Регуляция пролиферации инсулиновыми пептидами
Анализ имеющихся литературных данных и представлений, касающихся метаболических и митогенных эффектов различных гормонов и ростовых факторов, в том числе пептидов инсулинового суперсемейства, позволил нам выдвинуть следующую гипотезу [ Pertseva ea 1995 , Pertseva ea 1996 , Перцева ea С. 3 , Плеснева ea 1999 ]. Согласно ей, АЦСМ и продуцируемый им цАМФ вовлечены в митогенное, а не в метаболическое действие инсулина и родственных пептидов. Гипотеза базируется на следующих положениях, послуживших отправными точками для ее создания.
1.Новый взгляд на cAMP как позитивный регулятор клеточной пролиферации
2. Противоположная направленность (антагонизм) многих метаболических эффектов инсулина и гормонов-стимуляторов АЦ (бета-адренергические агонисты, серотонин, глюкагон и т. д.) и, с другой стороны, однонаправленность их митогенного действия [ Baptist ea 1993 ].
Следует отметить, что существует тесная связь в пределах большой группы гормонов и ростовых факторов между их способностью, с одной стороны, активировать АЦ и, следовательно, процесс синтеза цАМФ, с другой - оказывать митогенное влияние на клетку. Указанную группу можно разделить на две подгруппы в соответствии с типом рецептора, опосредующего это влияние. К первой относятся хорошо известные гормоны - стимуляторы АЦ (биогенные амины, глюкагон, гипофизарные гормоны), обладающие рецепторами серпантинного типа, сопряженными с G-белками . Многие из этих гормонов обладают ростстимулирующим эффектом .
Вторая подгруппа включает гормоны и ростовые факторы (пептиды инсулинового суперсемейства, факторы роста типа эпидермального и др.). Они наделены митогенным действием , которое осуществляется через рецептор, обладающий тирозинкиназной активностью .
Как установлено нами в отношении пептидов инсулинового ряда [ Pertseva ea 1995 , Перцева ea 1995 Pertseva ea 1996 , Kuznetsova ea 1999 ] и другими авторами [ Poppleton ea 1996 ] в отношении эпидермального фактора роста (ЭФР) , эта подгруппа пептидов оказывает активирующее влияние на АЦ- систему, скорее всего, через посредство G-белка стимулирующего типа. Поскольку известно, что инсулин, главный представитель пептидов инсулинового суперсемейства, по своему регуляторному влиянию на метаболические процессы в клетке является антагонистом гормонов - активаторов АЦ, упомянутых в первой подгруппе, то очевидно, что АЦСМ не может быть вовлечен в реализацию метаболических эффектов пептидов инсулинового ряда и некоторых других ростовых факторов. В то же время обе подгруппы гормонов оказывают однонаправленное, стимулирующее, влияние на активность АЦ и на процесс клеточной пролиферации. Все эти факты дают веские основания предполагать участие АЦ-сигнальной системы в механизме митогенного действия обширной группы гормонов и ростовых факторов, в котором цАМФ может играть роль вторичного посредника [ Перцева ea С. 3 , Плеснева ea 1999 , Плеснева ea 1998 ].
3. Представление о том, что метаболические и ростстимулирующие эффекты инсулина и родственных ему гормонов и ростовых факторов реализуются через раздельные сигнальные пути, которые дивергируют на рецепторных или начальных пострецепторных стадиях трансдукции сигналов [ SaltielA. ea 1996 ]. За последнее десятилетие получены данные, экспериментально подтверждающие это положение. Так, в исследованиях различных регуляторных эффектов ИФР-1 (влияние на поглощение [3Н]-дезоксиглюкозы , вход кальция , продукцию диацилглицерина , включение [3]-тимидина в ДНК) в Balb/c 3T3 клетках были получены свидетельства в пользу того, что митогенное действие этого ростового фактора осуществляется через самостоятельную сигнальную систему, отдельную от таковой для его метаболических эффектов [ Kojima ea 1990 ]. Этот вывод подтверждается и генетическими данными, которые показывают, что мутации в рецепторе инсулина, очень сходном по структуре с рецептором ИФР-1, по- разному влияют на метаболическое и митогенное действие инсулина [ Перцева ea С. 3 , Taylor ea 1992 ]. Об этом говорят также факты, указывающие на то, что каскад митогенактивируемых протеинкиназ (МАПК) участвует в механизме митогенного действия факторов роста и, по всей вероятности, не вовлечен в такие метаболические эффекты инсулина, как влияние на липогенез, поглощение глюкозы, синтез гликогена, активность гликогенсинтетазной и фосфорилазной систем [ Saltiel A. ea 1996 , Lazar ea 1995 ]. Далее, при изучении механизма действия инсулина на экспрессию генов, которые ответственны за утилизацию глюкозы и клеточную пролиферацию [ Alexander-Bridges ea 1992 ], установлено, что регуляция инсулином генов Egr-1 (early growth response gene) и глицеральдегид-3-фосфат дегидрогеназы (a metabolic response gene) опосредуется через раздельные сигнальные пути. Согласно мнению ряда авторов, влияние инсулина на клеточный рост связано с активацией протеинкиназ и стимуляцией процесса фосфорилирования белков, метаболическое же действие реализуется за счет ингибирования этого процесса и усиления процесса дефосфорилирования эффекторных белков (например, ключевых ферментов углеводного обмена), вызванного активацией протеинфосфатаз [ SaltielA. ea 1996 , Lazar ea 1995 , Cohen ea 1993 ].
Они обращают внимание на следующий парадоксальный факт: инсулин регулирует степень фосфорилирования белков по тирозину и серину/треонину, стимулируя фосфолирирование одних белков и в то же время дефосфорилирование других. Индуцируемое этим гормоном дефосфорилирование связано со многими его метаболическими эффектами. Таким образом, приведенные данные указывают на наличие демаркационной линии между митогенными и метаболическими сигнальными путями действия инсулина в клетке.
В проведенных нами исследованиях были получены следующие экспериментальные данные, подтверждающие нашу гипотезу. Так, на культуре фибробластоподобных клеток Swiss 3T3 было проведено сравнение ряда эффективности митогенного действия инсулина , ИФР-1 и ЭФР , с одной стороны, а с другой - их активирующего влияния на АЦ-систему [ Плеснева ea 1999 ]. Инсулин (1000 нг/мл), ИФР-1 (10 нг/мл) и ЭФР (10 нг/мл) оказывали мощное ростстимулирующее действие (прирост над контролем - от 100 до 250%), которое оценивалось по уровню включения 14C-тимидина в ДНК. В тех же концентрациях эти пептиды резко увеличивали активность АЦ (прирост над контролем 400-700%).
Важно то, что ряд эффективности в обоих случаях совпадал ЭФР больше ИФР-1 больше инсулина. Если наша гипотеза верна, то cAMP , образующийся в результате активации АЦ этими ростовыми факторами, должен воспроизводить их ростстимулирующий эффект. Действительно, цАМФ в низких концентрациях (# 10-9 - 10-12 М) оказывал резко выраженное стимулирующее влияние на синтез ДНК (прирост над контролем от 400 до 750%).
Таким образом, обнаруженное нами совпадение ряда эффективности изучаемых пептидов при их действии на АЦ и на синтез ДНК позволяет сделать следующий вывод. Существует функциональная связь между митогенным действием пептидов инсулинового ряда, АЦСМ и продуцируемым им цАМФ, выступающим, очевидно, как вторичный посредник в трансдукции митогенного сигнала.
Необходимо отметить, что и другие представители инсулинового суперсемейства обладают в той или иной мере ростстимулирующим влиянием на клетку. Помимо инсулина и ИФР-1, оно показано для релаксина при низких его концентрациях (#10-9-10-11 М) [ Bigazzi ea 1992 ], которые совпадают с концентрациями, вызвавшими в наших экспериментах активацию АЦ в миометрии человека [ Kuznetsova ea 1999 ]. Именно эти дозы гормона приводили к быстрому (0.5-10 мин) увеличению содержания цАМФ и в других тканях [ Cronin ea 1987 ]. Авторы высказывают предположение о том, что цАМФ может выступать в качестве вторичного посредника в действии релаксина.
Митогенным и АЦ-активирующим эффектом обладает, как установлено в нашей лаборатории, и ИПП, выделенный из двустворчатого моллюска Anodonta cygnea [ Pertseva ea 1995 , Перцева ea 1995 , Русаков ea 1991 ]. В литературе, в частности в работе Ито с соавторами [ Ito ea 1997 ], обнаружено потенцирование митогенного эффекта инсулина в присутствии цАМФ в гепатоцитах крысы. Усиливающее влияние нуклеотида может быть объяснено тем, что в клетке в этих экспериментальных условиях происходит суммирование влияния цАМФ как эндогенно образованного за счет АЦСМ, так и экзогенно внесенного, что приводит к росту его концентрации и параллельно к увеличению его эффекта.
Помимо этих прямых доказательств, нами получены и косвенные данные, подкрепляющие нашу гипотезу. Было показано, что митогенные и метаболическиеое эффекты инсулина разнесены в онтогенезе .
