide- dissociation stimulators ) ( Boguski M.S. et al., 1993 , Bollag G., McCormic F., 1991 ). GEFs ускоряют нуклеотидный обмен путем ассоциации с GDP-связанной формой Ras-белков. При этом GDP быстро диссоциирует и Ras-белок немедленно связывается с GTP, что сопровождается диссоциацией GEF и переходом Ras-белка в "активную" форму. Потеря активности GEFs сходна по своему эффекту с отсутствием Ras-белков, что говорит о неоходимости данных регуляторных белков для нормального функционирования Ras. Такое влияние потери активности GEFs может быть устранено в результате "онкогенных" мутаций Ras-белков или в некоторых случаях при утрате активности GAPs ( Boguski M.S. et al., 1993 ).
Третья группа регуляторных белков GDIs ( guanine-nucleoti- de-dissociation inhibitors ) способна ингибировать как процесс замещения GDP на GTP, так и активность GAPs ( Boguski M.S. et al., 1993 , Bollag G., McCormic F., 1991 ).
В нормальных неделящихся клетках Ras-белки присутствуют преимущественно в GDP-связанной "неактивной" форме. Однако в ответ на ростовую стимуляцию сывороткой или ФР в клетках может повышаться уровень GTP-связанной формы белка ( Satoh T. et al., 1990 ). Продукты онкогенов с повышенной тирозинкиназной активностью оказывают сходное действие ( Satoh T. et al., 1991 ). Эти данные указывают на важную роль GTP-связанных "активных" форм Ras-белка для нормальной клеточной пролиферации и на их участие в трансдукции сигналов, передающихся с рецепторов ФР и мембранных тирозинкиназ .
Таким образом, существует сложная система регуляции GTPазной активности Ras-белков, участвующих в контроле жизненно важных клеточных процессов, таких как пролиферация и дифференцировка.
Передача сигнала внутриклеточная: активация ras-пути: Grb2*Sos
Рецепторы факторов роста с протеинкиназной активностью
