Cl–-канал апикального участка мембраны является трансмембранным регулятором, "сопровождающим" муковисцидоз

В последние годы резко возрос интерес к белку, функционирующему в каче­стве хлорного канала в апикальных участках мембраны секреторных клеток тон­кой кишки, поскольку при врожденном заболевании — муковисцидозе (кистозном фиброзе) обнаружена мутация гена, кодирующего именно этот белок. Ген кодиру­ет белок , состоящий из 1480 аминокислот и названный муковисцидозным транс­мембранным регулятором (cystyc fibrosis transmembrane conductance regulator [CFTR]), который действует в качестве Cl^–-селективного ионного канала. Он ак­тивируется цАМФ и имеется в клетках поджелудочной железы, кишечника, дыха­тельных путей, половых органов. Мутация этого гена приводит к нарушению сек­реции Cl^–, что является причиной многих симптомов при муковисцидозе. Наруше­ние транспорта Cl^– может быть прямым следствием дисфункции CFTR Cl^–-канала. Мутация может приводить: (1) к образованию неполной цепочки белка, кото­рый быстро разрушается в клетке, (2) к синтезу белка с нормальной длиной цепоч­ки, но не встраивающегося в апикальный участок мембраны, (3) к синтезу белка с полной (нормальной) длиной цепочки, но функционально дефектного, который встраивается в апикальный участок мембраны. Наиболее частая мутация — это потеря фенилаланина в положении 508 (ДР508), приводящая к образованию це­почки белка с почти полной длиной, не встраивающейся в мембрану клетки.

Молекулярные механизмы активации CFTR были изучены при анализе его аминокислотного состава (см. Рис. 5-8). Большой цитоплазматический домен (R-домен) содержит много участков, подвергающихся фосфорилированию проте

Рис.5-7. Схема действия вторичного мессенджера сигнальной системы (цАМФ), обнаруженного в большинстве клеток. Связывание гормона (или нейротрансмиттера) с его рецептором образует акти­вированный комплекс, взаимодействующий со стимулирующим G-белком (G;)

Рис.5-7 (продолжение). Активированный G-белок освобождается от гуанозиндифосфата (ГДФ), с ко­торым он связан в неактивированном состоянии, и соединяется с гуанозинтрифосфатом (ГТФ). Это приводит к образованию С;д и Gp у-субъединиц, после чего Gsa связывается с аденилатциклазой, кото­рая катализирует образование цАМФ из АТФ. Циклическая АМФ образует связи с регуляторными субъединицами протеинкиназы А, от которой отсоединяются каталитические субъединицы, регулиру­ющие фосфорилирование соответствующих участков белков. (По: DarnellJ., Lodish H., Baltimore D. Molecular Cell Biology, 2nd ed. New York Scientific American Books, W. H. Freeman, 1990.)

Рис.5-8. Вероятное строение CFTR. Белок состоит из 1480 аминокислот, образующих около пяти доменов: два мембранно-соединенных домена (MSD1 и MSD2), каждый из которых содержит шесть сегментов, организованных таким образом, что формируют хлорный канал; и три цитоплазматических домена (NBF-1, NBF-2 и R), регулирующих активность канала

инкиназой А (ПКА). Было установлено, что удаление этих участков снижает ак­тивность хлорных каналов при повышении концентрации цитоплазматической цАМФ. Эти каналы имеют также два других цитоплазматических регуляторных домена, которые называются нуклеотидсвязывающими, так как они почти гомоло­гичны семейству белков, связывающих и гидролизующих АТФ. Повышение кон­центрации цАМФ в цитоплазме активирует CFTR следующим образом: цАМФ связывается с каталитической субъединицей протеинкиназы А и освобождает ак­тивную каталитическую субъединицу, которая способствует фосфорилированию одной или нескольких сериновых структур R-домена CFTR. Затем нуклеотидсвязывающие участки присоединяют и гидролизуют АТФ, что в результате открыва­ет каналы. Затраты энергии при этом необходимы для изменения конформацион­ной структуры канала, что ведет к его открытию, после чего происходит пассивный транспорт ионов и затрат АТФ для этого процесса не требуется.

В секреторных клетках кишечника CFTR является единственным хлорным каналом, в то время как в секреторных клетках других тканей (дыхательные пути и слюнные железы) имеется еще и кальцийзависимый Сl^–-канал в апикальном уча­стке мембраны. Поэтому у больных с муковисцидозом эпителий кишечника не спо­собен секретировать Сl^–. Исследования распределения матричной РНК, прове­денные с помощью гибридизации клеток показали, что информация для синтеза CFTR реализуется в клетках крипт кишки, где и происходят секреторные про­цессы.