Ядерные рецепторы тиреоидных гормонов

Хотя предположение о реализации эффектов тиреоидных гормонов через связывание с ядерными рецепторами впервые было выдвинуто еще в 1967 году, первые попытки продемонстрировать наличие специфических клеточных рецепторов оказались неудачными. Лишь в 1972 году в серии экспериментов, проведенных в лаборатории Oppenheimer, было убедительно доказано наличие высокоаффинных,

Механизмы действия тиреоидных гормонов

обладающих низкой емкостью (быстро насыщаемых) связывающих мест трийодтиронина (Т₃) в ядрах клеток печени и почек. Этот результат был получен в эксперименте на интактных крысах после внутривенного введения следовых доз [¹³¹1]Т₃ с последующей инъекцией прогрессивно возрастающих количеств немеченного трийодтиронина. После декапитации ткани животных были подвергнуты субклеточному фракционированию. Детальное изучение фракций клеток печени выявило специфическое связывание меченного лиганда только в ядерной фракции. Последующие исследования показали, что специфические места связывания принадлежат негистоновым белкам хроматина. Затем были установлены закономерности равновесия Т₃ между ядерным и цитоплазматическим пулами и аналогичное ядрам клеток печени связывание Т₃ было обнаружено в клетках мозга, почек, селезенки и гипофиза. Специфическое связывание Т₃ ядерным рецептором было подтверждено не только исследованиями конкурентного замещения лиганда in vivo, но и в культуре клеток и изолированных ядрах печени in vitro, обнаружив при этом поразительное сходство.

В настоящее время установлено, что рецепторы тиреоидных гормонов представляют собой негистоновые белки, связывающие тиреоидные гормоны с высокой аффинностью (Kd = 1 О ¹⁰-10 ¹¹ M) и специфичностью. В общем случае, месту связывания лиганда могут быть приписаны характеристики специфического ядерного рецептора при выполнении следующих обязательных условий:

- высокое сродство и низкая емкость связывания лиганда;

- обнаружение во всех тканях, отвечающих на действие гормона;

- сходные физико-химические характеристики выделенных из различ­ных источников рецепторов;

- биологический ответ, иницируемый связыванием лиганда, разви­вается в зависимости от числа занятых ядерных рецепторов;

- короткий промежуток времени между связыванием лиганда и изменением транскрипционной активности чувствительных промоторов;

- наличие корреляция между действием структурных аналогов и их связыванием с ядерными рецепторами.

С этой точки зрения важно обратить внимание на зависимость биологического действия тиреоидных гормонов от позиции йодирования в фенольном кольце: наличие атома йода в положении 3' дает более выраженный эффект, чем йодирование в обоих 3' и 5' позициях. Т₄ и рТ₃ по сравнению с Т₃ проявляют меньшую тиромиметическую активность, а их связывание с рецептором в 1000 раз менее аффинно, чем Т₃.

Гипотеза, объясняющая генетические механизмы действия тиреоидных гормонов основывается на следующих общих положениях: 1) гормональный эффект определяется исключительно числом занятых ядерных мест связанных рецепторов и продолжительностью связывания;

Механизмыдействиятиреоидныхгормонов

2) биологический ответ зависит от уровня специфических мРНК, синтез которых индуцируется при связывания тиреоидных гормонов ядерными рецепторами;

3) характеристики лиганд-рецепторного взаимодействия аналогичны во всех тканях, отвечающих на действие тиреоидных гормонов.

Клетки большинства тканей содержат приблизительно 2.000-10.000 рецепторов в своих ядрах, в меньших количествах рецепторы находятся в селезенке и яичках. Сравнительная аффинность рецепторов убывает в ряду Триак > Т₃ > Т₄ » рТ₃. Группа тиреоидных рецепторов гетерогенна по своему составу и включает изоформы с Mr 47-57 кДа и Ks 3,5, которые образуются в результате посттрансляционной модификации либо внутриклеточной деградации молекул. Наличие рецепторов тиреоидных гормонов установлено у всех представителей позвоночных. У человека наиболее изученными являются рецепторы тканей мозга (гипофиза), печени и сердца. Важно отметить также тот факт зависимости выраженности действия тиреоидных гормонов от числа занятых рецепторов и снижение числа рецепторов (и общего связывания ядерной фракцией) в клетках тканей, не отвечающих на действие тиреоидных гормонов.

Структура кДНК, кодирующих рецепторы тиреоидных гормонов и их синтез были осуществлены в 1986 году. В результате этих исследований оказалось, что протоонкоген c-erbA, который является клеточным гомологом онкогена v-erbA (выделен из вируса эритробластоза птиц), кодирует синтез белка, способного связывать тиреоидные гормоны. Затем соответствующие кДНК были выделены из плаценты человека и куриного эмбриона. Анализ аминокислотных последовательностей белков установил их принадлежность к суперсемейству ядерных рецепторов стероидных гормонов.

N-конец белковой молекулы содержит участок размером
приблизительно 70 аминокислотных остатков, в котором содержится
формирующая структуру «цинковых пальцев» последовательность для
связи с соответствующим участком ДНК. Карбокси-терминальный конец
содержит участок связывания слигандом (рис. 5.7). Ресинтезированные
на основе полученных кДНК in vitro белковые молекулы связывали
тиреоидные гормоны со сходными кинетическими и

термодинамическими характеристиками. Кодируемый протоонкогеном c-erbA белок структурно гомологичен рецепторам тиреоидных гормонов, хотя трансактивация им чувствительных элементов генома не доказана (рис. 5.8).

Am с о Е

1________ 53 120 194_________________________ _________ 410

ВЫСОКО «МПРНТМВНЫ* Поиен

Рис. 5.7. Функциональные домены рецепторов тиреоидных гормонов.

Механизмы действия тиреоидных гормонов

Связывание Связывание Транс-
ДНК ТЗ активация

ДНК-связывающий ТЗ-еаяэывающий
домен домен

Рис.5.8. Ядерныерецепторыгепатоцитов крысы. Показана сравнительная характеристика функциональных свойств и структурная гомология различных доменов.

Сравнение рецепторов, выделенных из тканей цыпленка и человека, показало их гомологию, но не идентичность, что привело к предположению о существовании множественных форм рецепторов тиреоидных гормонов и, соответственно, кодирующих их синтез генов. У человека c-erbA локализуется в двух хромосомах - 3-ей (Зр22-3р24.1) и 17-ой (7q11.2-17q21). Формы, выделенные из тканей человека, стали обозначать как |3, а из тканей цыпленка - а соответственно.

Вскоре гомологичный а-форме рецептор был выделен из ядер клеток мозга и получил название с-егЬАос1 или ос-форма. мРНК ос-формы оказалась широко распространенной как в ткани мозга, так и в других органах. В 1987-88 годах из тканей человека (почки и яички) выделена мРНК другой изоформы, с-егЬА-Т-1 или с-егЬАос2, которая обнаруживала различия в З'-кодирующем конце. Первоначальные исследования показали возможность ос2-формы рецептора также связывать тиреоидные гормоны, но со значительно меньшей аффинностью в сравнении с |3- и ос1 -формами. Однако, это наблюдение не нашло подтверждения в дальнейшем (рис. 5.9).

Механизмы действия тиреоидных гормонов

CWtfMMt

У.;,-. ■' ■''. ■•'^;.

¹⁹ №&&'$$