После публикации поста Зри в корень, я заглянул в инструкцию по медицинскому применению лекарственного препарата Дротаверин. В абзаце фармакологических свойств читаю; «…и как следствие к инактивации легкой цепи киназы миозина…».
Заинтересовало! Что это за зверь такой легкой цепи киназы миозина?
Оказалось, что это фермент, обладающий весьма многогранными своими проявлениями и свойствами. Далее сокращенно буду писать его как КЛЦМ 1,2,3. Да и еще, друзья, здесь много активных переходов на странички википедии поясняющие те или иные термины. Кто хочет понять о чем здесь идет речь, пожалуйста, не ленитесь по ним вовремя переходить и улавливать смысл, достаточно бегло.
(Доменная организация, белок — белковые взаимодействия и посттрансляционные модификации КЛЦМ)
Сегодня известно, что в геноме позвоночных есть не менее трех генов, кодирующих КЛЦМ. Ген mylk1, mylk2 и mylk3. Ген mylk2 кодирует скелетномышечную КЛЦМ, а ген mylk3 – сердечную КЛЦМ. Эти киназы специфично экспрессируются в обозначенных типах мышц. В отличие от этих генов ген mylk1 устроен значительно сложнее, и его многочисленные продукты распространены во многих, если не во всех клетках и тканях.
Вклад КЛЦМ в обеспечение клеточных реакций определяется не столько ее ферментативной активностью, сколько способностью выступать в роли платформы для сборки макромолекулярных комплексов. Как полагают физиологи соотношение каталитической и платформенной активностей в КЛЦМ, в особенности, в ее высокомолекулярной изоформе, является чрезвычайно актуальным вопросом, ответ на который позволит значительно трансформировать взгляды на роль КЛЦМ в физиологии и патофизиологии клетки.
Современные методы протеомного анализа выявляют более 50 пост трансляционных модификаций в структуре КЛЦМ, многие из которых реализуются in vivo. При этом их функциональное значение установлено лишь в единичных случаях, также как и природа модифицирующих ферментов. В геноме человека ген mylk1 располагается в третьей хромосоме в области 3qcen-q21 и захватывает около 270 тыс. п.о. ДНК.
Белковых партнеров у гена mylk1 много. Однако неоспоримыми физиологически значимыми белковыми партнерами КЛЦМ являются актин, миозин и кальмодулин. Роль КЛЦМ в физиологических процессах в клетках в основном связывают с активацией миозина II, за счет которой КЛЦМ вовлекается в огромное разнообразие клеточных реакций, внешне не имеющих между собой ничего общего, но все они зависят от работы двигательного аппарата клетки.
КЛЦМ является Са2+/КаМ-зависимым активатором миозина и сама активируется при повышении Са2+ в клетке за счет действия Са2+-мобилизующих агонистов, таких как гистамин, тромбин, брадикинин, бомбезин, холецистокинин, ацетилхолин, катехоламины и др. Помимо протеинкиназной активности КЛЦМ ее взаимодействия с белками партнерами могут вносить вклад в общий КЛЦМ — зависимый функциональный ответ клетки. Как известно, фундаментальным свойством субстрат — зависимых клеток является адгезия и миграция. КЛЦМ вовлечена в обеспечение обоих этих клеточных реакций.
КЛЦМ участвует в пролиферации, т. е. в контроле клеточного деления. На модели пролиферирующих гепатоцитов грызунов с помощью ингибирования каталитической активности КЛЦМ и подавления ее экспрессии методом РНК-интерференции было продемонстрировано, что КЛЦМ контролирует переход клеток из поздней G1 фазы в S фазу.
Большое количество экспериментальных данных свидетельствует в пользу активного участия КЛЦМ в эндоцитозе. Эндоцитоз плазматической мембраны используется клеткой для восстановления нормального объема после набухания при гипотоническом стрессе. КЛЦМ и миозин II накапливались вместе с актином в области возникших
при набухании мембранных пузырей перед их ретракцией. Ингибирование КЛЦМ приводило к персистенции пузырей и замедлению восстановления нормального объема клетки.
Участие КЛЦМ в экзоцитозе также давно признано. Так, еще в 1994 г. была показана существенная роль КЛЦМ в АТФ-зависимой инициации индуцируемого Са2+ экзоцитоза
катехоламинов в хромаффинных клетках надпочечников. В дальнейшем участие КЛЦМ в процессах экзоцитоза / секреции было показано и на других типах клеток.
В бета-клетках поджелудочной железы КЛЦМ, активируя немышечный миозин IIA, модулирует транслокацию секреторных гранул и приводит к повышенной секреции инсулина.
Во всех случаях роль КЛЦМ, вероятно, состоит в активации сократительной активности миозина на поверхности экзо цитируемого объекта.
Все клетки обладают определенной жесткостью, которая в нормоосмотических условиях определяется, в основном, их цитоскелетом и его перестройками. И здесь просматривается роль КЛЦМ как регулятора механических свойств клетки. Эпителий и эндотелий образуют плотные монослои, через который в норме проходят низкомолекулярные вещества, но не белковые молекулы. Многие естественные стрессорные агенты (гистамин, тромбин, бактериальный липополисахарид, активные формы кислорода, избыточная механическая деформация и др.) вызывают нарушение контактных взаимодействий эндотелия и эпителия и активируют актомиозиновое сокращение. Тем самым проявляется роль КЛЦМ в качестве барьерной функции эпителия и эндотелия.
Дисфункция эндотелиального (эпителиального) барьера наблюдается при многих патологических состояниях у человека, в том числе, при сепсисе, инфаркте миокарда, инсульте, травматическом повреждении мозга, панкреатите. К нарушению сосудистой проницаемости и развитию отека легких и могза может приводить агрессивная терапия онкологическими препаратами, отравление пульмонотоксическими ядами, термические ожоги тела, размозжение тканей, высотная гипоксия и другие причины. Нарушение проницаемости кишечного эпителия наблюдается при болезни Крона, целиакии, аутоиммунных и воспалительных процессах в желудочно — кишечном тракте, инфекционных заболеваниях, кишечной непроходимости, отравлениях. Участие КЛЦМ в патологических процессах дисфункции этих барьеров подтверждается в ряде работ зарубежных ученых.
КЛЦМ играет важную роль в инсулиновой сигнализации, развитии резистентности к инсулину и при диабете. Ингибирование миозина II и КЛЦМ снижало стимулируемую глюкозой секрецию инсулина бета клетками поджелудочной железы, что сопровождалось укорочением в них периферических пучков актиновых филаментов, снижением числа фокальных адгезий и инсулиновых гранул вблизи базальной мембраны.Таким образом, каталитическая активность КЛЦМ необходима для модуляции секреции инсулина поджелудочной железой.
Поскольку КЛЦМ активно вовлечена в физиологические процессы клеточной адгезии, миграции и пролиферации, нарушение ее экспрессии и регуляции активности при раковой трансформации клеток во многом будет определять миграционный и инвазивный потенциал этих клеток и, следовательно, динамику онкологического заболевания и тактику его лечения. Как показывают исследования, КЛЦМ acсоциирована с различными видами рака, включая рак молочной железы, легких, простаты, толстого кишечника и др. Снижение содержания КЛЦМ в нормальных эпителиальных клетках молочной железы ведет к нарушению межклеточных взаимодействий и активирует инвазивное поведение этих клеток.
В связи с вовлеченностью КЛЦМ в развитие важнейших патологических состояний она рассматривается многими исследователями как перспективная молекулярная мишень для создания лекарственных средств с широким диапазоном применения. Вместе с тем, разработка таких препаратов может встретить существенные трудности, связанные с потенциальным негативным воздействием этих соединений на физиологические процессы, регулируемые КЛЦМ.
Неослабевающий интерес к КЛЦМ говорит о ее признанном биомедицинском значении и одновременно свидетельствует о больших пластах непонятого в плане организации и регуляции гена mylk1, структурно — функциональных свойств его продуктов и их роли в (пато)физиологии клетки и организма в целом. Сегодня довольно много известно о дифференциальной регуляции экспрессии гена mylk1, но практически отсутствуют механистические исследования роли его полиморфизмов в предрасположенности к заболеваниям, равно как и сам список патологических состояний, ассоциированных с полиморфизмами КЛЦМ, представляется далеко не полным. Сделаны лишь первые шаги. Дальнейшие исследования в этих направлениях позволят осуществить трансляцию фундаментальных знаний о КЛЦМ в технологии и продукты, в которых остро нуждается практическая медицина.
