Кіріспе
Липид молекулаларын пайдаланатын биологиялық сигнализация Липид сигнализациясы, кеңінен анықталса, рецептор, киназа немесе фосфатаза сияқты белок нысанасына байласатын липид хабаршысын қамтитын кез келген биологиялық жасуша сигнализациясы оқиғасына қатысты, бұл өз кезегінде осы липидтердің белгілі бір жасушалық жауаптарға әсерін аралас етеді. Липидтік сигнализация басқа классикалық сигнализациялық парадигмалардан (мысалы, моноаминдік нейротрансмиссиядан) сапалы түрде ерекшеленеді деп есептеледі, өйткені липидтер мембраналар арқылы еркін диффузия жасай алады (осмозды қараңыз). Мұның бір салдары липид хабаршыларын босату алдында көпіршіктерде сақтауға болмайды және сондықтан олар көбінесе "талап бойынша" олардың белгіленген әрекет орнында биосинтезделеді. Осылайша, көптеген липидтік сигналды жеткізуші молекулалар ерітіндіде еркін айналып жүре алмайды, керісінше, сарысудағы арнайы тасымалдаушы ақуыздарға байланған.
Lipid signaling, broadly defined, refers to any biological cell signaling event involving a lipid messenger that binds a protein target, such as a receptor, kinase or phosphatase, which in turn mediate the effects of these lipids on specific cellular responses. Lipid signaling is thought to be qualitatively different from other classical signaling paradigms (such as monoamine neurotransmission) because lipids can freely diffuse through membranes (see osmosis). One consequence of this is that lipid messengers cannot be stored in vesicles prior to release and so are often biosynthesized "on demand" at their intended site of action. As such, many lipid signaling molecules cannot circulate freely in solution but, rather, exist bound to special carrier proteins in serum.
Керамид
Церамид (Cer) сфингомиелиннің (SM) сфингомиелиназалармен (SMазалармен) ыдырауымен пайда болуы мүмкін, олар сфингозин омыртқасынан фосфохолин тобын гидролиздейтін ферменттер. Бұл сфингозиннен алынған липидті (сфинголипидті) серин пальмитоил трансферазасы (SPT) және керамид синтезасы ферменттері эндоплазмалық тор (ER) сияқты органелдерде және мүмкін митохондрияға байланысты мембраналарда (MAM) және перинуклеарлық мембраналарда нөлден (de novo) синтездеуі мүмкін. Метаболистік орталықта орналасқандықтан, керамид басқа сфинголипидтердің пайда болуына әкеледі, оның негізгі өзгеру орны C1 гидроксил (OH) тобы болып табылады. Керамидке қант ферменттер, глюкозил немесе галактозил керамид синтезаларының әсерімен (гликозилдеу) қосылуы мүмкін. Церамидті сондай-ақ церамидазалар деп аталатын ферменттер ыдыратады, бұл сфингозиннің пайда болуына әкеледі. Сонымен қатар, фосфат тобы церамидке фермент, церамидкиназа арқылы (фосфорилирлеу) қосылуы мүмкін. Сондай-ақ, сфингомиелин синтезасы деп аталатын ферменттің әсерімен фосфатидилхолиннен (ФК) фосфохолин бас тобын қабылдау арқылы церамидтен сфингомиелинді қалпына келтіру мүмкін. Соңғы процесте ПК-дан диацилглицерол (DAG) түзіледі. Керамидте екі гидрофобтық ("судан қорқатын") тізбектер және бейтарап бас тобы бар. Нәтижесінде суда ерігіштігі шектеулі және ол қалыптасқан органеллдің ішінде шектеледі. Сонымен қатар, гидрофобты табиғаты бойынша, керамид мембраналық модельдердегі зерттеулер және қызыл қан жасушалары (эритроциттер) мембраналары арқылы расталғандай, мембраналар арқылы тез ауысады. Алайда, керамид басқа липидтермен өзара әрекеттесіп, микродомендер деп аталатын үлкен аймақтарды құрауы мүмкін, бұл оның флип-флоп қабілетін шектейді. Бұл керамидтің сигнал беру функцияларына үлкен әсер етуі мүмкін, өйткені органелл мембранасының сыртқы жапсырмасындағы қышқыл SMаза ферменттерімен түзілген керамидтің нейтралды SMаза ферменттерінің әсерінен ішкі жапсырмада түзілетін керамидке қарағанда басқа рөлдері болуы мүмкін. Керамид көптеген жасушалық стресс-реакцияларды, соның ішінде бағдарламалық жасушалық өлімді (апоптоз) және жасушалық қартаюды (жасыру) реттейді. Көптеген зерттеу жұмыстары керамидтің тікелей белдік мақсаттарын анықтауға бағытталған. Бұларға тірі организмнен тыс бақыланатын ортада (in vitro) жүргізілген зерттеулерде керамидпен өзара әрекеттесетін ферменттер - керамид белсендірілген Ser Thr фосфатазалар (CAPPs), мысалы, протеин фосфатаза 1 және 2A (PP1 және PP2A) кіреді. Екінші жағынан, жасушаларда жүргізілген зерттеулер, туморлы некроз факторы альфа (TNFα) және пальмитат секілді керамидті индукциялайтын агенттер ретинобластома генінің RB өнімінің фосфат тобын керамидке тәуелді түрде алып тастауды (дефосфорилирлеу) және ферменттер, белок кинезалары B (AKT белоктар отбасы) және C α (PKB және PKCα) индукциялайтынын көрсетті. Сонымен қатар, керамидтің Ras (KSR), PKCζ және катепсин D кинезасын қысымдаушыны белсендіруіне қатысы бар жеткілікті дәлелдер бар. Катепсин D лизосомалар деп аталатын органелдерде түзілетін керамидтің негізгі нысанасы ретінде ұсынылды, бұл лизосомалық қышқыл SMase ферменттерін апоптоздың митохондриялық жолындағы негізгі ойыншылардың біріне айналдырады. Сондай- ақ, керамидтің PKCζ белсенділігін оятуы да анықталды, бұл оны АКТ- ні тежеуге, жасушаның ішкі және сыртқы бөлігі арасындағы кернеу айырмашылығын реттеуге (мембраналық потенциалға) және апоптозды қолдауға бағытталған сигналды функцияларға қатыстырады. Даунорубицин және этопозид сияқты химиотерапиялық препараттар сүтқоректілердің жасушаларында жүргізілген зерттеулерде керамидтің de novo синтезін күшейтеді. Апоптоздың кейбір индукторлары, әсіресе лимфоциттер (ағарған қан клеткаларының бір түрі) тобындағы В клеткалары рецепторларының стимуляторлары үшін бірдей нәтижелер табылды. Пальмитатпен керамидтің де ново синтезін реттеу қант диабеті мен метаболикалық синдромда маңызды рөл атқарады. Эксперименттік дәлелдер пальмитат қосылған кезде керамид деңгейінің айтарлықтай жоғарылағанын көрсетеді. Керамид жинақталуы PP2A- ні және одан кейінгі AKT- ні фосфорильдеу мен инактивациялауды, метаболизмді бақылау мен инсулинді сигнализацияның маңызды медиаторын белсендіреді. Бұл инсулинге (мысалы, глюкозаға) жауап берудің едәуір төмендеуіне және Лангерханс аралдары деп аталатын без без безінің инсулин өндіретін жасушаларының өліміне әкеледі. Есірткімен емдеу немесе гендік нокаут әдістері ар...
Сфингозин
Сфингозин (Sph) - церамидаза (CDаза) ферменттерінің лизосомадағы церамидке әсерінен түзіледі. Сф- ты нейтральды CDаза ферментінің әсерінен плазма мембранасының клеткадан тыс (сыртқы жапырақта) жағында да құрауға болады. Сф кейін қайтадан керамидке айналады немесе SK1 және SK2 сфингозинкиназа ферменттерінің бірімен фосфорилияланады. Өнімнің сфингозин-1 фосфаты (S1P) ER-де фосфорильденіп, сфингозинді клеткалар ішіндегі белгілі бір S1P фосфатаза ферменттері арқылы қалпына келтіреді, онда сақталған Sph керамидке қайта өңделеді. Сфингозин - бір тізбекті липид (әдетте ұзындығы 18 көміртегі), сондықтан суда жеткілікті ерігіштігі бар. Бұл оның мембраналар арасында қозғалу және мембрана арқылы флип-флоп жасау қабілетін түсіндіреді. Физиологиялық рН-де жүргізілген бағалаулар сфингозиннің шамамен 70% -ы мембраналарда қалады, ал қалған 30% -ы суда ериді. Сф пайда болған кезде жасушалар ішіндегі сұйықтыққа (цитозолға) жеткілікті ерігіштігі болады. Осылайша, Sph лизосомадан шығып, ER-ге ақуыздар немесе мембранамен жабылған қапшық арқылы тасымалданудың қажетісіз, көшуі мүмкін. Алайда, оның оң заряды лизосомаларға бөлінуді қолдайды. Лизозомаға жақын немесе оның ішінде орналасқан SK1 ролі фосфорилирлеу арқылы Sph-ны "қамап алу" болып табылады. Айта кетерлігі, сфингозин беткі белсенділік әсерін тигізеді, сондықтан ол клеткалық деңгейі төменгі сфинголипидтердің бірі болып табылады. Sph сонымен қатар H гомологы (PKH) және ашытқының белоктық киназасы (YPK) сияқты белок нысаналарымен өзара әрекеттеседі. Бұл мақсаттар өз кезегінде Sph және оның байланысты сфингоидтық негіздерінің әсерін реттейді, олардың актин цитоскелетосын, эндоцитозды, жасуша циклын және апоптозды реттеудегі рөлі белгілі. Алайда, Sph-тің екінші хабаршы функциясы әлі белгісіз.
Сфингозин-1-фосфат
Сфингозин 1 фосфаты (S1P), Sph сияқты, бір гидрофобтық тізбектен тұрады және мембраналар арасында қозғалуға жеткілікті ерігіштігі бар. S1P сфингозинді сфингозинкиназа (SK) фосфорилирлеу арқылы түзіледі. Өнімнің фосфат тобын S1P фосфатаза ферменттері арқылы сфингозинді қалпына келтіру үшін ажыратуға (фосфорилендіруге) болады немесе S1P лиза ферменттері арқылы S1P фосфатын этаноламин фосфаты мен гексадеценалға бөлуге болады. Sph-ке ұқсас, оның екінші хабаршы функциясы әлі белгісіз. S1P клеткада наномолярлық концентрациясында аз кездеседі, сондықтан оның төмен деңгейін сезе алатын жоғары аффинді рецепторлармен өзара әрекеттесуі керек. Осы уақытқа дейін S1P үшін анықталған рецепторлар тек қана жоғары аффинді G протеинді жұптасқан рецепторлар (GPCR), сондай-ақ S1P рецепторлары (S1PR) деп аталады. S1PR- ге әсер ету үшін және GPCR- ге тән сигналды жолдарды іске қосу үшін S1P плазмалық мембрананың клеткадан тыс жағына (сыртқы буклетке) жетуі қажет. Алайда, S1P-дің звитериондық бас тобы оның өздігінен флип-флоп жасауы мүмкін емес. Бұл қиындықты жеңу үшін АТФ-ті байлайтын кассета (АВК) C1 (АВКC1) тасымалдаушысы S1P үшін "шығу есігі" ретінде қызмет етеді. Екінші жағынан, цистикалық фиброздың трансмембраналық регуляторы (CFTR) S1P- ні клеткаға кіру құралы ретінде қызмет етеді. Ұяшық ішіндегі төмен концентрациясына қарағанда, S1P сарысудағы жоғары наномолярлық концентрацияларда кездеседі, онда ол альбумин мен липопротеиндерге байланады. Ұяшық ішінде S1P S1PRs- ге тәуелсіз кальцийді босатуға ықпал етеді, оның механизмі әлі белгісіз. Бүгінгі күнге дейін S1P үшін жасушааралық молекулалық нысаналар әлі анықталмаған. FTY270 сфингозиннің аналогы бойынша соңғы жұмыстар оның S1P рецепторларының белсенділігін өзгертетін күшті қосылыс ретінде әрекет ету қабілетін көрсетеді (агонист). FTY270- тің иммундық модуляциядағы рөлі клиникалық сынақтарда расталды, мысалы, көп склероздағы. Бұл лимфоциттердің қызметі мен иммунитетті реттеудегі S1P маңыздылығын көрсетеді. S1P зерттеулерінің көпшілігі қатерлі ісік, артрит және қабыну, қант диабеті, иммундық қызмет және нейродегенеративті аурулар сияқты ауруларды одан әрі түсіну үшін қолданылады. Глюцер Golgi- нің ішкі жапырағында синтезделеді. Зерттеулер көрсеткендей, GluCer күрделі GSL синтезін бастау үшін Golgi- нің ішіне немесе GSL синтезінің орнына көшірілуі керек. GSL синтездеу орнына көшіру төрт фосфат адаптерлі белок 2 (FAPP2) деп аталатын тасымалдау ақуыздарының көмегімен жүзеге асырылады, ал Голгидің ішіне айналдыруды ABC тасымалдаушысы P гликопротеин, сонымен қатар көп дәріге төзімділік 1 тасымалдаушысы (MDR1) деп аталады. Глюцер Голгиден кейінгі есірткі айналымына және дәрі-дәрмекке, әсіресе химиотерапиялық препараттарға қарсы тұрақсыздыққа қатысы бар. Мысалы, зерттеулер жасушалық дәріге қарсылық пен GluCer метаболизміне өзгерістер арасындағы байланысты көрсетті. Гликосфинголипидтер биологиялық мембраналардың құрылыс блоктары ретінде атқаратын рөлінен басқа, олардың жасушалардың өсуіне, дифференциациясына және ісіктердің пайда болуына қатысы бар деп есептелетіндіктен, көптен бері назар аударып келеді. Екінші жағынан, GluCer синтезасының фармакологиялық ингибициясы инсулинге қарсы тұруды болдырмау әдісі ретінде қарастырылуда.
Керамид-1-фосфат
Керамид 1 фосфаты (C1P) керамидкиназа (CK) ферменттерінің Cer- ге әсерінен түзіледі. C1P нейтральды pH-да иондық зарядты алып жүреді және екі гидрофобтық тізбекке ие, сондықтан сулы ортада салыстырмалы түрде ерімейді. Осылайша, C1P органельде қалыптасады және мембраналық қос қабат арқылы өздігінен флип-флопқа ұшырауы мүмкін емес. Бұрын C1P фибробластарда жасушаның бөлінуін (митогендік) ынталандыратыны, тіндердегі (макрофагтар) ақ қан жасушаларындағы қышқыл СМАзаның ингибициялануы арқылы апоптозды тежейтіні және қалқанша безінің жасушаларындағы еркін кальцийдің жасушалық концентрациясын арттыратыны туралы хабарланған. C1P сонымен қатар везикулярлық трафикте, жасушалардың тіршілік етуінде, фагоцитозда ("жасушаларды жеу") және макрофагтардың дегрануляциясында белгілі рөлге ие.
Фосфатидил инозитол бифосфаты (PIP2) липид агонистi
PIP2 иондық арналарға тікелей қосылып, олардың белсенділігін реттейді. PIP2 тікелей ішкі оңтайландырушы калий арналарын агонизациялайтыны көрсетілді ((Kir). Осыған байланысты PIP2 сигналдары таза нейротрансмиттер сияқты лиганд ретінде. PIP2-нің көптеген иондық арналармен өзара әрекеттесуі PIP2-нің толықтай қалыптасқан түрі екінші хабаршы сигналданудан тәуелсіз маңызды сигнал беру рөліне ие екенін көрсетеді.
Фосфатидил инозитол бифосфаты (PIP2) екінші хабаршы жүйелері
Екінші хабаршы жүйесінің жалпы механизмін төрт кезеңге бөлуге болады. Біріншіден, агонист мембраналық рецепторды белсендіреді. Екіншіден, белсендірілген G ақуыз негізгі эффекттерді пайда етеді. Үшіншіден, негізгі әсер екінші хабаршы синтезін ынталандырады. Төртіншіден, екінші хабаршы белгілі бір жасушалық процесті іске асырады. PIP2 хабаршы жүйесінің G протеинді жұпталған рецепторлары екі эффекттерді, яғни фосфолипаза C (PLC) және фосфоинозит-3 киназасын (PI3K) өндіреді. Эффектор ретінде ПЛК екі түрлі екінші хабаршыларды, инозитол трифосфатын (IP3) және диацилглицеролды (DAG) өндіреді. IP3 ерігіш және цитоплазмаға еркін таралады. Екінші хабаршы ретінде оны эндоплазмалық торшадағы (ЭР) мембранадағы жасушааралық Ca2+ сақтайтын Ca2+ арнасы инозитол трифосфат рецепторы (IP3R) таниды. IP3 мен IP3R- нің байланысуы Ca2+ ER- ден Ca2+ аз цитоплазмаға шығарады, содан кейін Ca2+ сигналдауының әртүрлі оқиғалары пайда болады. Әсіресе қан тамырларында, IP3- ден Ca2+ концентрациясының артуы азот оксидін шығарады, ол кейін тегіс бұлшықет ұлпасына таралады және демалуды тудырады. Фосфатидиллинозитол 3-киназа (PI3K) эффектші ретінде фосфатидиллинозитол бифосфатын (PIP2) фосфатидиллинозитол (3,4,5) трифосфатын (PIP3) өндіру үшін фосфорилендіреді. PIP3 белдіккиназа B- ні белсендіреді, клеткадан тыс белоктарға байланысуды арттырады және клетканың тіршілігін арттырады. Анандамид негізінен орталық жүйке жүйесінде орналасқан CB1 рецепторын да, лимфоциттер мен периферияда орналасқан CB2 рецепторын да белсендіреді. Ол көптеген тіндерде өте төмен деңгейде (nM) кездеседі және май қышқылы амид гидролазымен белсендірілмейді. Кейіннен тағы бір эндоканнабиноид - 2 арахидоноилглицерол оқшауланды, ол фосфолипаза С диацилглицеролді шығарғанда пайда болады, ал диацилглицерол липазасы оны 2 АГ- ға айналдырады. 2 АГ сонымен қатар екі каннабиноидты рецепторларды да белсендіре алады және моноацилглицерол липазасымен белсендірілмейді. Ол көптеген тіндерде анандамид концентрациясынан шамамен 100 есе көп кездеседі. Бұл липидтердің жоғарылауы анальгезия мен қабынуға қарсы және ишемия кезінде тіндерді қорғайды, бірақ осы әр түрлі эндоканнабиноидтардың нақты рөлі әлі толық белгілі емес және олардың қызметі, метаболизмі және реттеуі бойынша қарқынды зерттеулер жүргізілуде. Бұл кластағы бір қаныққан липид, оны көбінесе эндоканнабиноид деп атайды, бірақ CB1 және CB2 рецепторларына қатысты афинитеті жоқ - бұл палмитоилэтаноламид. Бұл сигнал беретін липид GRP55 рецепторы мен PPAR альфа рецепторына өте жақын. Ол 1957 жылы қабынуға қарсы зат ретінде, ал 1975 жылы анальгетикалық зат ретінде анықталды. Рита Леви Монталчини алғаш рет оның биологиялық әрекетінің механизмін анықтады, ол белсендірілген маст клеткаларының тежелуі. Палмитоилэтаноламид - емделу үшін, тамақ қоспасы ретінде нарықта қол жетімді жалғыз эндоканнабиноид.
Простагландиндер
Простагландиндер циклооксигеназалар мен басқа да простагландин синтезалары арахидон қышқылын тотығу арқылы түзіледі. Қазіргі уақытта G протеиндерімен жұпталған тоғыз рецептор (эикосаноидтық рецептор) бар, олар негізінен простагландиндер физиологиясын реттейді (кейбір простагландиндар ядролық рецепторларды белсендіреді, төменде қараңыз).
FAHFA
ФАГФА (гидроксималды май қышқылдарының май қышқылдары эфирлері) майлы тінде пайда болады, глюкозаға төзімділікті жақсартады және майлы тіннің қабынуын азайтады. Гидроксистеаролық қышқылдардың пальмитті қышқыл эфирлері (PAHSA) G протеинді жұптасқан рецепторларды белсендіре алатын ең биоактивті мүшелердің қатарында. Гидроксилинол қышқылының доксогексаено қышқылы эфирінің (DHAHLA) қабынуға қарсы және оны жоюға көмектесетін қасиеттері бар.
Ретинол туындылары
Ретиналдегид - көру қабілеті үшін жауапты ретинол (А витаминінің) туындысы. Ол родопсинді, барлық цис- ретиналдықтарды белсенді емес күйінде байлайтын жақсы сипатталған GPCR- ді байлайды. Фотомен фотоизомеризацияланғаннан кейін цис-ретинальді транс-ретинальдіге айналдырады, бұл родопсинді белсендіреді, бұл, ақыр соңында, нейронның полярализациясына әкеледі, осылайша визуалды қабылдауды қамтамасыз етеді.
Стеридті гормондар
Бұл стероидтердің үлкен және әртүрлі класы изопреноидтардан биосинтезделеді және құрылымы холестеринге ұқсас. сүтқоректілер стероидтық гормондарын олар байланған рецепторларға қарай бес топқа бөлуге болады: глюкокортикоидтар, минералокортикоидтар, андрогендер, эстрогендер және прогестогендер.
Ретино қышқылы
Ретинол (А витамин) ретино қышқылына метаболизмге айналуы мүмкін, ол RAR сияқты ядролық рецепторларды белсендіреді, бұл даму кезінде көптеген жасушалардың түрленуі мен көбеюін бақылауға мүмкіндік береді.
Простагландиндер
Простагландинді сигнализацияның басым бөлігі GPCR арқылы жүзеге асады (жоғарыда қараңыз), бірақ кейбір простагландиндар PPAR туысындағы ядролық рецепторларды белсендіреді. (Толығырақ ақпарат үшін eicosanoid рецепторлары мақаласын қараңыз).