Тема: Іонні процеси у ракових клітинах

План

1. Загальні типи мембранного транспорту

2. Na+-К+ АТФаза

3. ATФ-залежні Са2+ помпи

4. Роль Са2+ гомеостазу в апоптозі ракових клітин

5. Іонні градієнти постачають енергію для вторинного активного транспорту

6. Іон-селективні канали сприяють швидкому перенесенню іонів через мембрани

7. Нейрональний Na+ канал

8. Роль вутрішньоклітинного рН

Загальна схема транспортних механізмів у клітинній мембрані

Структура Na+/К+-АТФази

Na+/K+-АТФаза — тетрамер із молекулярною масою 270 кДа, який пронизує мембрану. Велика субодиниця містить ділянку, яка здійснює гідроліз АТФ, і ділянку, яка зв'язує інгібітори. Мала субодиниця містить вуглеводні групи.

Jens Scou

Механізм транспорту Na+ і K+ за допомогою Na+/K+-ATPази

1. Зв’язування трьох іонів Na+ сайтом високої спорідненості на великій субодиниці фермента з цитозольного боку.

2. Зменшення спорідненості сайта до Na+

3. Звільнення Na+ на зовнішньоклітинній поверхні мембрани.

4. Зв’язування іонів К+ сайтом високої спорідненості на великій субодиниці фермента із зовнішньоклітинного боку.

5. Дефосфорильований фермент втрачає спорідненість до К+ . Транспортний білок готовий до нового циклу.

Оуабаїн (оuabain) – інгібітор Na+/K+-АТФази

Acokantera ouabaio

Strophanthus gratus

Doliba Nat et al. Metabolic control of sodium transport in streptozotocin induced diabetic rat hearts. Biokhimia, 2000, 65(4): 590-7.

Na+-К+-Сl- - котранспортер у нирках

• Реабсорбція Na+ здійснюється через Na+-K+-Cl- - транспортер (чутливий до фурасеміду та буметаніду) та базолатеральну Na+/K+-АТФазу, яка виступає рушійною силою цього транспорту. Експресія апікальних К+- і базалотеральних Cl- - каналів генерує позитивний заряд з боку протоки, що сприяє додатковому транспорту Na+ та інших катіонів через міжклітинний простір. (Delpire et al. Nephrol Dial Transplant (1996) 11: 1967-1973).

Sarco(Endo)plasmic Reticulum Ca2+-ATPase (SERCA)

1. Два Ca2+ щільно зв’язуються із ферментом на цитозольній стороні та стабілізують конформацію, що дозволяє АТФ реагувати з активним сайтом залишку аспартату.

2. Фосфорилювання аспартату стимулює перехід Са2+-зв’язуючого сайту на іншу сторону мембрани і послаблення його спорідненості до катіону. Са2+ вивільняється у ЕР.

3. Вивільнення Са2+ викликає гідроліз Фн з ферментного аспартату та відновлення Ca2+-зв’язуючого сайту з цитозольного боку.

Зліва: Клітина андроген-залежного раку простати з “протікаючими” каналами ендоплазматичного ретикулуму (ЕР) SERCA помп, інтралюмінальним калретикуліном (CRT) і Са2+-каналами плазматичної мембрани (SOCs), які забезпечують регуляцію апоптозу іонами кальцію. Справа: андроген-незалежний фенотип із суттєво нижчою [Са2+] в ЕР в результаті меншої активності CRT і SERCA помп, посиленого витікання Ca2+ (товстіші лінії) та зменшення кількості SOC-каналів, що елімінують один з апоптичних шляхів (ER depletion/stress-dependent apoptotic pathway) і зменшують ефективність іншого (Ca2+ entry-dependent). (Prevarskaya et al. BBRC 2004;322(4):1326-35).

Са2+-залежний апоптоз в ракових епітеліальних клітинах простати

Транспорт глюкози у клітинах (епітеліальні клітини кишечника)

Глюкоза проникає у клітину в результаті котранспорту із Na+. Далі вона рухається до базальної мембрани, де проникає у кров через пасивний транспортер GluT2. Na+/К+-АТФаза викачує Na+ назад, підтримуючи натрієвий градієнт – рушійну силу поглинання глюкози.

Валіномцин – іонофор-переносник іонів К+

1. Синтезується у Streptomyces fulvissimus.2. Шість атомів кисню взаємодіють із К+ , заміщаючи кисень води.3. Селективний до К+ у порівнянні із Na+. 4. Внутрішня сторона валіноміцин-K+ комплексу полярна, а поверхня –

гідрофобна, що дозволяє проникати через ліпідний бішар.5. Пасивний переносник для K+. Іон може вивільнятись після проникнення

через мембрану. 6. Може транспортуватись через мембрану незалежно від зв’язування із К+.

Напрямок транспорту залежить від електрохімічного градієнту K+.

Вольт-воротній Na+ канал

A. Чотири домени оточують центральний трансмембранний канал вистланий полярними амінокислотними залишками. Сегменти, що зв’язують петлі 5 і 6 (червоні) у кожному домені, зближаються біля зовнішньоклітинної поверхні щоб утворити селективний фільтр характерний для усіх Na+ каналів. Завдяки цьому фільтру канал відрізняє іони Na+ від інших іонів схожого розміру. Дезактивуючі ворота (зелені) закриваються (пунктирна лінія) незабаром після відкривання активуючих воріт.

Б. Вольт-чутливий механізм включає рух 4-ої петлі (синя) перпендикулярно до площини мембрани у відповідь на зміни трансмембранного потенціалу. Сильний позитивний заряд на петлі №4 дозволяє зсунути її усередину у відповідь на негативний зсередини мембранний потенціал (Vm). Деполяризація зменшує цей зсув і 4-та петля розлабляється, висуваючись назовні мембрани. Цей рух передається до активуючих воріт (помаранчеві), викликаючи конформаційні зміни, що відкривають канал у відповідь на деполяризацію.

А Б

Дефективні іонні канали викликають цистовий фіброз (ЦФ)

Слиз на поверхні легенів вкритий бактеріями. У здорових легенях ці бактерії знищуються і вимітаються рухом війок. За ЦФ активність бактерій зростає, викликаючи повторні інфекції і прогресуюче пошкодження легенів.

Дефективні іонні канали викликають цистовий фіброз (ЦФ) (продовження)

ЦФ може викликатись за мутацій Cl--каналу CFTR. Він містить 12 трансмембранних спіралей і три фукціональних домени із цитозольного боку: NBF1 і NBF2 зв’язують АТФ, а регуляторний домен R слугує сайтом фосфорилювання для АМРК. Олігосахаридні ланцюги приєднані ззовні на сегменті між 7 і 8 спіралями. Найпоширенішою мутацією за ЦФ є вилучення фенілаланінового залишку в позиції 508 на NBF1 домені. Структура CFTR є дуже схожою на траспортер антиракових препаратів, що вилучає їх із цитозолю ракової клітини.

Інтегральні білки, що забезпечують міжклітинну взаємодію

Інтегрин (integrin) містить α і β трансмембранні поліпептиди; їх зовнішньоклітинні домени об’єднуються, утворюючи зв’язуючі сайти для двовалентних іонів металів і білків позаклітинного матриксу (таких як колаген і фібронекти) чи специфічних поверхневих білків інших клітин. Кадгерин (сadherin) має чотири позаклітинних Са2+-зв’язуючих домени, найвіддаленіший з яких містить сайт, що приєднується до кадгерину на поверхні іншої мембрани. N-CAM (neuronal cell adhesion molecule) представляє сімейство імуноглобулін-подібних білків, що забезпечують Ca2+-незалежне зв’язування з поверхнею сусідніх клітин. Селектини (selectins) щільно зв’язують карбогідратні залишки на сусідніх клітинах; це зв’язування є Ca2+-залежним.

Додаткова література

1.Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. В 3-х т.т. М., Мир, 1994 2.Геннис Р. Биомембраны. Молекулярная структура и функции. М., Мир, 1997 3.Prevarskaya et al. Ca2+ homeostasis in apoptotic resistance of prostate cancer cells. BBRC 2004;322(4):1326-35