Кальцитонин |
|
|---|---|
Calcitonin and calcitonin receptors: bone and beyond | |
Calcitonin
Гипокальцемический пептидный гормон кальцитонин (СТ) регулирует уровень кальция в сыворотке, путем подавления резорбции кости остеобластами и усилением экскреции кальция почками. Установлено, что он продуцируется парафолликулярными клетками (С клетками) щитовидной желзы. По-видимому, существует и другие СТ-подобные пептиды из других источников. Простата продуцирет большие количества СТ. Семенная жидкость человека содержит в 40 раз более высокие его концентрации, чем в сыворотке Обнаружен СТ и в ЦНС. Если СТ-подобные пептиды из головного мозга иммунореактивны с анти-СТ антителами, то СТ-подобные пептиды из гипофиза - нет, но связывают СТ рецепторы (CTRs) и увеличивают уровень внутриклеточного цАМФ. СТ в матке обнаружены у мышей.
СТ состоит из 32 аминокислот с пролиновым амидом на С-конце и дисульфидным мостиком между цистеиновыми остатками в положении 1 и 7. Его последовательности высоко законсервированы у разных видов внутри N-терминальной петли. Известны 3 филогенетических класса СТ: (1) приматы/грызуны; (2) artiodactyl (включая свиней, овец и коров) и (3) teleost/птицы.
Physiological effects of calditonin
Osteoclasts. СТ действует непосредственно на CTRs остеокластов, ингибируя резорбцию кости. СТ индуцирует контракцию и ингибирует подвижность остеокластов. СТ взаимодействует также с процессом дифференцировки остеокластов из предшественников и слиянием моноядерных предшественников. Активация аденилат циклазы и последующее увеличение внутриклеточного цАМФ, по-видимому, играют важную роль в этом процессе.
Kidney. Основным эффектом СТ в почках является увеличение экскреции кальция за счет ингибирования резорбции кальция почечными канальцами.
Breast cancer cell lines. СТ оказывает выраженное влияние на цАМФ метаболизм в этих клетках. Увеличение цАМФ ингибирует пролиферацию этих клеток и их рост.
Sperm. Высокая концентрация СТ в семенной жидкости, по-видимому, простатического происхождения указывает на присутствие CTRs в спермиях. Показано, что sCT ингибирует подвижность спермиев человека. Циклические нуклеотиды играют важную роль в капацитации и подвижности спермиев.
Embryonic implantation. Прилипание бластоцистов к эпителию матки сопровождается взаимодействием бластоциста с трофэктодермой. Во время имплантации синтез СТ заметно индуцируется в беременной матке и достигает 10-20% от синтеза его щитовидной железой.
Embryonic development. Установлена взаимосвязь между разрастанием и дифференцировкой трофобласта и увеличением внутриклеточного Са2+, показано, что CT/CTR играют важную ролшь в этом процессе. Между 2-8 днем постоплодотворения уровень мРНК CTRC1a возрастает в 25 раз. Эти лданные подтверждают концепцию, что продукция СТ маткой и скоординированная экспрессия CTR C1a в бластоцистах регулируют дифференцировку бластоцистов через рецептор-опосредованную передачу сигналов Са2+.
Calcitonin receptor polymorphisms and osteoporosis
На bone mineral density (BMD) влияют полиморфизм vitamin D receptor (VDR), oestrogen receptor (ER), коллаген типа 1 и интерлекин 6 (IL6). Полиморфизм в гене CTR также ассоциирует с остеопорозом. Так, полиморфизм по одиночной замене нуклеотида ведет или к пролиновому (СС генотип), лейциновому (ТТ) или гетерозиготному (ТС) генотипу. Среди японцев 70% субъектов были гомозиготами по пролину, 10% - гомозиготы по лейцину и 20% ТС гетерозиготы. Среди итальянскх женщин в постменопаузе 19% были СС генотиипа, 34% -ТТ генотипа и 43% - ТС. СС генотип превалирует у нормальных женщин по сравнению с остеопорозными (55 и 45 %) Женщины ТТ генотипом имеют достоверно более низкий люмбарный показатель BMD, однако остеопороз не превалирует.
Therapeutic use of calcitonin in bone disease
Osteoporosis. В результате снижения эстрогена в менопаузе происходит потеря костной массы. СТ является мощным ингибитором остеокластами вызываемой резорбции кости. Поэтому СТ используется для лечения остеопороза. Онснижает боль у остеопорозных пациенов с переломами позвонков. СТ получают от лосося или угря, т.к. он сильнее ингибирует остеокласты.
Paget's disease. Эта болезнь характеризуется аномальным ремоделированием кости и усилением ее резорбции. Усиленная резорбция сопровождается избыточным образованием кости плохого качества. Дефект заключен в остеоклдастах. У пациентов заметно увеличено количество остеокластов с аномально большим числом ядер. СТ оказывает благоприятное терапевтическое влияние , увеличивая оборот кости на 50%. Он эффективен и в устранении симптомов данной болезни, таких как костные боли, нейрологические осложнения.
|
Calcitonin related peptides
Первоначально СТ синтезируется как предшественник из 136 аминокислот. Лидерные последовательности на N- конце отщепляются во время транспорта гормона в эндоплазматический ретикулем. Транскрипты гена СТ кодируют также пептид, известный как Calcitonin gene-related peptide (CGRP). CGRP мощный сосудорасширитель, реляксант mesangila клеток и стимулятор скорости гломерулярной фильтрации и почечнго кровотока. Ткане-специфичность этого транскрипта регулируется альтернативным сплайсингом транскрипта СТ. Пре-РНК CT/CGRP гена содержит 6 экзонов и подвергается процессингу двумя способами (Рис.1). В парафолликулярных клетках щитовидной железы 95% CT/CGRP пре-РНК при процессинге включают экзон 4 и полиаденилируются (СТ). В нейрональных клетках 99% транскриптов при процессинге исключают экзон 4 и включают экзон 5 и 6 с полиаденилированием экзона 6, что дает CGRP.
Amylin -пептидный гормон в 37 аминокислт с 18% и 33% идентичностью с СТ крыс/человека и птиц/teleost, соотв. Его способность ингибировать секрецию инсулина, транспорт глюкозы в скелетных мышцах и глюконеогенез делает его участником патогнеза диабета типа II. В ж-кишечном тракте амилин ингибирует опорожнение желудка. В почках амилин модулирует экскрецию Са2+, уровень рецепторов thiazide и увеличивает активность ренина. Приерно 40% аминокислот амилина идентичны CGRP. Рецепторы амилина (С3) обладают высоким сродством к амилину и СТ teleost и средней выраженности сродством к CGRP.
Adrenomedullin (AD), член семейства кальцитониновых пептидов, экспрессируется на высоком уровне в медулле надпочечников. AD человека содержит 52 аминокислоты и один внтримолекулярный дисульфдный мостик. Гомология последовательностей AD c CGRP и амилином низкая. AD крыс из 50 аимнокислот, он экспрессируется в надпочечниках, почках, легких, сердце, селезенке, 12-перстной кишке и подчелюстных железах. AD играет важную роль в регуляции кровяного давления.
Regulation of calcitonin gene transcription
Промотор СТ гена человека содержит CpG островки, один локализован около экзона 1 и другой примерно 1.5 т.п.н. выше. CpG островки - это неметилированные области ДНК, богатые динуклеотидом CpG. В них дефицит гистона Н1 и они содержат гиперацетилированные гистоны Н3 и Н4 и веключают свободные от нуклеосом сегменты ДНК. Усиление транскрипционной активности СТ обеспечивается проксимальным цАМФ-индуцибельным энхансером. Энхансер содержит типичный цАМФ чувствительный элемент (CRE; cAMP response element), CRE-подобный элемент и соседний октамер. Транскрипционная активность этих элемнтов целиком зависит от цАМФ. Базовый уровень экспрессии Ст обеспечивается дистальным энхансером, содержащим две функциональных CANNTG последовательности, обозначаемые Е2 и Е3.
Быстрое увеличение активности СТ мРНК на 2-4 день беременности у крыс, перед имплантацией, указывает на его активацию в матке прогестероном. Установлено, что подобная активация обеспечивается рецептором прогестерона, на промоторе СТ.
Calcitonin receptors
Рецептор СТ (CTR) является членом подсемейства из сверхсемейства G-протеин купированных рецепторов, куда входят РТН/РТН-родственные пептиды секретин, vasoactive intestinal polypeptide, glucagon like peptide 1, growth hormone releasing factor, pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide, corticotropin releasing factor receptor, gastric inhibitory polypeptide receptors. кДНК CTR свиньи кодирует белок в 482 аимнокислоты с м.массой 55 кДа. Выявляются 7 гидрофобных аминокислотных последовательностей, дающих трансмембрнные домены. Длинный N-терминальный внеклеточный домен и короткая цитозольная петля между спиралью V и VI. Обнаруживается сходство с рецептором РНТ/РНТ-родственного гормона и рецептором секретина (32% и 30% идентичности, соотв.). После связывания СТ с рецептором существенно возрастает внутриклеточный уровень цАМФ. Ген pCTR содержит 14 экзонов, из которых 12 кодируют белок. Экзоны 4-6 кодируют N-концвую внеклетоную часть рецептора, экзоны 7-13 кодируют трансмембранный домен, а экзон 14 кодирет С-терминальный внутриклеточный домен и 3' некодирующую область. Сходный паттерн выявляется в гене СТ человека.
Calcitonin receptor isoforms
Транскрипты CTR1b изоформы более длинные из-за добавочных 48 п.н. Эта изоформа обнаруживается в головном мозге, небольшие количества в почках. Изоформа С1а распространена более широко. В остеокластах мышей и крыс присутствуют обе изоформы, хотя преобладает С1а. С1а изоформа CTR человека (hCTR) как и у свиньи не содержит вставки в 16 аминокислот в первую внутриклеточную петлю, которую содержит C1b. Присутствие вставки в 16 аминокислот меняет эффективность купирования с G-протеином и отсутствует внутриклеточная мобилизация кальция. Более того обнаруживается 10-100 кратное снижение способности СТ стимулировать продукцию цАМФ. Изоформа hCTR, в которой отсутсвует 16 аминокислот в первом внутриклеточном домене, отсутствуют и 47 аминокислот в N-терминальном внеклеточном домене. Это не влияет существенно на сродство к СТ. Эта изоформа наиболее распространена в тканях человека. Другая же изоформа на существенном уровне обнаруживается в плаценте и яичниках. У кроликов найдена изоформа, лишенная 7-го трансмембранного домена, что сопровождается полным abolition (прекращением) передачи сигналов внутриклеточного кальция.
Calcitonin receptor gene regulation
Транскрипционная активность pCTR промотора на 10ю5 день эмбриогенеза мыши обнаруживается в головном и спинном мозге, на 15.5 день кроме того в ноздрях, хрящевых зачатках предплечий и ушей. Промотор активен также в мезенхимной ткани, непосредственно соседствующей с развивающщимися молочными железами. У новорожденных и взрослых мышей трансген экспрессируется в головном и спинном мозге и в первичных сперматоцитах в яичках. По-видимому, необходимы добавочные последовательности ДНК для обнаружения транскрипции pCTR промотора в остальных, обычно активных тканях, плаценте, мышцах, почках, остеокластах. 5' UTRs область hCTRs, формируемая экзонами 1А и 1В, важна для посттранскрипционной регуляции экспрессии. Впервые показано, что hCTR ген человека регулируется, по крайней мере, двумя промоторами. Они и обеспечивают более сложную регуляцию гена in vivo. Использование трансгена на базе hCTR выявило транскрипционную активность в головном и спинном мозге у эмбрионов и плодов мыши и в ряде других тканей, включая сомиты, латеральные миотомы, кожу плодов, роговицу и сетчатку, мышцы и плаценту. Однако этот промотор по-прежнему не обеспечивал экспрессии в почках и остеокластах.
Регуляция уровня рецепторов CTR является важным компонентом в физиологическом ответе на СТ. Установлено, что СТ подавляет эксрессию гена CTR в различных CTR-позитивных тканях. Существенное снижение экспрессии CTR наблюдается в присутствии forskolin и агониста цАМФ, (Bu)2cAMP. Все это указывает на то, что регуляция мРНК CTR с помощью СТ, частично, обеспечивается с помощью транскрипционного механизма и связана с путем передачи сигналов протеин киназы А.
Глюкокортикоиды (напр., дексаметазон) увеличивают количество CTRsь на клеточной поверхности.
Receptor activity modifying proteins (RAMPs) and calcitonin receptors
RAMPs - белки с одиночным трансмембранным доменом контролируют гликозилирование calcitonine receptor-like receptor (CRLR) и его транспорт на клеточную поверхность. Известны 3 изоформы. RAMP1 помимо транспорта CRLR изменяет фенотип CRLR в CGRP рецептор. RAMP2 и -3 меняют CRLR в адреномедуллиновый рецептор.
CRLR имеют 55% идентичность аминокислот с CTR и 80% в трансмембранной области. Предполагается также связь между амилиновыми рецепторами и кальцитониновыми рецепторами. Предполагается, что амилиновые рецепторы возникают в результате пост-транскрипционной модификации гена CTR с помощью ткане-специфичных RAMP.
Calcitonin and cell signalling
Связь CTR c активацией пути adenylate cyclase/cAMP/protein kinase A продемонстрирована на разных типах клеток. Способность CT/CTRs активировать аденилат циклазу и существенно увеличивать уровень внутриклеточной цАМФ обеспечивается купированием с G-protein Gs. Выявлены две области pCTR критические для взаимодействия с Gs и последующего увеличения цАМФ.
CTRsкроме того м. купироваться с путем фосфолипазы С (PLC)/ Активация PLC вызывает высвобождение Са2+ из внутриклеточных хранилищ и способствует притоку внешнего кальция. Показано, что CTRs купируются также и с путем передщачи сигналов фосфолипазы D (PLD).
Показано, что активация и фосфорилирование Erk1/2 зависит от CT/CTR обусловленного увеличения цитозольного кальция.
|