(Рис.6.) | Scheme for the numerous actions of steroids by different pathways.
Boxes
Box 1 | Criteria for defining nongenomic action
A nongenomic action defines any action that does not
directly and initially influence gene expression, as do the
classical steroid receptors, but rather drives more rapid effects
such as the activation of signalling cascades. There are several
criteria that indicate nongenomic action:
The absence of a 'normal, functional' nucleus in some cell types, such as in erythrocytes, and spermatozoa, excludes genomic action. Another example is chondrocyte matrix vesicles, although these are not real cells.
Effects that are not blunted by inhibitors of transcription, such as actinomycin D, cannot involve gene expression. In a similar way, insensitivity to cycloheximide, a protein synthesis inhibitor, provides evidence of a nongenomic mechanism.
A short time frame — in the seconds to minutes range — is one of the strongest pieces of evidence. However, many nongenomic effects might also occur over a timescale that might include genomic action.
The observation of effects that are elicited by steroid hormone analogues that do not access the cell interior excludes the
classical mechanism of translocation of the liganded receptor to the
nucleus. However, direct experimental proof is difficult to
obtain.
The term 'membrane-initiated steroid signalling' (MISS) has been proposed as an alternative to 'nongenomic' action; however, it is
possible that there are nongenomic effects that do not necessarily
originate at the membrane.
Box 2 | Classical steroid receptors
Classical, or nuclear, steroid receptors are proteins
that are located in the cytosol (or sometimes in the nucleus). On
binding their ligands, they undergo a conformational change that
allows them to interact with DNA. The receptors consist of a
carboxy-terminal domain that contains the ligand-binding pocket; a
conserved cysteine-rich central domain that is probably responsible
for DNA-binding activity; and a variable amino-terminal region that
might modulate transactivation. Nuclear steroid receptors show
considerable homology to each other, and form a protein superfamily
together with the receptors for vitamin D3 and the
thyroid hormones. More than 60 different receptor proteins have been
identified in vertebrates. In some cases, their ligands have not
been identified, and in this case they are described as 'orphan
receptors'.
Box 4 | Evidence needed for the assessment of physiological relevance
To attribute physiological relevance to laboratory
findings, effects should be detectable in living animals, or in
humans, at hormone levels that are either within the physiological
range or that are reasonably achieved by pharmacological
intervention. This excludes many nonspecific effects that are due to a high concentration of steroid.
Animal models offer the advantage of working with classical
receptor knockout systems. However, as general knockouts often have
severely affected physiology and signalling pathways, they are
probably less well suited for such studies. Conditional,
tissue-specific, knockouts, or even inducible ones, will be the
option of preference. Even in cases in which the classical receptors
themselves mediate nongenomic action, genetically modified animals
in which constituents of the signalling pathway, such as kinases, are knocked out might be helpful for the elucidation of
physiological relevance. Furthermore, inhibitors, which cannot be used in humans for obvious reasons, can be readily used in animal
models.
Ralf Lösel& Martin Wehling (martin.wehling@kpha.ma.uni-heidelberg.de) Nature Reviews Molecular Cell Biology Vol 4 No 1. P.46-55 (2003)
Steroid hormones modulate many physiological processes. The effects of steroids that are mediated by the modulation of gene expression are known to occur with a time lag of hours or even days. Research that has been carried out mainly in the past decade has identified other responses to steroids that are much more rapid and take place in seconds or minutes. These responses follow nongenomic pathways, and they are not rare.
D 1942, Hans Selye, исследуя стероидные гормоны (стероиды), отметил, что некоторые стероиды вызывают эффекты (такие как анестезия) спустя минуты после применения, даже в отсутствие 'основной' гормональной активности, проявление которой, как известно, — corticoid, folliculoid, luteoid и testoid — проявляется спустя часы или дни. Это первое детальное описание негеномного действия стероидов (Box 1); Это открытие привело также к развитию стероидной анестизии, которая использовалась в медицине и у животных.
Спустя два десятилетия, стало известно об острых сердечнососудистых эффектах альдостерона, которые обнаруживаются в течение 5 мин. после воздействия. Исследования In vitro по модуляции с помощью альдостерона обмена ионов натрия (Na+) в у собак предоставили существенные данные в пользу негеномного действия стероидов, т.к. эти клетки не содержат ядер. Отсутствие ядер, следовательно, исключает возможность транскрипции и значит геномного действия.
Genomic versus nongenomic action
В соответствии с классической моделью действия стероидов, стероидные молекулы проникают в клетку — или пассивно с помощью диффузии через липидную мембрану или с помощью белков-транспортеров — и соединяются с 'classical' стероидными рецепторами (Box 2), которые расположены в основном в цитозоле. Связывание лиганда вызывает конформационные изменения рецепторных белков, которые сопровождаются диссоциацией акцессорных белков, в результате чего открывается (exposing) ДНК-связывающий домен. В ядре, комплекс рецептор-лиганд связывается с ДНК и модулирует транскрипцию генов. В конечном счете, после того как белок с вновь синтезированной мРНК транспортируется и модифицируется с помощью независимых механизмов, он приводит к геномному ответу. Время между вступлением стероида в клетку и накоплением достаточного количества вновь формируемого белка составляет часы и весь этот путь чувствителен к определеннм ингибиторам, таким как актиномицин D или циклогексемид.
Некоторые реакции на стероиды не согласуются с классической геномной моделью стероидного действия. Многие, индуцируемые стероидам, феномены происходят быстро — напр., , которая индуцируется прогестероном в течение секунд после контакта спермиев со стероидами. Часто, но не всегда, м. четко отличить геномное и негеномное действие. Существуют противоречия в отношении идентификации рецепторов, инициирующих негеномные феномены. Негеномное действие часто сопровождается генерацией внутриклеточных вторичных мессенджеров и различных сигнальных каскадов, таких как токи ионов (часто кальция), модуляции цАМФ и протеин киназных путей.
Receptors that mediate nongenomic action
Хотя недавно было установлено, что классические стероидные рецепторы м. инициировать продукцию вторичных мессенджеров или взаимодействовать с др. клеточными сигнальными системами, все-таки их главным свойством все еще является транскрипционная активность. Помимо этого профили фармакологических агонистов и антагонистов для геномного и негеномного действия часто отличаются очень существенно. Во-первых, во многих случаях, антогонисты, которые строго ингибируют геномные эффекты, которые опосредуются классическими рецепторми, действительно, неактивны в отношении негеномных эффектов; к сожалению, имеется лишь немного избирательных ингибиторов для негеномного действия стероидов. Во-вторых, быстрая, негеномная реакция обнаруживается в клетках, в которых соответсвующие классические рецепторы, как полагают, не экспрессируются; такие реакции м. часто вызываться стероидами, которые ковалентно связаны с полимерами, которые неспособны проникать в клетку. Хотя последний подход имеет определенные недостатки , он часто используется, чтобы показать, что клеточная мембрана содержит рецепторы. Такие неклассические рецепторы еще не охрактеризованы и о них имеется лишь ограниченная информация. Были использованы антитела для определения присутствия или отсутствия определенных стероидных рецепторов и даже для определения их участия в данных эффектах путем фкнкционального ингибирования. Однако, этот подход оказался в определенных отношениях неудачным, из-за перекрестной реакции антител или низкого уровня субстрата для антител.
Различные стероиды соединяются с многими биологическими мембранами, но характеристика белков, с которыми они соединяются, в основном ограничена определением их мол. веса или их экспериментальной идентификацией с помощью антител. Так, из печеночных выделен, секвенирован и клонирован. Если экспрессируется рекомбинантно, то он связывает прогестерон, а полученные против него антитела, супрессируют быстрое действие прогестерона на спермии. Однако, необходимо учитывать, что обнаружение существования сайта связывания не обязательно указывает на то, что рецептор обладает свойствами передачи клеточных сигналов.
В некоторых случаях, однако, негеномные стероидные действия м.б. отнесены к классическим стероидным рецепторам или модифицированным классическим рецепторам. Это, в частности, верно для некоторых эффектов эстрогена (oestrogen), a классические прогестероновые рецепторы, как было показано недавно, взаимодействуют с сигнальными компонентами. Предложена классификация , чтобы упорядочить существующие определенные формы негеномного действия стероидов
Progesterone
В соответствии с его ролью как гонадного стероида большинство его негеномных эффектов описано в зародышевых клетках, таких как ооциты и спермии. Ооциты Xenopus laevis. которые арестованы в G2 фазе, подвергаются созреванию, если добавляется прогестерон. Этот феномен нечувствителен к актиномицину D и обнаруживается даже в энуклеированных клетках, это указывает на негеномное действие. Инициальная реакция на прогестерон связана с ингибированием аденилат циклазы (adenylate cyclase) и соответственно со снижением уровня цАМФ. Интересно, что прогестерон более эффективен, если действует вне клеток, чем если микроинъецируется в цитоплазму, это согласуется с мембранной локализацией соотв. рецепторов. Установлено, что изоформа Xenopus гомолога классического прогестероновго рецептора — которая известна как — присутствует в небольшом количестве в клеточных мембранах. Более того, XPR, по-видимому, ассоциирует с phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) и extracellular-signal-regulated kinase (ERK)/mitogen-activated protein kinase (MAPK), обе активируются при добавлении прогестерона. Однако, др. стероиды, такие как гидрокортизон, деоксикортикостерон и антогонист классического прогестеронового рецептора , которые м. вызывать созревание ооцитов, не запуская этого механизма. Это указывает на то. что имеется др., потенциально неклассические, рецепторные и сигнальные механизмы.
Спермии, отвечают на прогестерон, инициацией акросомной реакции, которая часто отслеживается путем определения концентрации свободного внутриклеточного Ca2+ ([Ca2+]i). Эта реакция определенно негеномная, имеются доказательства участия в ней неклассических рецепторов. Хотя вопрос о присутствии в сперматозоидах классических прогестероновых рецепторов не решен окончательно, однако стероидная специфичность по индукции акросомной реакции отличается настолько, чтобы ее м.б. приписать паттерну избирательности за счет классических прогестероновых рецепторов; RU486 противодействует индуцировнному прогестероном притоку Ca2+ лишь минимально, а в др. исследованиях выявлен частичный антогонизм, который, как полагают, является неспецифическим. Используя fluorescent progesterone–albumin конъюгаты, была изучена локализация рецепторов. Флюоресцентная микроскопия показала, что прогестерон-связывающие белки располагаются на наружной поверхности головок спермиев. Более того, было показано, что эффекты прогестерона м.б. редуцированы антителами против прогестерон membrane-binding protein (mPR), который ранее был выделен из печени. Этот белок обнаруживает специфическое с высоким сродством связывание прогестерона и является одним из немногих кандидатов на роль неклассических рецепторов, который секвенирован и клонирован. Интересно, что были выявлены высокие уровни гомолга этого белка крыс, известного как , выявлены в головном мозге самок мышей, у которых прогестероновые рецепторы были генетически нокаутированы, по сравнению с сибсами дикого типа, это указывает на то, что имеется определенного типа компенсаторный регуляторный механизм.
Классические прогестероновые рецепторы включают N-терминальный богатый пролином мотив, котрый, как было показано для белков человека, взаимодействует сSrc-homology-3 () доменами различных белков в ответ на прогестерон. Один такой SH3-содержащий белок, Src, при взаимодействии с прогестероном активирует Ras и/или Raf1 и ERK/MAPK каскады. Показано, что такая активация не зависит от от трансактивационных свойств прогестроновых рецепторов (Рис. 1). Это указывает на то, что прогестерон м. выполнять двойную роль с помощью геномного и негеномного путей.
Oestradiol
Одинаково с прогестероном, гонадный стероид эстрадиол также оказывает негеномные эффеккты в клетках репродуктивной системы. Индуцируемое эстрадиолом (иногда субнаномаолярными концентрациями) быстрое увеличение [Ca2+]i обнаруживается в культивируемых клетках эндометрия, созревающих ооцитах и в . Хотя имеется, по-видимому, выраженное предпочтение к эстрадиолу и родственным соединениям, ни ингибитор классических oestrogen receptor (ER), tamoxifen, ни актиномицин D или циклогекемид не ингибируют реакции кальция в гранулезных клетках. В клетках эндометрия эстроген связывается со специфическими сайтами на поверхности клеток, это указывает на то, что ERs м. присутствовать на клеточной поверхности.
В дополнение к эффектам, которые связаны с репродуктивной системой, эстрадиол оказывает непосредственное влияние на сосудистую систему. Как показано на некоторых видах, и 17α- и 17β-эстрадиол индуцируют существенную реляксацию коронарных артерий и сосудов в аорте. В эндотелиальных клетках, 17α-эстрадиол активирвет эндотелиальную nitric oxide synthase (); это обусловливает увеличение уровня nitric oxide (NO), который действует как сосудорасширяющее средство. В этом случае, классические ER антагонисты, такие как ICI-182780 притупляют реакцию, тогда как избыточная экспрессия усиливает эффект. Путь PI3K–Akt участвует в этой реакции, которая ведет к ультимативному фосфорилированию eNOS. ингибирует индуцированную эстрадиолом активацию eNOS, это указывает на то, что м. вовлекаться G-protein-coupled рецепторы. Это было подтверждено при изучении иммунопреципитации в клетках, которые ко-трансфицируются ERα и различными Gα белками. Эти доказательства подчеркивают присутствие рецепторов, которые тесно связаны с ERα, на мембране и взаимодействие с Giα. Сходство ERα и мембранных ERs подтверждено в исследованиях, показавших, что ER ко-локализуются с caveolin 1. Более того, избыточная экспрессия caveolin 1 модулирует активацию ERK/MAPK с помощью эстрадиола. Организация eNOS и ERα в сигнальный модуль в была описана ранее.
Имеются, однако, негеномные эффекты эстрогена, которые не нуждаются в ERα. Быстрая активация ERK/MAPKs с помощью эстрадиола также осуществляется и у ERα-нокаутных мышей. Это подчеркивает участие или , который, как было показано, инициирует негеномные стероидные эффекты, или неклассических рецепторов. Для подтверждения осуществляли двойной нокаут (ERα
и ERβ). однако, недавние исследования показали, что нефизиологические сплайс-варианты ERα присутствуют у таких двойных нокаутов, так что трудно придти к определенному выводу.
Интересно, что идентифицировано большое число генов, активность которых усиливается эстрадиолом посредством пути, который чувствителен к ингибиторам PI3K.Некоторые из этих транскриптов имеют отношение к клеточным функциям.
Aldosterone
Негеномное действие альдостерона выявлено и in vitro, и in vivo. Выявлено присутствие специфических сайтов, связывающих альдостерон, и показано, что альдостерон индуцирует разлдичные реакции в моноядерных лейкоцитах. Эти реакции включают активацию Na+/H+ antiporter, что ведет к ощелачиванию цитозоля и последющим изменениям объема клеток. Хотя ингибиторы классических mineralocorticoid receptors (MRs), spironolactone и canrenone, не м. ингибировать эту реакцию, временная шкала (15 мин) не исключает полностью геномного механизма. Токи ионов, как было показано в этой и др. системах, таких как гладкомышечные клетки сосудов или артериальные эндотелиальные клетки (;), м. лежать в основе эффектов альдостерона по регуляции сосудистой функции.
Получены доказательства вовлечения рецепторов, которые неродственны классическим MRs, в поддержание Ca2+ и цАМФ реакций на альдостерон у мышей в отсутствие этих рецепторов.
Альдестероном индуцируемое ощелачивание изучали в артериях человека. Хотя кортизол не способен индуцировать этот эффект сам по себе, но он становится способным как альдостерон, если присутствует ингибитор hydroxysteroid de-hydrogenase, carbenoxolone. Это сравнимо с вовлечением классических MRs, однако, чувствительность к ингибиторам не та. В частности, мощный антогонист классических MR неэффективен,тогда как соединение с открытым кольцом RU28318 строго ингибирует эту реакцию. Закрытое кольцо lactone половинки, которое присутствует, напр., в spironolactone, необходимо для связывания с высоким сродством MR, тогда как соединения с открытым кольцом имеют связывающую активность, которая на порядок величин ниже. Это характерно для участия неклассических рецепторов с разной лиганд-избирательностью.
Быстрое, временное увеличение Ca2+, которое достгает максимума спустя 2 мин., сопровождается медленным более существенным ростом наблдается в скелетных мышцах под воздействием адьдостерона. На уровне одиночной клетки, быстрый Ca2+ эффект появляется как следствие быстрых осцилляций. В этой, как и многих др. системах, описанных выше, сигналу Ca2+ предшествует рост inositol trisphosphate (InsP3), которыйвысвобождает Ca2+ из определенных снутриклеточных хранилищ. Более того, Ca2+ м. также поступать из внеклеточных пространств. Вклад этих двух механизмов варьирует между клетками и protein kinase C (PKC) часто, по-видимому, вовлечены в реакцию Ca2+, т.к. ее ингибирование устраняет Ca2+ эффект.
Используя , наблюдали быструю контракцию комплексов ядерных пор в ответ на Ca2+ сигнал — вызванный адьдестроном — в клетках почек собак (Рис. 2). Кроме того, альдостерон вызывает сморщивание ядер в течение минут после применения и дает разные паттерны ответа. Это спадение ядер интерпретируется как появляющееся во время импорта связанных с лигнадами рецепторов и сопровождаемое затем распуханием ядер. Ранние, индуцированные альдостероном транскрипты м. затем экспортирооваться с соответствюущим уменьшением ядер до нормы.
Эффект, который д. иметь большое физиологическое значение, описан в изолированом сердц крыс. В этом случае, алилдостерон оказывает быстрый (в течение минут) и позитивный эффект. Spironolactone не противодействует этой реакции, но имеет автономное ионотропное действие, которое является аддитивным по отношению к реакции на альдостерон.
Glucocorticoids
Глюкокортикоиды широко используются во многих клинических условиях, оказывая выраженный терапевтический эффект. Т.к. глюкокортикоиды появляются естесственным образом на высоких уровнях и часто используются в довольно высоких дозах, то неспецифическое действие на уровне мембран необходимо учитывать. По своей природе стероиды являются высоко липофильными субстанциями, которые имеют тенденцию накапливаться в липидных мембранах. Здесь они м. менять текучесть мембран и возможно влиять на функцию включенных белков, таких как ионные каналы или рецепторные белки. Однако этот феномен появляется в основном при концентрациях выше 10 μM, и имеется множество негеномных глюкокортикоидных эффектов, которые появляются ниже этого предела концентраций.
Глюкокортикоиды, как полагают, участвуют в стрессом обусловленных реакциях, большинство из которых протекает быстро и, следовательно, преимущественно негеномным способом. Изучали поведение roughskin тритона Taricha granulosa, у которых воздействие кортикостерона м. воспроизводить быструю стрессовую реакцию поведения ухаживания. В этой системе, мембранные рецепторы, которые обеспечивают действие глюкокортикоида в головном мозге амфибий, были в порядке эксперимента задействованы (assigned), чтобы выявить сходство с . Биохимическое изучение показало, что эти мембранные глюкокортикоидные рецепторы обладают свойствами, которые не совпадают с классическими глюкокортикоидными рецепторами.
На клеточном уровне, высокие концентрации быстро (в течение 10 мин) стабилизируют лизосомные мембраны. Сходный эффект обнаруживается после 24 ч, но этот эффект чувствителен к агонисту глюкокортикоидных рецепторов RU486, тогда как быстрый эффект е нему нечувствителен. Следовательно, двойное действие осуществляется посредсвом классических и некласических рецепторов.
Мембранными рецепторами опосредованные механизмы действия глюкокортикоида, которые связаны с нарушением митохондриальной функции, как полагают, участвуют в клеточных процессах, которые ведут к апоптозу. Это подчерквиет полностью еще нераспознанное физиологическое и терапевтическое значение добавочных механизмов действия клюкокортикоида. Это отражает также отличающиеся иерархии для негеномных зависимых от высоких доз эффектов глюкокортикоидов, если сравнивать с классическими геномными ответами, т.к. ранжирование потенции для разных глюкокортикоидов меняется.
Глюкокортикоиды активируют eNOS негеномным способом, который опосредуется фосфорилированием PI3K и Akt. Это ведет ультимативно к реляксации сосудов. которое м. объяснить некоторые кардио-защитрые эффекты глюкокортикоидов.
Vitamin D
Витамин D — или его активная форма 1α,25-dihydroxy-vitamin D3 (1α,25(OH)2D3) — является чрезвычайно гибкой молекулой в отношении ее конформации. В отличие от 'реальных' стероидов (Box 3), его A-кольцо м. ротировать относительно слитых C- и D-колец, что дает разные conformers (Рис. 3). Аналоги таких конформеров, которые имеют мостики, которые 'locked' в cis и trans конформацию, и др. изомеров, были синтезированы. Эти соединения м. выявлять специфически негеномные и/или геномные реакции на 1α,25(OH)2D3. Это свойство уникально среди стероидов и подтверждает участие неклассических рецепторов.
Наиболее выраженный быстрый эффект 1α,25(OH)2D3, при субнаномолярных концентрациях, это стимуляция поступления Ca2+ в кишечник, известная как transcaltachia. 1β,25(OH)2D3 мощно ингибирует этот негеномный эффект, но он не м. блокировать геномное действие. некоторые исследования ясно показывают, что cis-locked аналоги активируют быстрые пути, тогда как они являются слабыми агонистами для геномных реакций и жестко связываются с классическими рецепторами. Совершенно по др., trans-locked аналоги не способствуют transcaltachia. даже при повышенных концентрациях. Модифицированные аналоги 1α,25(OH)2D3 затрагивают скорость пролиферации, продукцию и активность PKC в , но они связываются с классическими только с 0.1% эффективностью от 1α,25(OH)2D3.
Субнаномаолярные уровни of 1α,25(OH)2D3 увеличивают [Ca2+]i среди множества различных клеток — даже у тех, которые не имеют рецепторов витамина D — в минуты. Хотя приток Ca2+ из внеклеточных пространств осуществляется, по-видимому, через voltage-зависимые каналы, 1α,25(OH)2D3 инициирует также и гидролиз мембранных липидов membrane, который обусловливает продукцию вторичных мессенджеров, таких как InsP3 которые, в свою очередь, высвобождают Ca2+ из внутриклеточных хранилищ. Кроме того, образуется diacylglycerol (DAG) и это, по-видимому, активрует PKC. И снова, аналоги 1α,25(OH)2D3? которые жестко связываются с рецепторами витамина D receptor выявляют достоверную активацию PKC. Последнее сопровождается быстрой активацией Raf и ERK/MAPK (Рис. 4).
Негеномное действие 1α,25(OH)2D3 участвует также в cAMP–protein kinase A (PKA) пути. Ингибиторы adenylate cyclase или PKA блокируют быструю Ca2+ реакцию в разных клетках. Напротив, 1α,25(OH)2D3 увеличивает уровни цАМФ в течение минут в дефицитных по витамину D мышцах птиц и в др. клетках.
Thyroid hormones
Хотя тироидные гормоны thyroxine (T4) и triiodothyronine (T3) химически отличны от стероидов (Рис. 5), их классические рецепторы принадлежат к сверхсемейству стероид-рецепторов. Сходным образом с 'настоящими' стероидами, тироидные гормоны также обнаруживают негеномные эффекты.
Быстрое увеличение поступления 2-deoxyglucose вызывается низкими наномолекуляными концентрациями T3 в различных клетках и органах. Сходным образом и часто в ассоциации с этим быстро растет и внутриклеточный Ca2+. Кроме того, T3 и T4 стимулируют активность плазматичекой мембраны и sarcoplasmic-/endoplasmic-reticulum Ca2+-ATPase (SERCA), которые приводят в результате к истечению Ca2+ из цитозоля. Этот эффект, по-видимому, опосредуется PKC. PKC сама по себе активируется тироидными гормонами, хотя др. исследования утверждают, что активация PKC зависит от phospholipase C.
T4 инициирует двойной diacyglycerol-liberating путь. Он использует phospholipase C, которая активируется непосредственно T4, и затем PKC-стимулированную фосфолипазу D.
Известно, что ERK/MAPK сигнальный каскад управляется с помощью T4 и возможно обеспечивается с помощью предполагаемого G-protein-coupled
рецептора, который еще неидентифицирован. Затем появляются многочисленные феномены, такие как фосфорилирование сигнальных трансдукторов и активаторов транскрипции и p53. Более того, активированные ERK/MAPK фосфорилируют тироидный рецептор-β1, который вызывает диссоциацию ко-репрессорных белков. Хотя эти события ведут ультимативно к модуляции экспрессии генов, оно осуществляется с помощью неклассического, возможно негеномного, пути.
Активация некоторых ферментов, таких как pyruvate kinase и cytochrome c oxidase, по-видимому, модулируется непосрественно iodothyronines. Iodothyronines устраняют чувствительность активности cytochrome c oxidase к ингибированию АТФ и такое отсутствие ингибирования обратной связи м.б. объяснено быстрым эффектом тироидных гормонов на митохондриальное дыхание.
Neurosteroids
Многие стероиды действуют в нервной системе,модулируя в основном возбудимость нейронов, но согласно определению , настоящие 'нейростероиды' не только действуют на, но также и синтезируютс в, головном мозге. Нейроактивные стероиды м. влиять на сон, стрессовую реакцию, настроение, память и некоторые др.функции. Т.к. эти эффекты часто появляются со значительной временной задержкой, то не всегда легко сделать различия между геномным и негенеомным действием.
Стероиды, которые модулируют GABAergic передачу (где GABA это γ-aminobutyric acid) посредством GABAA рецепторов, часто используются в клинических исследованиях. Dehydroepiandrosterone (DHEA) и его сульфатный метаболит DHEA-S, которые, как известрно, являются аллостерическими модуляторами GABAA рецеепторов, влияют на и изменяют характер сна. Однако, применяемые дозы были сравнимы с высокими и результаты были неожиданными. GABAA рецептор является местом действия некоторых 3α,5α-tetrahydrosteroids, которые являются мощными -подобными лигандами. Клинически используемые анестетики alphaxolone и alphadolone также принадлежат к этой группе модуляторов и действуют на GABAA рецепторы. GABA рецепторы также, по-видимому, являются ультиматимными местами действия прогестерона в у грызунов. И снова tetrahydrosteroids выступают активными молекулами. Интересно, что в , действие прогестерона, по-видимому, зависит от внутриклеточных прогестероновых рецепторов.
Рецептор NMDA (N-methyl-D-aspartate) является важным длясобственно познавательных функций и развития нервной системы. Его аллеостерические модуляции с помощью связаны с усилением памяти у грызунов. Т.к. память связана со сложными взаимодействиями различных механизмов, не не является неожиданностью, что на нее м. влиять позитивно с помощью GABAA лиганда DHEA, а также с помощью σ1-receptor лигандов. σ1-opioid рецепторы являются предположительно мультифункциональными белками, которые регулируют функцию ионных канальцев и обнаруживают необычную разнообразную избирательность лигандов.
Fynfujybcns NMDA рецепторов, такие как производные preganolone, предупреждают гибель нейрональных клеток в культуре, также как и 17β-oestradiol. Более того, деменция коррелирует с пониженными количествами нейростероидов.
Anxiolytic активность,которая обнаруживается у некоторых стероидов, в основном A-ring reduced соединений,м.б. также скоррелирована с позитивной аллеостерической модуляцией GABAA рецепторов.
Др. рецептор, который модулируется стероидами, это glycine рецептор — напр., прогестерон и pregnenolone sulphate ингибируют glycine-индуцированные токи, хотя, по-видимому, используются разные механизмы. Модуляция 5-hydroxytryptamine (5-HT) рецептора type 3 с помощью эстрадиола и прогестерона известна; т.к. этот рецептор участвует в инициации тошноты, то это м.б. механизмом тошноты при беременности.
Хотя нейростероиды м.б. существенный клинический потенциал, благодрая их экстенвисному метаболизму, в настоящее время невозможно идентифицировать действие субстанций , которые ответственны за определенные реакции , или ограничить действие стероидов на определенные желаемые эффекты.
Interaction of distinct pathways for steroid
action
Быстрые, негеномные эффекты стероидов — это генерация вторичных мессенджеров и активация сигнальных каскадов — м. влиять на геном посредством разных механизмов. Большинство быстрых сигнальных мессенджеров. хотя они и не действуют в первую очередь на ДНК, косвенно м. модулировать экспрессию генов, влияя на транскрипционные факторы. Они м. также влиять на гены, которые являются мишенями тех же самых стероидов, синергичным, немедленным и задержанным способом. Примером этого является реакция линии нервных клеток. И PKA и PKC, по-видимому, участвуют в быстрой реакции.
PKA, которая обычно активируется с помощью цАМФ, является медиатором, который часто используется в негеномном стероидном пути. Она фосфорилирует к цАМФ чувствительный (response) элемент связываемого белка непосредственно, как это было показано для альдостерона, и как полагают, активирует ERK/MAPK путь, кодорый ведет к фосфорилированию steroid receptor co-activator 1 (SRC1). И фосфорилированный CREB и фосфорилированный SRC1 затрагивают ко-активацию некоторых стероидных рецепторов.
Др. способы взаимодействия описаны для XPR. Его мембранная форма, если стимулируется стероидами, то активирует ERK/MAPK путь, который в свою очередь, фосфорилирует различные формы XPR, это м. указывать на то, что имеется функциональная регуляция задержанной реакции. Как упоминалось выше, у человека прогестероновые рецепторы взаимодействуют в лиганд-зависимом пути с SH3 доменами различных белков. Итак, стимуляция прогестероновых рецепторов управляет ERK/MAPK путем и это очевидно сказывается на транскрипционных факторах в ядре.
Возможный способ взаимодействия между негеномными и геномными процессами сложен. Многоступенчатая модель действия стероидов — которая является расширенным производным crosstalk модели, которая была предложена для альдостерона — имеет целью собрать и взаимно увязать некоторые наиболее важные механизмы действия стероидов (Рис.6).
Physiology, conclusions and perspectives
Быстрое осуществление негеномных реакций является важным; такие быстрые эффекты всегда необходимы, когда присутствуют одновременно и быстрые и временные стимулы. Изменения уровней альдостерона в плазме, которые происходят в течение минут после изменения состояния (posture) — такие как повышение количества альдостерона в плазме, обнаруживаемое вскоре после перехода из лежачего в стоячее положение — м. служить примером регулируемого сигнала. Если будут происходить лишь медленные геномные реакции, то немедленная регуляция уровней альдостерона в плазме будет неэффективной. Такие же быстрые реакции м. затрагивать и сердечнососудистую систему, обеспечивая гомеостаз кровообращения, или восстановление после физических мышечных упражнений. Такие действия указывают на то, что альдостерон м.б. быстро действующим стрессовым гормоном, который — в противоположность большинству пептидных гормонов — м. диффундировать свободно через мембраны, возможно подготавливая клетки к действию др. гормонов или к своему собственному медленному геномноу действию. Физиологическое значение быстрой задержки обмена натрия в эритроцитах, однако, остается неясным
Сходный пример, высокая локальная концентрация (микромолярная) прогестерона, которая присутствует в области, окружающей ооциты. Сперматозоиды являются, следовательно, субъектами быстрого повышения концентрации прогестерона, когда они вступают в эту область, и это, в свою очередь, помогает запустить акросомную реакцию.
Глюкокортикоиды, которые секретируются в ответ на стресс, также м. вносить вклад в адаптацию к трудным условиям, т.к. они быстро индуцируют реляксацию сосудов и, следовательно, улучшают кровоснабжение сердца помимо уменьшения воспалительной реакции на ишемию.
Хотя механизмы, которые лежат в основе быстрой реакции на стероиды на клеточном и молекулярном уровне, являются разными, все же идентифицированы общие пути, которые используются некоторыми классами стероидов. Путь ERK/MAPK часто используется, хотя вышестоящие пути передачи сигналов м.б. разными. Сходным образом, PKC часто участвует в быстрых стероидных эффектах. Токи ионов, в основном кальция, как было показано, практически для всех строидов и вторичные мессенджеры, такие как цАМФ и InsP3, также часто используются. Однако, даже в одном классе стероидов используемые пути зависят очень сильно от типа клеток.
Чтобы выяснить роль негеномного действия стероидов в физиологии, клинических испытаниях необходимы модельные животные (Box 4). Однако, клинические испытания, которые проводятся на людях, затруднены тем, что невозможно использовать ингибиторы геномных путей, такие как актиномицин D или циклогексемид. Итак, первичным критерием этих признаков должны быть временные рамки и эффективность ингибиторов классических рецепторов. Несмотря на эти трудности получены все же некоторые доказательства важности быстрых негеномных эффектов у млекопитающих или, более специфически, в физиологии человека. Есть надежда, что дальнейшие исследования этого феномена на уровне целого организма, которые смогут успешно использовать специфические 'неклассические' ингибиторы, позволят идентифицировать мишени для терапевтического вмешательства, которые были неизвестны. Очевидно, что значение негеномного действия стероидов недоучитывается, несмотря на то, что этот феномен хорошо известен.
.files/glyph.gif)
| ERβ
| Progesterone-binding protein | vitamin D receptor | XPR