Рецептор гормона – это молекула рецептора , которая связывается с определенным гормоном . Гормональные рецепторы представляют собой широкое семейство белков, состоящее из рецепторов тироидных и стероидных гормонов, ретиноидов и витамина D , а также множества других рецепторов для различных лигандов, таких как жирные кислоты и простагландины . [1] Гормональные рецепторы делятся в основном на два класса. Рецепторы пептидных гормонов обычно представляют собой рецепторы клеточной поверхности , встроенные в плазматическую мембрану клеток, и поэтому их называют трансмембранными рецепторами. Примером этого является Актрапид . [2] Рецепторы стероидных гормонов обычно находятся в протоплазме и называются внутриклеточными или ядерными рецепторами , такими как тестостерон. [3] При связывании гормона рецептор может инициировать несколько сигнальных путей, что в конечном итоге приводит к изменениям в поведении клеток-мишеней.
Гормональная терапия и гормональные рецепторы играют очень большую роль в лечении рака молочной железы (терапия не ограничивается только раком молочной железы). Воздействуя на гормоны, можно изменить рост клеток вместе с их функцией. Эти гормоны могут привести к тому, что рак не выживет в организме человека. [4]
Белки-рецепторы гормонов связываются с гормоном в результате накопления слабых взаимодействий. Из-за относительно большого размера ферментов и рецепторов большая площадь поверхности обеспечивает основу для возникновения этих слабых взаимодействий. Это связывание на самом деле является высокоспецифичным из-за комплементарности этих взаимодействий между полярными, неполярными, заряженными, нейтральными, гидрофильными или гидрофобными остатками. При связывании рецептор часто претерпевает конформационные изменения и может дополнительно связываться с сигнальными лигандами, активируя сигнальный путь. Из-за этих высокоспецифичных и высокоаффинных взаимодействий между гормонами и их рецепторами очень низкие концентрации гормонов могут вызывать значительный клеточный ответ. [5] Рецепторы могут иметь различную структуру в зависимости от функции гормона и структуры его лиганда. Следовательно, связывание гормона с его рецептором представляет собой сложный процесс, который может опосредоваться кооперативным связыванием, обратимыми и необратимыми взаимодействиями и множественными сайтами связывания. [2]
Присутствие гормона или нескольких гормонов вызывает ответную реакцию рецептора, которая запускает каскад передачи сигналов. Рецептор гормона взаимодействует с различными молекулами, вызывая различные изменения, такие как увеличение или уменьшение количества источников питательных веществ, рост и другие метаболические функции. Эти сигнальные пути представляют собой сложные механизмы, опосредованные петлями обратной связи, в которых разные сигналы активируют и подавляют другие сигналы. Если сигнальный путь заканчивается увеличением производства питательного вещества, то это питательное вещество является сигналом обратно к рецептору, который действует как конкурентный ингибитор, предотвращая дальнейшее производство. [6] Сигнальные пути регулируют клетки посредством активации или инактивации экспрессии генов, транспорта метаболитов и контроля ферментативной активности для управления ростом и функциями метаболизма. [7]
Внутриклеточные и ядерные рецепторы являются прямым способом реакции клетки на внутренние изменения и сигналы. Внутриклеточные рецепторы активируются гидрофобными лигандами, проходящими через клеточную мембрану. Все ядерные рецепторы очень схожи по структуре и обладают внутренней транскрипционной активностью. Внутренняя транскрипция включает три следующих домена: [8] активирующий транскрипцию, [9] ДНК-связывающий, [10] и лигандсвязывающий. [11] Эти домены и лиганды гидрофобны и способны проходить через мембрану. [12] Движение макромолекул и молекул-лигандов в клетку обеспечивает сложную транспортную систему внутриклеточной передачи сигналов через различные клеточные среды до тех пор, пока не активируется ответ. [13] Ядерные рецепторы представляют собой особый класс внутриклеточных рецепторов, которые специфически удовлетворяют потребности клетки в экспрессии определенных генов. Ядерные рецепторы часто связываются непосредственно с ДНК, воздействуя на определенные последовательности ДНК, чтобы экспрессировать или подавлять транскрипцию близлежащих генов. [1]
Внеклеточная среда способна вызывать изменения внутри клетки. Гормоны или другие внеклеточные сигналы способны вызывать изменения внутри клетки путем связывания с рецепторами клеточной поверхности, также известными как трансмембранные рецепторы. [5] Это взаимодействие позволяет рецептору гормона производить вторичные мессенджеры внутри клетки, чтобы помочь ответу. Вторые мессенджеры также могут быть направлены для взаимодействия с внутриклеточными рецепторами, чтобы войти в сложную систему передачи сигналов, которая в конечном итоге меняет клеточную функцию. [2]
Мембранные рецепторы, связанные с G-белком (GPCR), представляют собой основной класс трансмембранных рецепторов. Особенности G-белков включают связывание GDP/GTP, гидролиз GTP и обмен гуанозиновых нуклеотидов. [14] [15] Когда лиганд связывается с GPCR, рецептор меняет конформацию, в результате чего внутриклеточные петли между различными мембранными доменами рецептора взаимодействуют с G-белками. Это взаимодействие вызывает обмен GDP на GTP, что запускает структурные изменения внутри альфа-субъединицы G-белка. [16] [15] [14] Изменения прерывают взаимодействие альфа-субъединицы с бета-гамма-комплексом, что приводит к образованию одной альфа-субъединицы со связанным GTP и бета-гамма-димера. Мономер GTP-альфа взаимодействует с множеством клеточных мишеней. Бета-гамма-димер также может стимулировать внутриклеточные ферменты, например аденилатциклазу, но у него не так много мишеней, как у комплекса ГТФ-альфа. [15]
Гормональные рецепторы могут действовать как факторы транскрипции, взаимодействуя напрямую с ДНК или перекрестно взаимодействуя с сигнальными путями. [1] Этот процесс опосредован корегуляторами. В отсутствие лиганда молекулы рецептора связывают корепрессоры, подавляя экспрессию генов, уплотняя хроматин посредством деацетилазы гистонов. Когда присутствует лиганд, ядерные рецепторы претерпевают конформационные изменения, привлекая различные коактиваторы. Эти молекулы реконструируют хроматин. Гормональные рецепторы имеют высокоспецифичные мотивы, которые могут взаимодействовать с корегуляторными комплексами. [17] Это механизм, с помощью которого рецепторы могут вызывать регуляцию экспрессии генов в зависимости как от внеклеточной среды, так и от непосредственного клеточного состава. Стероидные гормоны и их регуляция с помощью рецепторов являются наиболее мощными молекулярными взаимодействиями, способствующими экспрессии генов. [1]
Проблемы со связыванием ядерных рецепторов в результате нехватки лигандов или рецепторов могут иметь серьезные последствия для клетки. Зависимость от лиганда является наиболее важной частью способности регулировать экспрессию генов, поэтому отсутствие лиганда существенно влияет на этот процесс. Например, дефицит эстрогена является причиной остеопороза, а неспособность пройти правильный сигнальный каскад предотвращает рост и укрепление костей. Дефицит ядерных рецептор-опосредованных путей играет ключевую роль в развитии заболеваний, таких как остеопороз. [18]
когда лиганд связывается с ядерным рецептором, рецептор претерпевает конформационные изменения, которые вызывают его активацию, что, в свою очередь, влияет на степень регулирования экспрессии генов.
Водорастворимые гормоны включают гликопротеины , катехоламины и пептидные гормоны, состоящие из полипептидов , например, тиреотропный гормон , фолликулостимулирующий гормон , лютеинизирующий гормон и инсулин . Эти молекулы не являются жирорастворимыми и поэтому не могут диффундировать через клеточные мембраны. Следовательно, рецепторы пептидных гормонов расположены на плазматической мембране, поскольку они связаны с рецепторным белком, расположенным на плазматической мембране. [19]
Водорастворимые гормоны происходят из аминокислот и располагаются и хранятся в эндокринных клетках до тех пор, пока они не понадобятся. [20]
Двумя основными типами трансмембранных рецепторов гормонов являются рецепторы, связанные с G-белком, и рецепторы, связанные с ферментами . Эти рецепторы обычно функционируют через внутриклеточные вторичные мессенджеры , включая циклический АМФ (цАМФ), циклический ГМФ (цГМФ), инозитол-1,4,5-трифосфат ( IP3 ) и систему кальций (Са 2+ ) -кальмодулин .
Рецепторы стероидных гормонов и родственные им рецепторы обычно представляют собой растворимые белки, которые функционируют посредством активации генов. Жирорастворимые гормоны воздействуют на определенные последовательности ДНК путем диффузии в клетку. Когда они диффундируют в клетку, они связываются с рецепторами (внутриклеточными) и мигрируют в ядро. [21] Их ответными элементами являются последовательности ДНК (промоторы), которые связываются комплексом стероида, связанного с его рецептором. Сами рецепторы представляют собой белки с цинковыми пальцами . [22] К этим рецепторам относятся рецепторы глюкокортикоидов ( рецепторы глюкокортикоидов ), эстрогенов ( рецепторы эстрогена ), андрогенов ( рецепторы андрогенов ), гормона щитовидной железы (Т3) ( рецепторы гормонов щитовидной железы ), кальцитриола (активной формы витамина D ) ( рецепторы кальцитриола ). и ретиноиды ( витамин А ) ( ретиноидные рецепторы ). Взаимодействия рецептор-белок вызывают поглощение и разрушение соответствующих гормонов, чтобы регулировать их концентрацию в организме. Это особенно важно для стероидных гормонов, поскольку многие системы организма полностью зависят от стероидов. [23]
Для некоторых из этих классов у любого данного вида (например, у человека) существует единственная молекула, кодируемая одним геном; в других случаях в классе имеется несколько молекул.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )