Кіріспе

Циклдік нуклеин қышқылы. Циклдік нуклеотид (cNMP) – қант пен фосфат топтары арасында циклдік байланыс орнатылған бір фосфат нуклеотиді. Басқа нуклеотидтер сияқты, циклдік нуклеотидтер үш функционалдық топтан тұрады: қант, азотты негіз және бір фосфат тобы. Циклдік аденозин монофосфаты (cAMP) және циклдік гуанозин монофосфаты (cGMP) суреттерінде көрініп тұрғандай, "циклдік" бөлік фосфат тобы мен қанттың 3' және 5' гидроксилдік топтары арасындағы екі байланыстан тұрады, көбінесе бұл рибоза болады. Олардың биологиялық маңызы кең ауқымды ақуыз лигандтарымен өзара әрекеттесуді қамтиды. Олар эукариоттық жасушаларда гормондар мен иондық каналдардың сигналдауында екінші реттік хабаршылар ретінде, ал прокариоттық жасушаларда ДНК-мен байланысатын ақуыздардың аллостериялық эффекттік қосылыстары ретінде анықталды. cAMP және cGMP қазіргі уақытта ең жақсы зерттелген циклдік нуклеотидтер, бірақ cCMP (цитозинмен) эукариоттық жасушалық хабар алмасуға да қатысады деген деректер бар. Циклдік уридин монофосфатының (cUMP) рөлі одан да аз белгілі. Циклдік нуклеотидтерді табу киназалар мен фосфатазалар механизмдерін, сондай-ақ ақуыздарды реттеуді түсінуге үлкен үлес қосты. Олардың алғаш рет ашылғанына 50 жылдан астам уақыт өткенімен, циклдік нуклеотидтерге және олардың биохимиялық және физиологиялық маңызына қызығушылық әлі де жоғары.

Тарих

Екінші хабаршы ұғымын, әсіресе циклдік нуклеотидтердің рөлін және олардың физиологиялық сигналдарды жасушаға жеткізу қабілетін түсінудің бастауы Карл және Герти Коридің гликоген метаболизмін зерттеуінен басталады, олар үшін 1947 жылы физиология немесе медицина саласындағы Нобель сыйлығы табысталды. Әрбір циклдік нуклеотидтің үш құрамы бар. Оның құрамында азотты негіз бар (яғни азотты қамтиды): мысалы, cAMP-те аденин және cGMP-те гуанин. Оның құрамында сондай-ақ қант бар, атап айтқанда, бес көміртекті рибоза. Соңында, циклдік нуклеотидте фосфат бар. cAMP және cGMP үшін екі сақиналы пурин азотты негіз болып табылады, ал цитозин, тимин және урацилдің әрқайсысы бір сақиналы азотты негізге (пиримидинге) ие. Бұл үш құрамдас бөлік азотты негіз рибозаның бірінші көміртегіне (1’ көміртегі) қосылған, ал фосфат тобы рибозаның 5’ көміртегіне қосылған. Барлық нуклеотидтерде осы құрылым болғанымен, фосфат тобы циклдік нуклеотидтерде рибоза сақинасына 3’ көміртегінен екінші байланыс жасайды. Фосфат тобының рибоза қантына екі жеке байланысы болғандықтан, ол циклдік сақинаны құрайды. Циклдік нуклеотидтегі көміртектер мен азоттарды анықтау үшін атомдарды нөмірлеу конвенциясы қолданылады. Пентозада карбонил тобына ең жақын көміртек С1 деп белгіленеді. Пентоза азотты негізге қосылғанда, көміртек атомдарының нөмірлері апостроф (') белгісімен көрсетіледі, бұл осы көміртектерді азотты негіздің атомдық нөмірлерінен ажыратады. Сондықтан, cAMP үшін 3’5’ циклдік аденозин монофосфаты бір фосфат тобының рибоза тобымен 3’ және 5’ көміртектерінде циклдік құрылым құрайтынын, ал рибоза тобы да аденозинге қосылғанын көрсетеді (бұл байланыс рибозаның 1’ позициясында деп түсініледі).

Биохимия

Циклдік нуклеотидтер прокариоттық және эукариоттық жасушаларда табылады. Жасуша ішіндегі концентрацияның реттелуі бірнеше ақуыз отбасыларының қатысуымен жүзеге асырылатын ферменттік реакциялар тізбегі арқылы қамтамасыз етіледі. Жоғары сатыдағы сүтқоректілерде cNMP көптеген тіндерде кездеседі.

Синтез және ыдырау

Циклдік нуклеотидтер NTP → cNMP + PPi жалпы реакциясы арқылы түзіледі, мұнда N азотты негізді көрсетеді. Бұл реакция спецификалық нуклеотидил циклаздармен катализденеді, сондықтан cAMP өндірісі аденил циклазамен, ал cGMP өндірісі гуанил циклазамен катализденеді. Аденил циклаза трансмембраналық және цитозолдық формаларда кездеседі, бұл әртүрлі ақуыз кластарын және cAMP-ның әртүрлі көздерін білдіреді. cAMP және cGMP екеуі де 3' фосфодиэстерлік байланыстың гидролизі арқылы ыдырайды, нәтижесінде 5'NMP пайда болады. Ыдырау процесін негізінен фосфодиэстеразалар (ФДЭ) деп аталатын ферменттер класы жүзеге асырады. Сүтқоректілер жасушаларында жасушаның реттеу қажеттіліктеріне сәйкес әртүрлі изоформалары бар 11 PDE отбасы белгілі. Кейбір фосфодиэстеразалар cNMP-ге ғана қатысты, ал басқалары бөгде гидролизді де жүзеге асыра алады. Дегенмен, cAMP және cGMP ыдырау жолдары cCMP немесе cUMP-ге қарағанда жақсы зерттелген. cCMP және cUMP үшін нақты ФДЭ-ні анықтау толыққанды түрде белгіленбеген.

Мақсатқа байланысты

Циклдік нуклеотидтер эукариоттық жасушалардың көптеген түрлерінде кездеседі, оның ішінде фоторецепторлық таяқшалар мен конустарда, тегіс бұлшықет жасушаларында және бауыр жасушаларында. Циклдік нуклеотидтердің жасушалық концентрациясы көбінесе 10−7М шамасында өте төмен болуы мүмкін, себебі метаболизм және функция жасушаның нақты бөліктерінде локалдануы мүмкін. cNMP-лерге байланысатын барлық белоктарда, олардың биологиялық функциясына қарамастан, жоғары сақталған циклдік нуклеотид байланыстыру домені (CNB) кездеседі. Домен бета-қатпар архитектурасынан тұрады, циклдік нуклеотид байланыстыру қалтасы бета-қабаттар арасында орналасқан. cNMP байланысуы белоктың активтілігіне әсер ететін конформациялық өзгеріске алып келеді. Сондай-ақ, бірнеше циклдік нуклеотидтердің бірлескен әсерін көрсететін деректер бар, мұнда cCMP протеинкиназа А (PKA) белсендірілуі үшін cAMP-ның тиімді концентрациясын (EC50) төмендетеді.

Жолдағы мутациялар және байланысты аурулар

cNMP жолдарының бұзылу мысалдары: CNG канал гендеріндегі мутациялар тор қабықтың дегенерациясымен және түс соқырлығымен байланысты; цитозольдік немесе ерігіш аденилциклазаның (sAC) артық экспрессиясы адам простата карциномымен байланысты. РНК-интерференциясы (РНКi) трансфекциясы арқылы sAC-ты тежеу немесе оның деңгейін төмендету простата карциномы жасушаларының көбеюін тоқтатуға көмектеседі деп дәлелденді. Бұл реттеу жолы PKA жолының емес, EPAC жолының бөлігі болып көрінеді. Фосфодиэстеразалар, cNMP ыдырауының негізгі реттеушілері, көбінесе терапиялық мақсаттарға бағытталған. Кофеин белгілі бір PDE тежегіші, ал силденафил және тадалафил сияқты эректильді дисфункцияны емдеуге қолданылатын препараттар да фосфодиэстеразалардың активтілігін тежеу арқылы әрекет етеді.