По новым подсчетам, они одновременно могут передавать не только сигналы «да» и «нет», но и различать по крайней мере четыре уровня концентрации сигнальных веществ, а значит, и воздействующих на эти рецепторы лекарств.
Художественное изображение рецепторных белков на мембране клетки
Кадр из видео Inner Life of the Cell / Youtube
Сотрудник Школы биомедицины Дальневосточного федерального университета (ШБМ ДВФУ) Владимир Катанаев с коллегами из Швейцарии определил варианты передачи информации рецепторами, сопряженными с G-белками (GPCR). Их число оказалось выше, чем по предыдущим оценкам. Для его определения ученые использовали эксперименты непосредственно на культурах клеток, а также компьютерное моделирование. Научная статья опубликована в журнале Nature Communications.
Клетки воспринимают сигналы от тех веществ, к которым у них на поверхности есть белки-рецепторы. Сигнальные молекулы на некоторое время присоединяются к соответствующим рецепторам. Некоторые из этих рецепторов на время образования такого контакта получают способность пропускать в клетку определенные заряженные частицы либо, наоборот, выводить их наружу. Другие при связывании с сигнальной молекулой, находящейся снаружи, также взаимодействуют со сложносоставным белком внутри клетки. В итоге такого взаимодействия внутренний белок распадается на несколько составляющих (субъединиц), и при этом тратится энергия гуанозинтрифосфата (ГТФ\GTP), а белки с таким механизмом работы называются G-белками. Отдельные субъединицы G-белка после разъединения запускают разнообразные каскады биохимических реакций в клетке, влияя на ее состояние. Поэтому рецепторы, сопряженные с G-белками (GPCR), часто являются мишенью лекарств. Активируя их или выводя их из работоспособного состояния, можно добиться нужного эффекта на клеточном уровне.
До недавнего времени не было точно известно, что влияет на скорость передачи сигналов с помощью GPCR. Предполагалось, что они «чувствуют» наличие сигнального вещества независимо от его концентрации снаружи клетки и вызывают распад G-белка на отдельные субъединицы. Либо, не «ощущая» сигнала извне, не меняют состояние G-белка. Метафорически это можно описать так: GPCR связывается с сигнальным веществом и на запрос о распаде говорит G-белку «да» или, в отсутствие сигнального вещества, отвечает G-белку «нет».
Российские и швейцарские ученые выяснили, что это не так. Они вырастили культуры клеток, несущих на своей поверхности определенный тип GPCR, реагирующий на нейромедиатор ацетилхолин. При активации этого GPCR в клетке повышается концентрация кальция. Исследователи проверяли, как будет меняться интенсивность роста содержания кальция в отдельных клетках при воздействии на них различными дозами ацетилхолина. Для этого они ввели в клетки флуоресцентные красители, которые светятся тем сильнее, чем больше вокруг них заряженных частиц кальция. «Капая» на клетку ацетилхолин, ученые вызывали увеличение в ней концентрации кальция и интенсивности флуоресценции соответствующих красителей.
Если бы все GPCR на поверхности одной клетки активировались, как только ацетилхолин появляется рядом с ними, то при воздействии определенной концентрации этого вещества уровень кальция резко подскакивал бы вверх и свечение красителей усиливалось бы тоже скачкообразно. Однако на деле интенсивность флуоресценции менялась достаточно плавно. Это означает, что сопряженные с G-белками рецепторы реагируют не по принципу «есть сигнал — нет сигнала», а различают несколько концентраций сигнального вещества (исследователи считают, что по крайней мере четыре). Такой результат подтвердили и компьютерные модели.
Полученная информация будет особенно важна для разработчиков лекарств. Множество потенциальных и уже существующих препаратов против самых различных заболеваний воздействует на GPCR. Чтобы сделать это воздействие эффективным, необходимо понимать принцип работы рецепторов, сопряженных с G-белками.
Источник: chrdk.ru
