Роль пептидов в функционировании нервной системы (стр. 5 из 7)
Так например, многие эндопептидазы, участвующие в процессинге энкефалинов обладают очень узкой субстратной специфичностью. Так, эндопептидаза, специфичная к связи Lys-Arg, не расщепляет связи Arg-Arg и Arg-Lys, что объясняют специфичностью фермента не только к гидролизуемой связи, но и, вероятно, к ближайшему аминокислотному окружению. Расщепление может происходить иногда не по парам остатков основных аминокислот, а по моноостаткам аргинина, лизина или каких-либо других аминокислот. Например, тиоловая прогормон-конвертаза расщепляет предшествен-ники энкефалинов с обеих сторон по моно- и диосновным остаткам аминокислот, но более высокую специфичность проявляет к моноосновным сайтам. Все этапы процессинга хорошо иллюстрируются схемой превращений проопиомеланокортина, из которого могут формироваться β-липотропин, АКТГ1-39, АКТГ1-24, АКТГ18-39 (так называемый CLIP), α, β- и γ-МSH, β-, γ- и α-эндорфины, Met-энкефалин, дезтирозильные производные эндорфинов, С-концевой дипептид β-эндорфина и, возможно, еще некоторые другие НП. Еще раз подчеркнем, что имеется в виду не одновременное образование всех этих НП в одном нейроне или терминали, а более или менее избирательное формирование их в зависимости от набора протеаз в данной клетке.
Обращает на себя внимание, что синтез ряда опиоидных пептидов, содержащих в качестве минимальной активной последовательности Met-энкефалин, обеспечивается по крайней мере двумя пептидами-предшественниками — проопиомеланокортином (локализованным главным образом, но не исключительно в гипофизе) и препроэнкефалином А (локализованным преимущественно, но опять-таки не исключительно в надпочечниках). Сходным образом лей-энкефалинсодержащие опиоидные НП выщепляются из мозгового пептида-предшественника продинорфина (препроэнкефалина В) и из уже упоминавшегося препроэнкефалина А, совмещающего в себе последовательности НП с лей-энкефалиновыми и мет-энкефалиновыми активными центрами. Однако общность минимальных последовательностей опиоидных НП, заключенных в разных пептидах-предшественниках, не означает идентичности содержащих их НП большого размера: продинорфин образует лей-морфин и перекрывающийся с ним каскад динорфинов разного размера (динорфин В (риморфин) и 4кД-ди-норфин), а также α- и β-неоэндорфины. Из препроэнкефалина А формируются самостоятельные НП, содержащие и лей-энкефалин, и мет-энкефалин (например так называемый пептид Е).
Сходные закономерности структуры можно отметить и для некоторых других пептидов-предшественников, хотя они, как правило, исследованы в гораздо меньшей степени, чем предшественники опиоидов, АКТГ и МСГ. Можно полагать, что дальнейший анализ биологической активности их фрагментов позволит выявить источники новых НП.
Обращают на себя внимание большие области пептидов-предшественников, где пока не идентифицированы НП. Хотя часть из них выполняет (судя по β -эндорфину, АКТГ) функции дополнительных "адресных" последовательностей, уточняющих взаимодействие НП преимущественно с определенной тканью иди органом, есть основания предполагать и в них наличие последовательностей еще не идентифицированных НП. В ряде случаев образование НП и процессы их распада переплетаются друг с другом. Например, один из путей распада β-эндорфина - НП, имеющего самостоятельное функциональное значение, ведет, как уже упоминалось, к образованию γ-эндорфина и опять-таки НП, имеющего уникальную функциональную характеристику; отщепление концевого аминокислотного остатка от γ -эндорфина приводит к образованию α-эндорфина, весьма своеобразного по функциям, и т.д.
Регуляция метаболизма активных регуляторных пептидов определяется большим спектром воздействий, изменяющих гомеостаз на любом уровне - уровне клетки (транскрипция, трансляция и посттрансляционный процессинг), ткани (секреция и инактивация нейропептидов), а также на уровне организма в целом. Именно эти морфогенетические и биохимические особенности биогенеза и определяют уровень активных регуляторных пептидов в организме. При этом, несомненно, важная регулирующая роль в метаболизме нейропептидов принадлежит протеолитическим ферментам.
Метаболизм энкефалинов и ферменты их процессинга
Как было отмечено выше, известны три белковые молекулы, включающие в свою структуру последовательности энкефалинов: проопиомеланокортин, препроэнкефалин А (проэнкефалин), препроэнкефалин В (продинорфин). Последовательности, определяющие структуру энкефалина, входящего в состав молекулы предшественника, фланкированы парами основных аминокислот - аргинина или лизина. Структуры типа Arg-Lys, Arg-Arg, Lys-Lys, Lys-Arg узнаются ферментативными комплексами, осуществляющими протеолиз. В результате действия как эндо-, так и экзопептидаз секреторных везикул, так и внеклеточных ферментов, локализованных на внешней поверхности мембраны и в биологических жидкостях организма, происходит полное освобождение активного пептида из его предшественника.
Протеолитические ферменты являются специфичными на каждом этапе процессинга. Выделяют множество различных везикулярных эндопептидаз, осуществляющих специфическое ращепление: прогормон-конвертазы 1/3 и 2, динорфин-превращающий фермент, тиоловая прогормон-конвертаза, энкефалинобразующий фермент, IRCM-сериновая протеиназа I. Ряд внеклеточных ферментов также принимают участие в процессинге энкефалинов: эндопептидаза 24.15 (КФ 3.4.24.15), эндоолигопептидаза А (КФ 3.4.22.19), а также ангиотензинпревращающий фермент (АПФ, КФ 3.4.15.1), проявляющий наряду с эндопептидазной и дипептидилкарбоксипептидазную активность.
После действия эндопептидаз образуются пептиды, фланкированные остатками основных аминокислот, для отщепления которых необходимы специфические амино- и/или карбоксипептидазы. В процессинге энкефалинов важную роль играют экзопептидазы секреторных везикул, такие как аминопептидазо-В-подобные и карбоксипептидазо-В-подобные ферменты.
Одним из основных ферментов конечной стадии процессинга энкефалинов в мозге является карбоксипептидаза H. Этот фермент катализирует расщепление остатков основных аминокислот с С-конца белков пептидов предшественников, превращая их в активные формы. Локализация КП Н совпадает с распределением проэнкефалинов, регуляторных пептидов и их предшественников (адренокортикотропного гормона, вещества Р, вазопрессин, окситоцина, инсулина, глюкагона , натрийуретического фактора предсердий).
Сходной с КП Н субстратной специфичностью обладает фермент, получивший своё название от индивидуального ингибитора: PMSP(фенилметилсульфонилфторид)-ингибируемая карбоксипептидаза. Физико-химические свойство данного фермента сходны с таковыми у лизосомальной КП А. Известно, что карбоксипептидаза Н проявляет большее сродство к тем субстратам, у которых перед остатком основной аминокислоты находится остаток аланина или глицина, а PMSP-ингибируемая карбоксипептидаза преимущественно расщепляет субстраты, у которых предпоследними являются остатки лейцина и метионина. Кроме того, показано, что Кm КПН по отношению к DNS-Phe-Ala-Arg почти в 3 раза выше, чем по DNS-Phe-Leu-Arg, а Кm ФМСФ-ингибируемой КП по DNS-Phe-Ala-Arg почти в 2 раза ниже, чем по DNS-Phe-Leu-Arg. Поэтому можно предполагать, что КПН и PMSP-ингибируемая КП, участвуя в процессинге, отдают предпочтение различным регуляторным пептидам, при этом проэнкефалины являются, вероятно, более предпочтительным субстратом для PMSP-ингибируемой КП, нежели чем для КПН.
Помимо вышеперечисленных экзопептидаз секреторных везикул, в процессинг энкефалинов вовлекаются и внеклеточные экзопептидазы: карбоксипептидаза N (КФ 3.4.12.7) и карбоксипептидаза М.
Таким образом, в результате последовательного действия вышеуказанных ферментов, из высокомолекулярных предшественников высвобождаются активные энкефалины. Под влиянием какого-либо стимула (медиаторы, другие регуляторные пептиды, cAMP), возникающего по типу обратной связи или поступающего от других секреторных клеток, происходит изменение концентрации ионов Ca2+. Это приводит к выделению из клетки активных энкефалинов, которые мигрируют к клеткам-мишеням (через кровяное русло или синаптическую щель), где связываются со специфическими рецепторами. В последствии, они подвергаются расщеплению различными пептидазами, что приводит к их модификации или же к полной потере их биологической активности.
Дезактивация энкефалинов происходит при участии ферментов внешней поверхности мембраны: энкефалиназа А, нейтральная эндопептидаза 24.11, КФ 3.4.24.11), аминопептидаза М (КФ 3.4.11.2) и ариламидаза (энкефалинаминопептидаза, КФ 3.4.11.?).
Таким образом, очевидна взаимосвязь и взаимовлияние регуляторных пептидов и протеолитических ферментов в организме: энкефалины способны инициировать эндогенные механизмы регуляции активности ферментов, в свою очередь протеолитические ферменты способны регулировать уровень активных форм пептидов в организме, а также участвовать в «запуске» реакций регуляторного континуума, обуславливая нейромодуляторные свойства и биологическую роль регуляторных пептидов. Поэтому, учитывая тесную взаимосвязь пептидгидролаз с регуляторными пептидами и, в частности – с энкефалинами, можно заключить, что изменение активностей протеолитических ферментов при различных функциональных состояниях организма, развитии патологий и влиянии некоторых экстремальных факторов, является неотъемлемой частью биологического действия этих пептидов, в определенной степени объясняющей индивидуальные особенности их физиологических свойств в организме.