Кіріспе

Homo sapiens-те кездесетін сүтқоректілер ақуызы. Термогенин (оны ашқандар ажырату ақуызы деп атаған, ал қазір ажырату ақуызы 1 немесе UCP1 деп танылады) – қоңыр майлы тіндерде (BAT) табылған митохондриялық тасымалдаушы ақуыз. Ол дікілдемейтін термогенез арқылы жылуды өндіруге қолданылады және нәрестелердегі жоғары беттік аудан/көлем қатынасының салдарынан болатын жылу жоғалтуға қарсы тұруға маңызды үлес қосады.

Механизм

UCP1 UCP отбасына жатады, бұл окисдеуші фосфорилирлеу кезінде пайда болатын протон градиентін азайтатын трансмембраналық ақуыздар. Олар мұны ішкі митохондриялық мембрананың өткізгіштігін арттыра отырып, мембранааралық кеңістікке сорғыланған протондардың митохондриялық матрицаға қайтып оралуына және осылайша протон градиентін ығыстыруына мүмкіндік береді. UCP1 араласқан қоңыр майдағы жылу өндірісі тыныс алу тізбегін ажыратып, АТФ өндірісінің төмен жылдамдығымен субстратты тез тотықтандыруға мүмкіндік береді. UCP1 митохондриялық мембранааралық кеңістіктен митохондриялық матрицаға протондардың ауысуына мүмкіндік беретін митохондриялық ішкі мембранадағы протондық арна – аденоин нуклеотидті транслокатор сияқты басқа митохондриялық метаболит тасымалдағыштармен байланысты. UCP1 қоңыр майлы тінге ғана тән, онда ол тіннің жылу өндіру қабілеті үшін механизмді қамтамасыз етеді. UCP1 қоңыр майлы жасушаларда май қышқылдары арқылы белсендіріледі және нуклеотидтер арқылы тежеледі. Май қышқылдары мынадай сигналды каскад арқылы бөлінеді: Симпатикалық жүйке жүйесінің терминалдары норэпинефринді плазмалық мембранадағы бета-3 адренергиялық рецепторға бөлінеді. Бұл аденоил циклазаны белсендіреді, ол АТФ-ні циклдік АМФ-ға (cAMP) түрлендіруді катализдейді. cAMP протеинкиназа А-ны белсендіреді, оның белсенді C- суббұрынтыларын реттеуші R- суббұрынтыларынан босатуға әкеледі. Белсенді протеинкиназа А өз кезегінде триацилглицерол липазасын фосфорилендіреді, осылайша оны белсендіреді. Липаза триацилглицеролдарды еркін май қышқылдарына айналдырады, олар UCP1-ді белсендіреді, бұл пурин нуклеотидтері (GDP және ADP) тудырған тежеуді жояды. Термогенезді тоқтату кезінде термогенин белсенді болмайды және қалдық май қышқылдары тотықсу арқылы жойылады, бұл жасушаның қалыпты энергияны үнемдеу жағдайын қалпына келтіруге мүмкіндік береді. UCP1 АТФ/АДФ тасымалдаушы ақуызға немесе аденин нуклеотидті транслокаторға (ANT) өте ұқсас. UCP1 үшін ұсынылған ауыспалы қолжетімділік моделі ұқсас ANT тетігіне негізделген. Субстрат мембрананың цитоплазмалық жағынан жартылай ашық UCP1 ақуызына кіреді, ақуыз цитоплазмалық жағын жабады, сондықтан субстрат ақуызға жабылады, содан кейін ақуыздың матрицалық жағы ашылады, бұл субстраттың митохондриялық матрицаға босатылуына мүмкіндік береді. Белоктың ашылуы мен жабылуы ақуыздың мембраналық бетіндегі тұз көпірлерінің тартылуы мен босауы арқылы жүзеге асырылады. UCP1-ді ANT-те модельдеудің негізі екі белок арасындағы көптеген сақталған қалдықтарда кездеседі, олар мембрана арқылы субстратты тасымалдауға белсенді қатысады. Екі ақуыз да – ішкі митохондриялық мембранаға орналастырылған интегралды мембрана ақуыздары, олардың тұз көпірлерінің, пролин қалдықтарының және цитоплазмалық немесе матрицалық күйде тұрып, жабыла алатын немесе ашыла алатын гидрофобтық немесе ароматты амин қышқылдарының ұқсас үлгісі бар. Құрылымы SLC25 туысына жататын түрленіп қалады. UCP1 цитоплазмалық ашық күйде гуанозин трифосфаты арқылы pH тәуелді түрде бұғатталады, бұл протонның шығуын болдырмайды. UCP1 кең ауқымды плаценталық сүтқоректілерде, әсіресе дене көлемі кішкентай және қыстап жатқандарда термогендік рөл атқара отырып, UCP1 генінің бірнеше үлкен денелі тұқымдарда (мысалы, жылқылар, пилдер, теңіз сиырлары, киттер және гиракстар) және төмен метаболистік жылдамдықтары бар тұқымдарда (мысалы, панголиндер, армадиллолар, жалқаулар және қарақұйрықтар) функционалдылығы жоғалды. Жақында балық пен сумкалы жануарлардағы UCP1 ортологтарының жылу өндірмейтін түрі табылды, бұл ген қазіргі омыртқалы жануарлардың ата-бабаларының басқа ұрпақтары, бұл ген барлық қазіргі омыртқалы жануарларға берілді, бірақ плаценталық сүтқоректілерден басқа, ешқайсысының жылу өндіретін қабілеті жоқ. Бұл UCP1-дің бастапқы мақсаты басқаша болғанын және филогенетикалық және реттілік талдаулары UCP1-дің плаценталық сүтқоректілерде термогенезге бейімделген дикарбоксилат тасымалдаушы ақуыздың мутацияланған түрі екенін көрсетеді.

Тарих

1960 жылдары қоңыр майлы тінді зерттеген ғалымдар, оның басқа тіндерге қарағанда көбірек жылу өндіретінін және тыныс алу процесін бұзуға немесе байланысын үзуге қабілетті екенін анықтады. 1976 жылы Дэвид Г. Николз, Вибеке Бернсон және Джиллиан Хитон ажыратушы протеин 1 (UCP1) ашқан. Бұл жаңалық 1978 жылы жарияланып, осы үзу әсеріне жауапты белок екені көрсетілді. UCP1 1980 жылы алғаш рет тазартылып, 1988 жылы тұңғыш рет клондалды. UCP1-ге гомологты екі ажыратушы протеин (UCP2) 1997 жылы анықталды. UCP2 түрлі тіндерде орналасқан және реактивті оттегі түлерінің (ROS) реттелуіне қатысады деп саналады. Соңғы он жылда UCP1-дің үш қосымша гомологы – UCP3, UCP4 және UCP5 (BMCP1 немесе SLC25A14 деп те аталады) анықталды.

Клиникалық маңызы

UCP1-ді гендік трансфер терапиясы арқылы жасушаларға жеткізу әдістері немесе оны жоғарылату әдістері, артық метаболизмдік қорларды ыдырату мүмкіндігіне байланысты, семіздікті емдеу зерттеулерінде маңызды бағыт болып табылады.