Взаимодействие стероидного гормона с клеткой. Биологическая активность гормона

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 14.12.2024

Взаимодействие гормона с клеткой-мишенью начинается с того, что гормон должен сформировать гормон-рецепторный комплекс, т.е. связаться с рецептором этой клетки. Клетки, лишенные рецепторов к какому-либо гормону, не способны реагировать на гормональное воздействие. Взаимодействие гормона и рецептора инициирует начало каскада ферментативных реакций, каждая стадия которого становится все более мощной, поэтому даже малая концентрация гормона способна давать существенный эффект.

Рецепторы гормонов являются крупными белками, и каждая чувствительная к гормону клетка может иметь от 2000 до 100000 таких рецепторов. Рецепторы высокоспецифичны для конкретного гормона, что предопределяет тип гормона, который сможет оказать влияние на определенную ткань.

Подавляющее число рецепторов к гормонам локализуется следующим образом:

  • — рецепторы к липофильным гормонам, хорошо проходящим в клетку (стероидные и тиреоидные гормоны, гормональные формы витаминов А и D), являются ядерными и непосредственно участвуют в регуляции экспрессии определенных генов;
  • - рецепторы к соединениям, не проникающим через клеточную мембрану (белково-пептидные гормоны, простагландины, катехоламины), располагаются на клеточной мембране. В результате их взаимодействия с гормоном запускаются внутриклеточные сигнальные каскады, что приводит к изменению степени фосфорилирования эффекторных белков или транскрипционных факторов.

Мембранные рецепторы подразделяют на обладающие собственной ферментативной активностью (рецепторные тирозинкиназы и гуанилат- циклазы) и на не обладающие собственной ферментативной активностью (сопряженные с G-белками).

Последовательность событий, необходимых для развития гормонального эффекта, представлена на рис. 1.9.

Этапы развития гормональных эффектов

Рис. 1.9. Этапы развития гормональных эффектов

Ядерные рецепторы, регулирующие синтез белка, характерны, например, для половых гормонов (андрогены, эстрогены), гормонов щитовидной железы (тиреоиды), глюкокортикоидов и минералокортикоидов надпочечников. Эти гормоны легко проникают через плазматическую мембрану в клетку, где в цитозоле связываются с рецепторным белком и транспортируются в ядро. В неактивном состоянии подсемейство глюкокортикоидных, протестероновых, эстрогеновых и андрогеновых рецепторов бывает связано с белком теплового шока (англ, heat-shock protein) HSP-90.

При связывании гормона с рецептором белок теплового шока отделяется от последнего, комплекс белок — рецептор связывается с ДНК в специфических участках, называемых элементами гормонального ответа, которые располагаются по направлению транскрипции за сайтами начала транскрипции. В результате транскрипция и синтез белка нарушаются. Рецепторы тиреоидных гормонов и ретиноевой кислоты в неактивном состоянии не связаны с белком теплового шока и могут присоединяться к своим элементам гормонального ответа на молекуле ДНК в отсутствие гормонов, подавляя транскрипцию. Активация рецепторов, реализующих действие гормонов, по-видимому, происходит в результате фосфорилирования (рис. 1.10).

Схема механизма реализации эффектов стероидных гормонов

Рис. 1.10. Схема механизма реализации эффектов стероидных гормонов:

  • 1 — гормон доставляется к клетке с помощью транспортного белка;2— гормон проникает в клетку, диффундируя через мембрану, и образует комплекс с рецептором;
  • 3 — от рецептора отделяется белок теплового шока(HSP-90), после чего комплекс гормон — рецептор проходит в ядро;4— комплекс гормон — рецептор запускает синтез новой мРНК и распадается; 5 — рецептор выходит из ядра, связывается с белком теплового шока(HSP-90) и многократно используется клеткой;
  • 6 — иРНК транспортируется из ядра, и начинается синтез белка рибосомами;
  • 7 — синтезированные белки изменяют характер работы клетки

Гормоны, не проникающие через клеточную мембрану, взаимодействуют с рецепторами, расположенными внутри этой мембраны или на ее поверхности.

Некоторые гормоны так же, как и многие медиаторы, способны активировать ионные мембранные каналы, сопряженные с рецепторами или

являющимися их частью (ионотропные рецепторы). Взаимодействие молекулы такого гормона с рецептором приводит к открытию или, реже, закрытию ионных каналов. Через открытые каналы в клетку проникают ионы, чаще всего Са 2+ и (или) Na + , деполяризуя клетку. Ионы кальция являются самыми распространенными вторичными посредниками и мощными регуляторами внутриклеточных процессов. Все это приводит к изменению состояния клетки. Однако значительное число гормонов, для которых характерна мембранная рецепция, не воздействуют на состояние ионных каналов напрямую, а взаимодействуют с рецепторами, сопряженными с G-белками или, реже, с фермент-сопряженными рецепторами (метаботропные рецепторы). Схема сигнализации с помощью ионотропных и метаботропных рецепторов приведена на рис. 1.11.

Схема работы гормональных рецепторов

Рис. 1.11. Схема работы гормональных рецепторов:

а — ионотропного (канатыют); б — метаботропного

Рецепторы, связанные с G-белком, представляют собой аминокислотную последовательность, которая семь раз «прошивает» клеточную мембрану (образуя семь трансмембранных спирализованных участков — доменов). Внеклеточная часть этих белков гликозилирована (рис. 1.12).

Семь трансмембранных доменов расположены в мембране по кругу, образуя в центре углубление со специальными участками связывания лиганда. Присоединение лиганда (в нашем случае — гормона) или агониста приводит к изменению конформации рецепторных белков, благодаря чему активируется G-белок (гуанозинтрифосфат-связывающий белок). G-белок расположен на внутренней стороне мембраны и состоит из трех субъединиц: а, Р и у. Разные G-белки различаются строением а-субъединиц (см. рис. 1.12).

Строение трансмембранных доменов рецепторов (1—7), сопряженных с G-белками (а), и последовательность событий при его гормональной активации (б)

Рис. 1.12. Строение трансмембранных доменов рецепторов (1—7), сопряженных с G-белками (а), и последовательность событий при его гормональной активации (б)

После присоединения гормона к рецептору конформация рецепторного белка изменяется таким образом, что а-субъединица G-белка освобождает ГДФ (гуанозиндифосфат), присоединяет ГТФ (гуанозинтрифосфат) и отделяется от Ру-субъединиц, вступая в контакт с эффекторным белком, изменяя его активность. Ру-Субъединицы также могут оказывать собственные эффекты. а-Субъединица обеспечивает медленный гидролиз связанного ГТФ до ГДФ. Комплекс СЦ-ГДФ не имеет сродства к эффекторным белкам и вновь воссоединяется с Ру-субъединицами. а-Субъединицы G-белков различаются по сродству и типу воздействия на эффектор-

ные белки. Например, Са-ГТФ Gj-белка стимулирует АЦ, в то время как 6’Ц-ГТФ С;-белка ее ингибирует. Са-ГТФ G^-белка активирует фермент фосфолипазу С (рис. 1.13).

Различные типы метаботропных рецепторов

Рис. 1.13 . Различные типы метаботропных рецепторов:

а — эффект опосредован через изменение активности АЦ; б — эффект опосредуется через активацию фосфоинозитидной системы; в — эффект опосредуется через активацию тирозинкиназы

G-белок-связанные рецепторы очень широко представлены в организме. К ним относятся рецепторы к белково-пептидным гормонам, простаглан- динам, лейкотриенам, НА, дофамину, опиоидам, гистамину и многим другим медиаторам и гормонам. Следует еще раз подчеркнуть, что эти белки отличаются друг от друга только строением а-субъединицы, а в конечном счете — воздействием на разные внутриклеточные регуляторные системы.

В тех случаях, когда G-белок содержит а^-субъединицу, эта субъединица активирует АЦ (рис. 1.13, а). Повышение уровня цАМФ резко повышает уровень жизнедеятельности клетки, так как цАМФ активирует протеинкиназу Ay фосфорилирующую многие регуляторные белки. В частности, фосфорилирование белков Са 2+ -каналов способствует увеличению поступления Са 2+ в клетку. В качестве вторичного посредника систему АЦ - цАМФ используют следующие гормоны:

  • — АКТГ;
  • — ангиотензин II;
  • — кальцитонин;
  • — катехоламины (р-рецепторы);
  • — кортикотропин-рилизинг-гормон;
  • — ФСГ;
  • — глюкагон;
  • — хорионический гонадотропин человека;
  • — ЛГ;
  • — паратгормон;
  • — секретин;
  • — соматостатин;
  • — тиреотропный гормон;
  • — вазопрессин.

В случае некоторых других гормонов комплекс гормон — рецептор - Gq-белок активирует мембранный фермент фосфолипазу С, которая катализирует гидролиз фосфатидиликозитолдифосфата (ФИФ2) на два важных метаболита, обладающих биологической активностью: инозитолтрифосфат (ИФ3) и диацилглицерол (ДАГ) (рис. 1.13, б). ИФ3 стимулирует выход ионов кальция из внутриклеточных депо через ИФ3-рецепторы, а ДАГ активирует протеинкиназу С, которая фосфорилирует целый ряд белков, изменяя их активность. В целом, наблюдаются высвобождение гормонов, рост клеток, экспрессия генов и т.п. Регуляторный эффект дополняется еще и тем, что липидная часть ДАГ — арахидоновая кислота — является предшественником простагландинов, т.е. гистогормонов, обладающих многими регуляторными эффектами, как на местном тканевом, так и на системном уровнях.

В некоторых клетках G-белки могут прямо или опосредованно воздействовать на молекулы ионных каналов, регулируя ток Са 2+ через мембрану. Попав в клетку, ионы кальция связываются с белком кальмодули- ном. Когда кальмодулин взаимодействует с четырьмя ионами кальция, его конформация меняется, что приводит к активации или ингибированию протеинкиназ, запуская мощный клеточный ответ на воздействие гормона. Например, миозинкиназа действует непосредственно на миозин гладких мышц, вызывая их сокращение.

Целое семейство рецепторов к гормонам содержит встроенные проте- инкииазы, которые специфически стимулируют фосфорилирование остатков тирозина в белках-мишенях (рис. 1.13, в). К таким гормонам относятся инсулин, инсулиноподобный фактор роста (ИФР-I) и некоторые другие гормоны.

Еще раз необходимо отметить, что характер воздействия гормона на клетку определяется рецепторами этой клетки. Например, при сахарном диабете только около 30% больных испытывают нехватку инсулина, а у остальных развивается резистентность рецепторов клеток-мишеней к этому гормону. При синдроме тестикулярной феминизации генотип у человека соответствует мужскому (XY), однако фенотипически развивается женщина. У больных происходит мутация двух генов, в которых заложена структура рецепторов к мужскому половому гормону — дигидротестостерону (ДГТ). Этим определяется невозможность для гормона, уровень которого нормален, оказать программирующий эффект, и пол эмбриона остается базовым, т.е. женским. В табл. 1.4 приведены основные типы рецепторов к гормонам и примеры гормонов, взаимодействующих с этими рецепторами.

Основные суперсемейства гормональных рецепторов и взаимодействующие с ними гормоны

Тип рецептора

Связываемый гормон

Стероидные гормоны:

  • — глюкокортикоиды;
  • — минералокортикоиды;
  • — прогестины;
  • — андрогены;
  • — эстрогены;
  • — гормональная форма витамина D:i

Тиреоидные гормоны:

Мембранные, сопряженные с G-белками

  • — Катехоламины;
  • — простагландииы;
  • — мелатонин;
  • — гипоталамические рилизинг-гормоны;
  • — вазопрессин;
  • — окситоцин;
  • — АКТГ;
  • — ЛГ;
  • — ФСГ;
  • — тиреотронный гормон;
  • — хорионический гонадотропин;
  • — меланоцитстимулируютий гормон;
  • — гормоны желудочно-кишечного тракта;
  • — релаксин;
  • — кальцитонин;
  • — наратгормон

Мембранные, сопряженные с тирозинкиназами

  • — Соматотропный гормон;
  • — пролактин;
  • — плацентарный лактоген

Мембранные, рецепторные тиро- зинкипазы и рецепторные гуани- латциклазы

32. Механизм действия и передачи сигнала гормонов стероидной природы.

Молекулы этих соединений гидрофобны и поэтому могут свободно проникать через наружную клеточную мембрану в цитозоль клеток. Для кортизола было показано наличие специального белка переносчика в наружной клеточной мембране.

Стероидные гормоны поступив в цитозоль взаимодействуют там со своими рецепторами. Рецептор имеет три домена: 1 С-конецевой домен, имеющей в своей структуре центр связывания конкретного Осероидного гормона

2. Центральный домен, который содержит белок - ингибитор, обеспечивает связывание рецептора со специфическим участком ДНК в регуляторной зоне того или иного гена

3. N-концевой домен, обеспечивающий активацию или торможение транскрипции соответствующего гена.


Ответ клетки на воздействие сероидного гормона часто является 2-х стадийным:

1. На первой стадии под прямым влиянием гормон-рецепторных комплексов изменяется эффективность транскрипции небольшого количества генов, ответственных за синтез в клетке небольшого количества регуляторных белков -ПЕРВИЧНЫЙ ОТВЕТ.

2. На втором этапе синтезированные регуляторные белки в свою очередь изменяет количество белков-ферментов, белков-переносчиков и структурных белков на втором этапе синтезированные регуляторные белки в свою очередь изменяет количество белков-ферментов, белков-переносчиков и структурных белков, отвечающих за формирование метаболического ответа в клетке, т.е. так называемый вторичный ответ.

33. Механизм действия и передачи сигнала гормонов аминокислотной и белковой природы

Эти гормоны в силу своей гидрофильности не способны проникать внутри клетки,и для влияния на внутриклеточный метаболизм они связываются с белками-рецепторами, локализованными на поверхности цитоплазматических мембран.Связывание гормона с рецептором на поверхности приводит к активации белкового рецептора и как следствие-к образованию внутри клетки вторичных посредников(мессенджеров)=>они запускают внутриклеточный биологический ответ.

Для регуляции деятельности клетки с помощью гормонов, находящихся в плазме крови, необходимо обеспечить возможность клетки воспринимать и обрабатывать этот сигнал. Эта задача усложняется тем, что сигнальные молекула (нейромедиаторы, гормоны, эйкозаноиды) имеют разную химическую природу, реакция клеток на сигналы должна быть различной по направленности и адекватной по величине.

Существует два основных механизма действия сигнальных молекул по локализации рецептора:

1. Мембранный-рецептор расположен на мембране. Для этих рецепторов в зависимости от способа передачи гормонального игнала в клетку выделяют три вида мембраносвязанных рецепторов и , соответственно, три механизма передачи сигнала. по данному механизму работают пептидные и белковые гормоны, катехоламины, эйкозаноиды.

2. Цитозольный-рецептор расположен в цитозоле.

1. Рецепторы, обладающие каталитической активностью - при взаимодействии лиганда с рецептором активируется внутриклеточная часть (домен) рецептора, имеющий тирозинфосфатазную или гуанилатциклазную активность. По этому механизму действуют инсулин, пролактин, ростовые факторы, интерфероны и т.д.

2. Каналообразующие рецепторы-присоединение лиганда к рецептору вызывает открытие ионного канала на мембране. Таким образом действуют нейромедиаторы (ацетилхолин, глицин, серотонин, глутамат и т. д.).

3.Рецепторы, связанные с G-белками-передача сигнала от гормона происходит при посредстве G-белка. G-белок влияет на ферменты, образующие вторичные мессенджеры (посредники). Последние передают сигнал на внутриклеточные белки. Большинство гормонов действуют по данному механизму.К третьему виду относятся аденилатциклазный и кальций фосфолипидный механизмы:


34. Сравните действие на клетки гормонов липофильных и гидрофильных.

Секретируются в кровь сразу после начала синтеза.

Проникают через мембрану.

Связываются с внутриклеточными рецепторами.

Регулируют транскрипцию отдельных генов.

Транспортируются белками переносчиками.

Имеют пептидную природу или являются производными аминокислот.

Способны накапливаться в клетках желёз.

Не проникают в клетку.

Связываются с рецептором на мембране.

Транспортируются в потоке крови без переносчиков.

Липофильные и гидрофильные гормоны имеют различный полупериод существования в системе циркуляции (точнее биохимический полупериод, t1/2). По сравнению с гидрофильными гормонами (t1/2 несколько минут или часов) липофильные гормоны живут существенно дольше (t1/2 составляет несколько часов или дней). Биохимический полупериод гормонов зависит от активности системы деградации. Воздействие на систему деградации лекарственными препаратами или повреждение тканей может вызвать изменение скорости распада, а следовательно, и концентрации гормонов.

1. Механизм действия стероидных гормонов.

Стероидные гормоны легко проникают внутрь клетки через поверхностную плазмати­ческую мембрану в силу своей липофильности и взаимодействуют в цитозоле со специфи­ческими рецепторами. В цитозоле образуется комплекс «гормон — рецептор», который

движется в ядро. В ядре комплекс распадается и гормон взаимодействует с ядерным хрома­тином. В результате этого происходит взаимодействие с ДНК, а затем — индукция матрич­ной РНК. В ряде случаев стероиды, например, стимулируют в одной клетке образование 100—150 тыс. молекул мРНК, в которых закодирована структура лишь 1—3 белков. Итак, первый этап действия стероидных гормонов — активация процесса транскрипции. Одно­временно происходит активация РНК-полимеразы, которая осуществляет синтез рибосо-мальной РНК (рРНК). За счет этого образуется дополнительное количество рибосом, кото­рые связываются с мембранами эндоплазматического ретикулюма и образуют полисомы. Вследствие всего комплекса событий (транскрипции и трансляции) спустя 2—3 часа после воздействия стероида наблюдается усиленный синтез индуцированных белков. В одной клет­ке стероид влияет на синтез не более 5—7 белков. Известно также, что в одной и той же клетке стероид может вызвать индукцию синтеза одного белка и репрессию синтеза другого белка. Это объясняется тем, что рецепторы данного стероида неоднородны.

2. Механизм действия тиреоидных гормонов.

Рецепторы находятся в цитоплазме и в ядре. Тиреоидные гормоны (а точнее — трийод-тиронин, так как тироксин должен отдать один атом йода и превратиться в трийодтиронин, прежде чем оказать свой эффект) связываются с ядерным хроматином и индуцируют синтез 10—12 белков — это происходит за счет активации механизма транскрипции. Тиреоидные гормоны активируют синтез многих белков-ферментов, регуляторных белков-рецепторов. Тиреоидные гормоны индуцируют синтез ферментов, участвующих в метаболизме, и акти­вируют процессы энергообразования. Одновременно тиреоидные гормоны повышают транс­порт аминокислот и глюкозы через мембраны клеток, усиливают доставку аминокислот в рибосомы для нужд синтеза белка.

3. Механизм действия белковых гормонов, катехоламниов, серотонина, гистамина.

Эти гормоны взаимодействуют с рецепторами, расположенными на поверхности клет­ки, а конечный эффект действия этих гормонов может быть — сокращение, усиление фер­ментных процессов, например, гликогенолиза, повышение синтеза белка, повышение сек­реции и т. д. Во всех этих случаях лежит процесс фосфорилирования белков-регуляторов, перенос фосфатных групп от АТФ к гидроксильным группам серина, треонина, тирозина, белка. Этот процесс внутри клетки осуществляется с участием ферментов-протеинкиназ. Протеинкиназы — это АТФ-фосфотрансферазы. Их много разновидностей, для каждого белка — своя протеинкиназа. Например, для фосфорилазы, участвующей в расщеплении гликоге­на, протеинкиназа носит название «киназа фосфорилазы».

В клетке Протеинкиназы находятся в неактивном состоянии. Активация протеинкиназ осуществляется за счет гормонов, действующих на поверхностно расположенные рецепто­ры. При этом сигнал от рецептора (после взаимодействия гормона с этим рецептором) к протеинкиназе передается с участием специфического посредника, или вторичного мес-сенджера. В настоящее время выяснено, что таким мессенджером могут быть: а) цАМФ, б) ионы Са, в) диацилглицерин, г) какие-то другие факторы (вторичные посредники неизве­стной природы). Таким образом, Протеинкиназы могут быть цАМФ-зависимые, Са-зависи-мые, диацилглицерин-зависимые.

Известно, что в роли вторичного посредника цАМФ выступает при действии таких гор­монов как АКТГ, ТТГ, ФСГ, ЛГ, хорионический гонадотропин, МСГ, АДГ, катехоламины (бета-адренорецепторный эффект), глюкагон, паратирин (паратгормон), кальцитонин, сек­ретин, гонадотропин,тиролиберин,липотропин.

Группа гормонов, для которых мессенджером является кальций: окситоцин, вазопрессин, гастрин, холецистокинин, ангиотензин, катехоломины (альфа-эффект).

Для некоторых гормонов пока не идентифицированы посредники: например, СТГ, пролактин, хорионический соматомамматропин (плацентарный лактоген), соматостатин, ин­сулин, инсулиноподобные факторы роста и т. п.

Рассмотрим работу цАМФ как мессенджера:цАМФ (циклический аденозинмонофосфат) образуется в клетке под влиянием фермента аденилатциклазы из молекул АТФ,

А гуанизиндифосфатом, а под влиянием гормона она связывается с гуанизинтрифосфатом и потому активируется). В результате повышается активность каталити­ческой субъединицы, которая расположена на внутренней стороне плазматической мемб­раны, и поэтому повышается содержание цАМФ. Это, в свою очередь, вызывает активацию протеинкиназы (точнее, цАМФ-зависимой протеинкиназы), что в дальнейшем вызывает фосфорилирование, которое приводит к конечному физиологическому эффекту, например, под влиянием АКТГ клетки надпочечников продуцируют в больших количествах глюкорортикоиды, а под влиянием адреналина в ГМК, содержащих бета-адренорецепторы, происходит активация кальциевого насоса и расслабление ГМК.

И

М Под влиянием гормонов (например, окситоцина, АДГ, га-стрина) происходит изменение содержания в клетке ионов кальция. Это может происходит за счет повышения проницаемости мембраны клетки для ионов кальция или за счет освобождения свободных ионов кальция из внутриклеточных депо. В дальнейшем кальций может вызвать ряд процессов, например, повышение проницаемости мембраны для ионов кальция, натрия, может взаимодействовать с микротубулярно-ворсинчатой системой клетки, наконец, может вызвать активацию протеинкиназ, зависимых от ионов кальция. Процесс активации протеинкиназ связан прежде всего со взаимодействием ионов кальция с регуляторным белком клетки — кальмодулином. Это высокочувствительный по отношению к кальцию белок (наподобие тропонина С в мышцах), содержащий 148 аминокислот, имеющий 4 места связывания кальция. Все ядросодержащие клетки имеют в своем составе этот универсальный кальций-связывающий белок. В условиях «покоя» кальмодулин находится в неактивном состоянии и потому не способен оказывать свое регулирующее воздействие на ферменты, в том числе на протеинкиназы. В присутствии кальция происходит активация кальмодулина, в результате чего активируются протеинкиназы, а в дальнейшем происходит фосфорилирование белков. Например, при взаимодействии адреналина с адренорецепторами (бета-АР) в клетках печени происходит активация гликогенолиза (расщепления гликогена до глюкозы). Этот процесс начинается под влиянием фосфорилазы А, которая в клетке находится в неактивном состоянии. Цикл событий здесь таков: адреналин + бета-АР повышение внутриклеточной концентрации кальция -> активация кальмодулина -> активация киназы фосфорилазы (активация протеинкиназы) -> активация фосфорилазы В, пре­вращение ее в активную форму — фосфорилазу А -> начало гликогенолиза.

В случае, когда имеет место другой процесс, последовательность событий такова: гормон + рецептор -> повышение уровня кальция в клетке -> активация кальмодулина -> активация протеинкиназы -> фосфорилирование белка-регулятора -> физиологический акт.

Мессенджер—диацилглицерин. В мембранах клетки имеются фосфолипиды, в частности фосфатидилинозитол — 4,5-бифосфат. При взаимодействии гормона с рецептором этот фосфолипид разрывается на два осколка: диацилглицерин и инозитолтрифосфат. Оба этих рпсолка являются мессенджерами. В частности, диацилглицерин в дальнейшем активирует протеинкиназу, что приводит к фосфорилированию белков клетки и соответствующему аналогическому эффекту.

Другие мессенджеры. В последнее время ряд исследователей полагает, что в роли мессенджеров могут выступать простагландины и их производные. Предполагается, что каскад реакций таков: рецептор + гормон -> активация фосфолипазы А2 -> разрушение фосфолипидов мембраны с образованием арахидоновой кислоты -> образование простагландинов типа ПГЕ, ПГФ, тромбоксанов, простациклинов, лейкотриенов -> физиологический эффект.

РЕГУЛЯЦИЯ СЕКРЕЦИИ ГОРМОНОВ

Существуют различные способы эндогенной регуляции секреции гормонов,

1. Гормональная регуляция. В гипоталамусе вырабатываются 6 либеринов и 3 статина (кортиколиберин, тиролиберин, гонадолиберин, меланолиберин, пролактолиберин, сома-толиберин, соматостатин, меланостатин, пролактостатин), которые через портальную сис­тему гипофиза из гипоталамуса попадают в аденогипофиз и усиливают (либерины) или тор­мозят (статины) продукцию соответствующих гормонов. Гормоны аденогипофиза — АКТГ, ЛГ, СТГ, ТТГ — в свою очередь вызывают изменение продукции гормонов. Например, ТТГ повышает продукцию тиреоидных гормонов. В эпифизе вырабатывается мелатонин, кото­рый модулирует функцию надпочечников, щитовидной железы, половых желез.

2. Регуляция продукции гормона по типу обратной отрицательной связи. Продукция тире­оидных гормонов щитовидной железы регулируется тиролиберином гипоталамуса, воздей­ствующего на аденогипофиз, продуцирующий ТТГ, который повыш ает продукцию тиреоид­ных гормонов. Выйдя в кровь, Т3 и Т4 воздействуют на гипоталамус и аденогипофиз и тор­мозят (если уровень тиреоидных гормонов высокий) продукцию тиролиберина и ТТГ.

Существует и вариант положительной обратной связи: например, повышение продук­ции эстрогенов вызывает рост продукции ЛГ в гипофизе. В целом принцип обратной связи получил название принцип «плюс-минус-взаимодействие» (по М. М. Завадскому).

3. Регуляция с участием структур ЦНС. Симпатическая и парасимпатическая нервные системы вызывают изменение в продукции гормонов. Например, при активации симпатиче­ской нервной системы повышается продукция адреналина в мозговом слое надпочечников. Структуры гипоталамуса (и все, что влияет на них) вызывают изменение в продукции гор­монов. Например, активность супрахиазматического ядра гипоталамуса вместе с активнос­тью эпифиза обеспечивают существование биологических часов, в том числе — для гормо­нальной секреции. Например, известно, что продукция АКТГ максимальна в период с 6 до 8 час. и минимальна в вечерние часы — с 19 до 2—3 час. Эмоциональные, психические воздействия через структуры лимбической системы, через гипоталамические образования способны существенно влиять на деятельность клеток, продуцирующих гормоны.

Структура стероидных гормонов


Тестостерон вырабатывается в семенниках, а андростерон, андростендион - в коре надпочечников.

Эстрогены Женские половые гормоны.

Эстрогены синтезируются в яичниках, коре надпочечников, в семенниках и плаценте. Кроме того, человек получает их из пищи (яйца, икра рыбы, коровье масло и т.д.)


эстрадиол эстрон эстриол

У всех стероидных гормонов начальный путь биосинтеза общий, т.е. корнем всех гормонов является прегненолон

Демонстрация схемы образования стероидных гормонов (стр. 305 Ф.И.Комаров идр.).

Общая схема синтеза стероидных гормонов


В этой схеме представлено, что 17-оксипрегненолон может участвовать непосредственно в синтезе кортизола. Кроме того, 21-оксипрегнелон также может участвовать в синтезе кортикостерона (Юдаев и сотр.). Центральным звеном в синтезе стероидных гормонов является прегненолон. Конечными продуктами 17-кетостероиды (М. 20-25 мг; Ж. 6-12 мг в сутки).

Превращение холестерина в стероидные гормоны обеспечивается 2-мя различными группами ферментов: дегидрогеназами и изомеразами и другой группой ферментов - гидроксилазами.

Так, гидроксилаза кортикостероидов - десмолаза холестерина, которая на первом этапе катализирует отщепление боковой цепи холестерина (локализована во фракции митохондрий, связана с внутренними мембранами). В реакции участвуют НАФН2, ионы Mg 2+ . Большую роль играют 17- и 21-гидроксилазы (кофакторы НАДФН, О2 в микросомах надпочечников).

В 50-х годах был обнаружен в микросомах надпочечников особый белок гемопротеид, названный цитохром-Р-450 (при пропускании света через микросомы надпочечников - появлялась полоса поглощения при 450 нм).

Было показано, что цитохром -Р-450 является терминальной оксидазой при гидроксилировании всех стероидов. Цепь переноса электронов в гидроксилирующей системе окисления стероидов состоит из ряда коферментов и обнаруженного негеминового белка адренодоксина, содержащего железо Fe 2+ .


Где цитохром-Р-450 (т.е. комплекс со стероидом), а S-ОН - гидроксилированный стероид

Таким образом, в реакции гидроксилирования участвует многокомпонентная система, имеющая одинаковый состав.

Регуляция синтеза кортикостероидных гормонов.

Активность ферментов, участвующих в синтезе кортикостероидных гормонов, зависит от АКТГ гипофиза. При избытке АКТГ резко увеличивается вес надпочечников, повышается содержание белка, РНК, ДНК, активируется ДНК-полимераза и тимидинкиназа. Стимулируются в надпочечниках гликолиз, пентозный шунт, ферменты цикла Кребса.

При отсутствии АКТГ (у гипофизэктомированных животных) или снижении его - наблюдаются противоположные изменения. Таким образом, обеспечивается нормальное функционирование надпочечников. Установлено, что АКТГ активирует аденилатциклазу (комплексируется с рецепторами). Известно, что аденилатциклаза в клеточных мембранах находится в ингибированной форме (фосфоаденилатциклаза), которая под влиянием NaF и простогландинов переходит в активированную форму

(дефосфоаденилциклазу). Фосфорилирование аденилатциклазы, по-видимому, осуществляется при участии цАМФ-зависимой протеинкиназы. Не исключено, что ионы Са 2+ играют определённую роль в этом процессе.

Таким образом, в результате активации аденилатциклазы в надпочечниках повышается образование цАМФ. Уровень цАМФ зависит от активности фосфодиэстеразы. Показано, что ингибиторы этого фермента усиливают действие гормонов. В клетках цАМФ способствует образованию комплекса цАМФ-протеинкиназа.

цАМФ-зависимая протеинкиназа активирует холестеринэстеразу, что приводит к образованию свободного холестерина. цАМФ-зависимая протеинкиназа катализирует фосфорилирование гистонов, протаминов и киназы фосфорилазы. В результате стимулируется синтез важнейшего белка, участвующего в синтезе стероидов (гипотетического). Далее, активируется РНК-полимераза, что ведёт к биосинтезу структурных белков и ферментов. В результате накопления цАМФ в надпочечниках происходит связывание свободного холестерина с цитохромом-Р-450. Всё это проводит к ускорунию синтеза образования кортикостероидов (демонстрация схемы стр.209, Юдаев).

Стероидные гормоны и другие медиаторы имплантации. Введение в рецепторологию.

Стероидные гормоны и другие медиаторы имплантации. Введение в рецепторологию

Выше неоднократно говорилось, что главными регуляторами репродуктивных процессов у всех видов млекопитающих являются стероидные гормоны. Способность эндометрия к рецепции бластоцисты является результатом его гормональной подготовки. Практически для всех видов млекопитающих в репродуктивном цикле характерны две следующие закономерности:

1) возрастающая секреция эстрогенов в фазу развития фолликулов, которая в хронологическом плане влияет на имплантацию лишь косвенно;

2) лютеальная послеовуляторная функция, когда вырабатываются значительные количества прогестагенов; значительная эстрогенная секреция в эту фазу характерна далеко не для всех видов животных (67). Выработка больших количеств прогестагенов у всех видов совпадает по времени с имплантацией, в то время как сопутствующая этому секреция эстрогенов не характерна для всех видов. Например, среди приматов, характеризующихся очень близкими человеку гормональными профилями, у резуса и бабуина нет лютеального пика эстрогенов.

Что можно думать о роли эстрогенной секреции, облигатной для фазы роста фолликулов у всех млекопитающих? Кроме их гипоталамо-гипофизарного действия и вклада в эстральное поведение, эстрогены могли бы тормозить прогрессирующую атрофию матки в промежутке между беременностями. Однако такая интерпретация кажется менее логичной с учетом того, что у животных и в группах первобытных людей инфертильные циклы относительно редки, и после родов и лактации быстро следует новая беременность.

С эволюционной точки зрения эстрогенную секрецию в фолликулярную фазу следует считать неотъемлемой частью выработанной естественным отбором гормональной программы, которая создает наиболее благоприятные условия для наступления беременности и такого ключевого события, как имплантация. Нормальная секреторная трансформация эндометрия женщины возможна только после адекватной подготовки эндометрия эстрогенами. Мы подошли к такой важной теме, как рецепция половых стероидов.

Одним из самых перспективных направлений развития современной эндокринологии является изучение рецепции гормонов, и в частности, стероидных. Крупный американский биохимик Ленинджер, выступая на одном из международных конгрессов, сказал, что мы стоим на пороге новой эры развития медицины и биологии, связанной с развитием новой науки, рецепторологии, которая значительно расширит горизонты наших знаний о биологических системах.

Правота этого утверждения особенно очевидна в области физиологии и патологии репродукции, где знание динамики стероидных рецепторов позволило во многом по-новому взглянуть на патогенез, тактику лечения и прогноз таких заболеваний, как новообразования молочной железы и эндометрия и бесплодие при дефекте фазы желтого тела. Стероидные рецепторы необходимы для нормального функционирования всех органов-мишеней, но в данном обзоре целесообразно остановиться лишь на динамике стероидных рецепторов эндометрия. Стероидные рецепторы — это, по существу, регулирующие транскрипцию белки. Особенностью стероидных рецепторов является то, что для каждого типа стероидов (эстрогены, прогестерон, андрогены, глюкокортикоиды) имеется свой рецептор, и в одной и той же клетке могут одновременно находиться рецепторы для разных типов стероидов. Уровни стероидных рецепторов меняются в соответствии с сезонными и циркадными ритмами (62).

При отсутствии стероидных рецепторов для данного гормона в клетке, гормон не окажет своего физиологического действия до тех пор, пока в клетке не появятся рецепторы к нему. Одними из главных регуляторов уровней внутриклеточных стероидных рецепторов являются стероидные гормоны. Хотя до сих пор не создано метода быстрого и точного мониторинга уровней внутриклеточных стероидных рецепторов, рецепторология их достигла уже значительных успехов и синтез данных молекулярной эндокринологии, кинетики клеточного цикла и биохимии позволяет дать следующую схему действия женских половых стероидов на эндометрий (46).

I. Взаимодействие внутриклеточных стероидных рецепторов с гормонами зависит от уровня свободного гормона плазмы, представляющего .активное" состояние гормона. Количество свободного гормона плазмы крови находится под влиянием связывающих белков плазмы. Сродство гормонов к связывающим белкам плазмы колеблется от очень слабого (Кd 10 -3 M) до очень сильного (Кd 10 -10 M). Высоким сродством к эстрадиолу и тестостерону обладают SВР (sex steroid binding plasma protein, TEBG, testosterone-estrogen binding globulin) и aльфа-фетопротеин (уровень его падает от высокого в период новорожденности до низкого в препубертатный период). Прогестерон и кортикостероиды обладают высоким сродством к транскортину (СВG, corticosteroid binding globulin). Неспецифическим связывающим стероиды белком плазмы является альбумин (Kd 10 -4 — 10 -5 М, относительно слабое средство).

Сродство эстрадиола и эстриола к внутриклеточным эстрогенным рецепторам составляет соответственно 10 -10 и 10 -9 М. Таким образом, эстрадиол должен быть в 10 раз активнее эстриола. Однако по способности оказывать специфическое действие в организме активность их примерно одинакова. Это объясняется тем, что сродство альбумина сыворотки к эстрадиолу в 10 — 100 раз больше, чем к эстриолу. Эстрадиол сам может оказывать влияние на уровень сывороточного альбумина, так как он вызывает задержку и накопление сывороточного альбумина в тканях-мишенях, в частности, в матке (повышение уровня связанного эстрадиола в матке по сравнению с другими органами).

II. Стероидные гормоны одинаково легко входят в клетки-мишени и не-мишени при широком спектре концентраций (0,2 — 5 000 нг/мл), что проще всего объясняется простой диффузией.

III. После попадания стероидного гормона в клетку, он связывается либо с неспецифическим белковым компонентом цитоплазмы (низкое сродство, неспецифичность, большая связывающая способность), либо со специфическим рецептором (высокое сродство, специфичность, малая связывающая способность). В первую очередь гормон связывается со своим специфическим рецептором, к которому имеет наибольшее сродство. Например, рецептор эстрогенов прочнее связывает эстрадиол, чем эстриол и эстрон. В то же время он может очень активно связывать нестероидные эстрогены (диэтилстилбестрол). И, наконец, антагонисты эстрогенов (нафоксидин, тамоксифен). Напротив, эстрогеновый рецептор не связывает ни прогестерона, ни кортизола. Связь стероида с рецептором обратимая и нековалентная.

IV. Цитозольный комплекс гормона и рецептора следует в ядро. Ядерные и цитозольные рецепторы стероидных гормонов по современным представлениям идентичны. В физиологических условиях (температура 37 о С, ионная сила раствора 0,15 и рН 7,4) комплекс гормон-рецептор "активируется", либо трансформируется. Природа этой трансформации пока не ясна, однако известно, что такая трансформация благоприятствует переходу комплексов в ядро и сродство ядра к стероидным рецепторам резко повышается.

V. Биологические ответы эндометрия. Общим для стероидных гормонов действием является то, что гормональная стимуляция усиливает транскрипцию определенного числа генов. Это действие приписывается комплексам гормон-рецептор, выполняющим в ядре функцию регуляторов, модулирующих генную экспрессию. Однако точный механизм связывания рецепторов с ядерным материалом и тип регуляции пока не известны.

Одним из самых важных свойств стероидных гормонов является их влияние на уровни стероидных рецепторов внутри клеток-мишеней. Эстрадиол усиливает синтез собственных рецепторов, рецепторов прогестерона и рецепторов андрогенов. Андрогены могут усиливать синтез собственных рецепторов. Прогестерон не только не усиливает синтез собственных рецепторов, но подавляет его. Подавляет он и синтез рецепторов эстрадиола.

В фолликулярную фазу менструального цикла женщины концентрация рецепторов эстрадиола в эндометрии под влиянием секреции эстрадиола яичниками повышается и сопровождается повышением сродства их к ядру. Вероятно, что рецептор, синтезированный в цитоплазме, немедленно переходит в ядро вместе с гормоном. С началом секреторной фазы уровень эстрадиоловых рецепторов начинает быстро падать, что обусловлено растущей концентрацией прогестерона и одновременным снижением концентрации эстрадиола плазмы, активность которого снижается вдобавок и потому, что на уровне эндометрия усиливается трансформация эстрадиола в эстрон вследствие повышения активности 17-бета-гидроксистероид-дегидрогеназы, стимулируемой прогестероном (37).

Что касается рецепторов прогестерона, то их концентрация тоже повышается в пролиферативную фазу и держится на высоком уровне до тех пор, пока в кровообращении не появится прогестерон. После овуляции их уровень падает параллельно росту секреции прогестерона и относительному снижению уровня эстрадиола. Однако, что очень важно, не смотря на понижение общей внутриклеточной концентрации рецепторов прогестерона, их уровень в ядре к моменту имплантации (20 — 22 день) относительно повышается. Интересно отметить, что колебания уровней стероидных рецепторов в эндометрии женщины можно объяснить на основании принципов, открытых в опытах на лабораторных животных.

Рецепторы половых стероидов в клетках эндометрия женщины

Из сказанного выше ясно, что кроме метаболического действия, в общебиологическом плане фолликулярная секреция эстрогенов совершенно необходима для создания условий для нормальной рецепции эндометрием прогестерона в фазу желтого тела и для нормальной имплантации.

Действие прогестерона в секреторную фазу цикла:

1) Он может влиять на динамику собственных рецепторов и рецепторов эстрадиола.

2) Может быть, самое важное в смысле регуляции то, что растущие титры прогестерона могут влиять на генную экспрессию, индуцированную соединением комплекса эстрадиоловый рецептор — эстроген с хроматином ядра. Кроме изменения эстроген-индуцированной транскрипции, могут происходить изменения на уровне связанной с ней трансляции.

3) Собственные эффекты прогестерона, связанные со специфическими для него регуляторными факторами.

Общим результатом действия прогестерона во вторую фазу цикла является прогрессирующая дифференцировка клеток и завершение подготовки к приему бластоцисты. Эстрогены в эту фазу могут оказывать лишь модулирующее влияние на генную экспрессию обусловленную прогестероном.

Крайне сложную динамику стероидных рецепторов эндометрия при подготовке его к приему бластоцисты продемонстрировали исследования Martel и Psychoyos (1976, мышь). Они показали, что в преимплантационном периоде динамика комплексов эстроген-рецептор имеет четко выраженный циркадный ритм с максимальной концентрацией комплексов в ядре в полночь и минимальной концентрацией в полдень. Каждую ночь происходит как бы подзарядка ядра комплексами эстроген-рецептор, причем ночная концентрация комплексов в ядре может превышать дневную на 200%. Циркадная динамика стероидных рецепторов эндометрия женщины в периимплантационном периоде пока не изучена.

Кроме стероидных гормонов, важную роль в имплантации могут играть и некоторые другие гормоны. Так, пролактин тоже является гормоном поздней лютеиновой фазы и ранней беременности. Известно, что он синтезируется предецидуальными и децидуальными клетками эндометрия женщины независимо от присутствия зародыша (74). Высокими уровнями пролактина в лютеальную фазу объяснялось бесплодие у некоторых нормально овулирующих женщин (89). Возможно, он участвует в предотвращении иммунной реакции матери в ответ на зародыш (36). Фолликул, желтое тело и эндометрий женщины производят и релаксин. Концентрация его в перитонеальной жидкости очень высока между пятым и десятым днями после овуляции (119), а пролактин, возможно, является его антагонистом в действии на миометрий (12). Релаксин определяется в сыворотке крови в раннюю беременность, но роль его в имплантации не ясна (88).

Что касается простагландинов матки, то отношение простагландин E/простагландин F в пролиферативную фазу приблизительно равно единице, а в секреторную фазу этот индекс значительно повышается как в эндометрии, так и в миометрии (36). Кроме своего действия на сократимость матки, простагландины могут выполнять и другие функции. Они могут быть связаны о образованием децидуальных клеток, так как чувствительность матки к децидуогенным стимулам изменяется параллельно росту концентрации простагландина Е2. Простагландины Е и/или I повышают проницаемость сосудов эндометрия. Роль простагландинов в имплантации пока не ясна. У разных млекопитающих в разных концентрациях они могут оказывать как благоприятное, так и неблагоприятное действие на имплантацию.

Вместе с гистамином они могут повышать проницаемость капилляров матки в месте имплантации (34). Они могут участвовать и в освобождении бластоцисты от прозрачной оболочки (6). Простагландин Е, вероятно оказывает в месте имплантации неспецифическое иммуносупрессивное действие, защищающее зародыш. Это действие не связано с влиянием на сократимость матки (44).

Имплантация сопровождается изменениями стромы эндометрия. После адгезии бластоцисты в месте непосредственной близости к зародышу повышается проницаемость капилляров, развивается отек стромы, и повышается напряжение кислорода. Децидуальная трансформация начинает проявляться лишь на самых поздних стадиях имплантации у человека. У человека, как и у большинства других видов, децидуальная трансформация развивается вначале в непосредственной близости к бластоцисте и зависит от стимула со стороны бластоцисты (41). В физиологических условиях обязательным посредником в передаче децидуогенного сигнала зародыша строме является эпителий эндометрия. Децидуогенный сигнал бластоцисты может быть кратковременным. Однако запущенный им метаболический сигнал эпителия, передающий приказ о запуске децидуальной реакции строме, должен поддерживаться несколько часов. Роль химического посредника между эпителием и стромой в децидуальной реакции играют, видимо, гистамин и/или простагландины (66).

В течение всего прогестационного периода между бластоцистой и организмом матери идет обмен информацией, модулирующий как поведение и развитие бластоцисты, так и распознавание беременности организмом матери. Природа этих сигналов мало изучена и включает в себя пиноцитоз, непосредственный контакт, гормональные сигналы. Еще в преимплантационном периоде бластоциста начинает секретировать ХГ, поступающий в материнский кровоток до имплантации. Пока не известно, идентичен ли ХГ т. н. "фактору ранней беременности" (11), который подавляет реакцию розеткообразования лимфоцитов матери и позволяет диагностировать зачатие до имплантации. Расшифровка механизмов взаимодействия зародыша и материнского организма в преимплантационном периоде дело будущего.

Определенное значение в обеспечении нормальной имплантации может иметь двигательная активность миометрия, которая может быть локальной или распространяться вниз по миометрию. Вероятно, один водитель ритма вызывает серии разрядов с интервалами в несколько секунд, в то время как другой контролирует число разрядов в каждой серии. Частота серий определяет частоту сокращений, а число разрядов в каждой серии — их интенсивность. Локальная моторика небеременной матки характеризуется высокой частотой, низким активным давлением и нерегулярностью сократительных циклов.

Успешная пересадка бластоцисты в матку возможна, как правило, только в ночные часы (лучше в полночь) (34). Это может быть связано с циркадным ритмом моторики миометрия, а также с циркадными ритмами динамики стероидных рецепторов, выработки ХГ, кортикостероидов, простагландинов, пролактина, покоем центральной нервной системы. На спонтанную моторику миометрия могут оказывать влияние многочисленные внешние факторы: боль, страх, половое возбуждение, оргазм, волнение (36). Нарушение имплантации при стрессе (и при эмоциональном бесплодии ?) может быть связано с выбросом пролактина.

Практически не изучены иммунофизиология и иммунопатология имплантации. Понятно, что иммунологические факторы могут влиять на успешность репродуктивного процесса на многих этапах прогестации, но механизмы иммунного распознавания и иммунной защиты зародыша пока не раскрыты. Видимо, иммунное узнавание зародыша необходимо для включения иммунной защиты. Любопытные данные были получены при изучении хаттеритов, инбредного человеческого изолята, в котором запрещена контрацепция, и который характеризуется высокой плодовитостью и большими размерами семьи. Было установлено, что в семьях, в которых у супругов общие HLA А и HLА В антигены, репродуктивные показатели были хуже, чем в семьях, в которых у супругов эти антигены 6ыли различны. Авторы предполагают, что совместимые в иммунном отношении плоды могут не вызвать иммунного ответа матери, направленного на защиту плода, хотя при трактовке данных нужно быть очень осторожным (83).

Читайте также: